行動通訊技術發展歷程

人類一直以來都在追尋快速且便利的訊息傳遞方式。早期人與人之間的訊息傳遞必 須藉由面對面的口語交談，如果是遠距的話則必須藉由書信等實體物質的長時間傳遞。

然而，隨著科技的進步，現在即使是身處地球的兩端，也可以透過無線訊號的傳播來做 訊息的傳遞，由於傳遞的介面不再受限於實體的物質，因此也實現了行動通訊的可能 性。本研究所探討之服務內容即是建構在現有的數位行動平台，也就是目前已發展成熟 之行動通訊技術之上。本節將針對從類比式系統的第一代行動通訊系統，到目前主流之 第三代行動通訊系統，以及將來可能發展之第四代行動通訊系統作發展歷程的整理介 紹。

圖 2.1 行動通訊系統架構 交換機

交換機

行動終端 裝置

行動終端 裝置 基地台

一、第一代行動通訊系統

第一代行動通訊系統(1st Generation,簡稱 1G）在 1980 年代開始發展，主要可分為 幾個陣營：(1)美國所發展的 AMPS（Advanced Mobile Phone Service）；(2)英國的 TACS

（Total Access Communication System）；(3)北歐的 NMT（Nordic Mobile Telephone）；(4) 日本自行發展之 NTT 系統（陳龍，民 94）。第一代行動通訊系統採取的是 FDMA

（Frequency Division Multiple Access）的調變技術，也就是將類比訊號經由調頻（FM，

Frequency Modulation）後再進行傳送，其使用的頻率約為 800MHz。這幾個系統都有自 己的規格標準，因此不同系統間無法互相通訊。其中受到最廣泛使用的是美國的 AMPS 系統，同時也是台灣第一個引進的行動通訊系統，於 1989 年開始使用，直到 2001 年 11 月被第二代行動通訊系統完全取代而停止使用。

第一代行動通訊系統的優點為通話音質佳，少回音干擾，訊號的傳輸距離長。但由 於其訊號傳輸是未經加密的類比訊號，加上 FM 的調變方式，其傳送過程容易受到外界 雜訊干擾，無法承載大量資訊，僅適用於語音通訊，並且訊號容易被竊聽及盜拷門號，

因此類比式的第一代行動通訊系統逐漸被後來發展的數位式第二代行動通訊系統所取 代（GSM WORLD，2004）。

圖 2.2 類比訊號傳送方式

訊號發送 基地台 訊號接收

通道(空氣) 通道(空氣)

外界雜訊干擾

二、第二代行動通訊系統

為了改善類比式系統的缺失，在 1990 年各國開始積極發展數位式行動通訊系統，

行動通訊平台正式進入了數位化的時代。第二代行動通訊系統的訊號傳送方式與第一代 行動通訊系統的類比訊號傳送方式有很大的不同，手機（行動終端裝置）將類比的聲波 轉換成數位訊號後，經由手機內的編碼器編碼，並加訊號調變後經由基地台傳送到接收 端之手機，在經由接收端手機內之解碼器解碼，將訊號還原，接收到發出端所送出之聲 波。由於傳送訊號的數位化，以及不同調變技術的使用，使得訊號在傳送過程不易受到 外界雜訊的干擾，保障了訊號傳送的品質，也提升了訊號傳送的能力；編碼與解碼的步 驟也強化了訊號傳送的保密性，不再能夠輕易的被竊聽與破解。

第二代行動通訊系統的標準主要有以下幾種規格：

(ㄧ) GSM（Global System for Mobile Communication）

GSM 是由歐洲的郵政與電信管理會議 CEPT（European Conference of Postal and

Telecommunications Administrations）為了統一歐陸的行動通訊標準所主導制定的，當

時該標準稱之為 Group Special Mobile，後來 CEPT 將名稱正式定為 Global System for Mobile Communication。由於 GSM 建立起歐洲的行動通訊共同標準，讓使用者可以漫 遊全歐洲，所以又被稱為泛歐式數位行動電話系統。1988 年歐洲電信標準機構 ETSI

（European Telecommunication Standards Institute）成立，持續推動 GSM 的標準化以及 國際化，此後世界各國陸續採用 GSM 系統標準，成為全世界最多國家所採用的系統。

