經過20多年的發展，行動通訊技術已為電信市場創造巨大轉變，並帶動產業向前邁進。行動服務營運商的家數與規模也呈現顯著成長，如今它們已主導整體電信市場，為用戶帶來品質與多元化程度足以與有線業者(大多為語音)匹敵的行動化服務。儘管有線電視(Cable)、數位用戶迴路(xDSL)和無線區域網路(WiFi)已在寬頻市場獲得了極大的成功，但伴隨著全新技術與解決方案的不斷推出，目前電信市場競爭的生態仍逐漸在改變。
目前市場上所推行的3G技術可提供遠勝於2G技術的傳輸位元速率，並刺激無線數據服務的平均每戶貢獻值(ARPU)成長，而且對無線營運商而言，無線數據服務所能創造的營收還有持續成長的潛力。只要能達成滿足日益高漲的無線寬頻需求、減緩網路延遲及達成數百萬位元(Multi-megabit)通訊傳輸量(Throughput)等目標，網路營運商還可發掘全新的商機，創造更大的營收獲利。
要達成上述目標，由3GPP所制訂的長程演進計畫(Long Term Evolution, LTE)將是不可或缺的關鍵。LTE可創造出凌駕3G的新一代網路，讓過去在有線網路上運作的網路語音通訊協定(VoIP)、影音串流、音樂下載、行動電視及其他各項網路應用，轉移到行動網路上。LTE所供應的超大網路容量，亦可紓解因消費性行動應用電子裝置推陳出新而形成的連結需求爆炸。
在從3G邁向LTE的道路上，行動服務營運商擁有相當高的自主性，可以決定應該採取什麼樣的方式拓展基礎架構、演進至新一代無線網路，並且妥善利用這些策略來提升市占率。因此，採用何種技術，以及選擇在何時演進至效能更高的新一代網路等決策，便成為網路營運商在市場成功的關鍵。
LTE帶來無線通訊的美麗新世界
LTE的技術內涵包括了多項新一代網路的構成要件，例如實現無線寬頻存取、技術與網路整合等。透過LTE所採用的正交分頻多工-多重輸入多重輸出(OFDM-MIMO)技術基礎，無線網路營運商可提供高通訊傳輸、低延遲的行動存取，並支援單點播送(Unicast)、多重播送(Multicast)以及廣播媒體等服務；單一應用網域(Application Domain)則可為橫跨多個網路和裝置的用戶提供服務，實現技術與網路的整合。
此外，LTE接取點也將變得更智慧化，在LTE接取點所涵蓋的範圍內若有未知的裝置試圖存取網路資源，LTE接取點可透過網路智慧偵測存取裝置的特性，並進行強制性流量規則管控(Policy Enforcement)和決策的運作，進而確保網路的服務品質。
除了上述新功能與新服務之外，LTE更對業界許下網路向全面IP化轉移以及涵蓋面更完整的嵌入安全承諾。電信業者將可望由於網路簡化及一致化獲得更高的擴充性和部署彈性，並維持重視存取強制性流量規則管控與計費系統的持續運作。至於在安全性部分，LTE亦允許無線網路營運商採用多層級、多重供應商的安全性模式，確保網路特殊安全性，而不像目前被局限在單點式解決方案。
由此可看出，LTE除了承諾將帶給業界一個效能更強大，支援功能更多元的空中介面(Air Interface)外，其背後的核心網路架構亦將大幅翻新，成為一個扁平化的全IP多重存取核心網路架構。這個新的核心網路架構即系統發展演進架構(System Architecture Evolution, SAE)(圖1)。
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| 圖1 系統發展演進架構圖 |
OFDM與MIMO為LTE兩大支柱
新一代無線網路必須以更合理的成本、更佳的效能，供應品質體驗超越DSL技術所及的無線寬頻服務，同時還需在有限的頻譜資源條件下，保持網路的無縫行動性、服務控管狀態、並將網路容量達到最大化。
為了達成這些目標，3GPP LTE定義了一系列最低效能需求的規範，包括：網路容量必須比目前高、每位元成本持續降低、以及強化的體驗品質(QoE)。在網路容量部分，透過更先進的空中介面技術，LTE的網路容量必須比目前最進階的3G網路還大上三至五倍；而在每位元成本方面，由於空中介面改進提升了頻譜使用效率，以及後端核心網路的全面IP化，LTE的每位元成本將比3G更加低廉；至於QoE改善，則是針對VoIP等對延遲敏感的應用所提出的改進要求。相較於典型3G網路的延遲數值可達120毫秒，在LTE環境下、32位元的Ping延遲預計僅為20毫秒，因此能帶給使用者更好的體驗。
LTE能夠帶來如此大幅度的效能與成本改善，OFDM與MIMO最為關鍵。OFDM是一項著名的存取技術，目前已被大量應用於各項有線及無線應用，包括數位音訊廣播(DAB)、數位影音廣播(DVB)、無線區域網路(WLAN，如IEEE 802.11a和IEEE 802.11g)及有線非對稱式數位用戶迴路(ADSL/ADSL2+)。它同時也被廣泛地當成空中介面的基礎技術來應用。
