不管幾 G,帶來好處最重要!

行動通訊是下一個強勁成長的產業,成為兵家必爭之地,誰都想主導整個技術發展。在 2G 發展到 3G 過程中,有許多的電信業者、科技大廠,甚至連中國政府都爭相搶主導權……

數位行動通訊從 2G 到 4G

Which G is you on?

一九九○年,是個人行動通訊關鍵的一年,訊號由類比訊號進入了數位訊號。這就好比當年音樂卡帶轉成 CD 音樂光碟:音樂卡帶是原音重現,沒有經過修潤的類比訊號,CD 音樂則是將語音經過數位化處理,聽起來比較清楚。

另外,由於運輸業的發達,特別是國際間商務往來愈來愈頻繁,區域性行動通訊服務已無法應付地球村時代的需求,國際漫遊是一定要的啦!

2G:數位行動通訊的創世紀

簡單來說,2G (2nd generation) 與 1G 最主要的差別是將訊號數位化,及建立國際漫遊的標準規範。2G 行動通訊有兩大門派,一是由歐洲主導的 GSM (Global System for Mobile Communications) 陣營,其主要核心技術為 TDMA (Time Division Multiple Access);另一為美國主導的高通 (Qualcomm) 陣營,其主要核心技術為 CDMA (Code Division Multiple Access)。

在 2G (GSM) 時代,通話、國際漫遊、收發簡訊 (打趴 BB call) 都相當方便流暢,唯獨在資料的傳輸上有點遜。

GSM 主要的強項在於語音傳輸,而聲音是一個連續性的訊號,無法忍受斷訊發生,所以計費上以使用時間為標準;但上網這件事可就不一樣,例如上網看新聞,選定好網頁後,會花點時間看內容,所以並不會每秒鐘都在進行資料的傳輸。

當時 GSM 以時間計費,只要上網,即使沒有做資料傳輸,卻因占據系統資源,一律視同通話;又加上 GSM 資料傳輸功能不佳,速度又慢,沒看到什麼「鳥」就必須支付大筆的通話費,使用者無不吹鬍子瞪眼睛,罵聲連連。

不得已 GSM 推出了進化版的 GPRS (2.5G/General packet radio service),採用:「封包」方式改善上網的跛腳問題,也就是把語音或資料一律看成一個包裹,只是在做資料傳輸時。允許使用較多的系統資源。但 GPRS 的傳輸速率也只有 9.6Kbps,隨便一個 Word 檔就要傳好幾秒,除非是有特急件要傳,根本沒有人願意花這種冤枉錢上網,因而這號稱進化的版本很快就被唾棄了。

於是 2.75G 的 EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) 出現了,補強 GPRS 的缺點。EDGE 將封包的能力再度提升達到 59.2Kbps,足足比 GPRS 多六倍。看起來,似乎應該可以應付收發 email 的需求了。

不過,這時智慧型手機出現,無不強調上網功能,之後的 iPhone 更是讓手機上網變成一項顯學。只是最先的智慧型手機,隨便一個網頁都超過 200Kb,約要花費四秒時間才能呈現一個畫面,還是很遜。行動上網需求的激增,其實對於以語音傳輸見長的 GSM 家族並不利,因為在技術上已達到極限,尋找下一個行動通訊技術已勢在必行。

3G:行動上網時代來臨

3G 與 2G 主要的差別在於資料傳輸量從 Kbps 提升到 Mbps。由於確定行動通訊是下一個強勁成長的產業,這一塊變成兵家必爭之地,誰都想主導整個技術發展,以獲得最大的利益。在產業間合縱連橫下,主要可分成三大門派 (聯盟):電信業者、Intel 主導的 WiMax (PC 產業),及中國政府主導的 TD-SCDMA。

3G 的開路先鋒 WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access),其傳輸速率最快可達 2Mbps,在高速行進中可達 384Kbps,剛好低空飛過 3G 的門檻,資料傳輸能力比 EDGE 大六倍以上。WCDMA 同時向下相容於 GSM 家族的技術並納入 CDMA 技術,不過這裡的 CDMA 與高通 CDMA 稍有不同,刻意做了一些迴避設計以避免專利紛爭,只是高通所布的專利地雷實在太多,難免被炸得粉身碎骨。

