Introduction to Personal Communications Services Chapter 1 個人通訊服務簡介 Introduction to Personal Communications Services

課程目標 個人通訊服務（Personal Communications Services，PCS）的概念，就是希望以各種無線通訊（wireless communication）的技術，針對個人的需求提供可在任何時間（anytime）、任何地點（anywhere）、以任意型式的終端設備（any terminal）存取資訊的服務。 本章節將介紹個人通訊服務網路（PCS network）的基本架構與網路上的各個元件，並將介紹行動電話的演進。 After reading this chapter, the reader should be able to: 個人通訊服務（Personal Communications Services，PCS）的概念，就是希望以各種無線通訊（wireless communication）的技術，針對個人的需求提供可在任何時間（anytime）、任何地點（anywhere）、以任意型式的終端設備（any terminal）存取資訊的服務。從早期行動電話傳遞語音，到現今多種資訊設備都可進行多媒體資訊的無線存取，再再印證了擺脫通訊線路的束縛並不是遙不可及的夢想。 本章節開始先說明個人通訊服務網路（PCS network）的基本架構與網路上的各個元件，之後將介紹行動電話的演進，從類比系統到數位系統，從單純的語音服務到多媒體通訊的歷程。我們可以從過往通訊服務的歷史推想，未來將會是一個多元的世界，可以任意結合通訊產業（telecommunication industry）、電腦產業（computer industry）與各種通訊技術，創造各式各樣個人通訊的服務。

章節目錄 個人通訊服務的概念 個人通訊服務網路的架構 行動電話的歷史 個人通訊服務的範疇 多媒體應用之無線網路技術 帳務系統 結語 作業

Section 1.1 個人通訊服務的概念 PCS Concepts

個人通訊服務的概念 個人通訊服務（Personal Communications Services，PCS）的概念，就是希望以各種無線通訊（wireless communication）的技術，針對個人的需求提供可在任何時間（anytime）、任何地點（anywhere）、以任意型式的終端設備（any terminal）存取資訊的服務。 可以自由移動： 行動力（mobility） 24 hours 提供服務 個人化（personality）

行動通訊 如何達成行動通訊（mobile communication） 行動電話與傳統有線電話的比較 蜂巢式行動電話（cellular phone） 無線區域網路（Wireless Local Area Network，WLAN） 行動電話與傳統有線電話的比較 有線或無線傳輸 人們是否能夠自由自在的移動和通話 傳統有線電話通常是屬於一家人或一間公司共享的。然而行動電話卻是代表個人。

台灣電信業務開放近程 1994 1997 1998 1999 2000 2002 開放CT-2 開放四項行動通信業務(行動電話,呼叫器, 行動數據,特哥大) Fixed Line 96 2005 3G MNP

Section 1.2 個人通訊服務網路的架構 Architecture of PCS Networks

公眾電話交換網路 公眾電話交換網路（Public Switched Telephone Network，PSTN）指的是我們熟悉的有線電話網路，提供基本的通話服務。 在通話的期間，電話公司會為這通電話建立一條固定的專屬的通話連線，只有雙方的語音資料能在此電話線路上傳送。

圖 1‑1 PSTN 示意圖 當用戶講電話時，聲音會經由電話線，連到電信公司的交換機（switch）上。交換機會將通話一站接一站地轉接，最後連到對方的有線電話上。

公眾行動電話網路 行動電話業者佈署的電話網路稱為公眾行動電話網路（Public Land Mobile Network，PLMN）。 隨著手機的移動，電話線路就隨之轉而連接到該處，以此提供行動的能力。 除了蜂巢式行動電話系統外，其他各種以無線電技術提供電話服務的系統都有著類似的架構，都可用圖1-3來說明。