GSM 所採用的調變技術為 TDMA（Time Division Multiple Access），TDMA 是以時 間座標（Time Domain）為基礎，用時槽（Time Slot）的概念，在一段時間內，傳輸之 訊號佔住某個頻率來傳送封包，訊號溝通完成後再將該頻率釋放。GSM 系統主要使用 的頻段為 900MHz、1800MHz 及 1900MHz，可承載的資料傳輸速率為 9.6Kbps。

為了讓 GSM 系統也能夠傳送數據資料，讓使用者除了語音通話服務之外也能夠使 用其他的加值服務，易力信 Ericsson、諾基亞 Nokia、摩托羅拉 Motorola 等手機大廠成 立了無線應用協定論壇（WAP Forum），發展出了數據傳輸的標準協定 WAP（Wireless Application Protocal），讓 GSM 系統的用戶可以藉由手機連接到網際網路。在第二代行 動通訊系統中所提供的 WAP 服務，其傳輸方式採電路交換（Circuit Switch），收費方式 為以秒計費，傳輸速率最高達 64Kbps。

(二) CDMAOne（Code Division Multiple Access One）

CDMAOne 是採用 CDMA 編碼方式之通訊規格。CDMA 原先是由美國軍方所發展 出來的通訊技術，採用的是分碼多工接取技術。與 TDMA 不同的是，CDMA 將每組訊 號給予特定編碼，使得多組訊號可以在同一頻道內同時溝通而不會互相干擾，如此可獲 得較佳的通話品質以及較高的訊號承載量。CDMA 的系統優勢如下（陳伯煒，民 94）：

1. 隱密性及安全性高：CDMA 分碼多工接取方式，各訊號通道經過很長的序碼編 列與以編碼展頻，疊加在一起，不容易在空中被攔截竊聽盜用。

2. 功率需求低：CDMA 採用複雜的功率控制技術來降低雜訊干擾，所以平均使用 功率較小。

3. 通信品質高：CDMA 的通道展頻為 1.25MHz，比 GSM 寬，而且手機端可以處理 多重路徑的訊號時間差問題，提高訊號品質。

4. 語音品質高：CDMA 採用 8K bit/s 或 13K bit/s 之語音編碼，前者語音品質優於 GSM 的語音編碼，後者甚至與固網之長途電話品質相當。

5. 通信可靠度：CDMA 訊號在基地台之間使用軟交遞（Soft Hand-over）技術，有 先接後斷的效果，降低交遞時的斷話率。

6. 系統建設成本低：CDMA 基地台的傳播距離大約是 GSM 的 1.3 至 2.1 倍左右，

因此涵蓋相同地區所需之基地台數量較少，所需建設的時程較短，營運維修的 成本也相對較低。

(三)PDC（Personal Digital Cellular）

PDC（個人數位蜂巢系統）是在 1990 年由日本 ARIB（Association of Radio Inductries and Businesses）組織所研發制定的封閉式標準，全球僅有日本採用。PDC 與 GSM 同樣 採用 TDMA 調變技術，使用的頻段為 800MHz 及 1500MHz，資料傳輸速率約為

11.2Kbps。

(四)GPRS（General Packet Radio Servise）

GPRS（整合封包無線電服務）也是由歐洲電信標準協會 ETSI 所發展出來的通訊 技術標準，以 GSM 的通訊標準為基礎，在數據傳輸方面以封包交換（Packet Switch）

取代了原有的電路交換，當資料被傳送時被切割為一連串大小為 128bits 的封包，而不 是獨佔一整條電路來進行傳送。其傳輸速率及品質都比原有之 WAP 好上許多，理論值 最快可達 384Kbps（實際使用為四個時槽約達 28.8Kbps）；又因為其以封包交換傳送方 式，在使用者連線時的計費方式不再是以秒計費，而改以封包單位來計費，並且有連線 快速以及隨時保持連線等優點。由於 GPRS 的出現，銜接了 2G 以及 3G 之間的落差，

因此又被稱為 2.5G。

三、第三代行動通訊系統

由於對通話品質、頻寬以及對高速數據傳輸需求日益增加，同時也為了建立全球統 一的通訊系統標準，因此，國際電信聯盟 ITU（International Telecommunication Union）

