《图一 GSM行动数据发展时程表》

在拥有宽带的传输速率下，才能让用户真正使用手机来浏览网络、传送多媒体的数据。目前，各家电信服务业者也正陆续引进这些系统来服务其顾客，例如芬兰的Sonera便自1999年九月起开始其HSCSD的服务。而GPRS，因为其传输的速度更快，又是架构在现有GSM上，全球也有更多的业者正在增购其设备，预计2000年年底能投入服务；至于其他技术因为目前时机尚未成熟，目前尚在观望阶段，因此，本文将就目前最热门的GPRS，对其技术、发展现况作一探讨。

大标:一般封包式无线服务(GPRS)简介

在讨论GPRS之前，我们先来看看电路交换和分封交换的不同。目前GSM使用电路交换(Circuit Switch)的方式来传送语音，电路交换的步骤是：

• 1.建立电路(Circuit Establishment)





• 2.传输数据(Data Transfer)





• 3.切断电路(Circuit Disconnect)

于是，在通话的过程中，使用这条电路的人拥有这个电路所有的使用权，相对的，用户也必须支付所有通话时间内的费用，也就是说，无论用户有没有在说话，都是要付钱的。这是因为我们在接收语音数据时，需要的是实时性，利用电路交换占用一条电路的特性，我们才能确保语音的实时。而HSCSD就是利用原GSM的架构，藉由修改软件，使用电路交换来传送数据。对系统业者来说，使用HSCSD的优点在于不用增购硬设备，所以费用较节省，而缺点是因为一个用户仍是占用一条电路，所以信道的利用率无法提升。

此外，对用户来讲，使用HSCSD虽然提升了数据传输速度，但连接费用可能会相当惊人，因为电路交换基本上是以时间为计费单位，所以一旦消费者按下手机的「OK」来浏览网络，计费就已开始，无论是否有在传送数据。例如当我们在阅读网页数据时，基本上数据早已传输完毕，但是用户却仍需支付此段时间的费用，所以HSCSD比较适合只做数据传输的用户，例如FTP、视频会议等，和下面所谈一般用户用来上网的GPRS，目标市场并不相同。

GPRS(General Packet Radio Service)一般封包式无线服务则是一种非常适合用来传输数据的方式，因为它使用的是分封交换(Packet Switch)，为什么数据数据适合分封交换呢？这是因为传送数据时，我们可以忍受一些延迟，不像传送声音那么要求实时性，正好符合分封交换的特性。

所谓分封交换，就是先将数据数据切成数据量小的小封包(Packet)，每个封包都有标头，指明这个封包要送往何处，然后系统并不指配一个电路给他，反而是看现在哪一条线路上有空，就将这个封包利用此电路送出，也就是说每个封包可能走的电路都不一样，如此，一条电路就不是专属于一个用户，而是大家都可以分享这个电路的资源，让此电路运作得更有效率。对用户来说，GPRS的计费方式因为分封交换的特性，将不再是以通话的时间计算，反而是以所传输的数据量来计算，用户可以持续在联机状况下，却不必再Pay for Silence，因此GPRS正是目前的当红炸子鸡。

GPRS的架构

许多业者纷纷宣称正在架设GPRS网络，到底GPRS和现有GSM网络有何不同？其实GPRS仍是利用原有GSM的架构，但为了提供点对多点的封包传输模式，必须增加一些软硬件来辅助数据传输的相关功能。软件方面，先藉由Channel Coding将原有GSM的传输速度由9.6Kbps提升50%至14.4Kbps，然后若利用GSM下的全部8个时槽(Slots)来传送数据，最高速度就可以达到115.2Kbps。硬件部份，需增加的设备如(图二)：

《图二 GPRS架构图》

从(图二)中，我们先看GSM原有的架构，由行动手机(Mobile Station；MS)发出信号至基地台(Base Station；BS)，经过基地台控制站(Base Station Controller；BSC)的控制再连上行动交换中心(Mobile Switching Center；MSC)，最后进入公众电话交换网络(PSTN)来传送语音。GPRS则负责数据的部份，透过SGSN(Service GPRS Support Node)服务GPRS支持节点和GGSN(Gateway GPRS Support Node)GPRS支持节点通讯闸连上Internet网络。其中，GGSN就如同一个逻辑接口，提供GSM网络和其他数据网络的规约转换和路由寻找的功能，地位就好像GSM网络中的MSC；而SGSN主要是负责将手机所送出的数据数据正确的送到相对应的GGSN，或是将GGSN所送来的封包数据传送到他所服务范围的手机上。

