台灣目前行動通訊系統之簡介與比較

天才小當家安仔仔 2011-12-02 18:05 | 亞太
台灣目前行動通訊系統之簡介與比較
簡談GSM、CDMA、WCDMA及PHS行動電話
（此文為網路ＢＬＯＧ轉載文章，只是版主有稍微排版過）

　　自從行動電話事務開放民營後，台灣在手機用戶成長速度上，可真算得上是打破了世界記錄，也為台灣奇蹟寫下了嶄新的一頁，而從早期的AMPS類比行動通訊系 統開始，這一路走來在通訊標準上也歷經了數次的沿革，從類比到數位，從單純的語音通話演變成了無線資料的傳輸，終於，台灣也邁入了3G通訊的領域，這代表 著未來的手機將遠超乎我們目前對於手機的想像，而身處在目前這多規格並存的今天，雖然代表了更多的選擇，但卻很容易讓使用者被這些都是英文的通訊標準給弄 昏了頭，而不知該如何選擇。現在，就讓我們從目前台灣通行的幾種主要行動通訊標準與數據傳輸技術為主，分別介紹各自的特性，並做一個簡單的比較，希望能讓 讀者粗略的瞭解其中的分別。
 
GSM （Global System for Mobile Communication）
這應該是目前大家最熟知的一種通訊標準了，也是台灣現行的通訊標準中，佔有率最高的一種，舉凡中華電信、台灣大哥大、和信電訊以及遠傳電信等業者目前都屬於這種系統架構。
GSM屬於TDMA系統（Time Division Multiple Access，分時多工存取）之中的一員，在區分上我們會把GSM歸類為第二代行動通訊系統，而所謂的第一代與第二代行動通訊系統之間主要的差異，其實是 在於訊號是否為數位化這點，早期黑金剛時代的AMPS（Advanced Mobile Phone System）就如同一般的室內電話一樣都是屬於類比的聲音訊號，而GSM技術則完全是以數位訊號來傳送聲音與資料，這也是GSM可以讓使用者發送簡訊的 一個重要原因，因為數位化，所以音質更好，安全性更高也更不容易被竊聽或是盜打，因為這當初是由歐洲所發展出來的技術，所以也被稱為「泛歐數位行動電話系 統」，不過這倒是與GSM的字面原意有一點出入就是了，但總之，因為GSM技術的成熟與推出時間點的正確，使得目前世界上最多人用的系統仍然是GSM，台 灣也是其中的一個。
既然GSM本身即是數位化的架構，所以後來就有通訊大廠想要利用GSM系統中的頻寬達到手機上網的目標，這也是後來之所以會有WAP(Wireless Application Protocol，無線應用協定)出現的一個原因，但由於GSM當初制定時規格上的限制，使得WAP推出時，每秒鐘的傳輸速度只有9.6Kbps，這樣的 速度顯然過慢，而這也使得手機上網無法顯示圖片，只能以單純的文字界面呈現內容，而這種種的缺點，也讓WAP在推出的時候遇到了挫折，民眾的接受程度也相 當的低。
為了挽回這樣的情況，歐美的幾家通訊大廠又一起制定了適用於GSM架構下新的資料傳輸技術，而這也就是大家常聽到的GPRS（General Packet Radio Service，通用封包無線傳輸服務），GPRS利用封包傳輸的技術，使得GSM手機上網的速度提升到了40~50Kbps，這已經是很接近傳統56K 數據機的上網速度了，而因為速度的提升，當然手機上網的畫面也逐漸有了彩色圖片與其他種種的加值服務，而且因為GPRS是按照傳輸資料量才收費，也使得手 機上網的費用得以減低，這也是讓原先流行於日本的i-mode，後來得以飄洋過海來台灣的原因。
很多人會誤以為i-mode本身是一種新的資料傳輸技術，但其實i-mode只能算是一種手機上網後所看到的「服務內容」而已，就有如中華電信的 emome或是遠傳的i-style一樣，其中的差別只是i-mode本來是日本NTT DoCoMo所推出的一項服務，因為在日本很受到歡迎，所以後來藉由NTT DoCoMo的授權而由和信在台推展，台灣的i-mode仍然是屬於GPRS技術下的內容服務，而非日本PDC的技術，這點是常被使用者混淆的地方。所以 囉，i-mode本身並無法拿來跟GSM、GPRS或是PHS相提並論，因為一個是通訊標準或是傳輸技術，另一個則是上網服務的內容名稱而已，就好像我們 不能拿Yahoo來跟ADSL做比較一樣。
 