一般在無線通訊技術上提升傳輸速率的方法,不是改變原有的通訊技術,就是在原有的技術上把頻寬加大,就像是把小水管換成大水管,如果不想把水管換掉,那就加壓,這樣每秒的出水量就會增加。CDMA 的加壓功力原本就比 TDMA 好,在被納入 WCDMA 後又把頻寬從 1.25Mhz 提升到 5MHz,等於是加大水管又加壓。上網龜速的問題,暫時得到解決。

中國人才濟濟,又有十三億啦啦隊的抬轎,沒理由搞不出什麼名堂。於是由中國政府做莊,自行發展 TD-SCDMA 技術,並且大力推廣。同為 3G 的 TD-SCDMA (Time Division-Synchronous Code Division Multiple Access) 傳輸速率從 2Mbps 起跳,傳輸能力上已可和 WCDMA 相抗衡。西方大廠雖然不爽,但也莫可奈何,中國市場實在大到無法忽視,再加上歐美經濟疲軟,急需高成長的市場以維持獲利。於是,TD-SCDMA 就在這兩大優勢下成為主流門派。

WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) 傳輸速率理論上可達 100Mbps,技術本質源自於 Wi-Fi (無線區域網路)。它原本的訴求是想利用無線傳輸解決最後一哩的問題,也就是機房到用戶端的寬頻網路 (例如 xDSL) 不必布線,而用無線技術來解決。不過事情發展到最後,野心變大了,希望在行動通訊上插上一腳,於是在產業龍頭 Intel 的號召下成立了 WiMAX 論壇這個新門派。

LTE 挑戰 4G 功敗垂成

WiMAX 的技術二○○六年已在部分地區商用化,且比 WCDMA 有更高的傳輸速率,對於想在行動通訊產業軋一腳的人,無不視它為天大的機會。只不過萬事俱備只欠東風,新進業者的錢燒完了,卻還沒在短時間內布建足夠的基地台以吸引客戶,進而影響獲利。

另外,WiMAX 無法向下相容於現有系統 (WCDMA) 是一大致命傷,電信業者不會笨到把餅做大,然後眼睜睜地看著客戶被新進業者給搶走。所以既使當時 WiMAX 有 Intel 強勢主導,也曾經營造過銳不可擋氣勢。但終究無法成為主流。

3.5G 的 HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) 與 3.75G 的 HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) 都是 WCDMA 的延伸,導入了寬頻網路上下傳使用不同速率的觀念,HSDPA 下傳速率為 14.4Mbps,上傳速率為 384Kbps。HSUPA 則將上傳能力強化至 5.76Mbps。

當 WiMAX 聲勢浩大宣布商用化時,下一代行動通訊技術 LTE (Long Term Evolution) 還未到位,落後約兩年時間,而且,許多電信營運商才剛建置好 3G 的網路,錢還沒賺夠。為了將傷害降到最低,HSDPA/HSUPA 技術就這樣子趕鴨子上架,而且它可以利用軟體升級的方式將 WCDMA 升級,減少電信營運商的負擔。雖然傳輸能力還差 WiMAX 一大截,但不失為權宜之計。HSDPA/HSUPA 的出現確實破解了 WiMAX 的攻勢。

LTE 也就是 3.9G 行動通訊技術,理論上的上下傳輸速率分別為 100Mbps 與 50Mbps,主要技術核心採用與 Wi-Fi 一樣的 OFDM (Orthogonal frequency-division multiplexing) 技術。與 WiMAX 不同之處在於 LTE 可以向下相容 WCDMA,這樣的功力讓 WiMAX 無法招架。

另外,採用不同的技術原本就應該歸類為新一世代的通訊技術,況且傳輸速度達到三位數的 100Mbps,而且比 HSDPA/HSUPA 快將近十倍,所以 LTE 剛開始就以 4G 自居。無奈這時業界才定義了 4G 的門檻:低速移動時不得低於 1Gbps;高速移動時不得低於 100Mbps。差了一個「0」,LTE 硬是被拉回 3G 的範疇。

不管它是幾 G,能帶來什麼好處最重要。這麼大的頻寬,直覺上就是能提供更快速的聯網體驗,玩高畫質的線上遊戲,說不定還能進化到流暢的行動視訊通話,無限的可能,無限的期待。

( 作者為美國常春藤名校電機博士,曾任職於國內外半導體大廠高階主管,業界實務經驗逾二十年 )
 
 
新新聞 第 1339 期/令狐聰

歷史上的今天

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