電信國家型計畫－B3G規劃概述

B3G是一個嶄新的領域，尚在問題定義與目標製定的階段，充滿機會與挑戰。B3G之概念提出，盼能藉由觀念之互動，結合產業及學術界研究量能，思考電信國家型計劃下一步的目標

鄧啟福/林一平

回顧我國在過去第一、二代行動通訊的發展，較歐、美及日、韓等亞洲國家落後，目前第三代行動通訊(3G)市場剛起步，少數國家的3G執照才剛剛釋出，估計二○○三年3G將可邁入服務商業化時程。我國交通部在二○○二年初將以競標方式，釋出五張3G執照，執照的發放將帶領國內行動通訊業者邁入3G時代，在此關鍵時刻，尤其要在Beyond 3G之發展能與先進國家同步。首先必須先行投入B3G行動通訊技術相關研究，因應無線通訊與寬頻網際網路結合之未來電信發展趨勢，激勵無線網際網路(Wireless Internet)服務與內容，以服務與內容發展帶動國家整體電信產業。

未來通訊市場的主流，將提供客戶便捷之全球資訊擷取(Global Information Access)服務。而此服務應具寬頻(Broadband)、全球性(Globalization)、即時性(Immediacy)與移動性(Mobility)之特性。而實現此服務之最佳技術，則為寬頻網際網路與無線通訊之結合。由於網際網路已被視為全球性資訊傳送的主要管道，經由網際網路所讀取的網路資訊更以指數(Exponential)倍數量增。主要的原因在於網際網路能提供幾乎所有(Virtually All)非語音通訊的無遠弗屆之相聯(Ubiquitous Connectivity)能力。網際網路的低收費架構和低進入門檻特性刺激了全球使用的風潮。

即將商用化的3G系統，連接網際網路、支援行動通訊用戶、開發新市場。自行動通信商品化以後，消費者行為慢慢地變成具有移動性，漸漸需要能透過無線上網的方式，使用網際網路上的多媒體服務(包括語音)，因此，行動網路成為尖端網際網路服務的平台。無線上網提供的移動性和立即供給(Immediacy Offered)，讓網際網路上的資料傳送和交易不必受到所在地點的限制。因而可推斷，無線上網將是網際網路業者重新審視他們所擁有消費群的新契機。業者可以了解更多有關於顧客的資訊、了解他們的消費行為、加強與消費者間的關係，以及提供更多的個人化服務。這是網際網路業者的策略和無線上網業者所提供完整的網際網路解決方案中極重要的一環。

發展B3G刻不容緩

傳統有線固定網路上的商業模式和策略不一定適用於無線網際網路。以現存的無線網路技術，行動通訊使用者(Mobile User)使用網際網路的方式會與使用個人電腦的方式有所區隔。特別是傾向於訊息的輕薄短小和快速，而不是緩慢地瀏覽。基於上述的討論，Wireless Internet有兩個觀點需要仔細地研究。

就商業層面，對於幾近於免費的固接網路模型(Business Model)必須重新評估。Wireless Internet需要一個新的模式讓使用者樂意為安全、便利的無線數據資訊服務付費。在技術層面部份，Wireless Internet的系統需要再加強某些特性，例如：更大的無線頻寬、支援移動性、以及降低無線網路的限制，如較長的網路延遲、有限的電池功率和使用者端的顯示器大小等問題。

在考慮全球無線網路之消費者現在和未來的需求時，顯而易見地，網際網路的特性、地方性的應用服務、互動式廣播(Interactive Broadcasting)和其他應用服務影響了人類的生活方式，進而創造了新的電信領域、開發新的科技以及刺激未來的新的需求。無線網際網路商業模型應該以上述的認知為基礎發展。成功的關鍵將是根據客戶群、客戶價值和服務可行性而訂出精確的價格，而且價位需要調整到目的客戶群所能負擔的層級。以企業對企業(Business to Business)和企業對消費者(Business to Consumer)為例，獲利率將與交易量，亦即快速成長的大量市場密切相關。促成這個大量的消費市場的關鍵則是應用服務的包裝(Packaging Of Applications)以及依消費者所在的區域、文化背景和特殊需求的不同所提供的內容、資料。

