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漫談第三代行動通訊系統
 

【作者: Doug Grant】   2005年07月05日 星期二

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在過去幾年,由於新興無線通訊技術已經讓可攜式裝置的利用率大幅提升。手機裝置的開發廠商面對各種無線技術都面臨了選擇。短距離的藍芽--每秒低於1Mbps,到以11~54Mbps範圍連結並可傳輸更高區域資料的各式802.11。以蜂巢式技術為基礎的廣域通訊範圍已經包括各種cdma2000版本,資料傳輸速率最高達2Mbps(主要採用的國家有美國、韓國、中國部分地區和日本)以及最高200kbps的GPRS/EDGE網路(除日韓外,全球皆採用)。遺憾的是,從雙工到多重存取電路到頻道頻寬調變的應用,cdma2000 和 GPRS/EDGE標準全都不相容。


少數晶片組支援雙模功能,但只有高階設備可以採用,若用在其他產品則通常太過昂貴。設計者必須為其產品選擇手機介面以符合以終端市場需求的可攜式裝置,或者要開發兩種該產品的版本。然而此一做法似乎不太方便,這就像五年前的北美市場,必須包含五種(不相容)標準:CDMA、TDMA、GSM、iDEN以及AMPS。


現在,必須在 3G系統上重頭再一次開始,因為還是有好幾種標準。但是首先,讓我們回顧一下歷史。


世代隔閡

第一代蜂巢式系統發展自1970年代,在1980年代變得廣為使用,其技術是基於類比FM調變技術,類似用在FM廣播無線電。它不是全球性的標準,主要應用為語音(雖然之後有些系統加了低位元率封包資料能力)。


第二代蜂巢式系統是專為使用數位化語音而設計,包括一種概念性的路徑前向以增加資料服務。這些2G系統包含歐洲標準的GSM與美國標準IS-54/TDMA 與 IS-95 CDMA,以及日本標準PDC。所有這些系統都有自己的支持者,且全都不相容。然而,它們全都是數位式,且被認定為2G系統。語音是主要的資料形式。


到1990年代初期,進入所謂FPLMTS(未來公眾陸上行動通訊系統)。這句相當難以理解的縮寫字代表一種想要將全球蜂巢式系統在未來統合成一種互通性系統的企圖,如此,一種終端設備就可以全球通用,以相同頻帶、用相同服務。很自然地,這種全球和諧化的做法將會花上一些時間,因為它牽涉了政府對頻率分配的同意權,以及關鍵無線通訊系統智財技術擁有者的同意權。這一路下來,它換了名字,轉變成IMT-2000,目的是為了定義第三代無線通訊系統。最後,3G的定位將會涵蓋一種可能傳送如以下資料率的無線服務:


  • ●2Mbps:供微細胞(一般在都市)環境中固定不動的用戶使用;


  • ●384 kbps:供行動用戶使用;


  • ●144 kbps:供鄉村用戶使用



正當我們都耐心地等待3G的到來,某些2G系統已經提升。例如,有一種興起於GSM(GPRS或通用封包無線電服務),這種以資料為導向的封包切換式版本即是。


IS-95 CDMA系列演進並變成cdma2000,原來有二種提議的版本: cdma2000 1XRTT:使用一種單一載波; cdma2000 3XRTT使用三種載波傳輸較高的資料,包含可望定義的3G服務。


這些不是十足3G的系統正確的說應是2.5G,因為它們比語音更加鎖定以資料使用為主,然而比定義的3G資料傳輸速率更低。更加令人困擾的事情是,EDGE標準(也稱為E-GPRS)提供比GPRS 更高的資料率,但是由於它比所定義的3G資料速率稍低,因此在某些領域也被當作2.75G系統。不過,在現行GPRS頻帶與頻道的操作上,它是一種可提供超過GSM/GPRS網路,較高資料速率服務的低成本路徑。有些資料來源報告指出,EDGE是一種384 kbps系統,但實際最大資料輸速率是236.8 kbps的半雙工系統,或473.8 kbps的全雙工系統 。


各種3G標準

最後,ITU採用IMT-2000系列地面網路(有其他想要用於衛星傳播的技術,但那是另一則故事)全部的五種無線電介面並加以承認,分別是:


IMT-2000 CDMA 直接展頻

也稱為UTRA FDD、 WCDMA 與 UMTS,這套系統使用寬頻帶CDMA技術與分頻雙工,需要頻譜被分配在成對頻帶/頻道中;一者供基地台發送,一者供終端發送。這個標準是由稱為3GPP(第三代夥伴計畫)的組織所推廣,由來自全球各地的代表參與。這套標準用在日本、歐洲與韓國,也開始被用於北美。


