第四章 網路通訊技術的創新過程
第二節 廣域網路
二、 無線寬頻網路
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二、 無線寬頻網路
無線寬頻也就是一般所謂的行動寬頻，指的是目前市面所習稱的3G/4G網路。行動寬 頻並非一開始就是要以傳輸資料為主。一開始的行動通訊乃是為了語音通訊，但隨著技術 的進步，生活上的需要，行動通訊技術的發展不只可用來傳送語音，也可以用來傳輸資料，
可傳輸的資料量也隨著世代的演進愈來愈高。
行動通訊，基本上可分為第一代行動通訊、第二代行動通訊、第三代行動通訊以及最 新的第四代行動通訊。以下就其各代詳述之。
第一代行動通訊：
第一代行動通訊系統又稱為1G(first generation)，屬於類比式(Analog)的行動通訊方式, 採用 FDMA(Frequency Division Multiple Access)技術，使用800MHz的頻段。第一代行動通 訊最普遍使用的系統AMPS (Advanced Mobile Phone Service, 進階行動電話服務系統)。
AMPS的構想貣始於1964年，而由美國貝爾實驗室於 1970發展完成。經過測詴及修改後的 商業AMPS系統乃於1983年正式運作。另外尚有北歐行動電話 (NMT，Nordic Mobile Telephone)、完全存取通訊系統 (TACS，Total Access Communication System)等。第一代行 動通訊其缺點之一是訊息的傳送較無隱密性可言，通話雙方的談話內容透過無線電波，未 經保護地暴露在空中傳送，任何人皆能經由簡單的接收訊備，輕易地監聽到對話的內容，
加上頻譜利用率低，手機只用在語音傳輸，價格也不是一般人所能接受，因而促使第二代 行動通訊的發展。
第二代行動通訊：
又稱為2G(SecondGeneration)，相較於第一代行動電話系統，第二代因採數位訊號處 理，不僅在通訊的容量、安全性上大為提升，還發展出了語音、數據、訊息傳真等一系列 的加值型服務，並且使用特別的蜂巢式行動通訊網絡，由多個稱為 「微細胞基地台」構成
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狀似六邊形的細胞格，並且能夠進行國際漫遊，算是達到了真正的行動通訊。第二代數位 式行動通訊系統主要有歐規的GSM、美規的IS-95 CDMA(Code Division Multiple Access )及 日規的PDC三種。GSM第一版標準是在1990年時完成，採用TDMA(Time Division Multiple Access)技術，可提供以簡訊（SMS）為主要的行動數據服務項目。第二代行動通訊系統由 於其傳輸速度最快僅為14.4Kbps，並不足以提供令人滿意的網路內容傳送表現，因此各家 系統開始著手規劃提升第二代行動通訊系統的數據傳輸能力。為了能提供行動數據服務，
行動通訊服務業者朝 2.5 代的行動通訊系統建置，將資料傳輸方式由電路交換的方式，轉 為以封包交換的系統，(General Packet Radio Service，GPRS)，應用這種技術，在資料傳輸 時會將資料先分成許多封包(packet)之後進行封包交換(packet switch)，有效運用頻寬，而第 二代無線通訊是使用電路交換(circuit switch)，在傳輸時會佔用整條電路，相較之下GPRS 使用封包交換則使頻寬資源能被充份利用，並且改進資料編碼的方式，因而能大幅提升傳 輸速率到理論值171.2Kbps。
第三代行動通訊 :
由於消費者對多媒體的高度興趣與需求，行動通訊勢必要使用更高的無線傳輸速度，
因此國際電信聯盟(ITU，International Telecommunication Union)在1996發展出稱為
IMT-2000(International Mobile Telecommunication-2000)的國際行動通訊系統，並指定技術 標、頻寬與互連規範等的系統標準，傳輸速率最高可達2Mbps，行動寬頻的世代才真正地 開始。 目前3G的標準主要有W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX等四種, 以下 針對這四種技術標準近行介紹：
1、WCDMA寬頻分碼多工接取(Wideband Code Division Multiple Access):
這個技術由日本與歐洲共同推廣，延用GSM系統(2G)的核心架構，只針對手機與基地 台進行升級，因此大幅降底了原本使用GSM系統業者引入3G的成本，在傳輸速率方面，每
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秒最高可達到2Mbps，且在同一個傳輸通道中支援電路交換與封包交換的服務，這個優點 讓使用者可以利用電路交換方式通話，在進行數據傳輸時可使用封包交換存取資料。
2、CDMA2000分碼多工接取(Code Division Multiple Access 2000)
這個規格是由美國開始發展, CDMA2000是由IS-95 (又稱CDMA 1x, cdmaone)所發展出 來。連線速率介於384Kbps到2Mbps之間，目前包括台灣、日本與韓國都有業者使用，由於 這個系統比WCDMA的技術發展成熟許多，因此即使進入商業運轉的時間沒有WCDMA 早，用戶數反而遠比WCDMA還要多。
3、TD-SCDMA
這個技術由大陸的大唐電信集團與德國西門子(Siemens)於1999年開始合作開發，是目 前全球唯一由華人提出且主導的國際標準，以中國如此龐大的行動通訊市場看來，將會是 不可小覷的規格，目前，巳有包括摩托羅拉(Motorola)與北電(Nortel)…等國際大廠積極參 與研發，就是受到中國市場的吸引。
4、WiMAX :
WiMAX其全名是微波存取全球互通(Worldwide Interoperability for Microwave
