參考內容--3G發展歷史

序

　　兩年前，當全球通訊業一片大好時，大概沒有人會預料到隨後而來的居然是全球電子業有史以來最嚴重的衰退，連帶的使得通訊設備需求急速降溫。那時各無線及有線的營運業者紛紛準備大量的資金準備投入這號稱是『通訊革命』的無線通訊市場卡位戰，結果卻是步上『.com』的後塵。許多以巨額資金投標取得3G頻段的電信業者，因為市場尚未成熟、沒有建設完善的3G服務環境，導致投資無法回收，被利息壓的透不過氣而紛紛將公司關閉或是將子公司賣出以求得度過難關。這幾乎是一場電信風暴，但是我們必須要問一件事，這場風暴到底是3G黎明前的黑暗，還是跟本就是宣告3G的終結？

前言

　　這個題目其實是只有資深的業界前輩才知道它的由來。這原本是一個俏皮話，當時各電信公司因為行動電話的營收不斷的創新高，於是樂觀的認為將來第三代無線通訊(the 3rd generation mobile communication，以下簡稱3G)一定也是會成為將來行動通訊之主流，於是紛紛投入3G相關的研發，頻譜投標以及設備建置。在當時除了日本的『i-mode』之外根本沒有任何一個國家的電信服務市場推出一個規劃完善、使用方便的資料服務(Data service)，甚至沒有一個單位，或者個人可以說出3G到底有甚用。所以從業界就流出了這麼一句話：3G! that's means Good，very Good，really very Good！表示其實大家除知道3G好，但是到底好在哪裡根本沒人曉得。但是沒人在意，只是一味的投資巨額資金進入3G市場，最後換來的卻是龐大的債務。當時的笑話現在看來卻是許多公司沉痛的事實。即使是現在，3G仍是前景不明，至少以已經開始3G服務的日本而言，它仍只是一個無法為公司帶來利益的實驗性服務。

