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談新一代寬頻行動通訊技術
WiMAX vs HSDPA
2005/06/13
服務” catch 3! 3G 優先體驗計劃 ”打頭陣，除了語音通話、簡訊等服務外，更新
增加了影像串流與影像電話服務，其他的行動通訊系統業者，如中華電信與遠傳
等系統業者，也即將在今年年中陸續開始提供 3G 的商業運轉服務。現在所謂的
3G：第三代行動通訊系統，均泛指聯合國旗下的國際電信聯盟(International
Telecommunication Union: ITU)，於 1999 年所定義的無線通訊系統標準
(Recommendation ITU-R M.1457)。其內包括了 5 種不同的無線介面。其分別為：
1.
IMT-DS：WCDMA 無線接取技術
2.
IMT-MC：CDMA2000 無線接取技術
3.
IMT-TC：包括了 TD-CDMA 與 TDS-CDMA 無線接取技術
4.
IMT-SC：UWC-136 無線接取技術
5.
IMT-FT：以 DECT 為基礎演進的無線接取技術
Source: ITU
圖 1、IMT-2000 Terrestrial Radio Interfaces
中華電信、台灣大哥大、遠傳這三家行動通訊業者，基於現在營運中的行動
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通訊網路，為使用泛歐體系的 2G-GSM/2.5G-GPRS 行動通訊系統，在考量到網
路建置成本的緣故，選擇了由 2G-GSM/2.5G-GPRS 行動通訊系統演化而來的
3G-WCDMA 行動通訊系統。目前商業運轉的 3G-WCDMA 系統，可以提供從
12.2kbps 的語音服務，到 384k-2Mbps 的資料傳送服務。但是，3G 的發展，正面
臨到新的挑戰。
在 1990 年代末期，各國的電信業者無不看好 3G 的發展，也因此紛紛投入
大量資金，建置 3G 網路系統設備，並購買各國可供 3G 服務的頻譜。但是，伴
隨之後的景氣反轉，3G 服務在無法吸引消費大眾的使用，同時也缺乏足夠的手
機樣式下，一直無法如預期般有效的增加普及率，使得電信業者無法增加更多的
收益，獲取較高的 ARPU(Average Revenue Per Unit)。因此，市場上便開始思考
3G 行動通訊系統與服務是否有些根本性的問題，例如可供使用者使用的資料傳
輸速率是否過低、是否費率過高等，並試圖提出解決方案嘗試去解決。這些解決
方案之一，即是 IEEE 802.16 的標準，也就是 WiMAX
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WiMAX
WiMAX，最早是 IEEE 802 16 Working Group 為了能將使用微波頻段傳遞的
無線寬頻傳輸技術標準化，而於 2000 年附近開始發展的，其主要頻譜為
10-66GHz，提供 32-134Mbps 的傳輸速率。但是隨著 3G 服務無法有效的普及，
也因此開始有廠商組成了 WiMAX Forum，試圖將其由微波頻段的無線傳輸技術
(802.16/16a)，演進為能使用頻段低於 11GHz，傳輸速率約為 75Mbps 的固定式無
線寬頻(Fixed Wireless Access:FWA)(802.16d)，並進而擴展成使用頻段低於
6GHz，提供 15Mbps 傳輸速率的移動式無線寬頻技術(802.16e)。
表 1、IEEE 802.16 Family
802.16/16a
802.16d
802.16e
Spectrum
10 - 66 GHz
<>
<>
Channel Conditions Line of Sight Only
Non Line of Sight
Non Line of Sight
Bit Rate
32 – 134 Mbps in 28MHz
channel bandwidth
Up to 75 Mbps in 20MHz
channel bandwidth
Up to 15 Mbps in 5MHz
channel bandwidth
Single Carrier
OFDM 256 sub-carriers 1x Scalable OFDMA
Modulation
QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM QPSK, 16QAM, 64QAM
Portable
Mobility
Fixed
Fixed
Mobile (up to 120 km/h)
Scalable
Scalable
Channel
Bandwidths
20, 25 and 28 MHz
1.5 to 20 MHz
1.25 to 20 MHz
7 to 10 km
Typical Cell Radius 2-5 km
Max range 50 km
1-5 km
雖然 WiMAX 的聲勢，在 Intel、Nokia、Sprint 等公司的帶領之下，似乎情勢
大好，但是要建置並提供 WiMAX 服務時仍有潛藏的問題，這些問題包括了：
1. 無線頻譜的取得
如果要將 WiMAX 的服務推廣到一般消費大眾，則同樣面臨到如何取得無線
頻譜頻段的問題。若依最新版 IEEE 802.16 規格書 802.16-2004 的規範，
