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行動通訊的新趨勢—軟體無線電
 

【作者: 誠君】   2004年02月03日 星期二

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2001年下半年,我國將釋出五張第三代行動通訊系統(3G)執照。依據政府第三代行動通訊系統執照發放時程,台灣約在2002年中時,就會有第三代行動通訊系統業者推出服務。不同於目前我們所使用的第二代行動通訊系統(即AMPS及GSM),第三代行動通訊系統可提供高達2Mbps的資料傳輸率,遠高於目前的9.6Kbps;使無線上網(Internet)不再塞車,無線寬頻上網終將實現。


目前各家電信業者所推出的WAP服務,並未獲預期之效果,除了應用上無法滿足用戶之需求外,上網速度及方便性更為人詬病。GPRS的導入雖可稍稍提高資料傳輸速度,但對於即時影像(Streaming Video)之應用仍有捉襟見肘之窘。



《圖一 行動通訊系統架構圖》
《圖一 行動通訊系統架構圖》

第三代行動通訊系統之規格,係由聯合國之國際電信組織(International Telecommunications Union,ITU)所主導。經過多年的發展,並在不同的利益中尋求平衡點,目前有兩大主流,毆規之UMTS(Universal Mobile Telecommunications System)及美規的CDMA2000;再加上月前由大陸所提出TD-SCDMA亦被ITU所接受,現今已有三種規格。此三種規格統稱IMT2000,基本上都是植基於CDMA(Code Division Multiple Access)技術,有別於第二代行動通訊系統之FDMA(Frequency Division Multiple Access)技術。


UMTS

以延續性觀察,UMTS可視為GSM之延續,而CDMA2000為窄頻CDMA系統(例如:cdmaOne)之演進。由於台灣所使用之第二代行動通訊系統絕大多數為GSM系統,所以將來在第三代行動通訊系統,台灣採用UMTS的可能性極高,故本文將較偏重於UMTS系統的解說。


UMTS之設計目的,係為達成提供一個無線寬頻(5MHz)之語音、資料及多媒體傳輸系統,且此系統必須能提供漫遊服務(Roaming)。UMTS第一個商業化版本(即Release1999,或簡稱R99、R3)在今年6月終於定稿。R99係在現有的GSM及GPRS系統(一般稱之為2.5G行動通訊系統),建構寬頻CDMA系統,此舉可使現有的GSM系統業者保有過去所投資的設備,不至於浪費資源。


《圖二 摩托羅拉的IP核心網路Aspira》
《圖二 摩托羅拉的IP核心網路Aspira》

行動通訊三大系統

以系統架構而言,行動通訊系統可分為三大部分(圖一):


核心網路(Core Network)

核心網路提供語音及數據傳輸交換的功能,並管理整個行動通訊系統的運作。以GSM系統而言,語音服務係以線路交換(Circuit Switching)方式完成,而數據服務則經過GPRS以封包交換(Packet Switching)方式完成。部分業者,如摩托羅拉(Motorola)等則認為核心網路在未來,終將全部以封包交換方式提供所有的服務(語音,數據及多媒體)。而此封包交換會採用網際網路(Internet)所盛行之IP(Internet Protocol)通訊協定。


一個純IP的核心網路,終將取代舊有線路交換設備。因此摩托羅拉與思科(Cisco)合資成立一家新公司Invisix。該公司正全力研發一純IP的核心網路。並與日本NTT DoCoMo簽訂試驗計劃,預計在2001年中,提出試驗報告。值得注意的是,在UMTS R99規格中,雖然可透過GPRS以高達2Mbps之速度,提供數據與多媒體的服務,但語音服務仍要經由傳統的GSM線路交換方式完成。


如前所述,線路交換核心網路終將改為純IP的封包交換核心網路。現今在研發之UMTS R2000(或稱為UMTS Release2000、R4)除了強化R99之規格外,業已逐漸引進IP架構進入核心網路;屆時利用VoIP技術,UMTS業者可逐漸地將語音服務由線路交換轉為封包交換。最終UMTS Release5將實現所有的語音服務皆如數據服務一般,以封包交換方式完成,此現象在傳統的有線通訊系統(PSTN)也正在發生中。所以,產品全面數位化是世界潮流。


服務平台(Service Platform)

服務平台提供豐富的應用,無論其使用者係採用何種接取(Access)技術。摩托羅拉認為將服務之控制邏輯(Control Logic)盡量移至系統末端(例如:手機),可使各式各樣的服務被快速開發出來,以滿足使用者的需求。因此UMTS服務平台會基於現有的SIM Tool Kit、WAP、MExE等標準而以主從(Client/Sever)架構方式建構而成。