圖 1‑2 PLMN 示意圖 車內的手機透過無線電波與基地台（base station）溝通，其後端也需透過許多的交換機，最後將電話轉接到PSTN的電話上。 PSTN PLMN 陸地行動電話網路 PLMN 指可以提供手機透過無線電傳輸通話的網路. Ex: 遠傳的 GSM 系統, 和信的 GSM 系統, 台灣大哥大的 GSM 系統, 都是在建立各自的 PLMN.　 上圖若是兩支屬於同一 PLMN 的手機互相通話,只要在自己的 PLMN 中通話. 若是一支遠傳手機, 另一端為中華電信的固接式電話, 則必須兩家電信公司合作, 以接通電話. 在這門課中所探討的 PCS 的技術, 不只是 PLMN, 將會包含所有的話務.

圖 1‑3 PCS 網路架構圖 個人通訊服務網路的基本架構，分成有線網路與無線電網路兩部份。 藍色部分使用無線通訊, 這個部分稱為 Radio Network. 只有手機(Mobile Station)與 Base Transceiver Station (BTS) 間是透過無線電溝通. Base Transceiver Station 會與控制基地台相連. 圖中黃色長方形, 在控制基地台的無線電的使用, 稱為基地台控制器 Base Station Controller. Base Transceiver Station 與 Base Station Controller 形成一個基地台系統(Base Station), 控制無線電的部分. 在基地台之後的系統後端都是走有線網路, 即圖中的黃色部分, 稱為 Wireline Transport Network, 或稱為 Switching System. 基地台系統會與後端的交換機(在圖中見粉紅色的 Switch for Mobile Applications, 稱為 Mobile Switch Center, MSC) 相連. MSC 會連接到一些資料庫 (Mobility Database), 儲存與手機, 話務等相關資訊 如果手機要與PSTN的電話通話, PCS 系統的交換機與 PSTN 系統的交換機會合作達成這通電話.

無線電網路部份 稱為無線電網路（radio network）或接取網路（access network） 包含兩個基本的元件 手機（Mobile Station，MS） 基地台子系統（Base Station Subsystem，BSS） 無線電的基本原理請見第二章。 蜂巢式行動電話系統上的無線電技術請見第三章。

基地台子系統 基地台子系統分成 BTS提供無線電擷取的功能，透過無線電與手機溝通，只要在BTS的通訊範圍內，手機便可與BTS互動。 基地收發台（Base Transceiver Station，BTS） 基地台控制器（Base Station Controller，BSC） BTS提供無線電擷取的功能，透過無線電與手機溝通，只要在BTS的通訊範圍內，手機便可與BTS互動。 BSC控制BTS的運作，與後端的有線網路相連，建立電話。

GSM 天線 這是架設在元智大學 3 館上的 GSM 天線. 純粹接收與傳送訊號的功能.

GSM 基地收發台 這是架設在元智大學 3 館上的 Base Station (BTS), 具有訊號處理交換的功能.

有線網路部份 如同PSTN，PCS系統也需要交換機將電話轉接到正確的路徑。對於行動電話系統，這些交換機有個特別的名稱，稱為行動交換中心（Mobile Switch Center，MSC）。 MSC除了具有交換機基本功能外，還會連接到一些儲存與手機、話務資訊相關的行動資料庫（mobility database），最特別的是資料庫中存有手機目前位置的資料。 在後端這些資料庫與交換機形成的網路，又被稱為核心網路（core network）。

行動管理 PCS系統的行動管理（mobility management）機制會隨時監控用戶的移動狀況，記錄手機的位置，管理通話中使用者跨越基地台時接續電話的服務（稱為交遞，handoff）。 行動管理請見第四章。

第七號信令系統 電話網路上傳送的包括使用者資料與控制網路信號（signal） 傳送控制信號的網路稱為信令網路（signaling network） 在電信網路中最常被使用的信令是第七號信令系統（Signaling System No. 7，SS7） SS7請見第五章。