另一個促使消費者使用無線網際網路服務的誘因，為較透明的收費。發展透明收費機制，讓消費者藉著簡單的通訊介面控制通信費用極為重要，所以產生具體資訊內容與提供資訊內容必須加以區別。資訊內容可能是免費，但有可能會包含一些廣告，或是需要付費的。此外，使用者感覺到的服務品質(QoS)和收費標準是緊密相關的。

跨越數個網路提供的服務，為了維持其品質，業者(Operator)間需要有與傳統網際網路的點對點(Peer to Peer)協議和現有行動通訊網路的漫遊協議不同的新商業協議，讓網路彼此間的連結能更暢通。至於技術層面，發展超越3G(Beyond 3G;B3G)以支援無線網際網路服務為刻不容緩的任務。一般而言，從現有系統到B3G行動通訊的基本服務觀點是相連貫的。然而，服務傳送機制以及使用者端設備屬性(Attribute)和介面會隨著B3G行動通訊的發展而快速的進步。B3G行動通訊技術之發展可針對五個層次考慮(圖一)。

• 無線接取網路(Radio Access Networks)
• 行動核心網路(Mobile Core Networks)
• 路應用與服務(Network Applications and Services)
• 元件技術開發(B3G Related Components)
• 標準活動(B3G Standard Activities)

高頻譜效率為系統指標

無線接取(Radio Access)是未來通訊之必然趨勢。除廣受消費者歡迎之行動電話服務外，結合網際網路，無線接取系統將進一步提供使用者，在任何時間、地點與環境之全球資訊擷取服務。在已有之接取系統中，依傳輸環境特性及所提供服務之不同，約略可劃分成個人區域網路(Wireless Personal Area Network;WPAN)、無線區域網路(Wireless Local Area Networks；WLAN)、行動通訊接取系統、衛星接取系統及數位廣播/固定接取(Fixed Access)系統等。

個人區域網路是利用短距離、低功率無線傳輸技術，配合Ad Hoc網路架構(Ad Hoc networks)連接居家環境之資訊家電、辦公室個人桌上型或手提電腦、個人PDA、印表機等，除增進生活方便性，改善辦公環境外亦可提供醫療輔助及閒暇娛樂。Bluetooth、Home RF、IEEE 802.15 PAN皆是此類系統。現有系統傳輸速率約為1 Mbps，IEEE 802.15 則在積極訂定超高速率(大於20 Mbps)及低速率Bluetooth系統。
WLAN主要提供室內低移動率之高速傳輸服務，此類系統除早期利用展頻技術之IEEE 802.11 1-2 Mbps系統外，目前IEEE 802.11b也已完成11 Mbps系統規格之制定，此外歐洲ETSI/HIPERLAN-2，IEEE 802.11a 及日本MMAC (Multimedia Mobile Access Communication) 等則可傳送高達50 Mbps之速率。在低移動率環境中，提供高速傳輸是其主要特性。

行動通訊接取系統主要提供室內/外低、高移動率之個人/汽車無線接取服務，由於高移動率環境(大細胞)關係，傳輸速率及系統容量受到相當大的限制。在已有此類系統中，第一代系統(AMPS、TACS、NMT-900)提供類比無線電話服務以滿足人們無線通訊之需求，第二代系統 (GSM，IS-136，IS-95)除數位化外亦提供較高之頻譜使用效率、較高之系統容量、較高之安全性及利用線路交換(Circuit-Switched)提供短信息(Short Message，9.6 Kbps)服務。

相應於Internet之興起，電子郵件、電子銀行、數位多媒體服務之需求，第二•五代系統如GPRS、EDGE除提供原有之數位電話服務外，更加強第二代系統之數據傳輸能力。此外，預定今年試用之第三代系統更進一步針對網際網路多媒體傳輸設計系統架構，利用前瞻通訊理論與技術如智慧型天線、時空編碼(Time-space Codes)、渦輪碼(Turbo Codes)等，改善頻譜使用效率，增加系統容量，提供室內2Mbps，室外144Kbps及非對稱384Kbps之傳輸速率。

