《圖一　GSM行動數據發展時程表》

在擁有寬頻的傳輸速率下，才能讓使用者真正使用手機來瀏覽網路、傳送多媒體的資料。目前，各家電信服務業者也正陸續引進這些系統來服務其顧客，例如芬蘭的Sonera便自1999年九月起開始其HSCSD的服務。而GPRS，因為其傳輸的速度更快，又是架構在現有GSM上，全球也有更多的業者正在增購其設備，預計2000年年底能投入服務；至於其他技術因為目前時機尚未成熟，目前尚在觀望階段，因此，本文將就目前最熱門的GPRS，對其技術、發展現況作一探討。

大標:一般封包式無線服務(GPRS)簡介

在討論GPRS之前，我們先來看看電路交換和分封交換的不同。目前GSM使用電路交換(Circuit Switch)的方式來傳送語音，電路交換的步驟是：

• 1.建立電路(Circuit Establishment)





• 2.傳輸資料(Data Transfer)





• 3.切斷電路(Circuit Disconnect)

於是，在通話的過程中，使用這條電路的人擁有這個電路所有的使用權，相對的，使用者也必須支付所有通話時間內的費用，也就是說，無論使用者有沒有在說話，都是要付錢的。這是因為我們在接收語音資料時，需要的是即時性，利用電路交換佔用一條電路的特性，我們才能確保語音的即時。而HSCSD就是利用原GSM的架構，藉由修改軟體，使用電路交換來傳送數據。對系統業者來說，使用HSCSD的優點在於不用增購硬體設備，所以費用較節省，而缺點是因為一個使用者仍是佔用一條電路，所以通道的利用率無法提昇。

此外，對使用者來講，使用HSCSD雖然提昇了數據傳輸速度，但連線費用可能會相當驚人，因為電路交換基本上是以時間為計費單位，所以一旦消費者按下手機的「OK」來瀏覽網路，計費就已開始，無論是否有在傳送資料。例如當我們在閱讀網頁資料時，基本上資料早已傳輸完畢，但是使用者卻仍需支付此段時間的費用，所以HSCSD比較適合只做資料傳輸的使用者，例如FTP、視訊會議等，和下面所談一般使用者用來上網的GPRS，目標市場並不相同。

GPRS(General Packet Radio Service)一般封包式無線服務則是一種非常適合用來傳輸數據的方式，因為它使用的是分封交換(Packet Switch)，為什麼數據資料適合分封交換呢？這是因為傳送數據時，我們可以忍受一些延遲，不像傳送聲音那麼要求即時性，正好符合分封交換的特性。

所謂分封交換，就是先將數據資料切成資料量小的小封包(Packet)，每個封包都有標頭，指明這個封包要送往何處，然後系統並不指配一個電路給他，反而是看現在哪一條線路上有空，就將這個封包利用此電路送出，也就是說每個封包可能走的電路都不一樣，如此，一條電路就不是專屬於一個使用者，而是大家都可以分享這個電路的資源，讓此電路運作得更有效率。對使用者來說，GPRS的計費方式因為分封交換的特性，將不再是以通話的時間計算，反而是以所傳輸的資料量來計算，使用者可以持續在連線狀況下，卻不必再Pay for Silence，因此GPRS正是目前的當紅炸子雞。

GPRS的架構

許多業者紛紛宣稱正在架設GPRS網路，到底GPRS和現有GSM網路有何不同？其實GPRS仍是利用原有GSM的架構，但為了提供點對多點的封包傳輸模式，必須增加一些軟硬體來輔助數據傳輸的相關功能。軟體方面，先藉由Channel Coding將原有GSM的傳輸速度由9.6Kbps提昇50%至14.4Kbps，然後若利用GSM下的全部8個時槽(Slots)來傳送數據，最高速度就可以達到115.2Kbps。硬體部份，需增加的設備如(圖二)：

《圖二　GPRS架構圖》

從(圖二)中，我們先看GSM原有的架構，由行動手機(Mobile Station；MS)發出信號至基地台(Base Station；BS)，經過基地台控制站(Base Station Controller；BSC)的控制再連上行動交換中心(Mobile Switching Center；MSC)，最後進入公眾電話交換網路(PSTN)來傳送語音。GPRS則負責數據的部份，透過SGSN(Service GPRS Support Node)服務GPRS支援節點和GGSN(Gateway GPRS Support Node)GPRS支援節點通訊閘連上Internet網路。其中，GGSN就如同一個邏輯介面，提供GSM網路和其他數據網路的規約轉換和路由尋找的功能，地位就好像GSM網路中的MSC；而SGSN主要是負責將手機所送出的數據資料正確的送到相對應的GGSN，或是將GGSN所送來的封包資料傳送到他所服務範圍的手機上。

