第二章 文獻探討
第一節 無線電與頻譜的概念
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第二章 文獻探討
無線電波（radio waves）一直存在於人類生活的環境中，從 19 世紀後期英 國人 Faraday 發現電磁感應現象，到後來德國人 Hertz 以實驗證實無線電波的存 在，以及 Marconi 和 Popoff 成功發出並接收無線電訊號後，人類的日常生活就 開始了無線通訊的時代（陳炳宏，2005）。
無線通訊（wireless communications）是藉由電磁波經過空氣作為媒介傳送 訊號（signal）來達到通訊的目的，由於不需要線纜（cable）作為傳送媒介，所 以 傳 送 訊 號 時 不 受 時 空 限 制 ； 無 線 電 通 訊 可 分 成 行 動 通 訊 （ mobile communication）與定點通訊（stationary communication）兩種，行動通訊的使 用者可在快速移動的狀態下通訊，而定點通訊的使用者則受位置範圍與速度限 制（許獻聰、余兆棠、劉仲鑫與顏春煌編，2013）。
第一節 無線電與頻譜的概念
壹、頻譜與頻率
無線電通訊在傳送資料時需要使用無線電頻譜；無線電頻譜是無線電頻率
（frequency）範圍中被用來做電話服務或數據傳輸的部分，適合用在無線通訊 的電磁波頻率約在 9KHz 到 30KHz 之間；頻譜是由連續的頻率所組成的自然資 源，與頻率僅是範圍的差異；而頻率是指一秒內每個無線電波完成一個完整週 期的次數；無線電訊號從零電壓開始往正電壓的最高點，再往下到負電壓的最 高點再回到零電壓為之一個週期的循環，一個完整的循環如圖 2-1，一秒內完成 的週期愈多，代表頻率愈快，頻率以 Hz（Hertz）為單位，例如無線電波在一 秒內來回完成 5 次循環，則代表頻率為 5Hz，國際間會利用 kHz（Kilo, k=103）、
MHz（Mega, M=106）和 GHz（Giga, G=109）等單位來表示高頻率（Dodd, 1998
／蔡崇洲譯，1999；顏春煌，2006；彭心儀，2010）。
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圖 2-1. 一個完整的循環，圖為 1Hz 資料來源：蔡崇洲譯（1999），第 1-4 頁。
頻率愈高，代表一秒鐘內循環的次數愈多而且波長愈短，而波長愈短愈容 易受環境干擾傳輸的距離，例如雨水和氣候對高頻微波的影響會比低頻微波大，
故此低頻微波在同樣的環境下可以比高頻微波把資訊傳得更遠，但是高頻微波 的好處是可以攜帶更多資訊，訊號品質比低頻微波更好（Dodd, 1998／蔡崇洲 譯，1999），而這些特性都會對建設通訊設備的成本造成影響，因此在頻譜拍 賣中，傳輸能力最好的頻譜價格最貴。
貳、頻寬、頻道、頻帶與頻段
頻寬（bandwidth）與頻道（channel）的差別是頻道的寬度為頻寬，如電視 訊號需要一組相鄰的頻率來組成一個頻道來傳播，為了達到必需的傳輸速度與 品質，當訊號愈複雜資訊量就愈多，所需求的頻道寬度也愈大，如腳踏車需要 10MHz 的道路寬度而汽車則需要的 30MHz 的道路寬度一樣（鄭瑞城，1993），
同樣道理，能高速傳送資料的 4G LTE 系統需要的頻寬會比只有語音服務的 GSM 系統為多；而頻帶和頻段（frequency band）與頻道的概念相似，但頻帶是 指特定頻率的界限，而頻段是指定某一特定頻道如 900MHz 頻段。
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參、頻譜資源
無線電頻譜具有使用不竭、不易損壞、而且不需要特別維護就可以使用的 特性，是一種獨特的天然資源（Crater, Franklin & Wright, 1986, pp38，轉引自鄭 瑞城，1993，頁 6），無線電頻譜就像空氣或飲用水等的公共資源一樣，難以 劃分所有權和排除他人使用（張則慧，2008），而且頻譜一般被認定為不具
「敵對性（rivalry）」與「排他性（excludability）」；從經濟學上看，「敵對 性」是指當商品在使用後會減少他人的使用數量，而「排他性」則是物品具有 禁止其他人使用的特性，但是頻譜在使用後不會因而減少數量，而且頻譜本質 上亦不具有禁止他人使用的特性，所以頻譜不完全符合「稀有」的概念，而且 在科學技術進步下，頻譜的使用效益會不斷提升，但是現今科學技術仍然無法 解決相同頻率互相干擾（interference）的問題，導致頻譜被認為是有限資源，
因此頻譜的「稀有」程度是一個不斷變動的概念（Rosston, & Steinberg, 1997；
彭心儀，2010）。
因為頻譜使用後不會減少別人使用的機會，所以具有「公共財產」的特性，
而且頻譜在使用後沒有「耗損」的問題也不需要維護；使得頻譜在過去沒有價 值可以衡量，直到使用者增多並且利用通訊頻譜賺取利潤，無線電頻譜才慢慢 變成為「經濟財產」，而且由於頻譜有干擾的問題無法重疊使用，使得其經濟 價值提高，迫使政府單位或獨立機關對通訊頻譜進行管理和分配，讓各個團體 都能公平使用頻譜資源（張則慧，2008）。
頻譜資源雖然沒有耗損的問題，但使用時會受頻率的高低影響，對其傳播 特性與用途有所局限，如從圖 2-2 可以看到不同頻帶都會有不同的應用方式以 及傳送媒介，而且因為無線電波會有干擾問題而影響資料的傳送，造成無法讀 取原始資料，因此管理頻譜的政府機關都會為各頻帶設立頻道間隔（channel separation），以免相鄰頻道的無線電波彼此混淆造成干擾（鄭瑞城，1993；汪 琪等，1998；謝穎青，2008；賴弦五，2013），而本研究針對討論的是的使用 在行動電話服務的無線電頻譜。
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圖 2-2. 各頻帶的用途以及傳送媒介 資料來源：許獻聰等編（2013），第 58 頁。