主導制定了第三代行動通訊系統的基本標準 IMT2000（International Mobile Telecommunication 2000），其代第三代行動通訊系統能達到以下目標：

1. 在單一標準的基礎下提供行動加值服務及應用軟體。

2. 成為固網、行動網路、語音、數據資料、網際網路及多媒體服務之平台。

3. 提供無間縫之全球漫遊服務，讓使用者可使用原手機門號進行全球漫遊。

4. 在靜止的狀態下提供 2Mbps 的傳輸速率。

5. 在步行（低速移動）的狀態下提供 384Kbps 的傳輸速率。

6. 在車輛移動（高速移動）的狀態下提供 144Kbps 的傳輸速率。

在 IMT2000 標準之下，最終發展出了三個主要的第三代行動通訊技術規格：

CDMA2000、WCDMA 以及 TD-SCDMA。

(一)CDMA2000

CDMA2000 之技術規格是來自在 2G 時代由美國所主推的 CDMA 技術。為了讓新 就系統可以相容，逐步轉換規格以減少技術提升之成本，因此 CDMA2000 的是發展歷 程是由 CDMAOne、CDMA2000 1x、CDMA2000 1xEV-DO 到最終的 CDMA2000 3x，

逐漸由 2G 系統轉換為真正的 3G 系統。

CDMA2000 主要是由 3GPP2（Third Generation Partnership Project 2）協會所推動，

主要採用的地區為美國以及韓國。CDMA2000 1x 所提供之最高數據傳輸約為

64~144Kbps，尚未達到真正 3G 的標準，只是 2G 到 3G 標準之間的銜接。而 CDMA2000 1xEV-DO 又發展出三種規格：Rev A、Rev B 及 Rev C，是目前主要的 CDMA2000 標準，

其最高傳輸速率可達 2Mbps。CDMA2000 3x 是發展中的規格，其理論傳輸速率可達 200Mbps。

表 2-1 CDMA2000 發展歷程

（二）WCDMA（Wideband CDMA）

WCDMA（寬頻分碼多工接取）技術是由日本 ARIB 向歐洲電信標準機構 ETSI 所 提出，由 3GPP（Third Generation Partnership Project）機構負責發展之第三代行動通訊 技術。WCDMA 符合 IMT2000 所提出之 3G 系統標準，可提供 144K~2Mbps 的傳輸速 率，而與 CDMA2000 不同的是，WCDMA 的網路設備部份可藉由 GSM 系統為基礎升 級而來，與 GSM 網路相容性高，在手機方面也可做到 WCDMA/GSM 雙模相容，目前 主要使用地區為歐洲及日本，為目前主流之 3G 系統。

傳輸速率 CDMAOne

CDMA2000 1x

CDMA2000 1x EV-DO

CDMA2000 3x 2G

2.5G

3G

14.4~64Kbps

64~144Kbps

144K~2Mbps

2M~200Mbps

發展歷程

（三）TD-SCDMA

TD-SCDMA（分時同步分碼多工接取）技術是由中國電信科學研究所與西門子 Siemens 共同開發，成為 3GPP 所認可之第三代行動通訊技術標準之一。TD-SCDMA 以 分時雙工模式 TDD 為主，結合了 TDMA、FDMA 與 CDMA 的傳輸優點，實現了符合 IMT 對於第三代行動通訊技術的標準。由於 TD-SCDMA 也是以 GSM 系統為基礎，再 加上中國官方的大力推動之下，TD-SCDMA 的發展成長快速，將成為中國大陸地區最 主要的 3G 系統。

（四）HSDPA（High Speed Data Packet Access）

為了增加資料傳輸的頻寬及速率，以 WCDMA 為基礎，3GPP 發展出新的資料傳輸 協定 HSDPA（高速資料封包存取），導入高速下傳共用通道，滿足上下行資料傳輸不對 稱的需求，傳輸的速率最低為 1.8Mbps，最高可達 14.4Mbps（工研院 IEK，2005），作 為從 3G 跨入 4G 前的銜接協定，因此又通稱為 3.5G。雖然是以 WCDMA 為基礎架構，

在基地台的部份僅需加入部分硬體及軟體調整升級即可。但用戶端的 3G 手機則需要硬 體支援（部份手機可透過韌體升級來達成）才能使用 3.5G 的快速行動網路連線。