OFDM是一種能夠克服轉移困難的通道狀態，且毋須進行複雜的等化流程(Equalization)的無線電技術。OFDM亦能加速頻寬擴充，使LTE可在各種頻寬配置中使用。多重收發技術則使用多個傳送和接收天線，大幅強化空中介面。這項技術採用內含相同數據流空時碼(Space-time Coding)的多重傳送與接收天線。相較於傳統接收分集編碼系統(Reception Diversity Schemes)僅運用單一傳送天線進行基地台覆蓋的擴展部署，這項技術特色可謂一大突破。
MIMO的處理亦採用空間多工(Spatial Multiplexing)模式，讓不同的數據流可同時經不同的傳送天線進行傳輸，以達到提升終端使用者數據速率和基地台容量的效果。此外，當無線電通道的相關資訊可經傳輸器獲取時(例如透過接收端所回覆的資訊)，MIMO亦可運用波束形成(Beam-forming)技術進一步提升可用的數據速率和頻譜效率。
這兩項技術的互補效果相當驚人，且能結合至低複雜度的網路運作、帶來較好的效能。OFDM和MIMO的合併使用不但能增進頻譜效率和無線網路容量，並可將絕大部分由規範機構所控管分配的有限頻譜發揮最大化的效益，是十分具有價值的技術資產。根據北電實際投入研發的過程所得到的經驗顯示，加入波束形成的OFDM-MIMO可於下行傳輸中提供超越現今3G網路的幅度容量。
SAE有助改善傳輸延遲
除了空中介面端的改進之外，為了達到LTE的效能需求，與數據處理和傳送相關的網路節點數量也必須減少，以改善網路延遲的情況。
典型的LTE/SAE網路將具備兩種型態的網路要素，以支援使用面與控制面，分別是演進節點B(eNodeB)與存取閘道(Access Gateway, AGW)，如圖2。eNodeB是根據3GPP標準所設計的全新強化基地台。
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| 圖2 LTE的eNodeB與AGW架構示意圖 |
這種新一代的基地台可提供LTE空中介面，並針對LTE的演進存取系統執行無線電資源管理；而存取閘道則可提供LTE載具(Bearer)終端，亦可做為使用面的行動性錨點(Anchor Point)。AGW納入兩項關鍵邏輯體，包括針對控制面的行動管理體(Mobility Management Entity, MME)，以及針對使用面的SAE封包數據網路閘道(SAE Packet Data Network Gateway, SAE PDN GW)。
上述功能可根據各特定網路的部署概況，被分別配置到個別的實體節點，但由於LTE標準目前仍在制定過程中，並將持續演進，因此eNodeB和AGW之間分配的各項功能的實際運作模式尚未完成定義。
跨服務與技術為使用體驗的關鍵
整合與服務接取點的關鍵需求在提升使用者品質體驗、允許服務創新、推動網路簡化與演進。為了達成這些目標，LTE服務接取點必須包括支援不同服務等級的服務導向架構及以內容為基礎的計費方式，並允許營運商對服務與網路進行政策控管和實現端對端服務品質(QoS)控管。更重要的是，LTE服務接取點必須支援服務與網路漫遊，同時採用開放介面，支援不同技術共存，並允許營運商持續擴充。
整體而言，採用服務導向架構(SoA)是一種十分吸引人的解決方案。這種方式能使業者有效地縮減整體服務上市流程，從創造(或研發)服務、部署、到最後的運作執行都可快速完成，達到增進服務創新的目標。SoA可促進營運的成本效益，並且加速落實LTE的技術概念。
對LTE的技術概念來說，若要能在漫遊的情況下，長期支持業者的關鍵策略資產(如頻譜執照、基站基礎架構、品牌)的價值，以內容為基礎的計費、營運商政策控管、QoS和漫遊支援等功能就顯得非常重要。這些功能亦可增加終端使用者的體驗品質。
全IP網路安全問題有解
以IP網路做為供應服務的基礎可為業者挹注最大的彈性，還可透過開放使用面和控制面的介面來簡化網路、增進可擴充性、並使既有符合國際網路工程研究團隊(IETF)標準的資產獲得完善的發揮。為了達成此一目標，相關設備除了必須以IP為基礎來進行資料傳輸之外，還必須支援最佳化的流量路徑選擇(Optimal Routing of Traffic)功能、無縫行動性(可在同質與異質無線電接取技術間無縫換手)等功能。
但全IP化的網路也將帶來安全性挑戰，同時延緩網路營運商的導入時程。無論是營運商或是企業都已了解到必須透過單一基礎架構、為使用者提供廣泛的連結度，方可達成顯著的生產力提升與通訊技術成本的節約。然而，業者對於採用那些需要他們妥協部分隱私的外洩、使商務承擔一定程度風險、或者造成重大財物損失潛在可能的技術感到遲疑。
因此在新一代無線網路勢必將全面IP化之下，網路必須擁有針對安全性設計的端對端系統模式，包含平台強化(Platform Hardening)、支援使用者/營運商認證、授權與審核、實作安全性網路管理、控制和訊號發送功能、驗證端點遵循(End-point Compliance)等保護功能。
2009將成LTE商用化元年
LTE的研發進程仍持續進行中，許多產業先驅也致力實現這項技術的願景。LTE的技術進展預計在2009年底可完成商用化的進程。在這段期間，建立一個健全而廣泛的產業生態鏈不但有其必要性，更可兼顧LTE發展的深度與廣度，加速帶動相關商機的蓬勃發展。
(本文作者為北電台灣區行銷副總經理)