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行动通讯的新趋势—软件无线电
 

【作者: 誠君】2004年02月03日 星期二

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2001年下半年,我国将释出五张第三代行动通讯系统(3G)执照。依据政府第三代行动通讯系统执照发放时程,台湾约在2002年中时,就会有第三代行动通讯系统业者推出服务。不同于目前我们所使用的第二代行动通讯系统(即AMPS及GSM),第三代行动通讯系统可提供高达2Mbps的数据传输率,远高于目前的9.6Kbps;使无线上网(Internet)不再塞车,无线宽带上网终将实现。


目前各家电信业者所推出的WAP服务,并未获预期之效果,除了应用上无法满足用户之需求外,上网速度及方便性更为人诟病。GPRS的导入虽可稍稍提高数据传输速度,但对于实时影像(Streaming Video)之应用仍有捉襟见肘之窘。



《图一 行动通讯系统架构图》
《图一 行动通讯系统架构图》

第三代行动通讯系统之规格,系由联合国之国际电信组织(International Telecommunications Union,ITU)所主导。经过多年的发展,并在不同的利益中寻求平衡点,目前有两大主流,殴规之UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)及美规的CDMA2000;再加上月前由大陆所提出TD-SCDMA亦被ITU所接受,现今已有三种规格。此三种规格统称IMT2000,基本上都是植基于CDMA(Code Division Multiple Access)技术,有别于第二代行动通讯系统之FDMA(Frequency Division Multiple Access)技术。


UMTS

以延续性观察,UMTS可视为GSM之延续,而CDMA2000为窄频CDMA系统(例如:cdmaOne)之演进。由于台湾所使用之第二代行动通讯系统绝大多数为GSM系统,所以将来在第三代行动通讯系统,台湾采用UMTS的可能性极高,故本文将较偏重于UMTS系统的解说。


UMTS之设计目的,系为达成提供一个无线宽带(5MHz)之语音、数据及多媒体传输系统,且此系统必须能提供漫游服务(Roaming)。UMTS第一个商业化版本(即Release1999,或简称R99、R3)在今年6月终于定稿。R99系在现有的GSM及GPRS系统(一般称之为2.5G行动通讯系统),建构宽带CDMA系统,此举可使现有的GSM系统业者保有过去所投资的设备,不至于浪费资源。


《图二 摩托罗拉的IP核心网络Aspira》
《图二 摩托罗拉的IP核心网络Aspira》

行动通讯三大系统

以系统架构而言,行动通讯系统可分为三大部分(图一):


核心网络(Core Network)

核心网络提供语音及数据传输交换的功能,并管理整个行动通讯系统的运作。以GSM系统而言,语音服务系以线路交换(Circuit Switching)方式完成,而数据服务则经过GPRS以分组交换(Packet Switching)方式完成。部分业者,如摩托罗拉(Motorola)等则认为核心网络在未来,终将全部以分组交换方式提供所有的服务(语音,数据及多媒体)。而此分组交换会采用因特网(Internet)所盛行之IP(Internet Protocol)通讯协议。


一个纯IP的核心网络,终将取代旧有线路交换设备。因此摩托罗拉与思科(Cisco)合资成立一家新公司Invisix。该公司正全力研发一纯IP的核心网络。并与日本NTT DoCoMo签订试验计划,预计在2001年中,提出试验报告。值得注意的是,在UMTS R99规格中,虽然可透过GPRS以高达2Mbps之速度,提供数据与多媒体的服务,但语音服务仍要经由传统的GSM线路交换方式完成。


如前所述,线路交换核心网络终将改为纯IP的分组交换核心网络。现今在研发之UMTS R2000(或称为UMTS Release2000、R4)除了强化R99之规格外,业已逐渐引进IP架构进入核心网络;届时利用VoIP技术,UMTS业者可逐渐地将语音服务由线路交换转为分组交换。最终UMTS Release5将实现所有的语音服务皆如数据服务一般,以分组交换方式完成,此现象在传统的有线通讯系统(PSTN)也正在发生中。所以,产品全面数字化是世界潮流。


服务平台(Service Platform)

服务平台提供丰富的应用,无论其用户系采用何种接取(Access)技术。摩托罗拉认为将服务之控制逻辑(Control Logic)尽量移至系统末端(例如:手机),可使各式各样的服务被快速开发出来,以满足用户的需求。因此UMTS服务平台会基于现有的SIM Tool Kit、WAP、MExE等标准而以主从(Client/Sever)架构方式建构而成。


