3G、4G、5G？行動網路與生活
103/08/25
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劉辰岫｜
《科學發展》特約文字編輯
隨著網路通訊科技的發達，現代人的生活已經脫離不了行動網路，它讓使用者隨時隨地都能上網，而且隨著資料傳輸速度越來越快，在行動裝置如手機或平板電腦上觀看線上影片，或和遠方的親朋好友視訊，都已經不成問題。
我國政府去年開放行動寬頻4G釋照競標，結果由六家電信業者得標，包括中華電信、臺灣大哥大、遠傳電信、國基電子、亞太電信與臺灣之星移動電信等公司。一般人在新聞中經常聽到的2G、3G、4G或甚至5G，都是用來區別網路通訊科技先進程度的名詞，但其實大多數民眾並不清楚它們的差別何在，及其演進又如何影響到我們的生活。
行動網路的世代分別
所謂「G」就是「世代（Generation）」的英文簡稱，而每個「世代」的行動網路之間又是如何區別？其實並沒有一個很標準的答案，實際來說每個世代的區別都是由國際標準組織ITU（International Telecommunication Union）和 3GPP 來定義。通常一般業者對於不同世代的說辭，就是速度和資訊傳輸量有跳躍性的成長。
行動網路通訊早期始於類比的通訊技術，被當時所謂的「大哥大」所使用。但從第二代（2G）開始，就變成了數位的通訊技術，稱為ＧＳＭ。第三代（3G）的行動網路，也是目前國內使用最普遍的技術，網路傳輸量從前一代的 40kbit/s 提升到 30Mbit/s左右，有近千倍的成長。而從今年開始要升級的第四代 4G LTE 行動網路，則更將實體層的傳輸速度提升到了 150Mbit/s 。其中用到的 LTE（Long Term Evolution）技術在資料的編碼和傳輸上都使用到先進的技術，可彈性地調配傳輸量給不同的使用者，讓傳輸效率更高。
臺灣大學電機系的通訊專家蔡志宏教授表示，「從3G演進到4G後，使用者感受到最明顯的差異就是速度，資料下載的速度會變快很多，觀看線上影音資料時也不會感受到延遲（Latency）的現象。」這代表了雲端系統的運用會更加普遍，因為不管是將資料備份到雲端資料庫，或是使用雲端軟體，使用過程都會更加順暢，讓使用者感受更輕鬆愉快，包括最新的擴增實境（Augmented Reality）科技或是手機互動遊戲，在生活與休閒應用上開啓了更多的可能性。
3G到4G的阻礙
目前從3G轉換到4G仍面臨著一些尚未排除的問題，第一個就是頻寬。在通訊科技中，頻寬是個很重要的關鍵，它就像是一條高速公路的寬度，可以讓許多不同線道的車流同時在跑。由於目前尚有很多條線道被2G的電信業者所承租，無法被4G科技所利用，造成頻寬仍然不夠。
再者從舊科技轉換到新科技也需要時間來磨合，蔡教授打個比方：「這好比說有一個社區的民眾本來大家都習慣把公車當作交通工具，如果一下子要他們全部都改搭捷運，當然會產生許多民怨，因為很多人會覺得現在這樣已經就很好了，何必改變。所以這個習慣轉換的過程仍需要時間。」電信業者能做的，就是把2G的頻寬慢慢減縮，到時機成熟才全面更新。
另外，因為去年政府4G招標時所開放的各頻率區塊並不是完全空白，有些頻段仍有2G業者正在使用，因此得標的業者除非是標得自己使用中的頻段，否則尚須與現在使用該頻段的業者協商。除了頻譜的配置需要更新之外，傳輸設備包括基地台的更新，也是需要在2G／3G網路持續交接運作的情況下執行其工作。
基地台的疑慮
蔡教授又提到，很多民眾在談到住家附近設置的基地台時，感覺就像是把地雷放到住家附近一般地恐懼。對於這個情緒，他認為民眾的觀念應該修正。「很多民眾認為，基地台離居住環境越遠，自己所接受到電磁波的量會越小，其實是錯誤的。因為手機使用者所受到的電磁波源主要是來自於身邊的手機，而當基地台越遠時，為維持通訊效果，手機所發出的電磁波會越強，所以使用手機時反而會使自身暴露於更強電磁波的危險。」
蔡教授更指出，「越新的技術，傳輸效率會更好，因此4G手機所發出的電磁波功率會比2G手機要小許多。」 再者，電磁波對人體的健康是否有所影響，國內行政院的衛生福利部收集了WHO等國際組織之研究資訊，也將國內電信主管機關收集之基地台資訊提供予醫學／公共衛生研究單位探討，雖然進行了數年的研究，但目前這個議題仍未有定論。
所以基地台的適當設立，學理上能夠增強手機的收訊效果，並降低手機端的電磁波發射功率。目前業者也規劃在公共場所例如捷運或展覽場內，安裝所謂「 Small Cell 」的小型電磁波發射器或強波器，讓手機的收訊在封閉的空間內不會衰減，以提升民眾使用的便利性。
目前國際上已有將近一百個國家在使用4G通訊科技，而使用普及率最高（62％）的南韓，早在2007年就已啓用，臺灣的起步的確落後許多。蔡教授認為原因在於當初政府浪費了很多的時間與資源，在評估是否使用4G中的WiMAX 技術還是LTE技術，以至於服務開放進度落後。現在臺灣必須急起直追，才能趕上其它國家。
未來5G科技的發展
國際上通訊科技產業的發展，需要各國主管機關及主要廠商一起共同協商出統一的標準，再進行研發或推廣，而標準組織 3GPP及ITU就擔任著這個角色。蔡教授指出，通訊科技的更新，從規劃開始，到硬體晶片和軟體通訊協定的規格更新，加上研發、測試、推廣和網路架設所需要的時間大概為8到10年。
目前國際間正在討論提出更新一代5G行動網路的願景，並且估計在2020年的時候可以開始使用。3GPP於2013年7月在北海道所開的工作小組會議已擬訂出了一些目標，希望能將傳輸速度提升到10 Gbit/s 以上，也就是比4G還快10倍以上，甚至到100倍，並且希望將網路延遲降低至五分之一。另外，高效率的傳輸，也希望能改善用電量，將電池壽命提升10倍以上。
在商業模式上的改變，更朝向利用網路服務（NaaS）、資料服務（DaaS）、知識服務（KaaS）為導向的新模式，全面往「智慧生活」的方向應用。
政府的角色
網路科技和現代人生活已經是密不可分，不管是生活或工作，乃至於商業模式都會受到網路科技的影響。因此，政府在推動通訊產業的更新上扮演著關鍵性的角色，蔡教授指出，政府須要幫助產業做前瞻佈局和長遠的規劃，這主要分為三點：一是通訊頻譜，也就是頻率通道的規劃，因為它就像是「空中的國土」，頻譜應該如何分配和應用都需要有長程的規劃，當國際間有一個新的無線科技來臨時，能夠讓我們隨時有適當的頻段來迎接它；二是技術的研發，我們必須作前瞻性的研究，讓專利佈局更完善，否則我國廠商將不斷的要付出高額的權利金給國外；三是通訊人才的培育，國家沒有投入資源培育新一代的通訊人才和研發人員，技術當然也不可能提升。
網路時代自從在上個世紀末來臨後，已經全面改變了人類的生活習慣，未來當網路的速度倍增，讓網路軟體的應用變得更即時的情況下，會不會對人類再次造成革命性的影響，這是一個非常令人期待的美夢。
