4G网通技术发展与应用

工研院信息与通讯研究所组长谢庆堂谈4G网通技术发展。

从2G/2.5G/3G到迈向4G时代，移动通讯网络与固接网络的聚合趋势日益明显。而争夺4G霸主的WiMax与LTE-A，都是根基于IP封包的OFDM调变技术而来；WiMax以其布设成本低廉，无传统规范束缚而先发，LTE则跟于全球市占８成的UMTS设备机台优势，企图后发先至。两者将大幅改善连线速率与覆盖率，推动云端服务、物联网以及线上教学、医疗、监控上的新兴应用...

移动化网际网络时代来临

工研院信息与通讯研究所组长谢庆堂指出，从功能性手机日数据量100MB，智能手机185MB，到Motorola Atrix双核超级手机(Superphone)则增加为560MB，平板电脑则更增加至800~1,000MB。以日本WiMax覆盖率之高，连JR火车上也可使用WiMax；美国BestBuy卖场也以虚拟电信营运商的角色卖移动上网的门号。另外还有像是线上教学、智能电表、航运、医疗与居家保全上的应用。

据Cisco、VNI统计移动数据流量每12个月增加一倍，到2015年移动数据流量有65%是观看视讯。像Youtube每天超过20亿个点阅率，60天上传到Youtube的影片量超越美国三大电视网60年产制总和，预计到2020年全球有百亿部联网装置，对提供移动网络服务的业者而言，数据量成等比级数的提昇，营收却只有指数函数的微幅上升，两者的鸿沟差距将会越来越大。

WiMax 802.16m与LTE-A争夺4G通讯盟主

谢庆堂以图表说明无线移动通讯技术的进展：左半部移动通讯部份像2G的CDMA(IS-95A)、GSM、TDMA(IS-136)等标准，右半部无线网络部份有802.11b，到2.5G时代左半部有CDMA(IS-95B)、GPRS，3G开始左半部CDMA2000、E-GPRS、EDGE与演化出来的WCDMA与TDS-CDMA，右半部则有802.11a；进入3.5G时代左半部有1xEV-DO、HSDPA与HSUPA，右半部则是由固接WiMax 802.11d、韩国的WiBro，以及从WiFi进化的802.11g；而UMB 802.20、E-UTRA、LTE、HSPA+、Mobile WiMax 802.16e与802.11n等被列在3.9G等级，真正被视为第四代移动通讯标准是LTE-A与WiMax 802.16m。

LTE与WiMax都是采OFDM调变技术，以IP封包传输、可调整带宽、连接适配性与智能天线技术的第四代通讯技术。目前WiMax由于基站与CPE终端设备成本便宜，从2007年起陆续在全球各地布建，特别是像非洲这类新兴国家。而LTE优势在于以全球市占80%的UMTS规范做为进化，预计2012年开始大量商业化营运。LTE以SC-FDMA技术来改良既有OFDM技术，改善终端装置的平均功耗，也导入Adaptive PHY的技术，基站可依地区特性，切换小覆盖率╱高传输率的QAM64模式，中覆盖率╱中传输率的QAM16模式，到大覆盖率╱较低传输速率的QPSK调变模式。

LTE与WiMax技术系出同门 各拥擅长

LTE与WiMax的架构上都是纯扁平化IP为骨干技术的网络系统，由于WiMax没有既有通讯规范的束缚，在网络交换设备上比较少且轻量化。他举出像日本311大地震后许多3G与WiMax移动网络断线，但WiMax基站很快就修复并恢复通讯。

另外4G也提出中继(relay)的概念，增加relay可以改善通讯死角、提昇传输速率。像国内移动就在建筑物室内以及大众运输系统，机动性增加RS以提供移动网络服务并改善传输速率。

从WiMax与LTE目前使用的频谱来看，LTE最理想的使用频段是758、768、788、798MHz，但目前台湾700MHz频段由类比电视及特定用途所占用，NCC计划3年内清空700MHz频段；若使用2570~2620MHz频段则会与其他使用中的无线频段重叠，频率的未确定性对LTE设备制造商形成相当的挑战。此外像ITU的IMT-Advanced进度，去年11月通过初步规范，今年3月确认部份细节，大约明年初就会公布整个标准。

目前4G的联网终端与其他应用

他也提到当今整个网络走向聚合趋势，从网络硬件架构导向以IP技术为主的宽频网络，固网与移动网的聚合，网页程序、云端服务等服务的聚合，装置的聚合，用户体验的聚合等。像前面中华电信提到的NGN新时代网络、异质性网络等，业界需开发出聚合各种网络服务的驱动程序，同时要克服网络拥塞、延迟、带宽、服务捆绑与拆帐等问题。

谢庆堂提到目前台湾已开发的WiMax终端装置，像USB Dongle与CPE用户端装置，内嵌WiMax的笔记本电脑、小笔记本电脑、平板电脑，及提供3G/WiMax双模手机。另外像台电开发以WiMax监控的SCADA电力遥测遥控系统。另外在物联网(Internet of Things)方面的应用。以及智能网格电力(Smart Grid)的应用，像澳大利亚SP Ausnet开发全球第一套以WiMax为技术的智能电网应用。WiMax也应用在目前制定中的AeroMac航站管制与导引系统

谢庆堂总结移动网际网络的趋势持续成长，如何因应暴增的数据数据流量，并提供可被用户接受的合宜价钱，对各网络业者来说都是相当大的挑战；而宽频与无线网络将持续进行数码聚合并朝向异质性网络发展。