行動寬頻上網的技術演進與發展

行動寬頻上網服務必須連結接取行動電話通訊業者提供的行動寬頻網路，而行動寬 頻網路是以行動電話通訊系統為基礎。行動電話通訊系統自1983 年第一支類比式行動 電話出現至今，歷經20 多年的演進與技術發展、多媒體功能與商務應用功能的整合，

使行動電話不單是個人無線語音通訊終端，更成為個人娛樂及商務應用終端。但若以「商 品化」的角度來看，行動電話通訊系統從類比走向數位、窄頻走向寬頻只不過是最近十 年的變化（薛仲男，2005）。

行動電話通訊系統技術進步的動力來自於使用者對傳輸速率、應用服務的需求，從 第一套正式商業化的行動電話通訊系統發展至今，歷經數次革命性的技術階段，第一波 源自於第一代類比式行動電話系統（1G），開啟行動電話通訊的演進之路，第二波是從 類比式發展到第二代數位式行動通訊系統（2G），並開始具有窄頻上網的功能，到今日 的第三代行動通訊系統（3G）所具備的行動寬頻上網功能（拓墣產業研究所，2004a）。

如以行動電話通訊系統提供的服務與應用內容則可區分為：語音通訊、語音與低數 據應用、語音與數據應用、數據與串流應用等四個階段（王英裕，2004）。以下說明行 動電話通訊系統的世代發展與行動寬頻上網的技術演進歷程。

2.2.1 第一代行動電話通訊系統（1G）

第一代行動電話通訊系統是最早的行動電話通訊系統，主要功能是「語音通訊」，

技術則屬於「類比式」（Analog）無線通訊系統，利用「分類多工擷取」（Frequency Division Multiple Access, FDMA）技術，將語音資料與載波混合，以「調頻」（Frequency Modulation, FM）訊號的形式調變，送到行動電話的基地台與行動電話系統中，再由行動電話系統作 傳送，由通話端的行動電話將語音資料與載波分離出來，重現傳送端的語音資料。使用 的頻率為800MHz，主流規格包括美國 AT&T 在 1983 年發展的 AMPS 系統、英國在 1985 年發展的TACS 系統、北歐國家推出的 NMT450/900 系統。

第一代行動電話通訊系統的優點為傳輸距離長、音質好、穿透性佳，沒有回音的困 擾；但因為在訊號編碼時並未加密，衍生缺點包括門號有限、擴充功能差、覆蓋範圍不 全面、易受外來的無線電波的干擾、容易遭到他人竊聽通話內容及盜拷門號等。第一代 行動電話通訊系統也無法支援網際網路所需要的數據傳輸服務（顏春煌，2007）。

我國的中華電信公司在1989 年引進類比式行動電話通訊系統，至 2001 年 11 月 30 日正式關閉，第一代類比式動電話通訊系統全數由第二代數位式行動電話通訊系統所取 代。

2.2.2 第二代行動電話通訊系統（2G）

目前全世界各地所使用的第二代行動電話通訊系統屬「數位式」（Digital）無線通訊 系統，第二代數位式行動電話通訊系統與第一代類比式行動電話通訊系統最大的差異，

在於所傳送的資料已採用數位化訊號（Digital Signal），且在容量、安全性等各方面都比 類比式系統改善許多。

第二代數位式行動電話通訊系統可區分為四種技術系統：包括由歐洲電信標準協會

（European Telecommunications Standard Institute, ETSI）主導的「全球行動通訊系統」（Global System for Mobile Communication, GSM）、美國主推的「分碼多工接取」（Code Division Multiple Access, CDMA）、「分時多工接取」（Time Division Multiple Access, TDMA）以及日本專用的

「個人數位蜂巢式系統」（Personal Digital Cellular, PDC）； 其中 GSM 及 CDMA 為兩大主 流，台灣第二代行動電話通訊系統採用的是GSM 系統（蘇芳儀，2004）。

GSM 系統的通訊運作方式是先將語音資料數位編碼，然後在電話交換的模式下以數 位串流的方式在GSM 網路中傳送。GSM 系統的優點是傳輸資料不易被竊聽與盜拷、通 話品質佳、頻譜利用率高、系統容量高；缺點是電波易受干擾，穿透性差而導致通話品 質不穏定，因此行動電話通訊系統業者必須佈署較多的基地台來維持連線速度與通話品 質。