PHS （Personal Handy-phone System）
PHS原先是發展自日本的一個低功率行動電話系統，由於日本當地電信政策與業者心態的原因，日本在行動通訊標準上，一直與世界各地無法相容，一直到未來的 3G才與全球標準匯流接軌。當初日本發展PHS的構想，其實是因為日本都會區地狹人稠，故多屬租屋，而室內電話的裝機率也較低，為了讓民眾滿足日常通話的 需求，一個能取代室內電話的設備因此應運而生。
既然PHS原先設計的原因就是為了要在都會區中取代室內電話，因此幾個重點當然就成了PHS的特色：首先是話費要便宜，再來則是通話與待機時間要夠長，剛 好又為了要符合都會區寸土寸金地狹人稠的特性，於是，低功率的通訊架構正是最好的選擇。因為功率低，所以PHS基地台的體積小，同樣的涵蓋範圍也很小，因 此只適合都會區使用，而低功率也讓手機更省電，待機與通話時間變得更長，電磁波較GSM手機相比更是小很多，這也是為什麼PHS是在醫院內唯一可以使用的 行動電話系統。
PHS也因為機身輕巧與話費低廉等優點，而迅速得到了日本當地年輕學子的青睞，後期的PHS手機也加上了上網的功能，速度則由一開始的32Kbps，一路 提升到64Kbps，而128Kbps的規格也已經發展完成，從這種種跡象看來，PHS本身似乎是一種非常先進且環保健康的通訊系統。之後PHS被大眾電 信引進台灣後，也因為這種種的優點而被年輕人喜愛，雖然目前服務的範圍只有新竹以北，但申辦的人數卻節節上升。
PHS系統的眾多優點其實都是因為本身低功率的特性，但低功率卻也是PHS先天所不能改變的缺點，就如同之前所說的，PHS一開始會出現就是為了要解決都 會區的通話需求，因為功率低所以基地台的密度勢必很高，這樣的情況或許在都會區還不成問題，但是在鄉村或是一般的工業區，這樣高密度的基地台顯然不符合業 者的經濟效益。也因此可以想見的，在台灣PHS的發展也只會以幾個較大的都會區為主，要想拿著一隻PHS就能像GSM手機一樣走遍全台灣，基本上是一件不 太可能會發生的事。同樣的也因為低功率的原因，PHS對於建築物的穿透力並不好，人在室內往往手機就無法收到訊號，也讓我們看到很多人必須要站在窗邊才能 講電話的有趣畫面。同時，雖然PHS上網的速度較快，但仍然是按照連線時間來收費，而非GPRS以傳輸資料量來收費，因此，如果你想利用PHS手機來上網 看一篇文章，你可能得時時刻刻提醒自己看快一點，因為就算你沒有動作，每秒鐘都還是在持續計費的。
因此，即使是在PHS發源地的日本，PHS也從未被當作是一種用來取代原有行動通訊標準的產物，日本真正的第二代行動電話標準仍然是PDC （Personal Digital Cellular），PHS只是都會區中的一個並行標準而已，甚至目前日本也因為逐步邁入3G通訊，而視PHS為夕陽產品逐步減緩發展的腳步。同樣的在台 灣，我們當然也無須對PHS全島通訊或是取代GSM成為下一個統一標準而有過多的期待。
 