Section 1.3 行動電話的歷史 History of Mobile Systems

最早的行動電話 1901, long-distance wireless transmission 在1920年底特律警車使用的無線電通訊系統，可以算是最早的行動電話，但此時只有單向廣播功能。直到1930年早期，雙向通話的系統才開始運作。 不久之後使用調頻（Frequency Modulation，FM）技術的行動電話才開始問市。 到了第二次世界大戰，大量的行動電話技術被應用於軍事中。這時候的行動電話基地台都必須建構高功率的發射機，以提供大範圍的服務。基地台都必須分配不同的頻段（frequency band），以避免互相干擾。

蜂巢式的觀念 (1/2) 到了1940年代末期，貝爾實驗室提出蜂巢式（cellular）的觀念。 基地台採取較小功率發射機，提供小範圍的服務，但在其他離該基地台較遠的地方，便可重複使用相同無線電頻道，而不會互相干擾。 每個基地台電波的涵蓋範圍，稱為細胞（cell）。當電信業者佈建了一個個基地台，其涵蓋範圍連接在一起的形狀就像是蜂巢一樣，故稱為蜂巢式行動電話。

蜂巢式的觀念 (2/2) cluster cell sector       無線電的頻道有限, 必需再利用. 因為無線電波會隨這距離加長衰減, 利用這樣的特性, 將地理位置畫分為許多區域, 狀似六邊形, 稱為 cell. 基本上, 一個 BS 發送電波所涵蓋的區域, 稱為 cell. 數個 cell 組成一個 cluster. 在同一個 cluster 中的 cell 均使用不同的頻道. 位在各個 cluster 中有相同位置(如同在左上方)的 cells 使用相同的頻道. 因為彼此之間的距離已經很遠, 雖然使用相同頻道但不會互相干擾. 稱為 Frequency Reuse In AMPS, the typical frequency reuse plan employs a 12-group frequency cluster (12 個 cells 組成一個 cluster), 每個 BS 使用 單一方向的天線 (omni-directional antenna). a 7-group cluster (7 個 cells 組成一個 cluster), 每個 BS 使用 3 個 120 度角的天線, 所以把 BS 切割成 3 個 sectors . Motorola AMPS use 4 cells/group, 6 sector/cell. 一個固定大小的區域中, 究竟能佈置多少 cell? i.e., 每個 cell 的涵蓋範圍多大? 理論上由 1 到無限多個 cells 都可以, 但實際上: 以 GSM 為例, cell size 的上限是 35 Km 的範圍, cell 太大, capacity  No. of cells  (cell size )  Frequency reuse factor ,  system capacity  由於系統必須處理快速移動的使用者的通訊問題 (handoff, location tracking)  Cell size  系統會來不及處理 sector   

PCS 的演進 第一代 第二代 第三代 Mobile Satellite JTACS JDC 行動電話系統 TACS GSM GSM+,++ NMT IMT-2000 AMPS NADC PCS 依據發射功率來區分, 可分為高階系統 (High-tier system) 與低階系統 (Low-tier system). 高階系統 (High-tier system) : 指大哥大通訊系統, 衛星電話也屬於這類. 低階系統 (Low-tier system): 指從家用無線電話 (coreless phone) 開始演進的低功率公用無線電話, 如 PHS, CT2 等. 若依據技術的演進, 則可分為幾次大的革命 (Revolution) 1G: 使用類比技術來傳遞訊息. Analog 訊號是連續的, 傳送時受到雜訊的干擾, 很難保持波形不失真. 而且很難對訊號做處理, 增加功能. 如 AMPS 系統使用類比技術, 容易被盜拷竊聽. 2G: 使用數位技術來傳遞訊息. 將語音的 analog signal 調變轉成 0/1 digital signal 後再傳送. 遇到雜訊干擾可以用電路再還原, 所以可以有較佳的傳送品質. 而且還可以加以運算, 增加額外的功能. GSM+ 提出 HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) 與 GPRS (General Packet Radio Services) 可提供有限的數據服務. HSCSD 是利用多個 timeslot 同時傳輸以增快傳輸速率, GPRS 是改用 packet switching 的技術. GSM++ 為 EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), 利用不同的調變技術來提高其傳輸速率. 3G: 由國際電信聯合會 (ITU) 主導的 IMT-2000 (International Mobile Telecommunication-2000), 希望統一各家規格, 以提供一支手機可以行遍天下. 4G: 有些人認為 WLAN+GPRS 稱為 4G. JTACS (Japanese Total Access Communication System 1988 日本) – JDC (Japanese Digital Cellular) TACS (Total Access Communication System 英) – NMT (Nordic Mobile Telephone 北歐) – GSM (Global System of Mobile Communication) AMPS (Advance Mobile Phone System 美) – NDAC (North American Digital Cellular, IS-54, D-AMPS) – PCS (Personal Communication Services) CT0/1/2 (Coreless Telephone) – DECT (Digital European Cordless Telecommunications, CT-3) PHS (Personal Handyphone System, 日本) PACS (Personal Access Communication System, 美) PHS 數位無線電話系統 PACS CT0/1 CT2 DECT

