第二章 文獻探討
第六節 行動通訊技術
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圖 2-8. 業者清空 2G 頻譜時面對的問題 資料來源： Nagpal, Sanders & Dobson (2010)。
行動通訊技術是會不斷演變，以增加頻譜的使用效率，但也由於技術不斷 演進，使得政府在規劃或重整頻譜時存在不明朗的因素，同時由於舊有通訊服 務仍有大量使用者，都使政府和業者難以在短時間內發展新的通訊系統，接下 來會討論到各種行動通訊服務的技術以及淘汰的理由。
第六節 行動通訊技術
每一種新的通訊技術都是為了讓頻譜發揮更大效用，而每一種的技術存留，
都受技術相容性、成本考量以及政治因素影響，Hazlett（2001）曾提到，最好 的技術未必會應用並成為主流，因為消費者不太會關心技術的演變，而是服務 的提供，而且政府在推出政策或業者選擇通訊技術時，都容易會受到利益團體 的遊說影響了發展方向。
行動通訊（mobile communication）是指通訊的雙方不需要透過任何線路
（cable），而且至少有一方在移動的過程中進行資訊交換；當使用者利用行動 台（mobile station，如手機）透過無線通訊技術，便可隨時隨地與任何人在無 線電訊號良好的情況下通訊，一般的行動通訊系統由行動台、基地台（base
用 戶 轉 移
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station）、行動交換中心（mobile switching center）與電話網路（public switched telephone network）相連組成（廣磁資訊，1994；汪淇和鍾蔚文，1998；風雲媒 體工作室，2001）。
行動通訊網路是由一組六角形彼此重疊的細胞（cell）組成，每個細胞中間 都有一個無線電基地台（base station，或因設計的不同）負責 1 到 3 個細胞，
每個基地台都會連接到行動交換中心（mobile switching center），整個行動通 訊模型如圖 2-9；行動交換中心的作用是監測每一台手機的位置，當手機用戶從 一個細胞移動到另一個細胞時，監控系統會把手機切換到另一個細胞，稱為換 手或交接（歐洲稱為 handover，美國則稱為 handoff），讓手機用戶能保持通話 暢通，不受移動影響（Paul, 2013；汪淇和鍾蔚文，1998；風雲媒體工作室，
2001），而這個細胞的大小取決於使用頻率的高低，本文第一節提到頻率愈高 代表波長愈短，而波長愈短愈容易受環境干擾傳輸的距離，故此使用 900MHz 的細胞覆蓋範圍會比使用 1800MHz 的細胞大，同時因為使用 900MHz 的細胞覆 蓋範圍廣的特性，可以減少基地台的數量從而減少設備的投資成本，然而頻率 愈高攜帶的資訊也愈多，訊號品質也比較好，所以 900MHz 和 1800MHz 的頻率 特性可以互補不足，因此 900MHz 的頻譜用在 3G 服務時，可以減低 3G 的建設 成本，以及提升郊區、偏遠地區及建築物內的訊號品質（Nagpal, Sanders &
Dobson, 2010）。
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圖 2-9. 無線通訊網路基本模型 資料來源：許獻聰等編（2013），第 81 頁。
壹、第一代行動通訊系統
第一代行動通訊系統（first generation, 1G）始於 1921 年代美國底特律
（Detroit）警車的通訊系統，當時通訊系統只能單向呼叫，至 30 年代才出現雙 向的通訊系統，其後再擴大應用到消防、醫瘵、交通以及軍事等用途，1947 年 美國電話電報公司（AT&T）開始提供行動式電話服務，雖然當時技術還不算 成熟，但已具備行動電話的雛形，至 1960 年逐漸發展成熟，1970 年美國聯邦 傳播委員會（FCC）在電信業者的壓力下，把一部分 UHF 電視頻譜撥給行動通 訊之用，因而開展了行動通訊蓬勃發展的年代（汪淇和鍾蔚文，1998；Dodd, 1998／蔡崇洲譯，1999；陳克任，2001；及燕麗、王友村和沈其聰編，2006），
第一代行動通訊系統（1G）可分為 1983 年美國的 AMPS（Advanced Mobile System ） 系 統 、 1981 年 北 歐 各 國 發 展 的 NMTS （ Nordic Mobile Telephone System）系統以及 1985 年英國的 TACS（Total Access Communication System）