CDMA （Code Division Multiple Access）
CDMA（分碼多工存取）其實並不是新技術，很多人或許是一直到最近看到了亞太行動寬頻的廣告才對CDMA有印象，但其實CDMA是早在2G時代就已經被 發展出來的東西。早在當初歐洲發展出GSM以後，美國也開始找尋類比系統AMPS的接班人，當時美國電信產業同業工會 （Telecommunications Industry Association, TIA）提出了一套很類似GSM的TDMA系統，但美國的一家通訊廠商Qualcomm（奎康）卻提出了一套嶄新跨時代的設計～～CDMA。
有別於第一代行動通訊以不同頻率來處理話務的FDMA技術，或是如GSM所採用的TDMA技術以不同頻率且相異「時槽」的概念來處理更大量的同步通 話，CDMA則是以相當富有創意的「編碼」方式來處理每一通看似簡單的通話，當同一個基地台同時有不同的人要撥打電話時，基地台會對每一個電話發送一組彼 此相異的特殊編碼，只有當手機與基地台的編碼相符合時該通話才會被接通，這樣的設計讓每一組基地台可容納的用戶數變得更多，但由於CDMA推出的時間較 GSM要來的晚，所以除了美國與少數國家採用外，基本上並不普及。而這時的CDMA又被稱作「窄頻CDMA」(narrow-band CDMA)，同時也與GSM一樣同屬於2G行動通訊標準，並非有CDMA就都屬於3G系統，這點也是要請各位讀者特別注意的。
之後當第二代行動通訊標準逐漸飽和，發展上也慢慢遇到瓶頸之際，這些通訊大廠又開始思考該如何解決傳輸頻寬的限制，因為就算是GPRS，也不過只有 50Kbps左右的速度，用來看看圖片還可以，但是如果要傳輸動畫或影片，這樣的速度可就大大的不夠用了，當然，還有一個重要的原因是整個市場成長逐漸趨 緩，如果廠商沒有辦法找出一個新的誘因吸引消費者繼續購買新的手機，那麼Motorola或是Nokia這麼多員工要吃什麼呢？而要找出新誘因的最好方法 當然就是移轉到新的通訊標準，藉由傳輸影片與動畫吸引消費者換購新機。就在成立第三代行動通訊標準的想法逐步落實的時候，大家不約而同都想到了CDMA這 個特殊的規格，而CDMA也就這樣老來俏，在沈寂了這麼久以後又重新被拿來熱烈的研究討論。於是乎，在未來的3G時程中，以CDMA技術為藍圖所逐步發展的寬頻行動通訊架構，已經是業界的共識，而在經過了密集的研發與測試後，全球主要流通的3G通訊標準有三，分別介紹如下：
 
W-CDMA （Wide-band CDMA）
W-CDMA顧名思義就是「寬頻CDMA」的意思，這套標準是由歐洲大場所主導，雖然也是採用CDMA的技術來處理訊號傳輸，但由於W-CDMA以現有的 GSM系統為發展通訊網路的基礎，所以對於現有的GSM業者來說，可以說是最「無痛」的升級方式，而GSM系統又是全球最多人使用的通訊架構，所以在目前 已經開放的3G執照中，W-CDMA的業者也是最多，約莫超過了八成。在台灣開放的五張3G執照中，除了東森集團所屬的亞太行動寬頻（也就是廣告上很熱的 QMA）屬於CDMA2000以外，其他四家全部屬於W-CDMA的系統規格，而全世界第一個實際推動3G商務服務的日本業者NTT DoCoMo（沒錯，也就是之前推動i-mode的那家），在其推出的FOMA （Freedom of Multimedia Access）服務，也是採用易利信的基地台設備，而屬於W-CDMA技術，日本在3G行動通訊上，終於得以與世界共通，未來單機漫遊日本與全球將不再是 夢想。
 
CDMA2000
相較於歐洲主導的W-CDMA，CDMA2000則是以美國為主所發展出來的通訊技術，由於美國在窄頻CDMA時代就已經對這技術做了很多的研究，所以 CDMA2000目前的發展也較W-CDMA更為成熟，更可以立即引進做商業應用，但也因為這個原因，未來可能會比W-CDMA更早遇到瓶頸，而在全球開 放的執照數量上也居於下風，台灣則只有東森的亞太行動寬頻是採用這項標準，其中很大的原因是因為之前在開放GSM執照競標時，東森以些微的差距輸給遠傳電 信，因此也被迫在GSM的市場上缺席，如今在沒有現存GSM網路架構的前提下，東森得以放手去佈置CDMA2000的基地台與通訊網路，但要注意的一點 是，目前W-CDMA與CDMA2000仍然是不相容的兩套標準，因此現在購買亞太行動寬頻的CDMA2000手機，未來將很有可能無法換成其他的業者， 這點也是目前有意換用亞太行動寬頻的消費者要仔細思考的問題。
 
