4G、M化大未來

By | 03月31日
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以下文件,在版工的舊 Blog 中,發表日期為 2005/05/27。
經過了三年多後再回頭看,證明了技術人要靠自己的專業知識去判斷未來趨勢,千萬不要隨便聽信媒體、廠商、分析師的話。

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 最近行動通訊市場很熱鬧,由於歐規 WCDMA 的 3G 服務在台灣陸續正式開台,吸引了不少媒體的目光。以下版工僅節錄部分「一般平面媒體」對 3G 開台的相關報導:

  • 台灣大哥大公司斥資 200 億打造 3G 王國。台灣第一個 WCDMA 3G(第三代行動電話)服務品牌─「catch 3!」昨(廿五)日正式誕生,台灣大哥大也因此躍升為兩岸第一個提供 WCDMA 3G 服務的電信公司。台灣大並決定在今年底之前,加計一百億元左右的 3G 執照費用在內,共投資兩百億元打造 3G 王國,搶當台灣 3G 市場的 No.1。「Catch 3!」初期提供 60 到100 Kbps 的傳輸速率,未來會提供 384 Kbps。
    3G 市場第一波由網絡系統帶動的數百億元商機爭奪戰已落幕,第二波手機及內容服務商機,才正要開打。

  • 行政院上周召開跨部會會議,通過第三代行動通信(3G)業者可同時享有五年免稅、設備投資抵減兩項補助。3G 服務將在11月前全面開台。
    台灣五家 3G 業者,亞太行動寬頻首先開台(版工註:台灣唯一採用美規 cdma2000 的 3G 業者,於 2003 年 7 月即正式開台),營運一年多,至三月止用戶數約 50 萬用戶,遠傳、台灣大哥大也分別在今年一月、三月取得特許執照,兩家業者各須在七月、九月前開台營運。
  • 電信業者對於今年即將陸續推出的 3G 開台以及號碼可攜式等服務,雖然認為對於台灣電信市場會有重新洗牌效果,不過對於該兩項業務,究竟會為今年整體業績帶來多少貢獻?法人則持保守態度。
  • 某平面媒體記者的新聞分析》盼了好久,昨天台灣大哥大終於宣佈 3G 服務暖身試跑,為台灣的 3G 之路跨出一大步。這絕對是網通業的重點大戲,因為 3G 不止是單純的一項服務,更是一個產業,將直接牽動政府推動通訊產業成為「新兩兆雙星」的最後成敗。
  • 台灣的行動電話七月後將進入全面影像時代,以往民眾講手機的習慣將變成看手機。
    3G 手機相較 2G 手機,還有一大功能,就是高速傳輸,可收發郵件,像是一台小型筆記型電腦。
    電信業者指出,影像電話應用很多元,目前日本發展最成熟的是遠端監控功能,家中只要有 ADSL,再加裝攝影機,民眾出門在外,可透過影像電話即時看到家中情形。因 3G 技術,可讓遠端監控費用大大降低,民眾使用意願大增。

但 3G 的應用潛力是否真如這些業者和記者所宣稱的那麼偉大?版工認為這些媒體記者的觀點還是當作參考即可。我們再來看些其它較偏技術性專欄的報導:

  • CNET 網站,「從 3G 直接跨到 4G? 」,2003年6月
    在發展下一代行動通信產業中,一部分具有超前意識的行動營運商已經磨拳擦掌,準備跨過 3G,把目光盯向了技術更為先進、傳輸數率高達 100Mbps 的 4G。

  • 數位之牆,「3G 與 4G 的競爭」,2002年2月
    隨著熱度的升高,這個被稱為 4G 的無線上網服務,居然被認為有可能比先前在歐洲大起大落的 3G 無線上網服務還要早成熟,甚至有人質疑它根本就會取代 3G。

