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分碼多工與正交分頻多工技術
無線寬頻服務的整合

【作者: Perry LaForge】   2008年09月02日 星期二

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21世紀初,電信服務市場大幅轉變。以分碼多工(CDMA)為基礎的 3G IMT-2000 技術問世之後,無線營運商得以提供高品質的語音服務、寬頻網路存取、多媒體,以及多種加值服務,也讓網路、廣播、電視、音樂、遊戲以及商務等產業的區隔漸漸模糊。在已開發與開發中市場,服務供應商與監管單位快速採用並推廣各種技術,進而擴展並整合這些產業,以創造新的營收。


這些改變產生一股龐大的動力推動3G CDMA 服務的部署。3G CDMA 技術於 2000 年問世以來,已經有超過 460 家業者推出CDMA2000與WCDMA 系統,而截至2007 年 9 月止,使用者已超過 5 億。至於CDMA2000 1xEV-DO 與HSPA等3G行動寬頻技術也不斷普及,目前已遍及 165 個國家 270 個商業系統,服務超過 1 億以上的使用者。


不過無線產業又將再次面臨抉擇,必須選定新的功能與服務繼續發展。這些新的考量層面包括:新技術、整合無線與固定網路以提供無縫隙的完整服務、大量頻譜的分配、開發新型與創新的裝置,以及提升使用者經驗與供應商的利潤。


下一代行動寬頻技術

以CDMA 與正交分頻多工技術(OFDM)技術為基礎的下一代IMT系統,以及以OFDM為基礎的廣播技術(像是DVB-H、FLO以及ISDB-T),在此一轉換過程扮演關鍵性角色。


現有的 3G CDMA 技術,包括CDMA2000 1X/EV-DO、WCDMA/HSPA、以及TD-SCDMA已經逐漸進化,可提供更高的容量與傳輸量,以支援日漸成長的頻寬密集(bandwidth-intensive)式的資料服務,提供業者領先技術的效能與即早上市的優勢。


分配窄頻頻寬時(最高至 5 MHz),EV-DO 版本A與B以及HSPA與HSPA+,可在特定數量頻譜中,達到最高每秒數百萬位元的平均資料傳輸量,同時於現有「頻內(in-band)」頻率分配下,在所部署的服務中提供更大的彈性和規模經濟。3G 業者因此能夠迅速以合理價位,在整體網路提供許多加值服務。


至於頻寬較大的無線頻道(超過10MHz)LTE、行動 WiMAX 以及UMB這類以 OFDM為基礎的技術,都可用於提供頻寬較大的行動寬頻服務。而針對群播或廣播這類特定頻寬密集的應用,DVB-H、FLO、ISDB-T、S-DMB 以及 T-DMB 等以 OFDM 為基礎的技術,自 2006 年起都已陸續邁入商業化階段(圖一)。



《圖一  CDMA2000發展藍圖(使用互補的行動廣播與寬頻解決方案)》
《圖一 CDMA2000發展藍圖(使用互補的行動廣播與寬頻解決方案)》

有鑑於目前強大的市場動能,3G CDMA技術將會持續作為行動通信的領導平台,包括在下一代的行動寬頻服務,甚至在2020年後的無線通信服務中繼續領導市場。不過,某些業者以及新的服務供應商,正考慮購買額外的頻譜,並部署以OFDM為基礎的超寬頻(wider-bandwidth)系統。


姑且不論業者的方法與現有的技術發展藍圖,顯然「一網通用」的策略無法滿足未來競爭市場的需要。而替代技術的選擇取決於個別業者的情況,包括商機、執照、可用頻譜、之前選擇的技術、與廠商的關係,以及可承擔的風險。換言之,服務供應商將會根據其市場與經濟需求選擇最合適的方向與技術。


3G 與 OFDM 系統的整合與角色

以共同核心網路整合多種存取技術,就是所謂的網路整合。單一裝置支援多種無線技術與服務的能力,就是所謂的裝置整合(受惠於摩爾定律)。網路整合加上裝置整合後,可使服務供應商即使在不同的網路,也能提供更多創造收益的語音及數據服務。


網路與服務整合

IP多媒體子系統(IMS)讓網路與服務得以整合。這組標準化的技術將營運商的網路定義並區分為存取、控制以及應用層,讓業者能迅速推出各種應用與服務、由線路交換網路升級為全 IP 封包交換數據網路,並提供其完美的使用者經驗。


沒有單一網路技術可滿足所有使用者的情況、所有的服務以及環境,而IMS讓業者可自行連接各種無線與固定網路系統,以改善整合服務並提高營收。以下兩個範例說明此項論點:


網路的整合

除3G網路,多數已開發國家的Wi-Fi網路存取點數量龐大,遍佈於住宅區、咖啡廳、學校以及公司。而Wi-Fi幾乎都是用於短距範圍內延伸有線寬頻連線(例如 xDSL),讓訊號範圍內的使用者能夠連線。目前也有越來越多廣域廣播網路,專門將電視、豐富的多媒體群播,以及資料廣播服務傳輸至行動裝置。不少3G CDMA業者使用以OFDM為基礎的Wi-Fi,以及DVB-H、FLO、T-DMB及ISDB-T這類只有前向鏈路(Forward Link Only)的廣播網路,與現有服務互補。這樣一來,3G業者即可善用現有的行動通信網路,成為無遠弗屆的網路服務供應商(ISP)與廣播業者。