3G簡史
　　1. 從1G到2G 在3G出現之前，其實是沒有1G和2G的。換句話說，1G到2G這個名詞是隨著3G的出現而為了有別於以往的行動通訊技術才應運而生。在1980年代初期，個人通訊系統(Personal communication system：PCS)開始流行，當時有許多國家提倡應該要在個人通訊上實現移動化(mobile)，為了實現這個需求，各種不同的通訊技術紛紛被提出，如早期的衛星電話就是一個最好的例子。當時無線基地台建置成本還是相當高昂時，衛星電話等許多空中無線通訊平台都是被看好的技術，但是最後普及的卻是美國的AMPS系統。 AMPS系統最早是在1970年代美國開始試驗，後來在1981年斯堪第那維亞開始了商業化服務，而日本在1980年也開始了商業運轉。早期AMPS系統是提供給車輛上可用電話為主要目的，客戶鎖定為特定的商業人士。但是後來因為廣受歡迎，價格漸漸普及化，而AMPS也系統不斷地在改良，到了1990年中，美國將AMPS系統變成一個全國性的服務。它最大的特色是採用了細胞式(或稱蜂窩式，因為每一個基地台彼此間服務的範圍彼此緊鄰而成一個細胞網路)系統，可以允許每一個人可以在一個基地台的服務範圍內可以撥出和接收電話。這是現今所有行動電話網路的始祖，即使到現在全世界的行動電話還是採用地面蜂巢網路得架構，絲毫沒有改變。AMPS系統即是我們所俗稱的1G。一直到1990年，AMPS系統趨於飽和，於是許多公司提出其他的解決方案。北美提出兩種解決方案，歐洲提出一種。北美兩種方案分別是NA-TDMA與CDMA系統，歐洲則提出GSM系統。這三種即是俗稱的2G。CDMA後來演變成所有3G相關技術的先趨，留待等下介紹，首先介紹另外兩個系統。 GSM系統台灣翻成「泛歐式數位細胞行動通信系統」，但是實際上他的全名是行動通信全球系統「Global System for Mobile Communication 」。1982年歐洲的AMPS系統已經進入了商業部署，但是歐洲當局預期行動電話將會有長足的進步，於是促使「歐洲郵電管理會議」研擬新的行動電話技術。該會議成立一個特別行動電話小組（Group Special Mobile or Special Mobile Group），而該小組的成員以開頭的第一個字母自稱GSM，這就是GSM的由來。GSM主要設計的目的是可以國際漫遊，這也是其他標準如CDMA IS-95沒有的優點。而GSM也不同於AMPS系統，它是純數位的訊號，不像AMPS是類比訊號，所以GSM可以提供較高的數據傳輸服務頻寬，最高可達9,600b/s，以當時而言已經是很夠用了。GSM因為目標放在國際漫遊上，所以後來全球市場將近70%都是GSM系統，而採用CDMA標準的國家如美國、加拿大、韓國這些國家，因為無法與其他國家互通而被有些使用者冠上了「通訊孤島」之類的稱號，這是GSM非常成功的一點。 NA-TDMA是美國所提出的另一個AMPS改進方案。TDMA全文是分時多工接取（Time Division Multiple Access），NA指的是北美，所以NA-TDMA指的是北美分時多工接取系統。NA-TDMA經過許多版本的修訂，最後主要的版本是IS-136（Interim Standard 136，中期標準136號）。IS-136是AMPS的延伸，可以在AMPS系統環境上操作，可以提供短訊息服務。北美很多提供IS-136服務的公司標到1900MHz的頻段，而後來IS-136中類比話音通道的技術採用GSM技術，這也就是為什麼後來我們的三頻手機（GSM900、1800、1900）可以在北美某些地方使用的緣故。值得一提的是，GSM一開始設計時允許用戶資料與手機分離，於是有SIM卡的設計，但是CDMA與NA-TDMA沒有，所以CDMA與NA-TDMA的手機號碼是燒在手機上不能隨意更改的。
　　經過了AMPS系統與GSM、CDMA與NA-TDMA等系統改進，國際電信聯盟ITU（International Telecommunication Union）在1990年就提出3G的概念，稱為IMT-2000標準（International Mobile Telecommunication 2000）。但是這個標準只是提出一個大略的描述，說明3G應該具備什麼樣的特性，達到什麼樣的要求。到了1998年，ITU接受15個關於IMT-2000的技術標準建議案，其中採用衛星的有六個，9個採用地面基地台建議案（又是一次衛星與地面技術之爭）。而地面建議案中，如果是採用多工接取技術的項目，有八種採用CDMA相關技術，所以CDMA幾乎是成為IMT-2000標準的主流。
　　而後的兩個重要組織確定了這些標準之中何者出線。一個是3GPP，一個是3GPP2，各組織成員紛紛在ITU提案希望可以爭取關於標準之制訂。一直到了1999年11月，從所有相關建議案中選出了四項技術，分別是WCDMA、cdma2000、UTRA TDD、EDGE。EDGE是IS-136的升級版本，UTRA TDD後來變成了TD-SCDMA。3G的標準演變就此確定。
　　ETSI的全名為歐洲電信標準協會European Telecommumications Standards Institute，是一個負責制定歐洲電信標準的非營利組織，目前共有三十個國家、三百七十三個正式會員，其中會員身份大致可分為五類：電信設備製造廠商、公共網路業者、電信管理權責單位、用戶、研究單位及其他。
　　ETSI除了正式會員外，還有副會員、觀察員、顧問三種身份的會員。副會員開放給歐洲以外的國家參加，有發言權但沒有投票權；觀察員為其他電信組織，受邀參加總會及技術管理委員會，沒有投票權；顧問目前有歐洲共同體(EC)及歐洲自由貿易區祕書處(EFTA)。

3GPP

1998年十二月，由ETSI發起，日本ARIB、TCC、美國T1與韓國TTA參與的第一個3G跨國團體成立，稱為The Third Generation Partnership Project，簡稱3GPP。這就是3GPP的由來。3GPP在空中無線電技術上採用兩種技術，速度高而廣域的環境中使用WCDMA，小區域而低速環境下使用TD-CDMA（URTA TDD），核心網路採用GSM系統。後來中國大陸的大唐集團將其TD-SCDMA申請成為3GPP的標準方案，TD-CDMA的主要支持者西門子於是與大唐合作將TD-SCDMA合力申請成為正式的選擇方案，TD-CDMA於是乏人問津。目前3GPP主要的兩個選擇方案確定為WCDMA與TD-SCDMA。