衛星系統則主要利用其大涵蓋範圍特性，提供偏遠山區、海上之無線接取服務以補陸地行動通訊之不足。由於大涵蓋範圍，系統容量相當低，發展中之低軌道衛星(LEO)、同步衛星系統(GEO)系統是其代表。數位廣播系統如ETSI DAB/DVB系統及固定接取系統如區域多點傳輸服務(Local Multi-point Distribution System;LMDS)等，皆有很大之下鏈(Downlink)傳輸容量，配合其他上鏈(Uplink)之接取系統，亦可提供有效率之網際網路接取服務。

由以上討論可知，無線接取系統依其傳輸環境、移動率之不同，會有不同之最佳設計、傳輸速率與品質。一般說來移動率高，其傳輸速率與品質則相對下降。於此，現有無線接取應用環境存在兩個主要問題，第一，依其傳輸環境與移動速率之不同導至不同之最佳系統設計及傳輸能力，且各網路間皆不互連；第二，在高移動率之環境下，縱使最先進之第三代系統亦僅能提供144 Kbps之傳輸速率。顯而易見的，以目前擁有多種互不相連接取系統之應用環境及低速率傳輸能力，無線接取部分勢必成為未來無線寬頻網際網路提供高速率、高品質多媒體服務之瓶頸。因此如何整合現有之無線接取網路並設計具高頻譜效率、高傳輸速率之新型接取系統是未來建構B3G系統之重要課題。

整合IP協定及無線特性

愈來愈多的公司開始使用Internet，並將行動擷取的功能加入公司網路，使其最佳化。最明顯的例子是在公司網路環境下採用VoIP(Voice Over IP)技術，讓語音和數據服務得以完全整合。將所有服務和應用整合的單一個系統可節省一筆可觀投資和維護的支出。B3G行動通訊的核心網路將會依循這個方式發展。

行動核心網路的演進可以GSM為例子說明。GSM的設計以語音服務為主，因此未考慮網際網路之應用，而在2.5G系統(亦即GPRS)，則增加GPRS服務支援節點(Serving GPRS Support Node;SGSN)以及GPRS支援節點通訊閘(Gateway GPRS Support Node;GGSN)來提供網際網路相關之數據服務。然而在此架構，SGSN仍需控制無線電之資源分配。到了3G全球行動通訊系統(UMTS)系統，則很明確的將SGSN定位只管理核心網路資源。而其無線電之資源分配，則由其無線電網路控制台(Radio Access Controller)來負責。
換言之，UMTS系統很明確的將無線電網路及核心網路之功能界定。此一架構能讓UMTS更有彈性的發展核心網路之功能。B3G行動通訊系統之核心網路架構將依循UMTS之架構，在QoS方面更加著墨。B3G行動通訊網路能以漫遊方式互通，而在漫遊的狀況下提供跨網路的服務品質保證並不容易。最重要的是能夠建立一個全球性的平台，讓所有網路互相連接，使得使用者可以不管其所在位置，皆能順暢地擷取服務。
支援漫遊的核心網路界面和使用者端，以及網路端間通訊的設計應有共同解決方案，以達成最大的相容性。而處理資訊內容時，同樣也需考慮到漫遊所會產生的影響。B3G行動通訊系統之核心網路將會以網際網路協定(IP)為主。因此在未來的規劃應著重IP協定(IPv6)以及無線系統特性之整合。

關鍵技術發展與整合

預期在B3G發展過程中，未來同時涵蓋有線及無線的網路應用與服務將充滿無限的創新空間、多元化的整合架構、與各種演進的可能。B3G時代中使用者將可以依照其喜好及需求及在可適應其個人所處情境特性之技術協助下，在業者所提供的B3G行動通訊系統的服務與應用組合中，選擇或自動設定所需要的服務。這些服務一方面利用B3G系統中所訂服務共通平台，使用在2G、2.5G，以及3G行動通訊中經過使用者驗證並演進而來的服務與應用，另一方面又充分利用B3G共通平台中特殊的促成技術(Enabling Technology)與功能，如定位服務或位置相關資訊服務，以及單一窗口的特性，享有以IP為基礎並具有單一號碼、單一帳目、透明化服務計費等個人化服務之便利性。

