一. 5G時代來臨– 當我們不停的追求5G時，我們真的對5G了解 ...

YTTEK 編輯者文章 · 一. · 【5G時代來臨】 · 自1980年第一代行動通訊手機問世以來，幾乎每十年市場上就會推出新一代的技術，維持這個發展節奏，現在的我們 ... 文章資訊 YTTEK編輯者文章YTNEWS報章新聞５G毫米波 182021.03 一.5G時代來臨–當我們不停的追求5G時，我們真的對5G了解嗎？ 2021.03.18 【5G時代來臨】 當我們不停的追求5G時，我們真的對5G了解嗎？     自1980年第一代行動通訊手機問世以來，幾乎每十年市場上就會推出新一代的技術，維持這個發展節奏，現在的我們準備迎接5G信號的到來。

即使在這途中遇到COVID-19疫情，也澆不滅人們對5G的期待。

但是這個被眾所周知、也被電信公司及市場炒的如日中天的5G，究竟是甚麼？與前幾代的信號差在哪裡？為什麼人們會不斷地追求快，還要再快？ 想要了解5G首先得先講講，通訊及行動電話是多麼偉大的一個時代進程。

過去西方大陸的人們靠著訓練飛鴿傳書；東岸彼端的國家則靠著快馬加鞭，這些在當時稱之為飛快的速度急趕慢趕，也趕不上現今一通電話，甚至多少人等不及5秒的延遲。

0G網路時代        1902年，人類對於手機的研究有了重大的突破，在美國肯塔基州的鄉下住宅中，第一個無線電話裝置橫空出世。

       然而直到36年後的一次世戰，美國軍方的強烈需求下，實驗室才真正的製造出第一部行動式電話。

二戰時期，美軍再次改進無線電話，讓設備更具有移動靈活性。

1G（thefirstgeneration）        1973年4月，第一部民用手機在民眾期盼已久的目光下，終於透過現代手機之父「MartinCooper」手上發明出來了。

第一部真正意義上的手機「摩托羅拉的DynaTAC8000X」由此誕生！        採用類比式訊號的第一代行動通訊手機，內部電路板多達30個。

龐大的耗電量，使得手機在歷經10小時漫長的充電後，僅能支持35分鐘的通話時間，更侷限在撥打與接聽的兩種功能。

       由於類比式訊號是透過語音信號以不同頻率類比式方式作處理來區隔不同的用戶。

在頻寬有限情況下，能夠容納互相不干擾的頻帶有限，因此門號數非常有限。

同時，由於無法依據不同取樣率(SamplingRate)，配合不同複雜度的演算法作數位信號處理，抗雜訊與抗相鄰載波漏洩信號的能力差。

導致訊號不穩通話品質差。

和今天的手機相比，這部手機不僅貴又顯得笨重誤事。

即便如此，在當時這部手機仍究意味著無線通信新時代的正式啟程。

2G（SecondGenerationMobileCommunication）        1982年歐洲郵電管理委員會成立GSM負責研究通訊標準。

直到1992年第一隻數位式手機GSM(GlobalSystemforMobileCommunications)作為第二代行動通訊手機被推向市場。

       工程師們發現如果語音信號採用高斯最小頻移鍵控數的方式調變*，再搭配數位式時域多工接取(TimeDomainMultipleAccess，TDMA)，以時域劃分不同時槽(TimeSlot)的方式來處理多用戶接取。

如此一來在頻寬**有限的情況下，能夠容納更多互相不干擾的頻帶。

便可以在有限頻寬下產生較多頻率通道進而大幅增加門號數目。

並且2G手機還新增了簡訊（ShortMessageService，SMS）功能，提供簡單的數據服務。

*    高斯最小頻移鍵控調變(GaussianFilteredMinimumShiftKeying，GMSK)是數據流送交頻率調變數位信號處理前先通過一個高斯濾波器(GaussianFilter)進行預調製濾波，使調變信號在交越零點(ZeroCrossing)時不但相位連續而且平滑，來減小兩個不同頻率的載波切換時的跳變能量，使得在相同的數據傳輸速率時頻道間距可以變得更緊密。

 **    採用了EDGE(EnhancedDataratesforGSMEvolution)系統有效的提升GSM系統資料傳輸效能，調變方式採用了效率更高的8進位相移鍵控（8PhaseShiftKeying，8PSK）。

隨著工程師不斷的將技術提升，16/32進位正交振幅調變(QuadratureAmplitudeModulation，QAM），使得每載頻的資料傳輸能力提升至接近1Mbps的速度。