3GPP2
　　與3GPP相對應的是3GPP2，由美國國家標準協會（ANSI）、日本ARIBO、TTC、韓國TTA與中國大陸業者發起，主要廠商就是Qualcomm等CDMA相關廠商為主，支持cdma2000，核心網路採用CDMA IS-95。

3G技術分析
　　1. CDMA：IS-95簡介
　　要談3G一定要談CDMA這項技術，因為目前3G所有的相關技術標準都是基於CDMA這項技術演變而來，所以如果不談CDMA，就3G根本就談不下去了。
　　CDMA全文是分碼多重接取(Code division multiple access)，中國大陸翻成碼分多工或碼分多址，事實上這兩個意思很接近，指的是利用在同一個通訊頻道內只傳送一種訊號，但是接收訊號的人分別指定一個隨機編碼，傳送出的訊號經過不同的編碼與解碼，可以讓同一種訊號，但是擁有不同解碼方法的用戶得到不同的訊息。CDMA是一種展頻通訊技術，由1977年由庫伯（R.G. Cooper）與納特爾頓(Nettleton)所提出，原本展頻技術適用於軍事用途，後來經由美國Qualcomm公司的發展，正式進入商業運作領域。Qualcomm經過大約十年的努力，將商用CDMA技術提請成為中期標準IS-95，所以我們所稱為CDMA的大都指的是IS-95標準相容的CDMA，事實上CDMA有許多種編碼技術，並非只有IS-95一種技術標準。Qualcomm後來很聰明的將CDMA申請為商標（trade mark），所以只要提到CDMA，就以為只有Qualcomm，殊不知CDMA 其實還有其他的技術。
　　2. WCDMA簡介
　　WCDMA是寬頻CDMA的縮寫（Wideband Code Division Multiple Access），但是除了編碼是採用CDMA技術外，核心網路（如交換機等）還是採用GSM系統，只有手機與基地台必須更新。所以WCDMA不可以視為是CDMA的升級，反倒是應視為GSM的升級，因為WCDMA的支持者幾乎都是GSM的相關業者。依據國際電信聯盟ITU的核定，在歐洲及大部分亞洲(含日本)地區，WCDMA工作於IMT-2000系統所指定使用2 GHz的載波頻率，但這並不表示WCDMA只能建構在這個頻段。WCDMA可以建置在現有的任何系統頻段之上，初期所需要的頻帶寬度至少需要2X5 MHz。WCDMA規格允許每個5 MHz的載波頻寬可以提供8 kbit/s到2 Mbit/s的資料傳輸頻寬，同時將線路交換(circuit-switched)與分封交換(packet-switched)方式的服務整合在同一個頻道上，各自佔用不同的頻寬，可依通訊品質的不同，自由組合所需的頻寬；而且可以同時發送給同一個行動電話用戶。因此、使用者可以同時利用切換（switch）方式接聽電話，然後以分封交換方式上網傳送數據資料，讓語音及數據傳輸同步運作。換句話說，WCDMA手機可以允許使用者一邊將電話一邊收資料，但GSM就不行了。
　　為了可以同時在GSM基地台與WCDMA基地台收到訊號，於是有了雙模手機(Dual-mode terminals)的概念：在2G（GSM系統）與3G（WCDMA）之間提供非手動無感覺的模式切換、越區換手及漫游，讓使用者不會對使用什麼樣的接取技術感到困惑。 NTT-DoCoMo已經實踐了WCDMA系統的商業運作，期間雖然發生3G手機在系統平台(OS)及應用軟體適用性及穩定性的嚴重考驗，有過多次的回收，服務提供區域也僅限於東京地區。但是，卻也證明WCDMA是一個可以進入商業化的技術。