    在台灣 3G 執照的競標才剛剛落幕,雖然是幾家歡樂幾家愁,但是得標者卻也不見得有多高興,因為對這些業者來說,3G 執照不得不標,但其實大家都對於 3G 的前景抱持懷疑的態度。而被稱為 4G 的無線區域網絡市場,看起來相對成熟許多,至少它不必動用到龐大的資源耗時費力的去建立基礎建設,反而是現成可行的方案。

 不只在台灣,包括過去歐洲也因為對於行動通訊的發展過於熱衷,而導致執照競標大戰。但業者灑出大把銀子標來執照,卻發現未來營運後不一定能回收,只好把這張天價標來的執照先擱著,並在這幾年來按兵不動,持續觀察是否應部署營運。這些業者主要的考量,在於 3G 若要開台在硬體建置上需耗費大量成本,因為 2G/2.5G (GPRS) 網絡要昇級到 3G,必須在全國各地的機房內,額外設置所謂的 RAN 設備,但事實上 3G 能提供的頻寬也僅僅為 384 Kbps 左右(2Mbps 的傳輸速率只是理想值,因為用戶的移動性和所在區域都是變數,可參考下圖 1)。因此 3G 雖足以發展影像傳輸、遠端監控等應用,但業者大量的投入硬體建置,所能獲得的頻寬增益實屬有限,也離人們真正想要的線上即時欣賞高畫質影片、各種多媒體影音應用,以及與各產業作結合運用所需要的頻寬有所落差,實因受限於 3G 技術先天性的限制。

figure1

圖 1 IMT-2000 (所有 3G 系統的總括規格) 定義在不同的環境下,3G 的行動電話用戶具有不同的傳輸速率

 此外,3G 的缺點尚包括對於「非對稱式」的資料連結支援不佳,3G 規格中的 UTRAN FDD 技術其模式為上傳與下載的傳輸速率一樣,但一般來說都是下載的量要比上傳的量來得大。而雖然另一種 UTRAN TDD 技術,其 frame (訊框) 裡的 time slots (時槽) 可依需要分配給上傳與下載來使用,可把非對稱的問題處理得很好,但仍有其它問題,像是在中大型的 cell (細胞) 裡難以使用,也就是只適合在室內使用 [1]。

至於 4G 方面又有何先天的優點呢?

  • 4G 的目標是獲得高達 20Mbps 以上的資料傳輸率,即使在以時速 250 公里行駛的車輛上也能達到此速率,並且可結合豐富的數據、影音多媒體功能。此外 4G 的覆蓋範圍也比 3G 更為廣泛。

  • 依兩年前所發佈的研究成果和專家預測,4G 系統可望在 2010 年以後投入商業營運,最高下載速率將達到 100Mbps(不過版工聽說目前發展中的技術,已可明顯突破此一速率),看來業者仍樂觀相信 4G 將為行動通訊帶來值得期待的商機。
  • 從以前的 1G、2G,到現在的 2.5G、3G,在核心網絡都是走「電信交換網絡 (circuit-switched mode)」,但 4G 的 core network 則改走 IP 網絡,能夠和各種 Internet 應用有更緊密的結合。而採 All-IP 之無線接取與網絡交換機制,還可支援 IPv6 位址與相關移動管理,並提供更有效的 QoS,滿足多樣化服務的品質需求。關於這方面可參考昇陽公司的這篇文件:使用開放系統解決方案建構第四代無線網絡,在文件的下半部有對 4G 全 IP 網絡的介紹。
  • 有效提供系統容量至 3G 系統的 10 倍以上,有效降低系統建置成本至 3G 系統的 1/10 以下。不需像在建置 3G 環境時,得先在各地機房建置前述的 RAN 設備。
  • 各無線傳輸系統之互通整合,包括 2G、3G、WLAN、UWB、Bluetooth、數位無線廣播、平流層無線通訊、衛星及 Ad-hoc 端對端通訊等,並提供最佳的無線傳輸效果,方便全球漫遊與無縫隙服務。 (版工註:Ad-hoc 是未來也很有潛力的一項無線通訊技術,可讓單一設備或工作站直接進行「點對點」溝通,而毋需經由無線 AP (Access Point),不但移動性高,且部署非常容易。有興趣的網友可自行搜尋相關文件。)
  • 具備「自動切換 (handover)」功能。終端設備能持續分析周圍的通訊網絡,進行無線信號接收和漫遊,提供跨系統服務,能自動選擇是否平順地切換到最適合的網絡系統。例如用戶從外面進入某大樓時,就可從「蜂巢網絡」切換到 WLAN。

