时间回到2G（第二代行动通讯技术）手机风光上市的那一天。 GSM、CDMA等技术将2G行动通讯推向顶峰，尽管2G通讯手机上市初期使用普及率并不高，但当时市场上对于3G通讯技术的研究却已经热烈展开。而相同的情况今日正在你我身边重复上演。虽然目前3G系统的使用率、普及率都还不高，且要让消费者完全接纳3G通讯技术，并让3G系统完全融入生活当中可能尚需好几年的光景才能实现，但业者对于4G，也就是第四代行动通讯技术的研发，却夜以继日马不停蹄地进行。

目前3G在发展上所面临的问题与瓶颈，的确有催促相关厂商加速4G发展速度的效果。甚至市场上有许多声音建议通讯技术跨越3G，直接进入4G世代。不管这些杂音与建议将如何影响4G的发展，然而3G通讯的商用程度不如预期是个不争的事实。也因此，消费者有必要了解3G发展上所面临的挑战，并进一步探究4G通讯技术发展的主要概念、关键技术，以及4G是否能够改善3G所面临的种种问题。

从3G到4G

4G的提出本来应该是针对3G系统在使用中无法克服的困难，现在3G的商业用途还没有全面展开，4G就被炒得沸沸扬扬的事实说明了一个问题，那就是人们从一开始就对3G不那么满意。 1997年国际电信联盟（International Telecommunication Union；ITU）将3G无线标准命名为IMT-2000（International Mobile Telecommunication for the 21st Century），原本是希望可以提供一个全球统一的高速资料传输标准。然而由于主要通讯技术供应厂商以商业竞争利益考量为前提，使得原本欲以IMT2000一统全球3G标准的情况，经过各家系统提案、整合，最后出现五组无线介面标准草案，最后并演变成为以WCDMA 、CDMA2000与TD-SCDMA等不同标准并存于3G通讯市场的局面。

不同的标准，首先产生的当然就是漫游的问题。此外，这些3G标准的实际传输速率最高仅达384Kbps，与IMT2000所要求3G传输速率在慢速移动和静止状态下须达每秒2M以上有段不小的差距。此外，包括手机使用的问题（如3G不同的通话方式）、与原有网路的相容问题等，诸多问题都造成消费者对于3G通讯的接受度低，并期待在后3G时代（Beyond 3G ；B3G）能有新的通讯技术取代3G，或者至少能解决以上这些应用问题。

因此，4G的发展便被消费者寄予厚望。然而4G是什么呢？严格来说4G尚未有明确的定义，但可确定的是，4G必须能够解决目前3G系统的不足。所谓4G无线通讯系统是以2010年为实现目标，并分别达成下列三项重点：

从传输速率端来看，对于移动速度较慢的使用者，4G无线通讯系统必须在广阔的区域内提供至少100Mbps的服务。对于移动速度较快的使用者，如高速铁路等，4G系统必须提供至少20Mbps的服务。比起3G系统的停止状态下2Mbps的传输速率，4G系统将有50倍的效能提升。

从网路Access Architecture端来看，4G系统将是整合车用行动通讯系统（Cellular Mobile Network）、无线区域网路（WLAN）、个人区域网路（WPAN）和无线随意网路（Ad Hoc Network）的异质性网路。

从网路Core Architecture端来说，4G系统将以IP（Internet Protocol）封包服务（Packet Services）为主。不同于过去2G的电路交换系统（Circuit-Switched System）、以及3G以混合电路交换系统和封包交换系统（Packet-Switched System）并存的情况，4G无线通讯系统将纯粹以封包交换为主。

4G的发展

目前全球发展4G技术的脚步尚处于初期阶段，原因在于4G应用的基本需求、核心技术都还处于萌芽阶段。但较为明确的一点是，4G行动通讯导入商业用途的时间点将在2010年之后，这也将符合行动通讯技术每10年更新一代的发展特性。回头观察3G通讯技术的研究，开始于90年代初期，当时欧洲的GSM、日本的PDC和美国的D-AMPS等技术已成熟，并开始导入市场。随后全球通讯相关研发人员于90年代初期开始将目光投向全球统一的FPLMTS研究计画，并经过近10年的努力，造就了3G通讯系统的IMT-2000（International Mobile Telecommunications-2000）标准。