　　3. cdma2000簡介
　　至於cdma2000則是由cdma ONE（強調：cdma必須小寫，尤其是cdma2000，因為已經是註冊商標）系統所演進而來的3G行動電話技術；從窄頻邁向寬頻，CDMA技術有其自成一脈的體系軌跡，分別是：cdma ONE、IS-95B、CDMA2000１Ｘ、CDMA2000 １ＸＥＶ、CDMA2000 3Ｘ；根據IMT的定義從CDMA2000１Ｘ之後都被界定為3G的技術，但是事實上一般業界普遍認為要到3X之後才可以真正的和WCDMA一樣可以稱為真正的3G。CDMA技術一向是Qualcomm獨大的局面，在cdma2000一樣，目前有能力可以做出cdma2000核心元件的還是只有Qualcomm，而且所有的重要專利也掌握在其手上。以往的「IS-95B」提供8個語音信號通道及64K的數據傳送能力，到了CDMA2000１Ｘ可在1.25M頻帶寬中提供307.2K的高速傳送能力，發展到了cdma2000３Ｘ，則可在5M頻帶寬中提供2M的數據傳送能力。目前，CDMA2000１Ｘ己經在韓國正式大規模商業運作，三星（Samsung）電子公司也推出了型號稱為SCH-X100和SPH-X1000的CDMA2000１Ｘ手機。據資料顯示：待機時間長達125到350小時，而連續通話時間也可達到70到190分鐘；數據傳輸的速度更高達144kbit/s，當然，也支援彩色及影像等多媒體服務。
　　國內對於TD-SCDMA瞭解的人應該是十分少數。因為這個標準是這兩年才起來的，而且真正被接受成國際標準不到兩年的時間，他在2000經過ITU認可，2001年經過3GPP認可，所以是一個很年輕的標準。此外，TD-SCDMA是一個混合多個標準的技術。大陸的李世鶴博士有TD-SCDMA之父之稱，原本他發明的SCDMA技術（Synchronize CDMA，同步CDMA）是作為二哥大等無線電話機的技術，在美國成立一家公司。西門子在IMT的選擇方案中我們提過支持TD-CDMA，後來雙方在大陸合作開發，將彼此的技術融合，成為TD-SCDMA。另外在TD-SCDMA中一定要用到SDMA技術，一般在基地台稱為智能天線（Smart Antenna），在WCDMA中是可以選擇不用的。所以TD-SCDMA可視為是TD-CDMA、SCDMA、SDMA的綜合體。大陸的大唐集團是TD-SCDMA主要的研發單位，在設備開發方面大唐的方針是在自主開發核心技術的基礎上，廣泛對外合作，走聯合開發之路。在標準與基地站系統開發方面，大唐1999年開始與Siemens合作。在手機終端方面，大唐將和TI、Nokia、LG、普天集團、台灣廠商等十家國內外企業共同成立一個股份公司，聯合進行TD－SCDMA手機的晶片、IC及手機的參考設計。大唐電信科技?業集團更於2001年9月20日與中電東方通信研究中心有限公司（CECW）、飛利浦半導體三家公司聯手簽署了TD－SCDMA終端方面合作意向書，並宣佈將以成立合資公司的方式共同開發TD－SCDMA終端晶片。大唐將?新公司提供TD－SCDMA技術解決方案；飛利浦將提供3G核心晶片開發所用的標準通信平臺；CECW則將提供終端有關的協定軟體和終端測試技術
　　TD－SCDMA曾有過一段很風光的日子，因為它是由華人提出與主導的唯一國際標準，與台灣不同的是大陸已有能力與國外大廠並駕齊驅提出一個複雜的通訊技術標準，但是對於手機的零組件卻毫無自製能力，相反的台灣無法提出一個通訊標準，但是電子業特別強，這是兩岸在通訊領域內最大的不同。