多工與多重存取 為讓許多使用者同時間通訊，會使用到多工（duplex）技術與多重存取（multiple access） 技術。 多工與多重存取分屬兩個不同範疇的技術，但技術本身有許多相似性，故在此一併介紹。

半雙工v.s.全雙工 半雙工：參與通訊的兩方，可以輪流交替傳送訊息。 全雙工：通訊的兩端用戶都可以同時進行通話的傳送與接收。 發射機 接收機

分頻多工 兩個方向的訊號分別使用不同頻率的通道來傳送。 頻率 A1 talks to A2 Down Link B1 talks to B2 C1 talks to C2 A2 talks to A1 Up Link B2 talks to B1 C2 talks to C1 時間

分時多工 兩個方向的訊號只使用單一頻率的通道傳送，但利用時間的區隔，讓兩個使用者能輪流使用通道，但時間間隔短且傳輸速率高，感覺上就好像同時通信。 頻率 時間 A2 talks to A1 C2 talks to C1 B2 talks to B1 A1 talks to A2 C1 talks to C2 B1 talks to B2 ..... TDD若從時間軸看來似乎不是真的全雙工的技術, 在 physical layer, 某一瞬間只有單一方向傳送電氣信號. 然而仍稱為全雙工的原因: 因為有資料壓縮的技術, 使要傳輸資料量變小, 所以可以在比訊號來源時間短的時間內就可傳輸完畢. 人的感觀是可以容忍些許的誤差.

多重存取 多重存取（multiple access）是利用相同的實體通信媒介，讓很多的使用者同時傳送資料。 如何區隔不同的使用者且避免彼此干擾，是多重存取的關鍵。 中文翻譯裡不論是多重存取、多重接進，還是多重接取，指的都是multiple access。