而正如同2G系统与3G系统之间按部就班的发展，与缓慢的过度关系一样，4G系统也不可能在一夜之间就完全取代3G系统，更不可能跨越3G而直接投入4G的研发。制订一套全球统一的4G标准就需耗费5～7年的时间，而现有的2G系统在未来的数年内将无法满足消费者日渐增加的通讯需求。因此未来几年，现有的2G系统将缓慢过度到3G系统，而3G系统也无法立即被4G取代。

然而，尽管4G系统的实用化将在2010年之后，目前全球关于4G技术的发展与研究工作都如火如荼进行中。事实上，行动通讯技术的竞争已经演变成为核心技术以及智慧产权的争霸，若无法在新一代行动通讯技术的研发初期就参与竞争行列，未来也无法在激烈的市场竞争中取得关键技术的主导地位、获得核心技术智慧财产权，并积极地获取商业利益。也因此，全球相关国家与厂商均不遗余力，全力投入4G技术与系统的开发与研究。

4G面临之挑战

将4G系统导入实际应用的过程中，将遇到技术与市场等不同方面的挑战。主要原因在于4G系统所运用的各种核心技术尚未完备，这些技术的成熟将需要一段漫长的时间。以核心网路的移动IP技术为例，对于4G系统来说，移动IP技术缺乏即时位置管理和快速无缝切换机制的支援。另外移动IP环境下的QoS所使用的综合业务、资源预约协议（IntSev/RSVP）技术和区别型业务技术也是有待解决的重要问题之一。而且这些技术在行动式IP平台上并不是最好的选择。

4G系统所标称的最大传输速率，在实际应用中是否能真正达到该数值尚难评估。

尽管4G系统的传输速率比起3G系统肯定会有大幅度的提升，其理论值最高可达100Mbps，但真正传输速率则将受到不同手机设备与系统影响。 ??

此外，在商业市场所将面临的问题也是一大挑战。专家预言，约莫十年光景，2G系统的多媒体服务将出现崭新的发展，而3G网路也将大抵覆盖全球地表，估计全球将至少有超过三成的人口使用3G通讯系统，因此整体消费市场将以消化并吸收3G通讯技术为主，尽管透过4G技术改善3G缺点的相关工程也将同时进行，但要完全过度到4G系统尚需时间的洗礼。此外，谁能担保更新一代的5G甚至6G系统不会程咬金半途杀出呢？

因此，暂且不提4G通讯目前可见的优势，仅仅预想着将4G投入实际商业应用，必须对现有的行动通讯基础设施进行更新，不但将花费大笔资金整建并教育消费者，也将减缓4G正式实用化的速度。

《图一 PicoChip积极发展新一代无线宽带通讯芯片，WiMAX技术也是其中重要一环。》

4G特色

尽管如此，4G技术的发展仍然势在必行。若从3G系统来看4G的发展，则大致可整理出4G通讯技术将具备如下的优势：

更高传输速率

由于发展4G通讯技术的的主要目的就是提高手机或其他行动装置以无线方式相互连结的通讯速率，因此4G系统的特征当然必须强调其高速无线通讯速率。目前4G系统的速度也普遍预估可以在高速移动中达到10M～20Mbps，慢速移动或静止时最高可以达到100Mbps。

更宽的频谱

为了让4G通讯系统达到100Mbps的传送速率，目前3G通讯系统的基础设施必须大幅更动，以提供比3G通讯更大的频宽。未来4G系统的每个通道频谱都将达到100MHz，相当于目前WCDMA的20倍。