3G市場分析
　　1. 殺手在哪裡(kill application)
　　殺手級應用就是指某個應用服務必須要用3G不可，1G與2G都不行，也就是說某一種服務不但是必須要用3G，而且可以說是為了3G應運而生的。3G與1G、2G最大的不同就是3G擁有非常高的資料傳輸頻寬，所以非3G不可的服務就絕對不可能是話音服務，而一定是資料傳輸服務，而且不是低頻寬的服務，是在移動中也可以收發大量資料的寬頻服務。以這樣的標準來看，幾乎除了多媒體視訊服務以外，沒有其他的服務一定需要這樣大的頻寬了。目前普遍認為3G的主要應用是MMS（多媒體簡訊服務），而且將會為現有的數據業務帶來更多的營運收益。其實以日本i-mode為例，用9.6kb/s就可以提供上萬種的服務，那WCDMA的384到2000kb/s到底可以提供的好多少？其實沒人知道。以筆者淺見認為，真正的關鍵其實不在頻寬可以達到多少，創意才是重點。現在的GPRS號稱為2.5G，可以提供大約實際上40到60kb/s左右的頻寬（理論值在100多），就已經不知道什麼樣真正有價值的服務才需要這樣的頻寬，要找到WCDMA的殺手可能還有好一陣子吧。
　　2. 3G替代方案
　　3G的替代方案其實指的是可以替代3G數據服務的技術而言。我們已經知道3G的殺手級應用是需要高頻寬的應用，所以3G的替代方案也就是指一項可以提供高頻寬數據服務的技術。那是否有這樣的技術呢？答案是有。而且不只一種。但是那又為什麼需要3G呢？最近大家應該都有聽說一種技術叫做無線區域網路：wireless local area network，WLAN。所謂WLAN指的是利用無線的方式，提供網路使用者，隨時隨地可以使用的網路環境，有別於有線區域網路，經由纜線來傳送資訊。在網際網路的威力不減反增，加上無線通訊服務技術的發展日新月異，由於其不受網路佈線限制，提供人們更能隨心所欲地上網，使得其市場前景大為看好，吸引許多業者紛紛推出各種無線上網解決方案，其主要目標就是瞄準無線數據服務市場。
　　以需求來看，在辦公室靜態的環境WLAN就可以提供上網需求，而且非常便宜，就跟一般辦公室的專線差不多，而頻寬最少為2000Kbit/s，最高可達54000K bit/s，不像3G最高只有2000 Kbit/s，所以辦公室環境運用3G的可能性遠低於WLAN是可確定的。那有多少人會在高速移動的環境如開車時使用notebook電腦，不少人抱持懷疑的態度。事實上WLAN可以支援低速移動（小於時速50公里）的環境，意味著如果WLAN環境如果可以建的完善，那麼走路時手機的數據服務也可以透過WLAN傳送，所以也有人認為以市場面而言雖然WLAN最終無法完全取代廣域的3G技術，但是在大部分的環境可以替代3G的許多工作，3G的商機是否如一開始所預估是令人懷疑的。換句話說，事實上3G的特色就是希望可以在移動的環境需求中同時提供話音服務上加上高速寬數據服務，但是問題是有多少人會需要再開車時下載多媒體電影，還是大家會願意在一個固定的辦公室換地點如咖啡廳，下載多媒體電影，答案其實很清楚了。
　　3. 3G相關標準之全球分布
　　目前看來，3G標準統一已經是不可能的任務。全球目前可以看出標準趨勢的市場，歐洲會採用WCDMA歐規的版本，日本目前採用的是WCDMA日規版本，與歐規不能互通，將來是否會合併尚需觀察。北美會延續IS-95CDMA的技術採用cdma2000標準，韓國也是，值得一提的是韓國已經比美國更早一步提供cdma2000 1x系統技術的系統服務。中國大陸與我國目前不論業界與政府均表示不會傾向完全只支持單一個系統，看樣子華人圈的電信標準還得有一番激戰，或者是多系統共存。其他地方的市場目前尚未能看出明顯的市場趨勢，只有靜待時間的解答了。
　　4. 3G的未來發展
　　3G未來唯一的方向應該就是如何提供多樣的服務來使得使用者願意花費多餘的費用使用3G的服務。全球目前已經提供3G服務的國家只有日本，但是尚不能稱為成功，行動設備商估計，3G相關設備大概在2007年才會達到普及。而一般電信運營商業者的估計，直到數據服務的營收與話音服務營收達到各半的水平時，3G才算是真正的成功，而目前數據服務在2.5G才剛開始而已。如果以目前較流行的數據服務只有簡訊看來，3G還有好長的一段路要走呢！