迎接5G 向130年歷史告別

三十年前,你不會邊走路邊講電話⋯⋯
十五年前,你不會用手機連線玩遊戲,頂多看看新聞,或是做為筆記型電腦上網的數據機⋯⋯
十年前,你不會拿手機找路,開車時的GPS(global position system,衛星定位系統)有專門的導航機⋯⋯
五年前,你會用手機上網看小說、發送即時訊息、把日常生活拍照上傳⋯⋯
現在,你要搭車可以預先用手機上網叫車;吃飯可以付現、刷卡或「刷」手機;跟朋友約會要分攤費用,不必連到網路銀行也能轉帳……

從類比到數位

1981年,北歐諸國首先推出北歐行動電話服務(Nordic Mobile Telephone, NMT),隔年北美類比式行動電話系統(Advanced Mobile Phone System, AMPS) 問世。這兩套系統都是類比式,只有通話功能,手機號碼燒錄在手機裡,從此打電話不再只能使用室內固定電話或公用電話。

不過,相較於日後的數位式行動電話系統,類比系統的手機跟基地台介面比較簡單。因為使用800MHz頻段,AMPS網路穿透性較佳、傳輸距離較長,但安全性不足,手機號碼遭盜用時有所聞。

要解決這個問題,必須在數位訊息中運用保密技術,並結合可供身分認證的電子晶片卡,於是,數位式行動通信系統GSM(Global System for Mobile Communications,全球行動通訊系統)技術標準應運而生。

兩種系統截然不同, 行動電話用戶必須更換手機,並向行動通信公司領取SIM卡(subscriber identity module,用戶身分模組),裝在手機插槽中,開卡啟用,才能連接到GSM行動網路。

從通話到通訊

雖然有點麻煩,但GSM確實解決了手機號碼盜拷問題,並且增加了數據通信功能,傳輸速率可達9.6Kbps,最常見的應用就是收發簡訊與電子郵件,而這兩項功能的普遍使用,消滅了盛極一時的呼叫器服務。

為了與AMPS區隔,GSM又稱為第二代行動通信系統,2G。之後,3G、4G陸續問世。

3G,指的是數據傳輸速率最高可達384Kbps的UMTS(Universal Mobile Telecommunications System,通用行動電信系統),2004年至2005年間開始普及。

不過,當時固定通信透過ADSL(asymmetric digital subscriber loop,非對稱式數位用戶迴路)上網,傳輸速率可達512Kbps至1.544Mbps,行動電信只有「移動性」優於固定通信上網。

這時,劃時代的產品出現──2007年上市的iPhone,智慧型手機大幅改變市場規則,而應用程式商店的出現,則改變了人們休閒娛樂的生活方式。

遊戲、購物、旅遊、交通⋯⋯,消費者產生內容上傳與下載影視內容至手機的需求,高速下鏈分封接取(High Speed Downlink Packet Access, HSDPA)技術上場,傳輸速率推升至3.6Mbps;之後,上鏈速度也提高,上、下鏈結合成為高速分封接取(HSPA)技術,俗稱3.5G。然而,這樣的速度還是不夠。

告別電路交換世代

行動通訊技術演進至此,隨著網際網路日益普及,構成網路的基本規約和架構已趨一致,成為全IP(all-IP)網路架構,4G登場。

相較於2G、3G採用傳統的電路交換技術傳輸語音,搭配網際網路分封交換技術TCP/IP(Transmission Control Protocol/Internet Protocol,傳輸控制協定/網際網路通訊協定)進行數據傳輸,4G從標準製定時便強制要求,包含語音也必須採用全IP技術,也就是VoIP,俗稱網路電話,4G也成為第一個全IP的行動通信系統。

不過,在真正進入IP世界之前,如果業者尚未提供VoIP服務,4G規格允許折回3G網路建立連線,且大部分4G業者也有3G網路,故皆以此方式提供行動電話語音服務。唯獨純4G業者別無選擇,用戶必須選購有VoIP或VoLTE功能的手機,才能使用電話。

自此,超過一百三十年的電路交換技術從歷史洪流中退位,準備邁入全IP時代,也就是進入5G世代。

然而,伴隨電路交換網路凋零的,還有服務人們一百三十餘年的固定網路(fixed network)。

5G架構的關鍵設計之一,是固網與行動融合(Fixed and Mobile Convergence, FMC)。而5G核心網路將成為新的無線接入技術,以及現有固定和無線網絡(如:無線區域網路〔wireless local area network, WLAN〕)的共同核心網路。

新興的資通訊技術,例如:虛擬化、雲端運算、軟體定義網路(software-defined networking, SDN)、網路功能虛擬化(network functions virtualization, NFV)正在改變電信業者的網路,包括固定和行動網路,以實現高資源利用率和網路靈活性。

網路功能融合,在5G環境中水到渠成。

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(本文摘自呂學錦著《你行動5.0:創造5G數位紅利》,天下文化提供)

(本文摘自呂學錦著《行動5.0:創造5G數位紅利》,天下文化提供)


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