WiMAX 所使用到的無線電波頻段，將會使用到 ITU 所規範的 Unlicensed
Band，這些頻段並非如 WiFi (802.11)或是 Bluetooth 所使用的 ISM 頻段，可
以不經各國電信監理機關發行使用許可而任意使用。目前在台灣電信總局的
規劃草案中，WiMAX 將使用的是原本提供給 FWA 使用 3.45-3.75GHz 的頻
段，不過會以何種形式提供使用執照，則仍待後續討論中。不論如何，取得
使用的無線電波頻段方式，是如 3G 業者一樣透過競標，還是主管機關審定
發行使用執照許可，在推廣 WiMAX 時均會對於提供服務的業者形成資本與
成本的障礙。
圖 2、可供 WiMAX 技術使用之無線電波頻譜
Source: WiMAX Forum
圖 3、WiMAX 頻譜預期分佈圖
2. 基地台的建置與管理
如同 3G 行動通訊系統一樣，如果想要服務越多的使用者，則勢必要鋪設更
多的基地台。除了基地台用地取得的問題外，管理與協調基地台之間資訊的
流動，提供使用者無接縫服務(seamless)的環境，也是一個重要的課題。但是，
這卻也是目前 IEEE 802.16 的標準中並未規範的地方。
3. 與電信系統端設備的搭配
對於系統業者而言，若是選擇了 WiMAX 的技術，勢必也需要投入相當多的
資本在網路的建置，因此除了提供 WiMAX 的服務，其網路端設備必須要能
與既存的電信系統端設備進行整合，以降低服務業者的建置成本，並且針對
OA&M 以及收費機制的技術層面，定義出一標準化的作法，使得不同製造商
的設備均可透過同一標準完成這些功能。
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4. 終端設備的多樣性
過去在各國行動通訊服務業者在 3G 行動通訊系統的建置初期，由於市場上
並未有眾多製造商製造 3G 手機，以致於缺乏便利與多樣性的終端設備供消
費大眾選擇，連帶的使得 3G 的服務無法普及。同樣的對於 WiMAX 服務提
供業者，也將會面臨到在建置與推廣期間，是否可以同步有眾多行動終端供
消費大眾選擇，以期能迅速將這個服務普及化。
5. 與既存服務業者的競爭關係
WiMAX 是一新興無線傳輸技術，由於在移動狀態下可提供較高的資料傳輸
速率，勢必會對於既有的 3G 行動通訊服務業者以及提供 xDSL 或是
FTTB/FTTH 的寬頻固網業者形成競爭關係。
Source:UMA
圖 4、How UMATechnology Works
WiMAX 系統如果要在市場生存，勢必得擁有一個能管理與維護 WiMAX 無
線接取介面與服務的網路端系統，同時也必須能夠與既有的電信網路設備進行整
合。一種可行的解決方案，便是利用 Unlicensed Mobile Access (UMA)
technology。UMA 是由 NOKIA、Erricson、Nortel 等電信設備大廠，Cingular、
T-Mobile、O2 等電信服務業者以及 Sony Erricson、Motorola 等手機設備製造商
所組成的聯盟，主要是共同開發一種網路解決方案，來解決雙網手機
(WiFi+GSM/GPRS) 在 Public Wireless LAN(PWLAN)與 GSM/GPRS 網路之間運
行且持續使用服務時，避免使用者網路服務中斷造成資訊遺漏與使用經驗的不
快，以期達到無接縫服務的目的。
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Source:UMA
圖 5、UMA Functional Architecture
UMA 在其網路架構的定義中，處理了如何與既有的電信設備整合、如何管理
維護無線介面與服務、如何跨網漫遊服務、如何進行使用者認證與如何將收費機
制標準化等問題，而這些問題，正是 WiMAX 系統在網路架構設計上所面臨到的
問題。WiFi 與 WiMAX 是同屬於 IEEE 802 標準大家庭的一員，雖然兩種技術分
屬不同網路規模，WiFi 為 WLAN，WiMAX 為 WMAN，但如果還能夠透過類似
UMA 的網路架構來將這兩種技術整合在一起，將可以有效減少業者建置時的成
本，增加相互在市場上的競爭力。
Source:Intel
圖 6、802.16 Standard Evolution
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目前 IEEE 802.16 標準制訂小組，也持續針對這些議題，提出可行的詳細的
解決方案，並將 Management Information Base 的資料結構標準化於 802.16f 以及
Mobility Management 處理方式標準化 802.16g 中。
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IMG_0049IMG_0051IMG_0052IMG_0053IMG_0057IMG_0058HSDPA
雖說 WiMAX 如火如荼的持續進展中，但是 3G-WCDMA 的標準化與後續的
演進，卻也依然持續的進行。由 ETSI 主導的 3rd Generation Partnership
Project(3GPP)持續的針對3G-WCDMA行動通訊系統進行演進的討論與新版本的
標準制訂。再與 WiMAX 開始被注目的同一時期，也就是當 3G-WCDMA 的第二