更進一步的說明，可用(圖三)中兩個手機間的通訊過程做描述。首先發送端手機將資料送至SGSN-S(S表示Source)，它會進行資料封包的工作，再經由選擇的路由將封包經由現有的行動網路送到適當的GGSN-S中，GGSN-S則負責辨認出封包的目的位置，透過分封數據網路來找到接收端手機的GGSN-D(D表示Destination)。此GGSN-D可根據本身資料庫的資訊，找到接收端手機的SGSN-D，並找出一條適當的路由，將資料送到接收端手機上，完成資料傳遞的過程。這個過程中，資料的傳送已經跨越了兩個GSM網路，而這兩個網路間，是透過現有的分封數據網路或是網際網路來連結。

《圖三　兩手機通訊路由建立過程》

另外，原本GSM定義了三種資料庫：HLR(Home Location Register)主位置暫存器、VLR(Visitor Location Register)客存位置暫存器、AuC(Authentication Center)授權中心。分別儲存手機的資料，並對手機做認證的工作，現在為了提供GPRS的服務，必須在HLR中再增加有關GPRS用戶數據及路由所需的資訊。

GPRS的發展狀況

全球目前有超過30個以上的電信業者正積極建構GPRS網路中(表一)，並紛紛宣稱在2000年年中到年底間，將陸續推出GPRS的服務，這其中也包含了我國的電信業者—和信及遠傳，這些業者多半預計在西元2000年底，要將GPRS推向商業化。

《表一　GPRS合約簽訂狀況》

由(表一)中可看出，目前簽約的業者約七成位在歐洲，亞洲則有九家，至於美洲則僅有一家Omnipoint。究其原由係因GPRS是建構在GSM網路之上，歐亞兩洲原本就是GSM系統的大本營，因此現階段對GPRS的架設最為積極。同理可看出，原本系統設備製造的三大廠：Nokia、Ericsson、Motorola，在GPRS的合約戰中，歐洲的兩大廠Nokia、Ericsson明顯領先，甚至法國的廠商Alcatel也取得四張合約的優勢，而Motorola僅有三張。

由此，可引申一值得注意的問題，GPRS是由第二代升級到第三代行動通訊的重要階段，而基於系統相容的問題，現在供應GPRS的廠商，未來很有可能就是供應這些電信服務業者第三代行動通訊設備的廠商，因此在GPRS合約簽訂的初期，Ericsson以超過50%的佔有率稱霸GPRS市場，同時籌組GAA聯盟(GPRS Application Alliance)，在GPRS的市場中取得領先的地位；而Nokia亦為爭取未來廣大的商機，近來急起直追，在合約數目多有突破，形成兩強相爭的局面。

我國的和信電訊與Nokia於1999年三月簽約，鋪設全島的GPRS網路，預計在2000年推出服務。另外，遠傳和泛亞電信也分別和Ericsson在1999年十二月中簽訂合約或備忘錄。至於中華電信為了能和其他民營業者競爭，其GPRS採購案目前也正在進行中，此採購案吸引了全球大廠的目光，如Nortel、Siemens、Lucent、Ericsson、Nokia、Alcatel等。

雖然電信業者十分積極要在今年年底推出GPRS服務，但是GPRS要真正能進入商用，手機和網路設備其實是缺一不可，而GPRS目前所遭遇的一大困境，就是缺乏手機。以WAP的例子而言，1999年年底國內多家電信業者均已架設好網路硬體設備、入口網站、網站內容，甚至連費率都已敲定，但是因為遲遲不見WAP手機的蹤影，以致於各業者推出WAP服務的時間一延再延。由此可見，在Ericsson表示其GPRS手機最快要在2001年才能大量出貨，Nokia、Motorola等對於GPRS手機均無明確出貨時間表的情況下，各家電信業者所開出的GPRS商用時間表，恐有面臨跳票之虞。

不過，雖說三大廠的GPRS手機量產時間延遲，但是一些二線的手機廠卻也趁此機會展示其所開發出之GPRS手機，希望利用產品率先發表，搶下一些市場商機。例如今年年初在德國Cebit秀上，法國的廠商Sagem與韓國的Samsung便展示其支援多重時槽的GPRS手機(圖四)。

《圖四　Sagem所展示的GPRS手機》

以Sagem此款Class B等級的GPRS手機而言，未來將由使用者根據其想要進行語音傳送或是數據傳送，手動切換手機到電路交換或是分封交換模式，來進行數據或是語音傳輸，而非Class A等級中，手機可自動判別所要傳輸的模式(圖五)。此款Multi-slot GPRS手機比起之前Ericsson所推出的Single-Slot產品，最大的改進在於其可同時控制五個分封交換時槽的傳送和接收，其中在下載數據時，可結合四個時槽，使其同時進行數據接收的工作，若一個時槽的傳輸速率為14.4kbps，四個時槽就約可達到56Kbps，而剩下的另一個時槽負責資料上傳的部份，仍為14.4Kbps的傳輸速率。