系統（顏春煌，2006）。
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第一代行動通訊系技術採用類比訊號（analog signal），類比訊號是一種連 續變化的電磁波，也可以視為一個連續的訊號，其特色是任何的時間點都會有 對應的訊號值，由於類比訊號是連續變化的電磁波，所以類比訊號會比以它取 樣（sampling）的數位訊號攜帶更多訊息，因而資訊量更豐富（Lu, 1988／周廣 志譯，2000；許獻聰等編，2013）；類比訊號的優點是傳輸距離長，穿透性好 以及通訊沒有回音的困擾，可是缺點是保密性不足和無法傳送數據，而且類比 訊號是以電磁波的方式傳送訊號，在傳輸的過程中，不管是經過銅線、同軸電 纜或是以空氣來傳送，都會存在訊號變弱或衰減的問題，為了克服這個問題就 須要利用放大器做週期性的增強，可是在訊號增強的同時會把類比訊號中的雜 訊一起放大，造成資料傳輸的錯誤，從圖 2-10 可以看到放大類比訊號後雜訊也 會一併放大，而且被干擾的類比訊號不容易回復原狀，繼而影響資料的真確性，
由於使用類比訊號的第一代行動通訊系統在先天的設計上存在諸多限制，使得 系統無法應付急速增長的使用需求，因而逐漸被採用數位訊號的第二代行動通 訊系統取代（Dodd, 1998／蔡崇洲譯，1999；禹帆，2002；蔡志宏，2004；顏 春煌，2006；王居尉，2009；許獻聰等編，2013；何薇玲，2013）。
圖 2-10. 類比訊號經過放大器後，雜訊也同時放大 資料來源：蔡崇洲譯（1999），第 1-7 頁。
貳、第二代行動通訊系統
第二代行動通訊系統（second generation, 2G）與 1G 相比，最大的差別是 2G 的無線電通訊技術採用數位訊號（digital signal），數位訊號採用二進位元
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（binary）而不是類比訊號波，因此訊號傳輸時只有開與關兩個數值，所以數位 訊號在傳送時可以更有效地再生產，從圖 2-11 可以看到，雖然數位訊號與類比 訊號同樣受傳輸距離影響而變弱，但數位訊號的優點在於訊號再生產時可以排 除雜訊，減少資料的錯誤率，2G 與 1G 另一個差別在於使用 GSM 系統的 2G 手 機採用用戶識別模組（Subscriber Identity Module, SIM），SIM 卡可以儲存用戶 的認證資料，使得手機號碼及資料變得可攜，使用者可隨時更換手機（Dodd, 1998／蔡崇洲譯，1999；Lu, 1988／周廣志譯，2000；及燕麗等編，2006），
而且由於 2G 系統的容量（capacity）遠大於 1G，使得 2G 可以容納更多用戶使 用，把頻譜的使用效率擴大，而且 2G 訊號傳送誤差小，通話品質與效果都比 1G 好，因此 2G 推出後 1G 完全被 2G 取代（蔡志宏，2004；顏春煌，2006）。
圖 2-11. 數位訊號經過放大器後，雜訊也同時消除 資料來源：蔡崇洲譯（1999），第 1-7 頁。
採用數位訊號的第二代行動通訊系統可分為分碼多重接取（Code Division Multiple Access, CDMA ） 與 分 時 多 重 接 取 （ Time Division Multiple Access, TDMA）兩大技術，其中又可細分成 CMDA、GSM、PDC 和 D-AMPS 標準，
當中主流的技術標準以 GSM 為主。
一、CDMA
分碼多重接取（CDMA） 是由美國公司 Qualcomm 在 1980 年代後期發明，
當時 CDMA 技術號稱有更多容量和使用更少基地台而受到許多美國無線電公司 支持，而且 CDMA 系統的手機比其他系統的手機使用更少量的電源（Dodd,
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1998／蔡崇洲譯，1999），儘管 CDMA 擁有這些優點，可是 CDMA 的缺點是 電話號碼與手機綁定，不像 GSM 系統可以透過更換 SIM 卡轉換手機號碼，所 以最後沒有成為 2G 系統的主流技術。
二、TDMA 與 GSM
2G 系統的另一個通訊技術是分時多重接取（TDMA），由電信工業協會