以下是各世代行動通訊的技術規格 [1],有興趣的網友可自行參考:
figure2

 無線通訊的未來會如何發展呢?3G license 不只在台灣,在世界各國或跨國區域已陸續標售出去,國際化的電信大廠也開始發展無線通訊的基礎與應用服務。雖然近年來受全球性的經濟衰退而緩慢下來,但是持續發展的趨勢必然不會改變。而 4G 的來臨則可能還需要一些時間,有興趣的網友可自行參考歐洲的 IST (Information Society Technologies),其有針對 4G 問題探討的計劃,網絡上也已有一些相關資料。

 不過,相信未來不管是 3G、4G 甚至 5G,真正的關鍵仍在於內容與服務、相關軟件程序的開發,這也是我們身為應用程序開發人員值得注意的一塊領域。至少 Bill Gates 本身也看好行動裝置市場,並認定手機終將取代 iPod 等 MP3 隨身聽,持續投入 Windows Mobile 的開發 (版工註:至 2008 年,Windows Mobile 已推出至第六版);Steve Ballmer 也在日前對史丹福大學商學院學生演講時說:「未來數年,在電腦與通訊技術融入日常生活方面,會興起一股真正的變革。」他預言:「未來五年的變化,會超過這十年來的變化。」看好行動裝置的未來。而另一技術陣營 Java,其行動裝置開發技術 J2ME 相信也是程式員值得投入學習的技術,對這方面有興趣的網友,可參考 Java 週報的兩篇文章:基本Java手機程式學會了,接下來看什麼書?、移動開發2005趨勢分析。本文最後提供一篇 3G/4G 手機未來應用的情境式故事,或許不久後的將來即能實現。

故事內容:
 王太太正在和澎湖的老同學透過3G手機影像傳輸,炫耀她上星期去日本買回來的最新春裝。於是,貼心的王先生只好代替太太跑一趟超級市場買菜和水果。但連蔥、蒜都不會分的他,為了避免挑錯食材回家討皮癢,拿起隨身的3G手機,將影像傳給老婆大人,請老婆鑑定蔥、蒜,以及各種蔬菜水果的新鮮度。隨後王先生用他手機內建的Felica晶片,直接用手機刷條碼付款。

 把青菜和水果買回家後,王先生正準備利用3G手機和遠在美國的客戶來場簡單的視訊會議,卻突然接到歹徒的勒索電話,說他們上才藝班的小兒子王小明被綁架。心急的王先生趕緊用3G手機打電話給才藝班老師,透過影像傳輸,他看到小兒子事實上根本一點事都沒有,正在才藝班快樂的學圍棋。

 才放下心來的王先生卻不得安寧,因為他的大兒子王大明,此時急著跑回家求救,原來王大明下午約好和朋友去看電影,卻因為電影院買不到票,決定用3G手機上網看。雖然受限於頻寬僅能看到畫質尚可之串流影片,但至少不用在每次有強片上檔時,都要去公共場所人擠人。

 沒想到,王大明不熟悉新手機的操作,原本是要透過3G功能上網看電影,卻按成錄音與傳輸,把他和朋友凝視著手機時的畫面,傳到在英國念書的女朋友手機上;而王大明身旁的朋友,正是班上新轉學進來的美麗女同學……。

