補充教材 電腦網路26 389

空 大 學 訊 96 . 12 . 1

/ 顏春煌

談到無線通訊的時候，最常聽到的就是1G、2G、3G⋯⋯等所謂的無線通

訊的世代，世代對應的英文是generation，所指的是無線通訊在技術與應用上

的重大變革。一般人感受到的最大差

別應該在於電話的使用，過去打電話

找人一定要對方在家才找得到，有了

手機之後就沒有這樣的問題，除非對

方剛好手機關機、未帶手機或是正在

通話中。這種變革對於使用者來說影

響非常大，只是我們都已習以為常。

電話原本主要是用來進行語音通

訊，後來ISDN的技術出現之後，視訊電話吸引了大家的目光，不過結果是無

法普及，僅用於一般大型的視訊會議。3G手機出現之後，不但可以進行視訊

通話，而且是隨時隨地都能運用。現在3.5G、3.75G與4G則是進一步地讓行動

通訊設備有接近於一般電腦節點的資料通訊功能。【圖1】顯示的3.5G的手機

可以支援3.6 Mbps的下載速度，不輸給從前的區域網路。到底行動與無線通訊

的技術是怎麼進化的呢？這就是以下所要探討的主題。

【圖1】3.5G的手機（資料來源：遠傳電信www.fetnet.net）

無線通訊的新世代：3G以後的無線世界

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一、各世代特徵的整理

行動與無線通訊各世代之間有相當密切的關聯，有時候技術實在發展得

太快，有的技術普及、有的技術被淘汰，讓人目不暇給，同時也衍生出這個

領域中層出不窮的專有名詞。真的要追溯行動無線通訊世代得從0G開始說

起，【表1】整理出各世代的主要特徵與發展。

世代 大約年代 主要特徵 主要的發展

0G 1946至1972 行動無線電話（mobile radio telephone）PTT、MTS

IMTS、AMTS

1G 1980年代 類比式蜂巢無線電話（analog cellular phones）NMT、AMPS

TACS

2G 1982 數位式蜂巢無線電話（digital cellular phones）GSM、D-AMPS

cdmaOne

2.5G 1999 封包交換數據通訊 GPRS

2.75G 2003 加強封包交換數據通訊EDGE

CDMA 2000

3G 2003 網際網路通訊與視訊服務 W-CDMA

3.5G 2003 加強資料傳輸速率 HSDPA

3.75G 2003以後 加強資料上傳的速率 HSUPA

4G 2003以後 沒有正式定義，但是有預期達到的目標WiMax、OFDM

MIMO

【表1】行動無線通訊各世代的主要特徵與發展

從【表1】可以發現，無線數據通訊大約到2000年以後才慢慢成熟，到

2007年才達到比較能接受的資料速率，所以使用3G手機的人會感受到一些行

動通訊在資料方面的進階應用，例如視訊或是多媒體資料的分享，但是資料

速率太慢。因此3.5G對於下載速率的加強及3.75G對於上傳速率的提升，將會

解決行動通訊的資料速率問題。

二、3.5G

3.5G所指的技術是HSDPA（high-speed downlink packet access），

HSDPA是高速封包存取（high-speed packet access, HSPA）協定家族的成員之

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一，HSPA協定家族是針對行動電訊發展出來的，包括HSDPA、HSUPA，以及