接取網路(Access Networks)

接取網路提供空中介面(Air Interface)讓使用者手機得以接取至第三代行動通訊系統所提供的服務。UMTS之接取網路是一個全新設備,有別於GSM之接取網路。GSM之接取網路即為基地台(Base Transceiver Station,BTS)及基地台控制器(Base Station Controller,BSC);而UMTS之接取網路為UMTS基地台(Node B)及UMTS基地台控制器(Radio Network Controller,RNC)。因為使用的技術大不相同,故UMTS之接取網路所能提供的功能遠超過GSM之接取網路。


UMTS與GSM之結合

GSM設備加上GPRS,系統業者即可提供高達115Kbps的數據服務。再加上UMTS的Node B和RNC,即為第三代行動通訊系統。在行動通訊系統的世界中,可預期在IPv6普遍推廣後,加上IP服務品質(Quality of Service,QoS)的提昇,以IP為封包交換之行動通訊核心網路將於2003年引進市場,並於2005年進入成熟期。摩托羅拉的IP核心網路Aspira(係與Cisco公司合作共同開發)能提供一完全以IP為基礎的分散式架構核心網路(圖二)。這種網路的優點有:


  • ■它提供最佳的彈性,系統業者可依市場需求整合內部網路資源提供整合服務。


  • ■網路中各元件可視為一獨立個體,而使系統擴充性的自由度最大。


  • ■由於係分散式的架構,IP核心網路可讓其它異質接取網路通訊協定共同使用資源,達到軟體無線電的目標。


  • ■由於係以IP為基礎,核心網路的建設與維護成本遠低於過去的線路交換網路。


  • ■由於係以IP為基礎,獨立的軟體開發商可快速的開發新的應用程式或移植(Porting)網際網路應用程式至第三代行動通訊系統,以供行動通訊系統業者推出新的服務。WAP將在第三代行動通訊系統上捲土重來,並大有斬獲。



第三代行動通訊系統的應用服務

第三代行動通訊系統建構成本高於第二代行動通訊系統。若僅在第三代行動通訊系統上提供語音服務,是不符合成本效益的。基於數據傳輸速度可達2Mbps,所以第三代行動通訊系統業者應大力開發數據服務(Data Services)。目前在歐洲,第二代行動通訊系統業者的數據服務收入約佔總收入的1%~3%,而亞洲多數的第二代行動通訊系統業者表示,數據服務之收入不及總收入之1%。


市場的反應好像警示我們,數據服務並不是那麼地廣為接受,但這只是市場尚未成形和數據服務不夠豐富所致。數據(含多媒體)服務會愈趨豐富及多元化,其理由如下:


  • ■網際網路的應用不斷地成長,帶動了行動數據服務的市場。


  • ■數據服務的傳輸速度大幅度地提高,減少使用者的等待時間。


  • ■數據服務的收費並非以上線的時間計算,而係以資料的價值來計算。


  • ■新一代的智慧型手機(Smart Phone)使得使用者再利用數據服務時不再困難重重。



基於上述這些原因,即使是保守的市場觀察者,也認同數據服務的交通量(Traffic)在GPRS導入後的五年內達到總交通量的20%。


在導入數據服務時,行動通訊系統業者應能掌握四項要素:


  • ■ 使用便利;


  • ■ 豐富的服務內容;


  • ■ 群眾效應;


  • ■ 價格優勢。



結語

全世界消費者已經漸漸習慣使用行動電話,連不懂電腦的人也都會操作行動電話,PC卻只有專業人士才懂,這就是PC沒落的原因。難怪現在連Apple公司也在傳經營危機。


未來行動電話將朝兩個方向發展:一種是使用者不需親自安裝新軟體就可以處理所有的事情(只須從Internet下載);另一種是無線電PDA。它具有和PC相同可交換軟體的功能,使用者可以選取他們想要的軟體來安裝。這兩種行動電話都將多種通訊協定放在同一個硬體平台上運行,所以IMT-2000以後的第四代行動電話將採用軟體無線電技術,此軟體無線電是利用通訊協定多工(protocol-multiplexing)的技術,讓多種通訊協定並存於作業系統中,例如:GSM、PHS、UMTS、GPS等可以整合在一起,使用相同的資源。且讓我們拭目以待,看看未來行動通訊系統如何改變我們的日常生活!


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