更具弹性的通讯方式

语音资料的传输将只是4G通讯的功能之一而已，因此不能单纯将4G归类为通讯用手机，基本上其外观与应用都将有惊人的突破，例如眼镜、手表等都有可能成为4G终端产品。

更具智慧

4G通讯系统将具备更高智慧性能，不仅终端设备的设计与操作介面将更具智慧，且使用者也可以透过4G系统实现许多不同的功能，例如将个人通讯、资讯系统、广播、娱乐等业务无缝连接为一个整体，满足用户的各种需求。

更高相容性

4G系统必须让消费者在花费最少的情况下，从2G或3G系统过度到4G。因此，4G系统必须具备全球漫游、开放性介面、与多种网路互联、多样化终端并能相容2G、3G等系统。

更高品质的多媒体呈现

4G通讯可提供包括视讯、语音与资料等高品质多媒体资料传输，透过宽频通道传送资料等行动多媒体通讯应用。

更便宜的通讯费用

4G系统在解决了与3G系统的相容性问题之后，可让更多的3G使用者升级到4G系统，且4G系统具备更多先进的通讯技术，因此，4G通讯网路比起其他技术将更容易布署。同时营运商也可将4G网路系统直接建构在3G设备上，并采取逐步导入的方法，以有效降低运营成本。

《图二 三星推出具备WiMAX功能的手机，未来将是进军4G的利器。》

4G核心技术

OFDM

3G系统主要是以CDMA为核心技术，而4G系统则以OFDM最受瞩目，OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。 OFDM技术主要是将频域内的通道分成许多正交子通道，在每个子通道上使用一个子载波进行调变，并且各子载波平行传输，如此一来，每个子通道间相对提高平坦度，并且在每个子通道上进行窄频传输，讯号频宽小于通道的相应频宽，因此就可以消除讯号波形间的干扰。 OFDM技术的最大优点是能对抗频率选择性衰退与窄频干扰。在OFDM系统中各个子通道的载波相互正交，于是它们的频谱是相互重叠的，这样不但减小了子载波间的相互干扰，同时又提高了频谱利用率。

由于OFDM技术能够克服DS_CDMA在支援高速资料传输时，符号间干扰增大的问题，并且具备频谱效率高、硬体实施简单等优点，因此OFDM被视为4G系统的核心技术。

软体无线电技术

软体无线电是将标准化、模组化的硬体功能单元透过通用的硬体平台，利用软体载入方式以整合不同类型无线电通讯系统的开放式架构技术。透过下载不同的软体程式，在硬体平台上可实现不同功能，并可在不同系统中利用单一终端装置进行漫游，因此是解决行动终端装置在不同系统中运作的关键技术。

软体无线电之设计是尽可能在靠近天线的地方使用宽频A/D或D/A转换器，并大量运用软体来定义无线功能，各种功能和讯号处理都尽可能透过软体运作，其软体系统包括各类无线通讯规则与处理软体、信号流变换软体、调变解调变演算法软体、通道纠错编码软体与讯号源编码软体等。软体无线电系统包括了数位讯号处理硬体（DSPH）、现场可程式闸阵列（FPGA）与数位讯号处理器（DSP）等。

智慧型天线（SA）

智慧天线原名自适应天线阵列（Adaptive Antenna Array；AAA），最初应用于雷达、声纳等军事用途，主要用来完成空间滤波和定位。而在行动通讯领域，一般则称之为智慧型天线。智慧型天线具有抑制讯号干扰、自动追踪以及数位波束调节等智慧功能，因此将是未来4G行动通讯的关键技术。

智慧型天线的波束能抑制相互的干扰，增加特殊范围内的讯号强度，既能改善讯号品质又能增加传输容量，其基本原理是在无线基地台使用天线阵列和无线讯号收发器进行射频讯号的接收和发送，同时透过基频的数位讯号处理器，对各个天线链路上接收到的讯号按进行演算合并，实现上行波束赋形。