發展當中的HSOPA協定，主要的目標是擴充及加強UMTS的協定。

H S D PA可以支援比較高的行動電話

資料下載速率，包括1.8Mbps、3.6Mbps、

7.2Mbps及14.4Mbps等。HSDPA的第1個發

展階段在3GPP release 5的文件中有記載，

描述HSDPA的基本功能，以及希望達到的

14.4Mbps下載速率，導入的技術包括HS-

DSCH（high-speed downlink shared channels

）、adaptive modulation QPSK、16 QAM，

以及MAC-hs（high-speed medium access

protocol）。

HSDPA的第2個發展階段記載於3GPP re lease 7的文件中，也叫做

HSPA Evolved，預計達到的資料速率是42Mbps。導入的技術包括集束（

beamforming）與MIMO（multiple-input multiple-output communications）。集

束的技術可以把天線傳送的能量集中在指向接收端的特定空間中。第2個階段

的HSDPA預計在2008年可以部署開始使用。

【增廣見聞】MIMO是一種陣列天線（antenna array）的技術，在通訊的

傳送端與接收端使用多個天線，由於無線電波會受到多路徑衰減（multi-

path fading）的影響，降低通訊的效率，MIMO可以同時建立多個通訊的

管道，增加了通訊的容量（capacity），讓多路徑衰減的影響降低。

三、3.75G

3.75G所指的技術是HSUPA（high-speed uplink packet access），HSUPA也

是HSPA協定家族，預計將行動通訊的上傳資料速率提升到5.76Mbps。

HSUPA協定的規格記載於3GPP release 6的文件中。HSDPA與HSUPA的導入

與部署的速度很快，預計近一兩年就會大幅地建置，不過在技術上已經有未

來HSOPA（high speed OFDM packet access）的發展，HSOPA將下載的資料

速率推到100Mbps，上傳的資料速率則推到50Mbps，HSOPA也被稱為是super

3G的技術，在通訊介面（air interface）的技術上已經擺脫W-CDMA，採用

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OFDM與MIMO的技術，支援的使用者人數可以達到W-CDMA系統的10倍，

而且對於手機功率的要求更低。

【圖2】列出行動與無線通訊3G以後的進化，這些技術在一兩年前都還少

有人聽過，但是卻在短時間內發展出完整的規格、內建於行動器具中，並且

在電信業者端也做了技術的導入，3.5G與3.75G已經不是口號，而是真的有實

際運用的技術。

【圖2】行動與無線通訊3G以後的進化（資料來源：www. mobuild.nl）

【增廣見聞】3G、3.75G及super 3G的發展偏向於在現有的蜂巢網路基礎

上加強通訊的功能與服務，所以行動通訊的業者在導入上不必面臨短期內

大幅地資本支出，對於用戶來說卻有滿顯著的改變。無線數據通訊的另外

一個發展脈絡是從802.11、Wi-Fi到WiMax以來，大家常聽到的公眾無線

網路、熱點（hot spot），或是無線網路城，除了使用的通訊頻率、技術

有差異之外，原本應用的方向也有區隔，但是隨著技術的進步與通訊設施

的擴建，兩個領域的應用與用戶已經開始有大幅重疊的現象，所以未來

super 3G與WiMAX的競合是值得觀察的。

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四、4G

4G原本也被看成是3G以後（beyond 3G）的發展，但是一直沒有辦法有

明確的定位，因為目前可見的技術還沒有達到4G所要求的目標。4G的遠景來

自未來行動與無線通訊應用的需求，

希望能夠達到這些應用所要求的服務

品質（quality of service, QoS）。所

謂4G的應用包括無線寬頻（wireless

broadband）、多媒體簡訊（multi

media messaging service, MMS）、

視訊對話、數位視訊廣播（digital

video broadcasting, DVB）等。4G希

望達到的資料傳送速率是100Mbps與

1Gbps。

五、未來的趨勢

原本大家在期盼4G的來臨時，並沒有預期會有3.5G、3.75G，或是super

3G的過渡期。不過這些過渡期的發展讓4G的輪廓變得越來越清楚，過去的行

動器具純粹被當成語音通話的設備，這在未來將有很大的改變，這種改變不

只是在通訊的技術上，還包括電腦資訊技術，行動器具會越來越像一般的電

腦，有強大的運算功能與大量的儲存空間，由於行動器具可以帶著走，等於

是把原來電腦的功能帶著走，而且還加上了網路通訊的能力，包括網際網路

的連線，最重要的是擁有這些功能的成本反而會持續降低，這表示更多潛在

的應用都會變得可行。

（作者為本科目學科委員兼召集人）