更进一步的说明，可用(图三)中两个手机间的通讯过程做描述。首先发送端手机将数据送至SGSN-S(S表示Source)，它会进行数据封包的工作，再经由选择的路由将封包经由现有的行动网络送到适当的GGSN-S中，GGSN-S则负责辨认出封包的目的位置，透过分封数据网络来找到接收端手机的GGSN-D(D表示Destination)。此GGSN-D可根据本身数据库的信息，找到接收端手机的SGSN-D，并找出一条适当的路由，将数据送到接收端手机上，完成数据传递的过程。这个过程中，数据的传送已经跨越了两个GSM网络，而这两个网络间，是透过现有的分封数据网络或是因特网来链接。

《图三 两手机通讯路由建立过程》

另外，原本GSM定义了三种数据库：HLR(Home Location Register)主位置缓存器、VLR(Visitor Location Register)客存位置缓存器、AuC(Authentication Center)授权中心。分别储存手机的数据，并对手机做认证的工作，现在为了提供GPRS的服务，必须在HLR中再增加有关GPRS用户数据及路由所需的信息。

GPRS的发展状况

全球目前有超过30个以上的电信业者正积极建构GPRS网络中(表一)，并纷纷宣称在2000年年中到年底间，将陆续推出GPRS的服务，这其中也包含了我国的电信业者—和信及远传，这些业者多半预计在公元2000年底，要将GPRS推向商业化。

《表一 GPRS合约签订状况》

由(表一)中可看出，目前签约的业者约七成位在欧洲，亚洲则有九家，至于美洲则仅有一家Omnipoint。究其原由系因GPRS是建构在GSM网络之上，欧亚两洲原本就是GSM系统的大本营，因此现阶段对GPRS的架设最为积极。同理可看出，原本系统设备制造的三大厂：Nokia、Ericsson、Motorola，在GPRS的合约战中，欧洲的两大厂Nokia、Ericsson明显领先，甚至法国的厂商Alcatel也取得四张合约的优势，而Motorola仅有三张。

由此，可引申一值得注意的问题，GPRS是由第二代升级到第三代行动通讯的重要阶段，而基于系统兼容的问题，现在供应GPRS的厂商，未来很有可能就是供应这些电信服务业者第三代行动通讯设备的厂商，因此在GPRS合约签订的初期，Ericsson以超过50%的占有率称霸GPRS市场，同时筹组GAA联盟(GPRS Application Alliance)，在GPRS的市场中取得领先的地位；而Nokia亦为争取未来广大的商机，近来急起直追，在合约数目多有突破，形成两强相争的局面。

我国的和信电讯与Nokia于1999年三月签约，铺设全岛的GPRS网络，预计在2000年推出服务。另外，远传和泛亚电信也分别和Ericsson在1999年十二月中签订合约或备忘录。至于中华电信为了能和其他民营业者竞争，其GPRS采购案目前也正在进行中，此采购案吸引了全球大厂的目光，如Nortel、Siemens、Lucent、Ericsson、Nokia、Alcatel等。

虽然电信业者十分积极要在今年年底推出GPRS服务，但是GPRS要真正能进入商用，手机和网络设备其实是缺一不可，而GPRS目前所遭遇的一大困境，就是缺乏手机。以WAP的例子而言，1999年年底国内多家电信业者均已架设好网络硬设备、入口网站、网站内容，甚至连费率都已敲定，但是因为迟迟不见WAP手机的踪影，以致于各业者推出WAP服务的时间一延再延。由此可见，在Ericsson表示其GPRS手机最快要在2001年才能大量出货，Nokia、Motorola等对于GPRS手机均无明确出货时间表的情况下，各家电信业者所开出的GPRS商用时间表，恐有面临跳票之虞。

不过，虽说三大厂的GPRS手机量产时间延迟，但是一些二线的手机厂却也趁此机会展示其所开发出之GPRS手机，希望利用产品率先发表，抢下一些市场商机。例如今年年初在德国Cebit秀上，法国的厂商Sagem与韩国的Samsung便展示其支持多重时槽的GPRS手机(图四)。

《图四 Sagem所展示的GPRS手机》

以Sagem此款Class B等级的GPRS手机而言，未来将由用户根据其想要进行语音传送或是数据传送，手动切换手机到电路交换或是分封交换模式，来进行数据或是语音传输，而非Class A等级中，手机可自动判别所要传输的模式(图五)。此款Multi-slot GPRS手机比起之前Ericsson所推出的Single-Slot产品，最大的改进在于其可同时控制五个分封交换时槽的传送和接收，其中在下载数据时，可结合四个时槽，使其同时进行数据接收的工作，若一个时槽的传输速率为14.4kbps，四个时槽就约可达到56Kbps，而剩下的另一个时槽负责数据上传的部份，仍为14.4Kbps的传输速率。