TDS-CDMA
這是由中國大陸所主推的3G行動通訊標準，雖然目前仍然在實驗室裡測試的階段，但因為有政府與業者的投入與支持，加上中國大陸龐大人口所隱含的商機，讓世 界大廠都不敢對這個規格掉以輕心。簡單來說，TDS-CDMA是一套以現有之TDMA與CDMA系統結合的新標準，但目前由於尚未實際運作，後續發展仍需 要觀察，但從這裡也可以看見對岸想在行動通訊領域中與歐美一較高低的企圖心。
從以上所述，可以發現當初由第一代行動通訊標準演變為第二代時，主要考量的因素在於訊號的數位化以及伴隨數位化而帶來的話質提升，當初台灣由早期的黑金剛 AMPS系統轉變為GSM系統也正是因為這樣的考量。而第二代行動通訊標準演進到第三代時，考慮的重點則在於傳輸的頻寬，由於3G系統架構可以提供較大的 頻寬，因此手機行動上網也能夠呈現更多元豐富的內容，根據ITU （International Telecommunication Union）所規範的3G速度標準，未來第三代行動通訊標準將至少能提供類似目前家用寬頻ADSL的速度，而這樣的速度也將使即時視訊會議與影音同步傳輸 成為可能。因此我們也可以說，在未來，手機的定義將遠遠超過我們目前對於手機的想像，為了因應高速頻寬所帶來的新形態線上服務模式，未來手機的外型也會有 大幅度的變化，大型螢幕、觸控板、攝像鏡頭甚至電腦鍵盤的設計都有可能成為手機的基本配備，甚至像Sony Ericsson所發表的3G手機Z1010上所配置的雙鏡頭設計（一個是數位相機鏡頭，一個則是數位攝影機鏡頭）也不會是絕響，而這一切，都在在考驗著 消費者的使用與滿足慾望是否能被達成。
 
GSM就是第二代行動電話
CDMA是３G行動電話
PHS手機：此種手機只能使用PHS的系統，且是機卡一體的，無SIM卡座
GSM(2G) PHS(2.5G) W-CDMA(3G) CDMA(3G) 這都是不同的通訊系統，其中3G有兩種不同系統-WCDMA、CDMA：
CDMA (Code Division Multiple Access) 分碼多工擷取是在無線通訊上使用的技術，CDMA 允許所有的使用者同時使用全部頻帶，並且把其他使用者發出的訊號視為雜訊，完全不必考慮到訊號碰撞 (collision) 的問題。
CDMA的優點包括：
1. CDMA中所提供的聲音編碼的技術，其品質比目前的GSM好，而且可以把你 
講話時周遭的環境雜音降低，使通話更清晰。
2. CDMA利用展頻的通訊技術，因而可以減少手機間的干擾，並且可以增加用戶
的容量，而且手機的功率可以做的比較低，不但用的比較久，重要的是電磁波
對人的傷害可以降低。
3. CDMA中，使用軟體交接，意味著你在一邊講電話，一邊開車時，斷訊的機率
減少。
4. CDMA頻寬可以擴展較寬，還可以傳輸影像喔，這是第三代手機為什麼選用
CDMA的原因。 就安全性而言，以前類比式的大哥大AMPS，可說是毫無安
全性可言，不但容易被盜聽，而且還會被盜打，而GSM有良好的數位認證的
機制，所以相對安全許多，而CDMA上，不但有良好的認證機制，更因為其
傳輸的特性，用分碼多工，防止被人截聽的能力大大的增加許多。 　　

    目前CDMA系統正快速發展中，主要採行的公司集中在北美，但有許多國家也都支持CDMA系統如:日本，因此CDMA已被預期為21世紀初無線通信技術的主流之一。Wideband CDMA(WCDMA)寬頻分碼多工擷取技術，為IMT-2000的重要基礎技術，將是第三代數位無線通信系統標準。
 
GSM全名為：Global System for Mobile Communications，中文為環球流動通訊系統，由歐洲開發的數碼流動電話網絡標準，目的是讓全球各地有一個共同的行動電話標準，讓用戶可以手持一部行動電話，行遍全世界，都能打得通收的到。GSM 系統包括 GSM 900：900MHz、GSM1800：1800MHz 及GSM-1900：1900MHz 。

GSM系統有幾項重要特點：防盜拷能力佳、網路容量大、門號不短缺、通話清晰、穩定無干擾、收訊靈敏、通話死角少、手機耗電量低。 目前世界上兩大GSM系統為GSM 900及GSM1800，由於採用不同頻率，因此適用手機也不同。前者發展的時間較早，使用的國家較多，後者發展的時間較晚，使用的國家也較少。物理特性方面，前者頻譜較低，波長較長，穿透力較差，但傳送的距離較遠，而手機發射功率較強，待機時間較短；而後者的頻譜較高，波長較短，穿透力佳，但傳送的距離短，其手機的發射功率較小，待機時間較久。
GSM=>2G通訊規格，每秒傳達9.6KBPS音質。
CDMA=>3G規格，傳輸速度較快其中又分歧很多規格。
 