全IP技术

IP网路主要并非用于行动通讯，而是作为整合用的网路，以支援有线与无线系统。它就像是具备移动管理功能的固定网路，其接入点可以是有线网路或无线网路。无线接入点可以是蜂巢式系统的基地台、WLAN或者Ad hoc移动网​​路等，并以特定闸道连结公用电话网路、2G系统及3G系统等。未来透过热点（Hot Spots）的连接，4G系统将呈现WWAN、WLAN与WPAN等相互连结的状况。

《图三 ST在无线通信技术的发展上也是不遗余力，陆续推出多款无线通信芯片。》

WiMAX进军4G

目前浮上台面的4G技术，除了前文所提及的几项关键技术之外，另外热门的4G技术尚包括有WiMAX（Worldwide Interoperability for Microwave Access)。 WiMAX是由Intel（英特尔）大力主导推广的新一代远距无线通讯技术，号称第四代（4G）无线通讯，其前身就是Wi-Fi，主要应用在无线通讯传输，但Wi-Fi局限在100公尺内无线上网，WiMAX则可达到50公里，传输速率初期可达1～2Mbps，相较于目前3G的384Kbps速度快上数十倍。

根据统计，WiMAX基地台与用户端设备会在未来几年以每年各约14％、25％的年复合成长率高速成长，并在2008年的起飞期达到66％的年成长率、2009年时，全球WiMAX产值也将达到26亿美元规模。

一般认为，2008年将是WiMAX的起飞期，除了投入的电信营运商更多之外，届时WiMAX接收器也有机会降到100美元以下、甚至50美元，而更带动WiMAX取代ADSL以及拨接上网。台湾网通厂商过去在DSL占有全球超过90％以上的出货量，当接收器价格大幅下降到可普及化的阶段时，就是台湾网通设备厂在WiMAX领域大展前途的好时机。

美国行动通讯业者Sprint Nextel于2006年8月宣布于美国推动第四代（4G）宽频行动网路计画。而这项4G无线宽频网路将采用IEEE802.16e-2005技术标准的行动WiMAX技术，并将与Intel、Motorola及三星电子合力推动。 Sprint Nextel的宣布是继宣布将3G网路从EV-DO升级为EV-DO Revision A后，另一项预计推动的计画。

Sprint执行长Gary Forsee指出，4G网路并非要取代3G网路，而是协助公司开发新无线服务市场，同时展望未来随身听、录影机、NB及低价PC将会内建可接取无线网路的功能，因此将可以协助消费者透过行动网路随时随地接取内容服务，而这样的4G网路传输速度将比目前EV-DO网路快上四倍。

该项计画，Sprint将于2007年及2008年分别投入10亿及15～20亿美元进行4G网路的建设，预定于2007年第四季进行测试，预期于2008年底将有1亿个用户。 Sprint的4G行动网路所使用的频段为2.5GHz，由于行动WiMAX传输范围大，且使用的频率更大，预期4G网路建设的成本将低于目前的行动通讯技术。而WiMAX晶片成本也仅为3G的十分之一，Gary Forsee认为此种成本效益将有利于在消费性电子产品内建WiMAX晶片。

另外，针对WiMAX晶片的研发，Sprint Nextel也将与Intel、Motorola及三星合作进行，此晶片将支援无线宽频服务的运算、行动多媒体、互动与其他消费性电子设备。而Intel在该项计画所扮演的角色是提供支援行动WiMAX的Centrino技术，以及新一代如NB及PC的运算设备，并借重Intel的网路设备认证经验及其行销的能力，让消费者接触到广大的行动WiMAX效能与服务。

Motorola则是目前CDMA及EV-DO主要的技术供应者，将与三星一起提供Sprint可支援CDMA/EV-DO网路技术与行动WiMAX的多模（multimode）行动设备，以及可支援行动WiMAX的消费性电子产品，另外由于三星于南韩等地有建设行动WiMAX的经验，也将与Motorola共同提供Sprint建设行动WiMAX网路的基础设备。

Sprint该项计画将结合目前的3G网路与以行动WiMAX为基础的4G网路，将透过3G网路提供语音服务，而4G则是提供高速数据传输，未来下载的传输速度可达2Mbps至4Mpbs。