個版本(Rel-4)正式定稿的同時，一個嚴肅的議題正被參與 3GPP 組織的各家廠
商，其所屬的研發人員熱烈討論著。那就是是否能基於現有的 WCDMA 系統，
透過增加新無線接取介面，提供出比 2Mbps 還高的傳輸速率。也因此一種用於
WCDMA 系統的新無線接取介面被制訂，那就是被稱為 High Speed Data Packet
Access(HSDPA)的技術。
表 2、WCDMA,HSDPA 與 WiMAX—Mobile 的比較表
Technology
WCDMA
HSDPA
WiMAX-Mobile
Standard
3GPP R99/Rel-4
3GPP Rel-5
IEEE 802.16e
Modulation
QPSK
QPSK, 16QAM
QPSK, 16QAM, 64QAM
Access
CDMA
CDMA
OFDMA
Max. Data Rate (theoretical)
2 Mbps
14.4 Mbps
15 Mbps
Channel Bandwidth
5 MHZ
5 MHz
5 MHz
Spectral Efficiency (bps/Hz)
0.4
2.88
3
Coverage
0.510 Km
0.55 Km
15 Km
HSDPA 的技術，在 3G-WCDMA 的第三個版本(Rel-5)中，定義為能提供最
大到 14.4Mbps 的資料傳輸速率，如果想要以 HSDPA 的這種無線接取介面傳遞
一個以 MPEG-4 壓製，大小為 500Mbytes 的影片，理論上也只需要約 5 分鐘左
右，即可全部傳遞完畢，相較於 WCDMA-384kbsp 則需要將近 4 小時的傳輸時
間、WCDMA-2Mbps 也需要 30 分鐘的傳輸時間。
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4000
6000
8000
10000
12000
Unit:sec
WCDMA(384kbps)
WCDMA(2Mbps)
HSDPA
WiMAX-Mobile
email(100kbytes)
Picture(500kbytes)
MP3(5Mbytes)
Movie(500Mbytes)
圖 7、WCDMA,HSDPA 與 WiMAX Mobile 資料傳輸速率比較圖
HSDPA 是基於原本 3G-WCDMA 標準演化而來，因此對於已經擁有 3G 服
務的系統業者來說，除了將部分設備如基地台作軟體升級的動作外，其餘如頻段
的使用、基地台的建置、核心網路端的設置，均沿用過去 3G-WCDMA 已經建置
的部分，不需要重行投資，有效的減低系統服務業者設備投資的支出。但 HSDPA
是一個新的無線接取介面技術，並不能在舊有的 3G-WCDMA 手機上使用，使用
者必須要購買新的手機或終端才能使用此項服務。目前市場上雖仍未出現任何一
款支援 HSDPA 的手機或是數據卡，但日本的 NTT DOCOMO 與美國的 Cingular
已經預定在 2005 年底到 2006 年底之間開始提供 HSDPA 的服務。而如
Qualcomm、EMP(Ericsson Mobile Platform)、Freescale 等幾家手機晶片大廠，現
在也已經陸續生產相關的晶片供應給手機製造商。由於 HSDPA 擁有如此高速的
資料傳輸速率，整體表現也與 WiMAX 不相上下。因此被視為是 3G-WCDMA 家
族中，對抗步步進逼中的 WiMAX 技術的新武器。
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Source: 資策會 MIC
圖 8、GSM 行動通訊系統的演進及網路架構
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過去十年，行動通訊系統由類比式系統進步到數位式系統，行動終端由只能
提供語音服務，到現在可以提供影片傳輸、影像電話等多媒體服務。也因此不論
是 WiMAX 還是應用了 HSDPA 的 3G-WCDMA 系統，均是為了能提供使用者更
高速的資料傳輸速率，以期能帶給使用者質優價平的行動寬頻服務使用經驗，可
以預見的是，這兩種技術在可預見的幾年內將會是既競爭又互補的狀況。
圖 9、無線服務與通訊設備演進趨勢
總之不論是哪種寬頻行動通訊技術，對於網路系統設備商來說，發展出一個
開發環境，整合各種不同的無線通訊接取技術，讓服務業者引入時的建置成本較
低；對於行動終端元件開發商來說，提供一解決方案，讓行動終端製造商的製造
成本較低，以開發、生產出更多的行動終端設備，這些均會間接促成這些新技術
服務的普及。依據過去 InterNet 發展的經驗，若使用者能夠很輕易的接觸與擁有
越多的資料傳輸頻寬時，市場上便會有人試圖找出可能填滿這些頻寬的方法與應
用。當頻寬被填滿的時候，便又會誕生新一代更快更穩定的寬頻傳輸技術。也因
此只要行動寬頻服務提供業者能夠以更開放的平台環境來提供服務，以及更為低
廉的費率滿足消費大眾，行動終端製造商能製造出更多樣性的終端，便會吸引使
用者加入使用這種技術的大家庭。當使用這些服務的使用者更多，系統業者也可
以增加更多的營收下，這樣自然而然會塑造出使用者、終端製造商、設備製造商
與服務提供業者多贏的局面。
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