第二章 文獻回顧
第一節 頻譜原理簡介
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第二章 文獻回顧
第一節 頻譜原理簡介
談到「頻譜（spectrum）」管理，必須先描繪管理標的－「頻譜」的樣貌為 何，有哪些基本的物理特質；而在這些物理特質下，衍生出哪些管理上必須注意 的事項，將是本節的重點所在。
壹、 頻譜的意涵：從電磁波談起
一般而言，無線通訊的媒介是電磁波（Electromagnetic Waves），西元 1865 年麥克斯威爾（James Clerk Maxwell）綜合前人發現發展出電磁場方程式，成為 電磁學的理論基礎（顏春煌，2006：1-4）。正因為變動的電場能產生磁場，而變 動的磁場也會產生電場，在電生磁、磁生電的循環下，就產生了電磁波。
電磁波在人類生活中的應用可謂無所不在，就連一般的可見光也是電磁波的 一種，電磁波具有以下幾項基本的特性：
一、 電磁波傳遞不需要實體的介質，在真空中（絕對真空是一種不存在 任何物質的空間狀態，見http://ppt.cc/3CTb）也可以傳遞。
二、 所有電磁波在真空中的傳播速度都一樣，與其頻率和波長無關。
三、 電磁波中含有電場與磁場，隨時間而變化強度與方向，電場與磁場 的振動方向與波的傳遞方向垂直。
至於常見的無線電波（radio waves）一詞，指的是適合用於通訊的電磁波，
頻率約在 9KHz 到 30GHz 的範圍，為電磁光譜中波長較長而頻率較低的部分（顏 春煌，2006：1-5）。ITU（2012）無線電規則的術語則將其定義為「不經由人工 引導，在空間中傳遞且頻率低於 3000GHz 的電磁波」，更明示了無線電波屬於電 磁波的一部份。
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通訊的基本原理，是將資料（data）轉換成訊號（signals），以不同頻率的電 磁波加以承載，並透過介質來傳送，頻譜（spectrum）則是電磁波頻率的總稱（NCC News 4 月號，2013：4）。由此可知，頻譜管理若從字面上來看說的是電磁波管 理，且著重於無線部分，因為電磁波亦可透過有線（例如光纖網路，Thomas Hazlett 稱之為管線中的頻譜）介質傳送，在無線通訊中則以空氣為介質（即 air interface）
傳送（顏春煌，2006：2-11；Nuechterlein & Weiser, 2005：228）。
而無線電波遊走的頻譜空間，就存在於人們生活環境周遭，通常以天空為主 要幹道，猶如大自然為電磁波搭建的無線傳輸道路。正如道路有鄉間小徑、也有 康莊大道，無線電波的傳輸特質決定於其頻率及波長，在波速固定下，頻率越高 則波長愈短，也因此促成不同頻率、頻段下無線電頻譜之特性（見表 2）。大致 上，在無線電的物理特性中，頻率越低則傳送距離越長；相反地，若頻率越高，
則直進性越強，傳送距離就變短。此外，傳輸資料量亦有其特性，即當頻率越高，
則可傳輸的資料量越大（野村總和研究所，2009：2；ICT Regulation Toolkit，
2013）。
頻譜由不同頻率組成，以赫茲（Hertz）為基本測量單位，即電磁度從正極 至負極、恢復正極的一整個週期，以每秒幾次 Hertz 計算。為表示更高頻率，國 際間協議採用等千單位來表示，若以 10 的 3 次方頻率單位計算稱為 kiloHertz，
簡稱 kHz，若以 10 的 6 次方頻率單位計算稱為 MegaHertz，簡稱 MHz，若以 10 的 9 次方頻率單位計算稱為 GigaHertz，簡稱 GHz（NCC 頻率資料庫，2013）。
（見http://freqdbo.ncc.gov.tw/Portal/NCCB01Q_.aspx）
鄭瑞城（1993：6）在整理頻譜原理時指出，無線電頻譜具有使用不竭、不 易損壞且不需特加維護即可使用之特性，是一獨特的天然資源。但他同時也列出 幾點資源使用時的限制：（1）上述因頻率及波長特質所影響之用途；（2）頻道干 擾（channel interference），即相同頻率之電波信號如在同時間使用上佔據同一空 間或鄰近空間，將產生互相干擾；（3）頻寬（bandwidth），不同種類的通訊服務 所需傳輸量有大有小，有時單一頻率尚不足以承載，而需使用一定範圍之頻率來 組成頻道，稱為頻寬。