接取网络(Access Networks)

接取网络提供空中接口(Air Interface)让用户手机得以接取至第三代行动通讯系统所提供的服务。UMTS之接取网络是一个全新设备,有别于GSM之接取网络。GSM之接取网络即为基地台(Base Transceiver Station,BTS)及基地台控制器(Base Station Controller,BSC);而UMTS之接取网络为UMTS基地台(Node B)及UMTS基地台控制器(Radio Network Controller,RNC)。因为使用的技术大不相同,故UMTS之接取网络所能提供的功能远超过GSM之接取网络。


UMTS与GSM之结合

GSM设备加上GPRS,系统业者即可提供高达115Kbps的数据服务。再加上UMTS的Node B和RNC,即为第三代行动通讯系统。在行动通讯系统的世界中,可预期在IPv6普遍推广后,加上IP服务质量(Quality of Service,QoS)的提升,以IP为分组交换之行动通讯核心网络将于2003年引进市场,并于2005年进入成熟期。摩托罗拉的IP核心网络Aspira(系与Cisco公司合作共同开发)能提供一完全以IP为基础的分布式架构核心网络(图二)。这种网络的优点有:


  • ■它提供最佳的弹性,系统业者可依市场需求整合内部网络资源提供整合服务。


  • ■网络中各组件可视为一独立个体,而使系统扩充性的自由度最大。


  • ■由于系分布式的架构,IP核心网络可让其它异质接取网络协议共同使用资源,达到软件无线电的目标。


  • ■由于系以IP为基础,核心网络的建设与维护成本远低于过去的线路交换网络。


  • ■由于系以IP为基础,独立的软件开发商可快速的开发新的应用程序或移植(Porting)因特网应用程序至第三代行动通讯系统,以供行动通讯系统业者推出新的服务。WAP将在第三代行动通讯系统上卷土重来,并大有斩获。



第三代行动通讯系统的应用服务

第三代行动通讯系统建构成本高于第二代行动通讯系统。若仅在第三代行动通讯系统上提供语音服务,是不符合成本效益的。基于数据传输速度可达2Mbps,所以第三代行动通讯系统业者应大力开发数据服务(Data Services)。目前在欧洲,第二代行动通讯系统业者的数据服务收入约占总收入的1%~3%,而亚洲多数的第二代行动通讯系统业者表示,数据服务之收入不及总收入之1%。


市场的反应好像警示我们,数据服务并不是那么地广为接受,但这只是市场尚未成形和数据服务不够丰富所致。数据(含多媒体)服务会愈趋丰富及多元化,其理由如下:


  • ■因特网的应用不断地成长,带动了行动数据服务的市场。


  • ■数据服务的传输速度大幅度地提高,减少用户的等待时间。


  • ■数据服务的收费并非以上线的时间计算,而系以数据的价值来计算。


  • ■新一代的智能型手机(Smart Phone)使得用户再利用数据服务时不再困难重重。



基于上述这些原因,即使是保守的市场观察者,也认同数据服务的交通量(Traffic)在GPRS导入后的五年内达到总交通量的20%。


在导入数据服务时,行动通讯系统业者应能掌握四项要素:


  • ■ 使用便利;


  • ■ 丰富的服务内容;


  • ■ 群众效应;


  • ■ 价格优势。



结语

全世界消费者已经渐渐习惯使用移动电话,连不懂计算机的人也都会操作移动电话,PC却只有专业人士才懂,这就是PC没落的原因。难怪现在连Apple公司也在传经营危机。


未来移动电话将朝两个方向发展:一种是用户不需亲自安装新软件就可以处理所有的事情(只须从Internet下载);另一种是无线电PDA。它具有和PC相同可交换软件的功能,用户可以选取他们想要的软件来安装。这两种移动电话都将多种通讯协议放在同一个硬件平台上运行,所以IMT-2000以后的第四代移动电话将采用软件无线电技术,此软件无线电是利用通讯协议多任务(protocol-multiplexing)的技术,让多种通讯协议并存于操作系统中,例如:GSM、PHS、UMTS、GPS等可以整合在一起,使用相同的资源。且让我们拭目以待,看看未来行动通讯系统如何改变我们的日常生活!


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