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下一代行动通讯通往何处?
What G is Next G?

【作者: 廖專崇】2002年09月05日 星期四

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去年的景气低潮让全球都受重伤,最主要的原因当然是网络产业的泡沫化,而被指为此一经济噩梦最大助力的杀手竟然是盛极而衰的行动通讯产业,2000年同样是网络与通讯产业最为风光的一年,尤其是通讯产业,第二代行动通讯系统GSM的空前成功,让人们对行动通讯的能力过于乐观,认为行动通讯无所不能,每个人都觉得下一代行动通讯技术能在短时间内迅速到位,然而发展至今,3G却还像是空中楼阁、池中清莲,除了想象,众人都无法实际体验到其美好的地方。


本文将从行动通讯零组件的发展趋势切入,从技术面、市场面、趋势面剖析综观,将观点延伸至硬件、软件与整个产业,希望能帮助读者描绘下一代行动通讯的轮廓。


3G瓶颈何在?

第三代行动通讯系统由联合国国际电信组织(ITU)主导,组成IMT-2000并制定标准,规定3G技术的数据传输速率在移动状态下最低速率需达384Kbps,静止状态下最高速率必须达到2Mbps;较2G的数据传输速率9.6Kbps大幅提升,原因除了传输方式由线路交换(Circuit Switch),改为分组交换(Package Switch),讯号调变方式也不同,所以传输速率得以大幅提升。


不过,在行动通讯由语音服务转变为数据服务为主后,许多相关服务的提供无法马上衔接,市场接受的意愿极低,加上网络泡沫化、911事件、美国企业假帐风暴,让全球经济不断的探底,不但消费者勒起裤带过日子,产业也是哀鸿遍野,厂商对于相关的投资都谨慎保守许多,3G的进展等于原地踏步,最先推出第三代行动通讯服务的日本NTT DoCoMo,近一年来还处于卧薪尝胆的阶段,截至今年3月为止,只有8.94万用户,iMode的成功并没有为其3G的发展缩短学习曲线。


除了服务推展的不顺利之外,技术本身也有相当的瓶颈存在;在软件部分,由于3G与2G着重的服务不同,软件的设计必须重新来过,又是一条新的学习曲线,去年曾经有机会因为NTT DoCoMo宣布3G服务延期,而拔得全球首宗3G服务头筹,位于英国男人岛(Isle of Man)的小区域3G服务,就是因为软件问题也延后其服务推出时程。


在硬件方面,由于3G系统的高传输速率,手机内的数据运算频率相当惊人,使得手机的耗电、散热、体积、价格等都问题重重。事实上,就连已经商业化运转的NTT DoCoMo第三代行动通讯服务「FOMA」,目前的数据传输速率都无法达到IMT-2000订定的标准;甚至日本第二大电信服务公司KDDI,在今年4月才推出,采用由Qualcomm主导的cdma 2000 1X技术的3G服务,初期也只能提供144Kbps的数据传输速率。尤有甚者,国外有产业分析师发表分析报告表示:「3G丧钟已响」,苦劝业者尽早结束3G发展计划。


技术发展非难事

对于面临瓶颈的第三代行动通讯服务,以技术带领市场的硬件厂商认为,3G起飞的关键并不在硬件上,TI(德州仪器)台湾分公司半导体营销协理欧建宏就认为,3G前景是存在的,发展的方向也没有太大问题,只是在2000年时市场对于其学习曲线的时程,判断过于乐观,再好的技术都需要相当的发展时间,除了教育市场也提升技术成熟度与应用亲和度,最近当红的WLAN与USB 2.0就是很好的例子,上述技术也是推出时广为各方看好,而经过一段时间的发展才开花结果的。



《图一 个人行动通讯技术的发展进程〈数据源:德州仪器〉》
《图一 个人行动通讯技术的发展进程〈数据源:德州仪器〉》

Motorola(摩托罗拉)台湾分公司半导体事业部经理吴忠伦也表示,数据应用绝对是未来行动通讯的发展趋势,关键在于杀手级应用(Killer Application)是什么?这似乎也是全球关心行动通讯发展的人们,近来心中的一个共同的心声与疑问吧!


关键零组件发展趋势

而硬件的发展,尤其是手机零组件的技术,吴忠伦进一步强调,在半导体集积程度越来越高的情况下,前面所提到的一些问题其实都可以迎刃而解,以Motorola为例,其基频(Base Band)电路目前采用0.13微米制程,预计明年初将推展到0.1微米;在射频模块方面,目前多数厂商都已经采用「零中频」(Zero-IF)技术,以降低组件数量、成本等,材料也逐渐以制程更为简单的硅锗(SiGe),取代技术难度与成本都较高的砷化镓(GaAs)。


而需求震荡频率最高的功率放大器(PA),虽然还是以砷化镓为主流,不过在SoC风潮下,不同制程的芯片可以透过系统级封装(System in Package;SiP)、复晶模块(Multi-Chip Modules;MCM),等技巧将手机内的零组件做进一步的整合。另外,LTCC(低温陶瓷共烧)材料与封装技术越来越成熟,可以进一步降低芯片体积约1/3,Motorola也计划在明年初,推出LTCC的功率放大器产品。