IMT-2000 CDMA多重載波

這是cdma2000 3XRTT系統,且原來是由Qualcomm提議。這個標準是由稱為3GPP2組織所推廣。目前為止並沒有使用這套系統的網路。這個標準的單一載波版本已經演進成cdma2000 1X-EVDO(1X Evolution for Data Only)與cdma2000 1X-EVDV(Evolution for Data and Voice)。由於這些系統能夠傳輸3G指定的資料傳輸速率,已經非正式地被推廣到3G階段,現在已經在北美、日本與韓國所佈建。


IMT-2000 TDD CDMA

這套系統使用分時雙工技術,能讓基地台與終端使用相同頻率頻道來收發。該技術原生自中國大陸,另一個廣為人知的名稱是TD-SCDMA(同步分時CDMA)。 UTRA TDD兩種版本已經加以定義,一種寬頻「高晶片傳輸率」版本稱為UTRA-WTDD,是基於5MHz頻寬,傳輸更高的位元率,以及一種「低晶片傳輸率」版本,稱為UTRA-NTDD,使用1.6MHz頻道頻寬與更低的資料速率。這種LCR版本在某些國家已經變成必要選用的版本。此一標準是由TDSCDMA論壇所支持。


IMT-2000 TDMA單一載波(UWC-136)

該套系統並不會主動被考慮為商用佈建。


IMT-2000 FDMA/TDMA(頻率-時間)

這種系統是基於DECT(數位增強型無線電話)系統,主要用於歐洲數位無線電話。該標準並不會出現像3G行動系統一樣,主動被考慮做為商用佈建之用。


因此,可攜式裝置的開發者試圖提供3G蜂巢式連接功能來選擇實現的標準。UTRA FDD(WCDMA)系統經常受到GPRS晶片組供應商當作一種較低速的備用模式。此一系統似乎比其他系統使用得更為廣泛,涵蓋範圍可望獲得全世界所有地理區所採用。 cdma2000系統已經在北美、日本、韓國採用,但不預期被廣泛用在歐洲地區。 UTRA TDD系統可望在中國被使用。此外,3G許可在許多其他國家釋出(電信業者的成本在數十億美元之譜)包括FDD成對頻譜與非成對頻帶,就是用於這套系統。


4G又是如何呢?

此時,外界並沒有單獨對第四代蜂巢系統下定義。有些提案是為行動用戶提供高速(20 Mbps或更高)為目標。其他提案則定義了4G就像是一種多模3G/WLAN系統,在網路之間能順暢無礙地交換。在未來幾年,看這場戲如何演出應該是很有趣的。(作者任職於ADI美商亞德諾)


延 伸 閱 讀

3G,所謂的第三代行動通訊,在新聞媒體的版面上,目前正取代網際網路的位置,成為另外一個「泡沫」的象徵。或許是先前的預期太過樂觀,導致歐洲的無線通訊公司花了過多的錢去競標3G執照,變成了現在沉重的財務負擔。這些公司紛紛宣布暫緩 3G的相關投資。相關介紹請見「 3G來了(一)什麼是3G」一文。

目前,中國的3G即將進入商用化應用階段,對技術標準的取捨選擇也成為移動運營商要仔細考慮的問題,因此有必要對這三種主流技術標準進行比較分析。你可在「 全球三大3G標準的技術性比較分析」一文中得到進一步的介紹。

●3G手機功能測試及技術諮詢項目
●3G網路架構簡介
●測試環境及儀器設備簡介
在「 3G手機與網路互運測試技術資訊服務」一文為你做了相關的評析。

市場動態
宏達電日前於全球發表的 HTC-Universal,是世界上首款 3G 雙模 Pocket PC 手機,同時也是第一部內建微軟最新 Windows Mobile 5.0 系統的 PDA 手機。HTC-Universal 在歐洲 Vodafone 旗下叫做「VPA IV」,在 Orange 系統則換上「SPV 3G」的名號,預計在 2005 年夏天正式豋場。你可參考 「宏達電 3G 雙模手機 Universal 搶鮮曝光」一文。
看好3G寬頻上網實力,廠商推出筆記型電腦3G PC卡。3G應用從行動電話延伸到筆記型電腦。半導體供應商Agere Systems(傑爾系統)宣布,Sony Ericsson將採用該公司可支援3G/2.75G/GPRS的晶片Sceptre HPU,整合進入其新款GC95 PC卡。如在3G網路內,其可提供384kbps的下載速度;在GSM/2.75G/ GPRS網路中,提供最高247kbps的傳輸速度。你可在「 筆記型電腦將可3G無線上網」一文中得到進一步的介紹。
據指出,未來12年手機業者繳納的3G專利技術使用費高達1000億美元,此筆金額對小型、2線的手機廠商的營運將造成衝擊,除此之外,3G產業的發展,也讓手機廠商對電信業者的依存度更高,手機業者認為,3G手機必須不斷與電信業者進行測試,在耗時過久下,資金不充沛的手機廠商,將會在3G的洪流中被淘汰出局。 在「手機業邁入 3G淘汰賽」一文為你做了相關的評析。
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