第二代數位式GSM 行動電話通訊系統除提供語音通訊外，並開始提供包括數據、

傳真傳輸的數據加值服務，GSM 所提供的數據傳輸速率介於 9.6~14Kbps；在搭配「無線 應用協定」（Wireless Application Protocol, WAP）下，即可利用 GSM 行動電話撥接方式連 結接取網際網路，瀏覽以WML 語言（Wireless Markup Language）撰寫的網站，但 WAP 並 無法克服GSM 先天傳輸速率慢的限制，且行動上網是依「使用時間」計價，一旦遇到 網路塞車，使用者常被迫支付高昂的成本。目前WAP 的使用己呈現衰退的現象（資策 會FIND／經濟部工業局「電信平台應用發展推動計畫」，2007）。

2.2.3 第二．五代行動電話通訊系統（2.5G）

行動電話通訊系統的演進，從第一代類比式演進到第二代數位式系統，主要是頻寬 使用效率的改善（蘇佑毅、吳顯東，2002）。為了進一步提高行動數據傳輸效率，通稱 為第二．五代行動電話通訊系統（2.5G）的「整合封包無線電服務」（General Packet Radio Service, GPRS）應運而生（Wong, 2005）。

GPRS 是架構在 GSM 系統上，使用「資料封包交換」（Data Packet-Switch）技術，屬 於點對點的分封交換系統，大幅改善GSM 系統只能提供電路交換服務的限制、提高數 據傳輸效率，為GSM 系統的增強版，優點是網路使用效率高、可支援在非持續性資料 流量下的電子郵件、行動上網等網際網路應用服務（張英彬，2005）。

GPRS 因為傳輸速率由 GSM 的 9.6kbps 大幅提升至 384Kbps，正式開啟利用行動電話 通訊系統進行行動上網連結接取網際網路的序曲。（蘇佑毅、吳顯東，2002；鄧友清，

2004）。此外，透過 GPRS 行動電話上網後，可以在行動電話上直接觀看網頁內容，也 可以將行動電話連接至PDA 或筆記型電腦，用較大尺寸的螢幕瀏覽網頁內容。

利用GPRS 行動上網時，行動電話處於「封包交換模式」（Packet Switch Mode），此 時的計價單位通常會以封包來計算；以封包來計價的好處，是依照實際的數據傳輸量來 計費。換言之，在利用GPRS 連結接取網際網路，如果沒有傳送任何數據資料時，就不 需要付任何費用，整體來看，GPRS 優於 WAP 之處在於即時上網、全時連線、快速傳輸、

以量計價等優點。

張英彬（2005）綜合 GPRS 的特點如下：

1. 用戶可以一直維持在連線的狀態，也就是「Always On」的概念。

2. 不需要撥接就能上網。

3. 以封包傳輸的概念，大幅提升資料傳輸的效率，但傳輸速率會和行動電話機型、

行動電話通訊系統及網路流量有關。

4. 收費方式是以封包數量計算，而不是以連線時間為計價基準。

此外，隨著行動電話通訊系統由2G 升級至 2.5G，行動電話的加值應用服務增加了

「增強型簡訊服務」（Enhanced Messaging Service, EMS）、「多媒體簡訊服務」（Multimedia Messaging Service, MMS）等個人化訊息服務，行動電話通訊系統也開始邁入語音與數據 應用兼具的階段，另一方面，行動電話硬體規格在此階段亦開始新增彩色螢幕、數位相 機、JAVA 遊戲、多和弦鈴聲以及藍芽功能，奠定行動電話在多媒體應用功能的基礎。

總結來說，GPRS 的封包交換技術比 GSM 具有高速傳輸、隨時連線、支援各項行動 上網的應用與降低成本等優勢，對行動電話通訊業者而言， GPRS 也代表可以開始發展 出具有獲利價值的行動上網營運模式（拓墣產業研究所，2004a）。

2.2.4 第三代行動電話通訊系統（3G）

為實現行動電話通訊系統能夠進一步達到個人化、提供多媒體通訊、漫遊全球的目 標。聯合國旗下的「國際電信聯盟」 （International Telecommunication Union, ITU），於 1999 年定義涵蓋全球行動通訊服務的標準，即所謂的IMT-2000（International Mobile