（Telecommunication Industry Association, TIA）在 1989 年所訂定，TDMA 是將 傳輸頻道分割成多個時槽（time slot），並以每個時槽來傳送資料（Dodd, 1998
／蔡崇洲譯，1999）；TDMA 技術其後分別發展出不同的標準，例如歐洲電信 標準機構（European Telecommunication Standard Institute, ETSI）訂出的全球行 動通訊系統（Global System for Mobile Communication, GSM），GSM 是目前世 界上最多國家採用的第二代通訊系統技術、另外還有日本發展的個人數位化通 訊（Personal Digital Cellular, PDC）以及美國發展的數位先進行動電話服務
（Digital Advanced Mobile Phone Service, D-AMPS），然而只有 GSM 成為世界 的主流（吳致達，2005；顏春煌，2006；王居尉，2009）。
GSM 起源自歐洲，1982 年歐洲郵電管理會議（Conference of European Postal and Telecommunications Administration, CEPT）成立一個包含 26 個國家的 電信管理委員會，進行 GSM 標準的研究（東明，2001；陳克任，2001；禹帆，
2002），GSM 源於 CEPT 成立的研究團隊的法語名字 Groupe Spécial Mobile committee，後來這一縮寫的含意被改為全球行動通訊系統（Global System for Mobile Communication, GSM）以方便向全世界推廣（王居尉，2009），同時間 CEPT 選擇了 900MHz 作為 GSM 的使用頻段，稱為 GSM900，其後更發展出使 用 1800MHz 頻 段 的 GSM 系 統 ， 稱 為 GSM1800 或 PCS （ Personal Communications Service）；GSM900 的優點是穿透力強和覆蓋範圍大，但缺點 是通話容量較少，而 GSM1800 正好彌補通話容量少的缺點，而且通話品質較 好，但礙於高頻率的無線電傳輸特性，GSM1800 較容易受到環境影響而出現通 訊死角，使得 GSM1800 必須建設比 GSM900 多兩到三倍的基地台才能提供同 樣的服務，而 GSM 之所以成為全球主流的通訊系統，是因為 1989 年歐洲統一
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了通訊標準並且商業化，加上手機生產商如 Nokia 與 Ericsson 都以歐洲的標準 為基礎，搶佔了全世界通訊市場（東明，2001；禹帆，2002）。
但是隨著網際網路（Internet）的出現與普及，人們對網路的需求變得愈來 愈大，也顚覆了人們使用手機的行為模式，但是礙於 2G 系統使用的是無線窄 頻（narrow band）技術，傳輸速率僅有 9.6kbps 或 14.4kbps，不足以應付大量資 料或影音傳輸，雖然之後發展了俗稱 2.5G 的整合封包無線服務技術（General Packet Radio Service, GPRS）以及 2.75G 的 GSM 增強數據率演進（Enhanced Data rates for GSM Evolution, EDGE）來加強傳遞數據的能力，但是使用者須要 透過無線應用通訊協定（Wireless Application Protocol, WAP）才能使用手機瀏 覽網頁，無法直接滿足用戶的使用需求，因而衍生出資料傳輸速度更快的第三 代行動通訊技系統（東明，2001；蔡志宏，2004；顏春煌，2006；何薇玲，
2013）。
參、第三代行動通訊系統
在 2G 系統中，不管是 TDMA 或是 CDMA 技術都是屬於無線窄頻系統，雖 然能夠應付語音通話，但對資料和影音的傳輸能力明顯不足，而第三代行動通 訊系統（third generation, 3G）最大的優勢是把「無線通訊」與「數據網路」結 合，成為充滿機動性的資訊擷取工具（東名 2001），3G 系統以 ITU 發表的
在 2G 系統中，不管是 TDMA 或是 CDMA 技術都是屬於無線窄頻系統，雖 然能夠應付語音通話，但對資料和影音的傳輸能力明顯不足，而第三代行動通 訊系統（third generation, 3G）最大的優勢是把「無線通訊」與「數據網路」結 合，成為充滿機動性的資訊擷取工具（東名 2001），3G 系統以 ITU 發表的