分頻多重存取 利用不同的傳送頻率，來區隔不同的使用者。 圖中共有3個使用者。

分時多重存取 用時間來區隔不同的使用者。分配每位使用者一個特定的時槽（time slot）輪流使用。 圖中共有3個使用者。

分碼多重存取 用不同的碼來區隔不同的使用者。使用於展頻通訊系統。 圖中共有3個使用者。

2G Cellular Telephony Global System for Mobile Communications (GSM) EIA/TIA IS-136 Digital Cellular System EIA/TIA IS-95 Digital Cellular System Japanese Digital Cellular (JDC) in Japan 我們將會介紹下面這些蜂巢式行動電話:屬於 2G 的 GSM, IS-136, IS-95 系統. 共通的特點是數位化, 不再用FM. 數位系統的通信品質較好, 提供的服務業務較多較好, 通信保密性佳, 不易盜拷或竊聽, capacity 較大, 較佳的頻譜效率, 易與 ISDN, PSTN 網路相互連結. 各國發展的環境不同, 因此對 2G 的要求也不相同. 美已有 1G AMPS 廣大用戶, 因此在發展數位系統時, 著眼於充分善用 AMPS, 所以就產生 dual mode 概念, air interface 雖有不同, 但共用 core network. 歐洲原本就有眾多不相容的類比系統, 因此在發展 GSM 時, 就放棄與現行類比系統相容的打算, 所以 GSM 是一全新的系統, 並強調 roaming 的概念, 也要與 ISDN 相容. 日本的類比系統源自美國, 因此 2G 系統與美系統很像, 無線電基本的設計概念與 GSM, IS-54 是相同的. 然而 1G/2G 是不相容. 日本的 JDC 是一個在日本自行研發 2G 系統. 在 1990 年代晚期, cdmaOne 才進入日本, 侵食 PDC 的占有率. 日本數位系統原本使用 JDC (Japanese Digital Cellular) 的名稱, 後來改名為 Pacific Digital Cellular (PDC), August 2000, world subscribers: GSM 68%, cdmaOne 13%, TDMA-136 10%, PDC 9%

Global System for Mobile Communications (GSM) (1/2) “Digital” cellular system Groupe Special Mobile of Conference Europeenne des Posts et Telecommunications (CEPT) and European des Postes et Telecommunications (ETSI) TDMA/FDD 935-960 MHz for Downlink 890-915 MHz for Uplink 200 kHz for RF channel spacing Speech coding rate 13 Kbps [GSM] Global System for Mobile Communications (GSM) is a common mobile standard defined by ETSI. CEPT 歐洲郵政電信組織： Conference Europeenne des Posts et Telecommunications ETSI 歐洲電信標準協會： European des Postes et Telecommunications 1983 開始: 提供一套跨歐洲各國相容的行動電話服務. 沒有大型 field try. GSM 希望在陸上線路系統上建立類似 ISDN 的無線網路 GSM 希望更進一步將數據和個人隱私利用數位來傳輸. 方便攜帶的SIM卡包含著顧客的身分資料. open 無線電系統設計方式, 無智慧財產權問題. GSM 系統是亞洲地區以及歐洲地區廣範被使用的 PCS 系統. 全球漫遊是GSM很大的優點.

Global System for Mobile Communication (GSM) (2/2) Frequency carrier is divided into 8 time slots Every pair of radio transceiver-receiver supports 8 voice channels. GSM Mobile Application Part (MAP) for roaming management Digital switch can provide many applications: Example: point-to-point short messaging, group addressing, call waiting, multiparty services 以下為GSM技術的概況: 935-960 MHz for base station transmission 890-915 MHz for handset transmission 200 KHz spacing FDMA/TDMA/FDD 8 channels (time slots) per carrier 13 Kbps RPE-LTP full-rate and 5.6 Kbps VSELP half-rate speech coding use of a single type of digital radio channel GMSK modulation GSM 漫遊管理協定依據 GSM MAP (Mobile Application Part) 所規範. GSM 的特性包含一般數位交換機所能提供的特性, e.g., 點對點短訊, 群體定址, 來電等待, 多方通話服務等.

EIA/TIA IS-136 Digital Cellular System (1/2) Digital AMPS (DAMPS), American Digital Cellular (ADC), or North American TDMA (NA-TDMA), IS-136 The successor to IS-54 The same spectrum used by AMPS 3 times of capacity of AMPS TDMA/FDD 30 KHz frequency spacing 當用戶的數目在美國迅速的成長, AMPS 無法提供任何足夠的容量. 為了提供高容量, Electronic Industries Association and the Telecommunication Industry Association (EIA/TIA) 提出 IS-54. 他們將數位 TDMA 和 AMPS 技術的標準合併的技術, 然而 IS-54 並未使用就轉化為 IS-136 標準 (1995年被IS-136取代) 使用與 GSM 類似的 TDMA 空中介面. 為了要使 IS-136 系統與 AMPS 並存, IS-136 使用與 AMPS 相同的頻道. 後端的核心網路也是 IS-41. 每一個 IS-136 的 channel 也和 AMPS 一樣是 30-KHz, 如此 IS-136 的手機就可以用在 AMPS 或 IS-136 頻道上. 數位化後, 就可以提供來電顯示, 認證, 語音保密等功能. 同時系統容量約為 AMPS 的三倍. 使用 IS136: 在北美 AT&T 和 Cellular One, 南美的 Telefonica.