《图五 GPRS手机等级图》

GPRS Class 1至Class 18系用来定义手机可控制的分封交换时槽的数目，其中Class 18是为最高的等级，共可结合全部的8个时槽，让传输的速率达到115.2Kbps的理想值。之所以称为理想，乃是因为不可能有任何一个电信服务业者会将其稀少、有限的频谱资源中，全部八个时槽都专门提供给一位用户，可能的情况是，在优先提供完语音服务之余，系统监看剩下多少空的时槽，然后再让所有用户共同利用这些空的时槽来做数据传送(图五)。另外由于对Error Correction要求的不同，GPRS共定义4种不同的编码方式，一个时槽的传输速率也因此可分为四个等级，从9.05Kbps至21.4Kbps不等，若采用完全没有Error Correction的21.4Kbps，则理想中的传输速率更可达到171.2Kbps(图六)。

《图六 GPRS Traffic动态配置图》

GPRS的预估发展时程表

随着GPRS网络架设和手机现身的脚步，GSM Association也估计出GPRS的发展时程表，其中GPRS将和GSM一样分为Phase 1和Phase 2两阶段，在2000年至2001年间，只能传送讯息给单一用户的点对点(Point to Point)Phase 1标准将可进入商用的阶段，而到2002年，可以同时传送讯息给多个用户的点对多点(Point to Multipoint )Phase 2标准，将在此时达到成熟(表二)。

《表二 GPRS发展时程表》

当红GPRS背后的隐忧

整体而言，GPRS其实仍有多项困难以及限制待克服，当然这也是我们必须发展下一代行动通讯系统的原因所在。GPRS充其量只是稍微解决了GSM系统传输速率太慢的燃眉之急。首先，GPRS因为和GSM使用相同的网络资源，或可说它是利用GSM传送语音之后剩余的时槽再作传送，在话务尖峰时刻，有限的系统容量将不足以应付所有用户的需求，未来可能的解决方案恐怕仍要保留现今的SMS做为一备用的系统，因为SMS是利用不同形式的无线资源(图七)。

《图七 GPRS数据传输速率等级》

其次，GPRS实际的传输速率将会远低于业者广告所宣称的水平，因为不仅系统业者不可能将8个时槽全部分给同一个用户使用，同时每个时槽的传输速率也不可能以完全没有Error Correction的状态，一味以最快的速率传送。至于在手机端的部份，其所能支持的时槽数目也面临许多困难，目前的手机大多只能支持1到4个时槽，所以要提升传输速率的整体解决之道恐怕仍要靠下一代的行动通讯系统。

再者，GPRS手机的供货商迟迟无法推出手机，其可能原因在于考虑在网络传输的过程中，技术上还无法做到避免用户收到其不想收到的垃圾信息，就像在因特网中，我们时常收到许多广告信件一般，但未来在GPRS的计费制度下，用户将是以其接收的数据量来计算费用，用户接收到未经其许可的数据，将必须付出许多不必要的费用。最后，GPRS在技术上是以GMSK调变，其下一代的EDGE系统则是采用更新的8PSK调变，此调变方式不仅使传输速率更快，更重要的是这与第三代行动通讯系统UMTS采用的调变方式相同，是否有业者会跳过GPRS而直接迈向EDGE，仍值得观察。

结语

对电信业者来说，只要增购基地台中的部份软硬件和数据库，就可在原有GSM架构下提供GPRS的服务，进入障碍并不高，根据Ovum的估计，升级现有GSM网络至GPRS网络的费用约243百万美元，而从表一现有的合约内容来看，费用更大多介在50至100百万美元之间，但是业者却可借着建构GPRS网络，提供手机上网的新服务，争取新的商机。而对手机制造业指来说，只要在现有的GSM规约之下加入GPRS的规约，就能再度推出新产品，寻找新的目标客户，在面对手机不断降低价格的情况下，新产品的推出可为厂商带来新的利基。对用户来说，一旦GPRS的服务开始运作，一个全新的上网模式将要来临。

Internet的发展速度是人们始料未及的，Mobile Phone的市场成长更是超乎专家的预期，如今，随着技术的进步，一场Internet和Mobile的婚礼即将上演，其发展的进程是否会再度跌破大家眼镜，值得期待。(本文作者现任职工研院电通所)