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radio-navigationVery narrow
Wide Spread LF
低頻
30-300 kHz
1000’s km Same as VLF strategic
communications
Very Narrow
Wide Spread
MF 中頻
0.3-3 MHz 2-3000 km Same as VLF strategic
communications
Moderate Wide Spread
HF 高頻
3-30 MHz up to 1000 km
Global broadcast and Point to Point
Wide Wide Spread
VHF 特高頻
30-300 MHz
2-300 km Broadcast, PCS,Mobile, Wan
Very Wide Confined
UHF 超高頻
0.3-3 GHz < 100 km Broadcast, PCS,Mobile, Wan
Very wide Confined
SHF 極高頻
3-30 GHz Varies 30 km to 2000 km
Broadcast, PCS,Mobile, Wan, Satellite Communication
Very Wide up to 1 GHz
Confined
EHF
Microcell, Point to Point, ,PCS and Satellite
Very Wide up to 10 GHz
Confined
資料來源：鄭瑞城，1993；ICT Regulation Toolkit，2013，取自：
http://www.ictregulationtoolkit.org/5.1
整體而言，因頻率特性而適合提供多種無線通訊服務的頻帶，集中在 UHF 超高頻此一區塊，Cave、Doyle & Webb（2007）在討論科技對頻譜管理的影響時，
將該頻段稱作 Sweetspot（甜蜜點），可提供的服務包含廣播電視、GSM、3G、
藍芽與 WiFi 等主流商業應用（見圖 2）；Durantini & Martino（2013）在介紹頻譜
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時也表示 300-3000 MHz 的頻譜因科技和傳播特質正面臨龐大的需求，UHF 頻帶 就成了研究頻譜管理的主要對象。
圖 2：頻譜分佈與用途
資料來源：Essentials of Modern Spectrum Management (p.12), by M. Cave, C. Doyle
& W. Webb, 2007, Cambridge University Press.
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貳、 頻譜管理的歷史起源與動機
若單從科技的觀點來看，避免干擾、維持電波秩序，已經成為許多頻譜管理 專文的破題論點，無論是認為頻譜使用上具有排他性（彭心儀、王郁琦與周韻采，
2007；謝穎青，2008；Cooper, 2007），或直接點出減少訊號干擾為管理目的（Peha, 1998；Nuechterlein & Weiser, 2005；Sterling et al., 2006）。Cooper（2007）則以空 間來比喻頻譜存在的本質，就好像兩個人無法在同時間佔據同一空間，頻譜的使 用也不行；但有一點與土地不同之處，即我們無法於一段無線電頻譜周圍建造圍 籬來防止他人入侵。
無線電技術最早起源於二十世紀初期，自無線通訊之父馬可尼於 1901 年（音 譯，Guglielmo Marconi, 1874-1937）成功傳送第一個橫跨大西洋的訊號開始，歐 美各國逐漸進入電信發展加速的時期（陳炳宏，2005；顏春煌，2004；Sterling et al., 2006；石世豪，2011），諸如業餘無線電（火腿族）、廣播也都在 1920 年代開 始被廣泛運用。
美國政府介入頻譜管理的起源，則與 1912 年著名的重大船難「鐵達尼號」