3G（ThirdGenerationMobileCommunication）        第三代行動通訊CDMA手機則是在2001年開始上市。

不僅僅是支援聲音及數據資訊（電子郵件、即時通訊等），加大了顯示屏的大小，還能提供多媒體傳送服務。

     由國際電信聯盟（ITU）所制定的IMT-2000規格，存在W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX四種標準，被市場看作為3G規格。

CDMA*最大的優點就是相同的頻寛下可以容納更多的門號與用戶，而且可以隨語音傳送數據資訊。

     高通公司(Qualcomm)解決了CDMA中至關重要的功率控制問題，並取得相關的專利。

理論上，數位資訊使用CDMA技術進行編碼和解碼，可以大大提高對無線通道的利用率，增強抗干擾能力。

因此在同一時間、空間，允許很多組門號與用戶通訊。

  如果說GSM是把1條路分為8條，CDMA則是在1條路上創造平行宇宙。

透過加密的方式，讓1條路上同時有很多用戶可以連線，但彼此都不知道彼此存在。

這創造乘載量是GSM的10倍以上，並且速度是3倍到9倍。

 *    分碼多重接取(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)是原先被美國軍方通訊採用的一種展頻技術。

把話音訊號轉換為數位訊號，給每組數據話音封包一個地址進行展頻碼(SpreadingCode)處理後，再把它發射到空中，只有具有相同解碼資訊的使用者，才能接收到送給自己的訊息。

4GLTE（FourthGenerationofMobileCommunication）        4G的發展最早從2009年挪威奧斯陸和瑞典斯德哥爾摩開始提供資料連接服務。

2011年美國開始商用第四代行動通訊技術手機。

台灣則要等到2014年才開始正式啟動。

       由歐、日、韓產業巨頭一起組成的第三代合作夥伴計劃（3rdGenerationPartnershipProject，3GPP），提出以OFDM為基礎的長期演進技術(LTE)。

一方面要更多連線數，更快的速度，更長的通信距離，而且可以和3G通道共存，這可以說是2G至4G的技術的總集合。

       在一個基地台內，某些使用者只是講電話或使用線上交談，並不會傳輸很多的數據，但另一部分的使用者，同時間可能在下載檔案或看線上影片，需要傳輸較多的數據，OFDMA*就可以彈性分配給不同使用者所需要的資源。

當使用者不再需要傳輸大量數據時，也可以快速地把資源分享給其他人使用。

       4GLTE的另一個關鍵技術是開始採用多輸入多輸出（Multi-InputMulti-Output，MIMO）傳輸技術，能利用發射端的多個天線各自獨立發送訊號，同時在接收端用多個天線接收並恢復原訊號。

       有了4GLTE網路，讓智慧型手機一舉成為史上最強的個人行動電腦，以前無法實現的個人影音直播、玩超精緻的手遊和可以隨叫隨到的Uber叫車，都是因為4GLTE和智慧型手機的結合，展開了最強的行動網際網路、人人滑手機黏在手機上的可怕時代。

*    4GLTE行動通訊主要建立在正交分頻多工接取（OrthogonalFrequency-DivisionMultipleAccess,OFDMA）技術上，把高速的資料信號轉換成平行的低速的子資料流程，並使其在頻域(FrequencyDomain)的子載波(Carrier)通道上傳輸，再轉換成時域(TimeDomain)切分為不同訊框(Frame)、子訊框(Sub-frame)、時槽(Slot)傳送。

由於可以把許多子資料載到許多的頻域子載波(Sub-Carrier)通道上，並同時運用時域作多工切分接取，因此非常彈性並有效地提升了頻譜使用效率，大幅增加了系統的資料傳輸量。

5G（FifthGenerationMobileCommunication）        隨著各種多媒體應用在手機平台的普及，用戶開始追求越來越高的解析度與更多空間影像的展現。

對於頻寬與傳輸速率有越來越大的需求，也促使第五代行動通訊的相關技術與標準的制定。

因此3GPP在2018年六月完成Release-15涵蓋至52.6GHz毫米波頻段；2020年完成Release-16涵蓋至100GHz毫米波頻段之第五代無線行動通訊標準的制定。

2G 實現從 1G 的模擬時代走向數位時代，3G 實現從 2G 語音時代走向數據時代， 4G 實現IP化，數據速率大幅提升。

         5G 將會給我們帶來怎樣的改變？ 5G 最大的改變就是實現從人與人之間的通訊走向人與物、物與物之間的通訊，實現萬物互聯，推動社會發展。

一個端到端的生態系統，將打造一個全行動和全連接的社會，通過現有的和新的用例，5G 的誕生，將進一步改變我們的生活和社會，推動一場新的訊息革命。

就要到來，讓我們拭目以待。

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