软件技术更形重要

既然应用是3G成败的关键,多媒体与数据的应用又是趋势所在,所以软件的效能表现就至关重要,吴忠伦表示,未来软件的附加价值将因为应用的需求而越来越突显,好的软件才能为好的应用带来加分的效果。欧建宏就举例指出,具备Java功能的手机,就是一个很清楚可以看到其发展趋势的软件技术,非但是3G,而是目前已经在市场发烧的功能。


开放式设计平台

在手机已经逐渐走向消费性电子产品领域后,产品生命周期将不断缩短,而其外型的工业设计已经被时尚流行的设计取代,缩短产品上市时程,对下游的系统厂商来说非常重要,因此由技术大厂主导的几个产品规格,就以设计平台的方式出现在市场,目前较知名的包括Intel的PCA(Personal Internet Client Architecture);Motorola GPRS系统的i250与3G系统的i300架构;TI的OMAP(Open Multimedia Application Platform)与Philips的参考设计平台等。


这些平台大多强调其开放性,与高度整合性,吴忠伦便强调,除了硬件的整合之外,Motorola的设计平台还包括与软件的整合。其中可以很清楚的发现到,为因应数据传输与多媒体的应用,除了处理器的频率越来越高之外,DSP的应用也成为未来手机的必要关键零组件之一。


Next Generation之路

循序渐进的技术发展

以目前的情况看来2G到3G的路途是遥远了点,如果分段来走是不是会让路途平顺一点,对于电信服务业者来说,第二代系统升级到第三代系统,不但是一笔庞大的投资,回收的情形也不见得肯定,所以在GSM架构下,就出现了俗称2.5G的GPRS技术与2.75G的EDGE技术,这不仅可以让消费者先体验数据传输的便利,也可以让业者在相关的数据服务中累积经验与服务能量。


GPRS是架构在GSM系统之下,透过不同于以往GSM线路交换的数据传输模式,而改以分组交换的传输模式,加上多重频率槽(Time Slot)技术,达成全时联机与提升传输速率的目的。不过,虽然其最高传输速率理论值为115.2Kbps,不过扣掉传输通讯协议的带宽与耗电、成本等考虑,市场上一般说的GPRS系统速率,与传统模拟式调制解调器提供的56Kbps差不多。


而EDGE(Enhanced Data GSM Envionment),是GSM标准的「升级版」,因为期调变技术从GMSK(Gaussian Minimum Shift Keying),改为8PSK调变技术,突破空中接口(air-interface)中物理层传输速度的瓶颈,所以其传输速率最快可达到384Kbps,使用与GSM同样的TDMA架构,和现有的蜂巢式通讯区域(CELL)划定。透过GPRS与EDGE渐进式的服务过程后,再进展到更高速的3G系统,应该可以有效缩短学习时间,也让市场更容易接受。


结合其他无线通信技术

目前最为当红的无线通信技术非WLAN莫属,因此市场上也有以GPRS+WLAN泛称为B3G(Beyond 3G)技术的出现,包括Broadcom等厂商也已经推出相关产品,其最大的好处是可以让用户享受无所不在的网络联机服务,在室外以使用GPRS为主,而到了有网桥(Access Point;AP)的室内,就将联机模式转换成WLAN技术,不仅享有更大的带宽,也可以节省联机所带来的电话费,而3G时代强调的多频、多模诉求也就是如此。不过,欧建宏表示,GPRS+WLAN在短期内有其市场利基,不过长期的发展还有待观察。


个人无线网关

先前提到个人行动通讯产品的消费性趋势,欧建宏就提到,未来行动通讯产品可以朝向个人无线网关(Personal Mobile Gateway;PMG)的方向发展,如(图二)所示,其概念就是将具备基本通讯功能的设备与显示、输入设备分开,就像是PC产品中的服务器(Server)与终端机(Terminal)一样,透过像蓝芽这样的技术将用户不同的终端设备链接到PMG上,此时终端设备就有了革命性与多变的样貌,(图三)是未来PMG应用下,终端设备可能的外型。



《图二 个人行动通讯网关与周边应用架构〈数据源:IXI Mobile〉》
《图二 个人行动通讯网关与周边应用架构〈数据源:IXI Mobile〉》
《图三 PMG架构下的讯息终端机〈数据源:IXI Mobile〉》
《图三 PMG架构下的讯息终端机〈数据源:IXI Mobile〉》

甚至未来的终端设备是一种时尚品,是衣着的一部分,或许只是一个别针、领带夹、眼镜或手表等等形式。消费者可以依场合、季节、打扮甚至心情的不同,搭配不同的终端设备。不过,由于此概念的颠覆性很高,整个产业恐怕会有一番剧烈的合纵连横,对于部份目前已经在产业中占有优势地位的既得利益厂商,或许会有抗拒的做法,不过既然市场上已经有相关概念的提出,若能通过市场的验证,就能证实其发展的可能了。


结论

下一代的个人行动通讯系统样貌究竟如何?3G是不是Next G的标准答案,或许在现有基础下经过一番的技术改善后,就是既满足市场需求又切实可行的解决方案,又或许直接舍弃3G而进展到再下一个世代的B3G、4G等系统,也是一条可行的道路。所以3G并非不可行,也非必走不可的路程,大家应该认清现实,在推展新世代的应用时,中间的过程并非一蹴可几,而是需要长时间以渐进的方式,透过软件、硬件、市场与技术的同步发展,甚至尝试错误来吸收经验,才是成功之道。


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