EIA/TIA IS-136 Digital Cellular System (2/2) 2 types of channel usage: Full-rate: use 2 timeslot for a voice channel Half-rate: use 1 timeslot for a voice channel Digital switch can provide many applications: Example: point-to-point short messaging, broadcast messaging, group addressing, private user groups IS-41 standard for mobility management 通道的兩種使用型態: Full-rate: 語音通道使用兩個 timeslot 來傳語音, 數據傳輸為 13kbps. 但因為一些數據使用錯誤偵測及錯誤回修正, 真正的語音使用 8Kbps. Half-rate : 語音通道使用一個 timeslot 來傳語音, 資料傳輸率為 5kbps, 真正的語音使用約為 4kbps. IS-136 和 GSM 有相同的特徵, 使用數位交換機, 所以可以提供很多的應用 IS-136 標準有下列的規格: 869-894 MHz in 800 MHz band and 1930-1990 MHz in 1900 MHz band for base station transmission 824-849 MHz in 800 MHz band and 1850-1910 MHz in 1900 MHz band for handset transmission 30 KHz spacing FDMA/TDMA/FDD 6 channels (time slots) per carrier 7.93 Kbps VSELP or ACELP speech coding pi/4 DQPSK modulation for voice

EIA/TIA IS-95 Digital Cellular System (1/2) Qualcomm cdmaOne in USA since 1996 Korea in April, 1996. PLMN 早在 1940 美國軍方便開始使用 CDMA. 但到了 1970-1980, 展頻 (spread spectrum) 的技術才開始商業上的應用. 1993 美國採用 Qualcomm 的 CDMA 做為 IS-95 的標準. 一開始, IS-95 目標是與現有的 AMPS 類比行動系統並存, 提供 dual-mode 的服務. 所以可以想見, IS-95 後端的核心網路使用 IS-41. Qualcomm 用了 2 年訂規格, 但沒有 field try, 在 1996 開始營運, 此系統稱為 cdmaOne (i.e., IS-95). 南韓在 1991 決定將 IS-95 商業化, 本土化, 1997發展成功. 市場大多在南韓與北美. EIA/TIA IS-95 標準是使用 CDMA (code division multiple access) (CDMA) DSSS (Direct sequence spread spectrum) 的技術, 做為無線電擷取的方式. CDMA 最基本的概念是所有用戶共享相同一個很大的頻寬一起傳送訊號, 但各自使用不同的碼來萃取出自己的資料. IS-95 最大的特定是提供所謂 soft handoff, 比較不受到干擾, 使用 RAKE receiver 的技術解決 multipath fading 的問題. IS-95 手機需要在通話期間, 持續接收兩個以上基地台之間通訊, 因此在多路徑(multipath)改變時, 手機便能選擇採用訊號較佳的基地台的訊號, 提供較佳的通話品質. Vocoder Switch PSTN