服務的整合

引進各種服務是服務供應商擁有競爭力的一大關鍵。單一業者如果能提供語音、影像、寬頻網路存取、定位以及各式行動數據服務,即可在善用現有的資金支出下,以多元用戶群為基礎,盡可能提高收益機會。上述服務用於補充及延伸服務範圍遍及各種產業,例如娛樂、教育、運輸、銀行、廣告、廣播以及資訊科技。即使不是產業專家,也可以很容易看出,目前任何一種電信服務供應機制都無法滿足各種需求。因此業者通常會採用 IMS,提供完美的使用者經驗,針對使用者所要求的服務,指定最適合的存取技術(3G CDMA、藍牙、802.11、近距離無線通訊技術(NFC)、OFDM 等)。


應用OFDM技術彌補3G整合服務不足之處

3G CDMA 的規模經濟龐大,相較於以OFDM為基礎的技術,3G CDMA在提供行動電話與寬頻服務方面,擁有顯著的成本優勢,低價的3G CDMA2000 手機就是最佳例證。全球高度成長的新興市場中,已有19家廠商生產的近百種低價(零售價不到 50 美元)CDMA2000 手機面世。


分析師預測2010 年之前,全球將有五億四千八百萬的行動寬頻使用者,其中 94% 的使用者會使用現有技術(例如 EV-DO 與 HSPA),讓其他寬頻技術相形見絀(圖二)。若要壓低裝置的價格,規模經濟是最重要的關鍵,因為如果可以大量生產裝置,就能降低製造成本並分散開發成本。



《圖二  全球行動寬頻用戶日益增加》
《圖二 全球行動寬頻用戶日益增加》

以 OFDM 為基礎的解決方案必須先融合頻寬較高的頻譜,才能建立規模經濟。雖然 CDMA 技術提供的效能與成本優勢,可再繼續服務供應商10年之久,然而在若干情況和應用下採用 OFDM 為基礎的技術,則效能更高成本更低(圖三)。



《圖三  CDMA 與 OFDM 互補共存》
《圖三 CDMA 與 OFDM 互補共存》

對於服務供應商來說,若要供應行動寬頻或群播服務,DMB、DVB-H、或 MediaFLO這類以OFDM為基礎的技術,較適合由一處基地台,同時將豐富的多媒體內容提供給單一區域的眾多使用者。這樣一來,以OFDM為基礎的輔助廣播網路,會重疊於 2G/3G 行動網路,提供一流的影像內容及類似電視的服務。


對於目前擁有限量頻譜的服務供應商,CDMA技術是最佳選擇,因為在 5MHz 以下的頻寬,其效能優異。對於可使用大量頻寬(例如頻譜超過 10MHz)的服務供應商,不妨選擇以OFDM為基礎的技術,推出新的頻寬密集式寬頻服務,或是在人口稠密的都會區(也稱為「熱區」),利用額外的寬頻容量輔助現有2G或 3G 解決方案。如果頻寬規模增加超過2x5 MHz FDD或是10 MHz TDD,以OFDM為基礎的技術在實作上比 CDMA 技術更簡單。在流量大的都會區以外,以OFDM為基礎的系統並不划算,因為頻譜與網路的使用率可能不足。


在某種程度上,2G/3G與行動OFDM網路之間的關係,相當類似於2G/3G 與 Wi-Fi。Wi-Fi補足3G,而行動OFDM技術則輔助由3G提供的服務、功能及網路容量。一般預期,2020年之後CDMA與OFDM基礎的解決方案會繼續共存。


多種存取技術裝置整合 創造完美使用者經驗

手持裝置的功能越來越多,摩爾定律可讓更多的無線技術加入這些裝置。而消費者越來越習慣使用多重存取系統,因此不管到什麼地方,都預期手機可以支援最常用的技術。如果需要針對每項存取技術攜帶不同的裝置,根本不切實際。


目前已經有支援多種無線技術的3G CDMA手機(超過70種以上的WorldMode裝置可同時支援CDMA2000與GSM技術)。2009 年底前,預期若干 WorldMode 多模裝置還可支援 LTE、行動WiMAX以及UMB。由於消費者偏愛無線耳機,加上各種嚴格限制開車時手持話筒的規定,因此藍牙技術在個人區域網路非常普遍。支援近距離無線通訊技術的手機是目前運輸及行動商務的解決方案。同樣地,Wi-Fi 已與部份 CDMA 手機整合,在家庭、學校或辦公室,提供高速存取網路/VPN 的功能。


OFDM為基礎的單一模式裝置,只能在有限的區域內操作,因此多數消費者購買意願不高。而以OFDM 為基礎的裝置,必須支援多種技術以及廣泛的頻道,才能保有目前3G 提供的廣域和區域連線功能,以及其他使用廣泛的技術。


結論

所謂「一種技術打天下」的方式,無法滿足未來競爭激烈的電信市場。業者必須針對特定的應用方式或服務,採用最適當的技術。藍牙將支援個人區域網路,近距離無線通訊技術通訊將實現行動商務,Wi-Fi 將滿足區域網路連線能力,全球衛星定位系統(GPS)將實現以位置為基礎的服務(LBS),2G與3G行動電話技術將提供無遠弗屆的語音及寬頻數據服務,而以OFDM為基礎的技術,將針對「熱區」的後置網路(backhaul)、廣播及寬頻應用,提供大量的頻寬。


對大部份的業者來說,至少在10年內,3G CDMA技術絕對足以滿足其語音和寬頻資料的需求。對於需要更多頻寬的業者,特別是在流量大的區域,以OFDM為基礎的技術可賦予成本優勢,讓業者可彌補服務、功能及覆蓋範圍的不足。


大量採用以OFDM為基礎的解決方案,因為需要擴展覆蓋率並建立規模經濟,所以還需要一段時間。一旦達到採用標準之後,全球會有多於30至40億的無線用戶升級使用更新一代的無線技術,但在此之前,未來10年內對數以百計的業者而言,3G CDMA 仍將是供應行動寬頻服務最主要且最實惠的平台,也是整合革命最關鍵的一環。


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