WiMAX未竟功 台灣搶搭4G LTE末班車
- DIGITIMES企劃
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由平板電腦、智慧手機等行動連網裝置興起的網際網路行動化(Mobile Internet)的風潮下，具備行動下載速率1Gbps、網路IP封包化的第四代行動通訊(4G)，成為打通多媒體影音串流、巨量資料等雲端服務瓶頸的技術鎖鑰。WiMAX曾聲勢看好但後繼乏力，在ITU將LTE-Advanced正式採納為第四代行動通訊標準之後，全球從3G邁向4G行動通訊的發展藍圖中，將由4G LTE一統天下…
目前在全球通訊技術市佔第一的，是歐盟WCDMA/HSDPA/HSUPA規範，提供14.4Mbps/5.76Mbps的下行╱上行速率；部份營運商升級到3.75G HSPA+搭配MIMO多收發通道技術，更可達到84M/23Mbps的下╱上行速率。整個WCDMA用戶數超過5億。其次CDMA2000 1x/EVDO，在北美、亞洲等部署，提供3.1M/ 1.8Mbps的下╱上行速度，全球用戶數約2.25億。而大陸特殊的TD-SCDMA規格，其下╱上行速度達到2Gbps/384Kbps，目前在大陸、緬甸、非洲等地營運，代表的運營商有中國移動，用戶數曾多達5億。
WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access，全球互通微波存取)由英特爾(Intel)與諾基亞(Nokia)於2005年推出(規格標準為IEEE 802.16e)，起初以能傳遞70英哩(112公里)且提供70Mbps連線速率廣受矚目，被視為佈建固網(Fixed Network)最後一哩的無線區域網路(WLAN)解決方案。WiMAX曾以規格確立較早，基地台與CPE終端設備成本便宜等優勢，從2007年起陸續在美國、澳洲、日韓、台灣，以及非洲新興國家佈建。
至於LTE(Long Term Evolution長期演進技術)，起初是3GPP協會根基於全球市佔80%的GSM/UMTS行動通訊技術規範做延伸，是3.5G HSDPA、3.75G HSPA+到4G之間的過渡繼任規格。WiMAX與LTE兩者均根基於OFDM調變技術，並融入IP封包傳輸、可調整頻寬、連接適配性與多重智能天線(MIMO)技術。但LTE上傳改用SC-FDMA技術，來改善行動終端的功耗，LTE基地台可依地區特性來切換小覆蓋率/高傳輸率或大覆蓋率/低傳輸率的模式。
2006？2010年之間，WiMAX與LTE規格進行激烈的競逐。在台灣產官學界想提前掌握4G風潮下，選擇與英特爾結盟，經濟部於在2006年M台灣計畫中，投資220億台幣於全台灣佈建WiMAX網路基地台等基礎設施，並且加速於2007年7月進行全台灣WiMAX頻譜2.5？2.7GHz釋照，北區由大眾電信、威邁思(VMax)、全球一動(Global Mobile)等業者取得，南區執照由大同電信、遠傳電信與威達雲端取得。而日本、韓國、越南、澳洲等地也陸續有WiMAX商業營運服務。
但隨著LTE規格逐步確立，以低功耗╱低延遲性、既有GSM/UMTS 2G/3G設備機台升級優勢，以及眾多電信設備╱營運商的支持，2010年起陸續於中國香港、日本、韓國開始商業化營運，在2010年中北美三大營運商AT&T、Verizon、Sprint紛紛投入LTE商轉後，英特爾宣佈裁撤WiMAX部門並且退出主導，此時4G規格已大勢底定，由LTE勝出。各地WiMAX營運商不是紛紛退出、轉向LTE，就是寄望藉由未來配備升級到TD-LTE的方式來因應。
LTE與LTE-A規格詳述
從連線速率觀點，LTE與Mobile WiMAX被列在3.9G等級，真正被視為符合第四代行動通訊標準是LTE-Advanced(LTE-A)與WiMAX 802.16m(v2.0/2.1)。LTE源自於2004年E-Ultra，起初僅是3GPP協會根基於既有GSM/UMTS行動通訊技術的延伸，LTE做為3.5G HSDPA、3.75G HSPA+到4G之間的過渡繼任規格。在ITU國際電信聯盟的相關規範中，4G LTE規格是屬於IMT/3GPP的Rel-8與Rel-9，而LTE升級版(LTE-A)是位於Rel-10與未來Rel-11的技術等級。
LTE下行傳輸上採用OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple Access, 正交分頻多工存取)以及QPSK(QAM4)、QAM16與QAM64載波技術；上行則採取SC-FDMA(Single-carrier Frequency-Division Multiple Access, 單載波分頻多工)技術，頻訊比達5dB，LTE終端裝置可無須功率放大器就進行LTE上傳。