Access)，由WiMAX論壇（WiMAX Forum）提出並於2001年6月成形，由英特爾大力主導 推廣的新一代遠距無線通訊技術，並由IEEE 802.16小組來負責推動，WiMAX可分為固定 式及移動式2種，固定式即802.16d，或稱802.16-2004，可用來取代ADSL以無線寬頻提供最 後一哩的服務，也可與ADSL互補，讓偏遠地區的網路連接更為容易。移動式就是802.16e，
也稱802.16-2005 。在IEEE的努力下，終於在2007年10月19日，由國際電信聯盟(ITU)在日 內瓦舉行的無線通信全體會議 上，經過多數國家投票通過，WiMAX正式被批準成為繼 WCDMA、CDMA2000和TD-SCDMA之後的第四個全球3G標準。WiMAX由於無法與目前 的2G、3G相容，使得其較難獲得現有的行動電信業者的支持，但其技術相對成熟及低佈建
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成本特性，使業者得以短期內進入數據及語音服務市場，因此也獲得眾多新興國家或新興 網路服務供應商的支持加入。
第三代行動通訊的技術關鍵在於其使用與網際網路相同的IP架構，其資訊傳遞是以數 據導向的數據封包方式，這表示第三代行動通訊將與目前的資訊大匯流-網際網路關密結 合，並且不再以電話語音的為主要服務，在室內、室外和行車的環境中能夠分別支持至少 2Mbps、 384kbps以及144kbps的傳輸速度，使其接取多媒體網路的表現流暢許多，預期在 頻寬費用下降之後，可望讓消費者的行動通訊內容延伸至行動商務、網路多媒體、數位電 視及資訊服務的領域，其中即時數位影像的服務，更加是3G的最大賣點，在此之前，想在 手機欣賞影片或MP3多半必需原待資料下載完成，很不方便，現在只要連上行動網路，就 能收看電視、電影的即時影像等於是打通了手機與網際網路結合的任督二脈。為了提高更 快網路的存取速度，後來又陸續發表了第 3.5G 行動電話HSDPA(High Speed Downlink Packet Access)，下行速度最快是到 14 Mbps，上行速度則只有 384kbps。及俗稱的第3.75G 行動電話HSUPAHigh Speed Uplink Packet Access)，主要是因3.5G上傳速度（只有 384Kb/s）
不足而開發的，上行速率可提高到 5.76Mbps。
第四代行動通訊 :
3G網路能提供數據傳輸，使用者可透過行動上網隨時獲取最新資訊或多媒體服務，
然而多媒體服務通常具有龐大的數據資料量，其中用戶對影音服務的需求增加尤為快速（如 下圖）。即使HSPA 的3.5G 網路支援 14Mbps 之峰值傳輸速率，用來傳送播放時間為2小 時的 DVD電影需2小時，換成播放時間為1小時的高解析度電影則要 8小時。除了較長的 傳輸時間外，若要進行視訊會議，以現有的3G網路傳輸仍有流暢度不足之問題，勢必衝擊 行動上網用戶的使用體驗。由此現象可知，行動上網用戶對多媒體服務的大量需求，造成 現有行動通訊技術在容量上無法負荷，因此促成4G的需求。
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目前4G的標準的正式名稱為IMT- advanced, 主要ITU為了與現存的IMT 2000（也就是 3G）作出區隔，並訂出4G應該達到的傳輸能力，如高速移動下至少要達到100Mbps；低速 移動下至少要達到1Gbps下載速率。由於LTE-Advanced與WiMAX2皆可達到ITU的4G傳輸 要求，因而二者在2010年10月皆獲得ITU的官方認可，成為4G的標準。以下就兩標準加以 說明。
1. LTE-Advanced
LTE-Advanced 技術是繼前一代HSPA而來，故其可以向下相容GSM/WCDMA，收不到 LTE訊號還有WCDMA/GSM可以收，對現有的行動電信業者來說，升級比較方便，投資也 相業WiMax而言來得少，儘快貣步慢，但卻獲得較多電信業者的支持。
LTE-Advanced之所以能多提供理論值1Gbps的頻寬，主要其雇用了兩個重要技術。一 個是OFDMA（正交分頻多工存取），其是將OFDM技術從定點接取無線系統擴展為具有行 動能力的真正蜂巢式系統而開發的, 其底層技術是相同的,另一個為與無線802.11n類似的 MIMO技術。
2. WiMAX2
由WiMAX演進而來,為IEEE 802.16d, 802.16e的下一代標準802.16m 。WiMAX2不僅改 善了網路流量的傳遞效率，也改善通訊安全，提昇使用者隱私保護等等。WiMAX2同樣雇 用了OFDMA與MIMO的技術。故其可以說是LTE-Advanced的競爭者，也可是合作者，因兩 者技術可以不困難地做無縫式連接，但其並無法與現行的2G,3G系統相容，因此也較少獲得 已佈建2G,3G系統的業者的支持。
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以下就主要的行動通訊技術的發展過程加以整理並繪圖表如下。由此圖表可以看出，
無線寬頻網路的速度可說也是以相當驚人的10倍速甚至是100倍以上的速度在提升。
表 4-4 主要無線寬頻速度及標準發展歷程
通過日期 行動技術 技術標準 傳輸速度(下行, max) 1983 AMPS, NMT, TACS 1G 0
1990 GSM, CDMA 2G 14.4Kbps 1997 GPRS, CDMA2000 1xRTT 2.5G 171.2Kbps
1999
WCDMA, CDMA2000 1xEV-DO, TD-SCDMA，
WiMAX 3G 2Mbps
2002
HSDPA, CDMA2000
1xEV-DO RevB 3.5G 14Mbps 2010 WiMAX2, LTE-Advanced 4G 1Gbps
資料來源:本研究整理
圖 4-14 主要無線寬頻網路技術及標準發展歷程 資料來源:本研究整理
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