《圖五　GPRS手機等級圖》

GPRS Class 1至Class 18係用來定義手機可控制的分封交換時槽的數目，其中Class 18是為最高的等級，共可結合全部的8個時槽，讓傳輸的速率達到115.2Kbps的理想值。之所以稱為理想，乃是因為不可能有任何一個電信服務業者會將其稀少、有限的頻譜資源中，全部八個時槽都專門提供給一位使用者，可能的情況是，在優先提供完語音服務之餘，系統監看剩下多少空的時槽，然後再讓所有使用者共同利用這些空的時槽來做數據傳送(圖五)。另外由於對Error Correction要求的不同，GPRS共定義4種不同的編碼方式，一個時槽的傳輸速率也因此可分為四個等級，從9.05Kbps至21.4Kbps不等，若採用完全沒有Error Correction的21.4Kbps，則理想中的傳輸速率更可達到171.2Kbps(圖六)。

《圖六　GPRS Traffic動態配置圖》

GPRS的預估發展時程表

隨著GPRS網路架設和手機現身的腳步，GSM Association也估計出GPRS的發展時程表，其中GPRS將和GSM一樣分為Phase 1和Phase 2兩階段，在2000年至2001年間，只能傳送訊息給單一使用者的點對點(Point to Point)Phase 1標準將可進入商用的階段，而到2002年，可以同時傳送訊息給多個使用者的點對多點(Point to Multipoint )Phase 2標準，將在此時達到成熟(表二)。

《表二　GPRS發展時程表》

當紅GPRS背後的隱憂

整體而言，GPRS其實仍有多項困難以及限制待克服，當然這也是我們必須發展下一代行動通訊系統的原因所在。GPRS充其量只是稍微解決了GSM系統傳輸速率太慢的燃眉之急。首先，GPRS因為和GSM使用相同的網路資源，或可說它是利用GSM傳送語音之後剩餘的時槽再作傳送，在話務尖峰時刻，有限的系統容量將不足以應付所有使用者的需求，未來可能的解決方案恐怕仍要保留現今的SMS做為一備用的系統，因為SMS是利用不同形式的無線資源(圖七)。

《圖七　GPRS資料傳輸速率等級》

其次，GPRS實際的傳輸速率將會遠低於業者廣告所宣稱的水準，因為不僅系統業者不可能將8個時槽全部分給同一個使用者使用，同時每個時槽的傳輸速率也不可能以完全沒有Error Correction的狀態，一味以最快的速率傳送。至於在手機端的部份，其所能支援的時槽數目也面臨許多困難，目前的手機大多只能支援1到4個時槽，所以要提昇傳輸速率的整體解決之道恐怕仍要靠下一代的行動通訊系統。

再者，GPRS手機的供應商遲遲無法推出手機，其可能原因在於考量在網路傳輸的過程中，技術上還無法做到避免使用者收到其不想收到的垃圾資訊，就像在網際網路中，我們時常收到許多廣告信件一般，但未來在GPRS的計費制度下，使用者將是以其接收的資料量來計算費用，使用者接收到未經其許可的資料，將必須付出許多不必要的費用。最後，GPRS在技術上是以GMSK調變，其下一代的EDGE系統則是採用更新的8PSK調變，此調變方式不僅使傳輸速率更快，更重要的是這與第三代行動通訊系統UMTS採用的調變方式相同，是否有業者會跳過GPRS而直接邁向EDGE，仍值得觀察。

結語

對電信業者來說，只要增購基地台中的部份軟硬體和資料庫，就可在原有GSM架構下提供GPRS的服務，進入障礙並不高，根據Ovum的估計，升級現有GSM網路至GPRS網路的費用約243百萬美元，而從表一現有的合約內容來看，費用更大多介在50至100百萬美元之間，但是業者卻可藉著建構GPRS網路，提供手機上網的新服務，爭取新的商機。而對手機製造業指來說，只要在現有的GSM規約之下加入GPRS的規約，就能再度推出新產品，尋找新的目標客戶，在面對手機不斷降低價格的情況下，新產品的推出可為廠商帶來新的利基。對使用者來說，一旦GPRS的服務開始運作，一個全新的上網模式將要來臨。

Internet的發展速度是人們始料未及的，Mobile Phone的市場成長更是超乎專家的預期，如今，隨著技術的進步，一場Internet和Mobile的婚禮即將上演，其發展的進程是否會再度跌破大家眼鏡，值得期待。(本文作者現任職工研院電通所)