LTE提供：第1類DL 10Mbps、UL 5Mbps，第2類DL 50Mbps、UL 25Mbps，第3類100Mbps、50Mbps；從第4類開始需使用多重天線收發(MIMO)技術，第4類(2x2 MIMO) DL 150Mbps、UL 50Mbps，第5類(4x4 MIMO) 300Mbps、UL 75Mbps。目前LTE手機多半屬於第3~4類，平板、筆電則適用第5類。LTE通道頻寬可彈性選擇1.4/3/5/10/15/20MHz，並以180Khz、0.5ms為最小資源工作區塊(ResourceBlock, RB)，可以細切、分配給6~100個用戶，同時做語音、數據傳送，且可依需要調配較多的RB給需高速下載/上傳的用戶。
在頻譜操作模式上，LTE分為FDD分頻多工與TDD分時多工，FDD分頻多工需要兩個頻譜帶各自進行訊號收發，具備中長程低延遲性通訊的優勢，而TDD分時多工僅需一個頻譜帶，藉由切割時間區塊並快速切換訊號收發模式操作，在短程距離具備頻寬運用彈性化、最佳化的特性。4G LTE也具備中繼(relay)的概念，可以在建築物室內、大眾運輸系統等傳統訊號不良之處，機動佈建中繼微型基地台(Femtocell)以提供行動網路服務並改善傳輸速率。
LTE-Advanced(LTE-A)則是既有LTE技術的升級版，能與既有的LTE Rel8機台設備相容且向上升級。為解決在許多國家不易找到可連續使用的頻譜帶寬，LTE-A使用1~2個10~20MHz的多重載波聚合(Carrier Aggregation)，僅10MHz頻率帶寬即可營運(TDD)；同時LTE-A提供了最多MIMO 8x8 DL(八通道下載)、4x4 UL(四通道上傳)的能力，下載╱上傳速率可達到1Gbps、500Mbps。LTE-A也導入Rel 11規範的CoMP 協同多點傳輸機制，可由相鄰兩個基地台對單一連線終端做並聯傳輸，以及多連線終端上線時的基地台動態切換；單一連線終端也可跟多個基地台並聯連線上傳，以平衡基地台的負載。
台灣搶搭4G LTE末班車
2009年12月，TeliaSonera電信在挪威、瑞典提供LTE服務，2010年起香港CSL、日本NTT DoCoMo、北美Verizon Wireless、MetroPCS進入LTE商轉。當4G規格戰由LTE勝出之後，2011年北美AT&T Mobility、Sprint，韓國SK Telecom、澳洲Telstra陸續加入LTE商轉，2012年則有印度、菲律賓、新加坡，墨西哥、哥倫比亞、波多黎各等國家開始LTE營運服務。2013年起馬來西亞、泰國加入LTE商轉，韓國更搶先於2013年6月推出全球第一個LTE-A商轉服務，至2013年底韓國行動通訊用戶中，超過50%比例使用LTE/LTE-A服務。
在台灣，國家通訊傳播委員會(NCC)於2013年7~10月進行700MHz(A1~A4)、900MHz(B1~B3)、1800MHz(C1~C5)等4G LTE頻譜執照審查與競標作業。經歷40個投標日與393回合競價程序，由中華電信以新台幣390.75億元取得900MHz B2、1800MHz C2與可立即開台營運的C5頻段，遠傳以313.15億元取得700MHz A2、1800MHz C2、C3頻段，台哥大290.1億元取得700MHz A4、1800MHz C1頻段，亞太64.15億元取得700MHz A1頻段，國碁以91.8億元取得700MHz A3與900MHz B3頻段，台灣之星以36.55億元900MHz B1頻段，總得標金額1,186.5億元也創下全球最高LTE競標金記錄。
隨著LTE頻譜確定，以及WiMAX未來朝TDD-LTE靠攏的情況下，台灣的4G LTE應用與普及率將會急起直追。預料中華電信與遠傳電信，最快可在2014年下半年提供4G LTE服務；至於其它業者受限於得標頻段、基地台佈建等限制，勢必得其他業者進行結盟換頻，才有可能在2~3年內加入4G LTE商轉行列。
資策會MIC預估，2013年全球LTE用戶將達到1.22億戶，2017年更將成長至9.43億戶。愛立信最新行動趨勢報告(Ericsson Mobility Report)指出，至2019年全球行動寬頻裝置用戶數將接近93億，其中智慧型手機用戶數佔56；3.5/3.75G WCDMA/HSPA網路將覆蓋全球90%人口，4G/LTE網路將覆蓋全球65%(2/3)的人口。未來幾年，台灣、大陸將由2G/3G網路迅速轉向4G網路；至2019年底，大陸LTE用戶數將增加至7億以上，加入台、日、韓後，東北亞區智慧型手機用戶數將達到16億以上。