 隔天,王先生在下午即將下班時,受到課長及單身男同事的邀約去聲色場所喝一杯,原本想利用加班當藉口瞞著老婆的他,最後還是婉拒了這幾位目前尚仍單身同事的邀請,因為王先生怕老婆只要打一通電話,就讓自己在酒店的行蹤透過3G快速傳輸而無所遁形。

 王先生最後決定下班後直接回家。在等車坐捷運時無聊的他,隨手拿起身上的3G手機撥出一通影像電話,最新的新聞片段便源源不絕地從手機播放出來。關心自己股票投資的他,再撥出一通影像電話,馬上看見股市走勢及分析圖表,以及某位股市分析大師正口沫橫飛地在解盤。在快到家時,王先生順便用手機上的健康偵測功能,幫自己做了個簡單的健康檢查,並將檢查數據資料傳給王太太以及剛預約掛號準備去看診的醫院。

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2008 年加註,最新一代 4G、WiMax 行動通訊規格 [3]:

表 1 LTE 與 WiMax 規格比較一覽

項目 LTE WiMAX
標準制定單位 3GPP IEEE
歷史 3G / 3.5G 演進 WiFi 演進
理想傳輸數據量 下載:100 Mbit/s
上載:50 Mbit/s
下載:100 Mbit/s
上載:100 Mbit/s
理想傳輸距離 3 公里 50 公里
主要應用 ‧手機
‧筆記型電腦
‧手機
‧筆記型電腦
‧行動網絡裝置 (MID)
優勢 ‧延續既有 3G / 3.5G 產業生態系統
‧經濟規模減低建置成本
1. Intel 支持
2. 初期建置成本低
3. 開放平台
主要支持者 手機 / 通訊相關業者 個人電腦相關業者

名詞解釋 [4]:

WiMAX, Worldwide Interoperability for Microwave Access
微波存取全球互通
為了解決網絡「最後一哩」的問題,IEEE 在 2003 年提出 WiMAX,它是一項基於 802.16 標準的無線網絡傳輸技術,也是 Intel 在 2008 年中推出的筆記型計算機平臺 Montivena 中,即將內建的網絡傳輸規格。
相較於目前 notebook 主流的無線網絡傳輸規格 802.11,WiMAX 的特點是傳輸距離較遠、覆蓋率較高,但速度較慢,理論上最高可達到 70 Mbps。

UMPC, Ultra-Mobile Personal Computer
超級移動計算機
UMPC 一詞最早出現於 Origami Project 中,原本指的是一種體積較小的「平板型計算機 (Tablet PC)」。根據當初這項計畫中的規範,UMPC 的顯示器尺寸不能大於 8 吋,同時要能支援 800 × 480 以上的螢幕解析度。由於計畫的主導者包含微軟,起初 UMPC 所使用的操作系統也必須是 Windows XP Tablet PC Edition 或是 Windows Vista,但隨著 UMPC 逐漸演變成與 Subnotebook (迷你 notebook) 同義,也開始出現預載 Linux 操作系統的產品。

MID, Mobile Internet Device
移動式 (行動) 網絡裝置
由於 Origami Project 中的 UMPC,必須使用 Windows XP Tablet PC Edition 或是 Windows Vista,但這類型的產品通常硬體處理能力較有限,以致於搭配 Windows 操作系統的效能普遍不佳。此外,無法內建長時數電池,也使得早期 UMPC 的續航力僅能維持 2 小時左右。有鑑於此,Intel 改進了顯示器尺寸為 4 吋 ~ 6 吋的行動裝置硬體架構,再增加3G、3.5G 和 WiMAX 等無線網絡連線能力,並將之稱為 MID。

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參考文件 :
[1] 顏春煌,2003,「行動與無線通訊」,金禾出版社,第 13、21 章。
[2] 數位之牆網站。
[3] TaiwanCNET 網站。
[4] iThome 網站。
[5] 多篇網絡文件。

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(本文在版工的舊 Blog 中,發表日期為 2005/05/27)
(本文有些 Hyperlink 是連到台灣的網站,內地的網友可能會無法開啟連結)

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