未來B3G網路服務與應用的達成，將有賴於一連串相關標準、服務架構，或共通平台的制訂與順利演進。各相關關鍵技術的發展與整合，則更扮演重要角色，因此電信國家型計畫所提出之規劃報告列出重點技術課題，以描繪未來B3G網路服務與應用發展之可能藍圖。

元件技術開發

在相關元件技術開發的規劃上，首先是界定在B3G系統最可能用到的相關關鍵性零組件，如天線、射頻電路、及中、基頻電路等。電路架構應該是遵從二次降頻的超外差(Super Heterodyne)模式，因此電路架構可參照目前商品化的LMDS(Local Multipoints Distribution System，f=28-32 GHz)的架構，而相同的關鍵性零組件則在此架構下來定義。此外在未來寬頻的通訊系統中，無線傳輸所擔任的角色有很大的部份是在最後一哩的接續(Last Mile Access)，而傳輸的主幹為光纖網路。尤其在DWDM 10-40 Gbps的光纖網路傳輸下，光通訊與無線通訊之間的介面轉換相關元件的開發，也是規劃的重點。

在B3G相關元件技術開發上，有太多題目值得國內學術界所共同研究開發。但在有限的資源條件下，必須選擇性的集中重點於幾個特定領域，在盱衡國內學術界主客觀條件後，選擇三項作為在B3G相關元件技術開發的題目，分別為30 GHz~60 GHz 射頻積體電路設計；光通訊與無線通訊界面元件技術開發；30 GHz~60 GHz天線(Antenna)技術的開發。

創意為競爭來源

在知識經濟的時代，價廉且技術熟練的勞力不再是我國企業競爭力之所在，唯有以創意、技術的累積才能保持競爭力之領先。在高科技領域，競爭力領先往往表現於智財權(含專利)數量以及國際標準之參考上。智財權為私有資產，其最大特點是受法律保障之獨佔性；國際標準則強調開放與互通，當其為普遍接受時，其影響性更是難以計數，甚至可以主宰某些企業甚至整個產業的發展。智財權如能為國際標準所採用，其利益更是倍增。我國政府也看到這個趨勢，在最近的幾個重要會議，例如第六次全國科技會議，都把「積極參與國際標準制訂」當作是我國科技政策的重要目標。

我國學術界在國際標準制訂上，除少數學術研究活動以既有國際標準當為研究之對象，一向是極少接觸。其中更少數研究學者有興趣於提出標準草案，而能為標準組織所採納更是稀少。 惟B3G是一個嶄新領域，目前還在問題定義與目標訂定的階段，整個領域充滿機會與挑戰。我國學術界可以將累積多年的實力，與力爭上游的產業界結合，在選定的重要議題上互相提攜(synergy)組成聯盟，加上政府機關在資源上的支援，並配合我國 B3G產業策略性利益，及早合力積極參與B3G標準的制訂。

B3G規劃書經國科會核定後，為導引學界先行投入B3G前瞻研究計畫，在電信國家型計畫學術專題研究計畫方面，採整合型計畫方式推動，以發展B3G行動通訊前瞻技術、無線通訊重點技術及寬頻網際網路重點技術為目標。將計畫分為兩種類型，第一類採指定主題方式。計畫辦公室擬於每年計畫提出前，邀請研究單位如工研院、中科院、資策會及中華電信研究所等及業界共同合作推動，研究主題為研究單位以具長期性、前瞻性、系統性之課題，委由學術界研究群執行，以延伸研究單位研發能量需求。
成果以發展出雛型系統為原則，並在實驗網路或合作廠商提供之平台上發展應用系統等。期藉由上述推動方式徵求計畫書引領學界先行投入B3G行動通訊之前瞻研究，以便屆時與業界研發接軌，帶動國家整體電信產業之技術升級。第二類計畫仍採國科會常用方式，由大學之研究群在規劃書研究課題領域研擬前瞻性、創新性計畫。(本文作者為電信國家型計劃總主持人及無線通訊組協同召集人)

原文連結>>

[back]