对此合作，三星也很确定地表明，4G就是WiMAX。透过在美国纽约举行的年度Mobile Summit高峰会上，三星展示多款最新无线技术，包括IEEE 802.16e行动WiMAX技术。美国三星通讯（Samsung Telecommunications America；STA）行动业务策划师Philip Garrison便对外表示：「三星的目标非常明确，4G就是WiMAX。」行动WiMAX承载着三星的未来，而三星也将透过一系列无线技术或产品来提供行动性和联通性，包括EVDO Rev A、HSDPA和HSUPA、MobileTV、卫星广播和双模Wi-Fi/蜂巢式手机等。而预期2007年MediaFLO技术将会大幅成长。

三星所开发的无线技术如GSM/GPRS/EDGE和3G IMT2000 CDMA等，为该公司对2007年市场的预测多添了几分可信度。另外，2006年8月6日三星和Sprint-Nextel签约，将向其提供行动WiMAX所需设备，这也正是三星计划2007年年底在美国上市的设备，此举充分反映出三星在行动WiMAX领域的决心。而Intel和Motorola也都是上述合约的协力厂商。

行动WiMAX的优势包括了上市时程短、传输量大、延迟短、并以多媒体为中心，每个用户的宽频容量可以达到2Mbps，车载移动性能可达75mph，而且有WiMAX论坛全球的380家成员公司的强力支援。对厂商来说，WiMAX的优势则在于取消了用户基本设备补贴，降低了营运成本和每megabit的成本，并提高了频谱和行动性的可靠度。

《图四 想象中的4G终端究竟会是什么模样，也许很快就会有了答案。》

结语

4G通讯除了更先进的通讯传输品质之外，可预见的4G终端装置也将与现有通讯终端产品有所区隔，因此不少终端设备制造商已经开始把眼光放到未来4G通讯终端产品的生产上。 4G通讯的优势，在于通讯品质与资料传输速率的大幅提升。且由于更先进的技术而降低投资成本，因此预计未来的4G通讯费用将比目前低。

目前无线通讯晶片业者纷纷将研发目标对准4G技术，并表示4G产品最快在2012年就可问世。在美国圣地牙哥所举行的MTT无线通讯大会上，Freescale网路暨运算系统事业群策略行销总监Fawzi Behmann在演说中表示，目前各种无线通讯技术如WiMax、3G、MIMO等，未来都将相互整合并提供使用者无缝的无线网路环境（Seamless Networking），这便是下一代4G无线通讯技术的蓝图。

而各无线通讯晶片厂商包括Freescale与Intel等，正积极开发出整合所有无线通讯技术的晶片，预估2012年4G产品就可正式问世，到2014年时4G市场便可成形。 Behmann描述4G在于提供无缝、传输速率从100Mbps至1Gbps不等、以IP为基础的高速无线通讯环境，使用者可在这样的网路里进行资料、影像与语音等三合一（Triple Play）传输应用，且4G几乎能满足所有用户对于无线服务的要求。

消费者对于网路通讯的应用需求已由简单的上网和VoIP等，演变成以无线覆盖、漫游、高资料传输率等多业务应用方向。而4G之所以姗姗来迟的原因，在于4G亟待克服的门槛：例如频宽是否足够？无缝网路连接环境也将提高基地台架设成本；此外，高频宽、高传输速率的无线通讯，也代表行动装置需要更强大持久的供电能力等。

因此即使无线通讯晶片厂商已经开始积极研发4G技术，但4G产品的商品化还得等到2014年，原因就在不同无线通讯技术的标准尚待整合，如果各厂商都推出自有的技术，最后4G也可能演变成现在的3G一样，多种标准同时在市场上竞争。

4G通讯时代，尽管尚需要一段时间的酝酿，才有办法完美呈现在消费者眼前，然而随着新技术和新需求的不断出现，终有一天4G将会取代3G，成为行动通讯的主流技术，期待那一天的来临，将改变现有的通讯传输，并带给所有消费者崭新的沟通方式与生活。