CDMA和GSM系統評比：
與GSM相較，CDMA能提供更清晰的聲音品質。依照GSM與CDMA同為數位化系統的原理來說，聲音都會經過由語音轉為數位，再轉回語音格式的過程，其中失真的情況必然會使數位化系統的音質失真比率高於AMPS，但由於CDMA係使用800MHz頻帶，當訊號在空中傳遞時，其失真範圍小於GSM系統的900或1800MHz，因此CDMA較GSM更能保存聲音品質。
其次是在頻寬部份，CDMA每個基地台的容量大約為GSM的三倍之多，除了所能容納的門號數較GSM多之外，較大的容量也能減少塞車與斷訊等問題。而在傳輸速度方面，CDMA系統的64Kbps更遠比GSM系統的9.6Kbps高，因此比GSM更適合支援數據傳輸功能。

一、聲音清晰度，CDMA比GSM好。
    中華電信公司工務處指出，就聲音的清晰度與原音呈現的差異性作比較，兩 
者都是數位化系統，從數位格式轉化成語音格式過程，聲音經過壓縮、轉換，
原音失真度相較於原先090 AMPS系統來得高。但因CDMA使用800MHZ
頻段，訊號在空中傳輸過程遺失率（lost）比使用900M HZ或1800MHZ來得
低，聲音的清晰度，CDMA比GSM來得好。

二、塞車、斷訊問題，CDMA比GSM來得少。
    CDMA的每一個基地台容量大約是GSM的三倍，也就是CDMA的每一個基
地台在同一時間可以容納的門號較GSM多，目前GSM系統因基地台容量太
小而造成塞車、斷訊等問題，未來在CDMA系統將比較不易發生。

三、基地台涵蓋範圍，CDMA與GSM差不多。
    CDMA的基地台建設數量預計與中華電信GSM900一千五百多個、GSM1800
一千三百多個不相上下，就基地台的涵蓋範圍，兩者相差不多。

四、通訊品質，CDMA比GSM來得好。
    中華電信工務處指出，如果以基地台數量差不多來比較，CDMA所使用的頻
率低，空中傳輸過程訊號損失少，通訊品質會比GSM來得好。

五、傳輸速度，CDMA比GSM佳。
    GSM的系統傳輸速度為9.6K bit/s，CDMA系統則為64K bit/s，未來的數據傳
輸功能，CDMA系統會比GSM好。

六、加值功能，相差不多。
    GSM系統可以提供的加值服務如語音、簡訊、數據、來話顯示、三方通話
等，CDMA系統都能做得到。

七、CDMA漫遊國比較少。
    目前使用CDMA系統的只有美、韓、日，不像GSM多達二百多個區域使用
該項系統，就國際使用便利性來說，GSM比CDMA較能廣為使用。
 
PHS中文全名為低功率行動電話。英文名稱為Personal Handy-phone System。PHS系統是日本自行研發的數位式無線電話系統。發射功率遠低於一般的GSM行動電話，所以它是唯一可在醫院使用之行動通訊系統。以日本的系統建設經驗來看，PHS最適用於頻密的都會區，可提供與GSM系統同等的功能。其64K(預計明年可達128K)的行動數據傳速率，更是GSM望塵莫及的。 相較於GSM行動電話將64K的語音壓縮至10K而導致失真較為嚴重的情況，PHS只將語音壓縮至32K，通話音質較佳，幾乎接近市話的通話品質。

    PHS能支援無線多媒體通信(Wireless Multimedia Communication)，此項技術係依據優越的資料傳輸能力與輕巧的可攜式手機。其次，PHS提供各種接取方法以使用戶能夠連接上網路，例如無線電接取方法、電話線路、光纖電纜等。因此用戶能夠以最適合自己的方式選擇最佳的通信服務。

    PHS亦提供完全的終端設備移動性(Terminal Mobility)，使用戶在日常生活上享有通信的便利性；由於基地台(Cell Station ; CS)能夠支援到公共場所與人們經常聚集的地方，因此用戶無論走在街道上、公園、廣場與車站，皆可與外界自由通信。除此之外，PHS提供完備的雙向通信，主要功能包括向網路註冊用戶位置 (Registering User's Locations)，以使網路能夠追蹤用戶的行動，進而能建立呼叫與接收來話；因此，PHS不同於僅能發話的第二代無線電話(CT-2)以及僅能接收號碼的無線電叫人系統，而能夠提供完整的通信。
　　面對未來的行動通訊世界，你是否已經作好心理準備了呢？