EIA/TIA IS-95 Digital Cellular System (2/2) CDMA/DSSS for the air interface. A shared 1.25 MHz channel bandwidth User signals distinguished with different codes MSs links to many BSs during phone calls. No cell plan question GPS for synchronization of BSs Interference-based capacity (soft capacity) The capacity of IS-95 is 3-6 times of IS-136 system, and 10 times of AMPS. IS-41 for core network Advanced Radio Resource Management IS-95 標準有下列的規格: 869-894 MHz for base station transmission 824-849 MHz for handset transmission 1250 KHz spacing FDMA/CDMA/FDD 32 channels (time slots) per carrier 14.4 Kbps QCELP speech coding BPSK/QPSK modulation for voice Reuse factor = 1 The maximum capacity consists of 512 BTS (320 traffic channels per BTS) connected to 12 BSCs. These BSCs are then connected to a MSC (called MX) using 768 E1 lines. Interference-based capacity (soft capacity) Capacity is based on the achievable noise rise from users (not a fix number) Variable channel rates to increase system capacity (9.6, 4.8, 2.4, 1.2 kbps) Advanced Radio Resource Management Fast power control to minimize transmitted power 800 Hz for cdmaOne and cdma2000 1.5kHz for WCMA/UMTS Softer and soft handoff to performance better migration from cell-to-cell (sector-to-sector) Air-interface of IS-95 的演進為 cdmaOne IS-95A →cdmaOne IS-95B → cdma 2000 → cdma2000 1XEV (CDMA MC FDD) Core network of cdmaOne 採用 IS-41, 當演進到 cdma2000, 則採取 IS-41+Simple IP.當演進到 cdma2000 1xEV(cdma MC FDD), 則採取 IS-41+Mobile IP

Comparison of Cellular Systems AMPS GSM DCS1800 IS-136 IS-95 JDC Region 美 歐,台灣 美,韓,中國 日 Duplex FDD MAC FDMA TDMA CDMA Downlink (MHz) 870-890 935-960 1805-1880 869-894 810-826 Uplink (MHz) 825-845 890-915 1710-1785 824-849 940-956 Carrier 30kHz 200kHz 1.25MHz 25kHz Channels 1 8 6 32 3 Speech rate 10 kps 13 kps 7.95kps 8 kps 11.2 kps Channel bit rate 270.833 kps 48.6 kps 1228.8 kps 42 kps 各式蜂巢式系統的比較.

Cellular Characteristics The characteristics of the cellular system: Support high mobility Large coverage area High transmission power of BS and handset High signal process power (for handset) Low voice quality High network complexity Microcell is developed for: Low transmission power Low base station cost Increase capacity 蜂巢式系統的特色 支援手機的高度移動性. 涵蓋區域大. 基地台和手機使用較高的傳輸功率. 手機需要較高的訊號處理功率. 低語音品質. 通訊網路複雜度高. 為了增加系統的 capacity, 微細胞 (microcell) 的概念便被發展出來. 相對於一般的 cell, microcell 的涵蓋區域小, 是基於低傳輸功率, 每一個 microcell 的基地台建置成本低於大範圍的 cell 的基地台.

Low-Tier PCS 以下介紹的都是 low-tier 的 PCS 系統. 有人稱為二哥大系統. 也有人歸類為”數位無線電話系統” 包括CT2/CT2+, CT3, DECT, PHS, PACS, SST. 所謂低功率是相對於行動電話的基地台及手機發射功率大小而言，一般GSM、CDMA等行動電話系統屬於高功率行動電話，其基地台發射功率50瓦以上，手機的發射功率為2瓦；移動速度在時速200公里以下皆可有效通話，運作頻段在900MHz至1800 MHz之間，非屬於此標準者皆為低功率行動電話。

Examples of Low-Tier PCS Cordless Telephone, Second Generation (CT2) Digital European Cordless Telephone (DECT) Personal Handy Phone System (PHS) Personal Access Communications System (PACS) 無線電話與低階個人通訊服務的範例有 CT2, DECT, PHS 和 PACS. CT2 加上 BB call 在地小人稠的香港曾經是成功的例子. 所有 Low-tier 系統的前身就是一般家用的傳統無線電話 (Coreless Phone). 傳統無線電話是滿足為商業和住宅的顧客所需, 各自獨立的消費者產品。 類比無線電話在United States 有以下的特色: 46.6-47.0 MHz 為基地台傳輸 49.6-50.0 MHz 為手機傳輸 40 KHz per carrier 有效發射瓦數為20 mW Analog FM voice modulation 傳輸的能量非常低而且其涵蓋的區域非常短. 聲音的品質僅可接受. 相互干擾嚴重, 易被竊聽.