Telecommunication 2000, IMT-2000），通稱為第三代行動電話通訊系統（3G）標準。有別於 過去的行動通訊系統，第三代行動電話通訊系統的特色在於提供最高達2Mbps 的數據傳 輸速率，能夠提供包括「非即時性」（Non Real-Time）的電子郵件、行動上網以及「即 時性」（Real-Time）的影音傳輸服務與傳統的語音服務。目前經過 ITU 認可的第三代行 動電話通訊系統有三種規格，第一種是由歐洲以及日本所主導的「Wideband CDMA, WCDMA」，第二種則是美國主導的「CDMA2000」，最後一種則是由中國大陸主導之

「TDS-CDMA」，其規格特性如表 2-2：

表2-2 第三代行動電話通訊系統規格特性表

WCDMA CDMA2000 TD-SCDMA 核心網路 GSM MAP ANSI-41 GSM MAO 核心頻段

UL:~2170MHz UL:1920~1980MHz

DL:2110MHz

UL:1850~1910MHz DL:1930~1990MHz

UL:2010~2025MHz UL:1900~1920MHz DL:2010~2025MHz

雙工方法 TDD/FDD FDD TDD

多重擷取方法 DS-CDMA(FDMA) DS-CDMA(MC/FDMA) SDMA+CDMA+TDMA 片元率 3.8Mcps 1.2288Mcps/3.6864Mcps 1.28Mcpx

資料框長度 10ms 20ms 10ms

3G 發展的初衷有四個目標：解決資源頻率問題、提高頻譜使用效率、解決全球漫 遊問題及提供多媒體服務（王英裕、蘇怡如，2003）。

台灣目前五家3G 行動電話通訊業者中的四家業者（中華電信、台灣大哥大、遠傳 電信、威寶電信）使用WCDMA 系統，只有一家亞太寬頻使用 CDMA2000 系統。

WCDMA 可在高速行進的狀態下，提供 384Kbps 的傳輸速率，在低速或是室內的狀態 下，則能提供高達2Mbps 的傳輸速率，此外 WCDMA 可同時運用電路交換（Circuit Switching）

和分封交換（Packet Switching）技術， WCDMA 除了編碼是採用 CDMA 技術外，其它如系 統交換機等行動電話通訊系統之核心網路原件，仍採用GSM 的架構，但是行動電話與 基地台必須更新，所以WCDMA 被視為 GSM 的升級版（Holmn & Toskala, 2006；Steers, 2007；

李志鵬、江弘志、林垂彬，2007）。

進入第三代行動電話通訊系統後，因為行動電話通訊系統己能提供寬頻標準的高頻 寬，行動電話通訊系統開始進入數據與串流應用階段，亦即朝向更完整的多媒體應用發 展，在應用服務方面，此階段行動電話己具備支援影像電話及影音下載或串流多媒體的 功能；在行動電話硬體主要功能方面，則新增了攝影鏡頭，MP3 音樂下載與播放、行動 定位以及開放式作業系統等功能，至此行動電話正式成為個人化的行動娛樂/通訊核心平 台（王英裕，2004）。透過在第三代行動電話通訊技術可以讓許多使用者同時使用高速 上網，移動性更佳、數據傳輸能力更強的行動寬頻網路系統，但隨著所提供的服務增加，

進入第三代行動電話通訊系統後，因為行動電話通訊系統己能提供寬頻標準的高頻 寬，行動電話通訊系統開始進入數據與串流應用階段，亦即朝向更完整的多媒體應用發 展，在應用服務方面，此階段行動電話己具備支援影像電話及影音下載或串流多媒體的 功能；在行動電話硬體主要功能方面，則新增了攝影鏡頭，MP3 音樂下載與播放、行動 定位以及開放式作業系統等功能，至此行動電話正式成為個人化的行動娛樂/通訊核心平 台（王英裕，2004）。透過在第三代行動電話通訊技術可以讓許多使用者同時使用高速 上網，移動性更佳、數據傳輸能力更強的行動寬頻網路系統，但隨著所提供的服務增加，