事件有關，當時普遍認為鐵達尼號發出的求救信號，因為電波秩序混亂而引起其 他船隻誤判，喪失第一時間救援的機會（林承宇，2007；Benjamin, Lichtman, Shelanski, & Weiser, 2006：16）。隨後美國國會陸續提出 1912 年廣播法（Radio Act of 1912）、1927 年廣播法（Radio Act of 1927）與 1934 年傳播法（Communication Act of 1934），為美國政府介入頻譜管理建立了正當性（羅莊鵬，2004；Nuechterlein
& Weiser, 2005；Goodman, 2009）。
而在國際社會之間，現由 1865 年成立的國際電信聯合會（International Telecommunication Union, 簡稱 ITU）制訂無線電規則(Radio Regulations)，每 2 至 3 年召集世界無線通信會議(World Radiocommunication Conferences, WRC)，各 國政府採不同的頻譜管制模式等（NCC, 2010：8），目的都是希望頻譜能在和諧 的環境下使用，發揮其通訊傳播之功能。
我國目前雖非 ITU 會員國，但身為國際社會的一份子，仍有必要遵守國際有 關技術性規定之原則。ITU 為確保無線電頻率的合理使用，將世界劃分為三區（我 國位於第三區），並依各類無線電通信業務特性劃分為固定、行動、廣播…等三
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十七種業務，實施無線電頻率分配及無線電頻率核配之登記，供各國制定其國內 規則參考（NCC, 2013）。
我國之電波監理業務管理辦法，乃依電信法第 48 條訂定，其中管理辦法第 6 條強調：「同一頻率，在不發生妨害性干擾原則下，得分配予一個以上之電台，
在不同時間或不同地點共用之」。對於政府以執照方式限定無線電波之使用有無 違反憲法第十一條所保障之言論自由，大法官於釋字第 678 號（2010）做出下列 見解：
無線電波頻率屬於全體國民之公共資源，為避免無線電波頻率之使 用互相干擾、確保頻率和諧使用之效率，以維護使用電波之秩序及公共 資源，增進重要之公共利益，政府自應妥慎管理。立法機關衡酌上情，
乃於電信法第四十八條第一項前段規定，人民使用無線電波頻率，採行 事前許可制，其立法目的尚屬正當。
而我國學者周韻采（2003）在探討政府釋照的配套措施時，認為無線通訊與 廣電事業採取執照特許的緣由為避免服務所需頻段同時由多人使用，產生「共有 財悲劇」。在經濟學賽局理論中最貼近的例子，即為高速公路塞車。一般而言，
高速公路可通行自用車與公共汽車，但若民眾因貪圖方便都自行開車的話，將導 致塞車，高速公路的價值也因此降低。面對共有資源的使用，必須有一套清楚的 法令或體制加以規範，才不至於落入使用效率不彰的局面，此時通常由政府或第 三方組織進行協調與規劃（McCain, 2006／陳建良譯，2006：204）。
綜合壹、貳段之討論，可發現頻譜使用基於其物理特性，來自不同訊號 源的同頻率無線電波若於同一時間在鄰近空間相遇，即有可能對終端接收造 成干擾，造成通訊品質下降及頻譜資源的浪費，最終有損社會之整體利益。
有鑑於此，頻譜主管機關針對電波使用採行事前許可制度，有其必要性，而 避免干擾也是科技無法解決此問題前，主管機關的主要政策目標之一。
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參、 頻譜使用權之定義與劃分
上一節曾提到，電磁波訊號不走平面之有線管路，改以空中自然之傳輸道路 前進，無法有明確的傳輸界線，因此如何降低使用者之間的訊號干擾，有賴主管 機關的一系列規劃和監督過程。
一般而言，頻率規劃的過程大至可分為劃分（allocation）、分配（allotment）、
指配（assignment）三個步驟，ITU 在 2012 年的無線電規則中明確定義（ITU, 2012：
RR1-2）：
一、劃分階段：關於某一具體頻段可供一種或多種地面或空間無線電通信業務或 射電天文業務在規定條件下使用的記載；
二、分配階段：經有權的大會批准，在一份議定的頻率分配規劃中，關於一個指 定的頻道可供主管部門在規定條件下，在一個或數個經指明的國家或地理區 域內，用於地面或空間無線電通信業務的記載；
三、最後的指配階段，則強調由某一主管部門發給某一無線電台在規定條件下使
三、最後的指配階段，則強調由某一主管部門發給某一無線電台在規定條件下使