Cordless Telephone, Second Generation (CT2) (1/2) Developed in Europe since 1989. 40 FDMA channels 32-Kbps speech coding rate TDD The maximum transmit power of a CT2 handset is 10 mW CT-1 CT-1+ CT-2 在 United Kingdom, MPT1322 的標準 (sometimes referred to as CT-0) 被發展出來. 使用 analog FM, 通話品質差. 稍後, Conference Europeenne des Postes et Telecommunications (CEPT) 對於高要求而發展 900 MHz analog FM CT-1. 使用 FDMA/FDD 的技術. CT-1 用於家用的場合 下一個演進為 CT-1+, 加入 Telepoint 的概念, 使用在公共場合. 由於公共電話 (public telephones) 不易維護, 因此想要結合公共電話與類比無線電話, 稱為公眾電信點 Telepoint. 大約在公共基地台附近 100m 的範圍內, 人們可以用自己的無線電話(和家用的無線電話類似), 撥打電話出去. 不能接電話, 且移出 BS 的範圍, 電話就斷線了. 在歐洲與斯堪地那維亞的十多個城市有設立 CT-1 +. 希望 CT-1 再改進可以做為 WLL (Wireless local loop), Wireless PBX, Telephone, cellular phone 等用途. CT-2 系統 1989 年在英國開始發展. 1989 年5月英國訂定 CAI (Common air Interface) 統一的空中介面, 加入訊號系統, 解決手機與基地台不相容的問題. 在商業或家用系統的 CT-2 可以做到雙向打電話與接電話的功能 (因為位置固定). 但戶外只能打電話無法接聽. Telepoint 公共電話系統仍只能單向打電話. 沒有實施雙向通訊, 而且也沒有handoff, 以使系統簡單. 1990年中, 加拿大北方電訊提出 CT-2+. 利用增加網路的功能, 使得在 CT-2 的架構上能接電話的技術, 請參考 [1] Chapter 2.4. 提供雙向通訊和 handoff. 架在 CT-2/CT-2+ 的技術上, 易利信提出 CT-3 作為大範圍 WPBX 標準. 這個標準發展成 DECT. CT-2+ CT-3

Cordless Telephone, Second Generation (CT2) (2/2) No handoff in CT2 No call delivery in CT2 In CT2+, both handoff and call delivery are OK. CT-2 技術概括如下: 864-868 MHz 用來傳送 每一個頻道暫占 100 KHz ,全部有 40 carriers Frequency division multiple access (FDMA), 每個carrier單一通道 Time division duplexing (TDD) 32 Kbps ADPCM voice coding 有效發射能量為10 mW 高斯頻移鍵控 (GFSK) modulation 在call setup程序中, CT2 移動一個call path from one radio channel to another after three seconds of handshake failure. CT2 also supports data rates of up to 2.4 Kbps through speech codec and up to 4.8 Kbps with an increased error rate.

Digital European Cordless Telephone (DECT) (1/2) Published in 1992 TDMA/TDD 12 voice channels per frequency carrier Sleep mode is employed in DECT to conserve the power of handsets. 32 Kbps speech coding rate ETSI (European Telecommunication Standards Institute) Digital Enhanced Cordless Telecommunication (DECT) 在 1991 年發展出 DECT (Digital Enhanced Cordless Telecommunication) 而在 1993 有第一個系統出現. ETSI在1992年把DECT定為無線通訊的歐洲通訊標準, 發展 DECT 的目的, 是為了無線區域迴路 (WLL, Wireless local loop), telepoint, 無線交換機 Wireless PBX (private branch exchange), Telephone, coreless phone 等用途. 不像 CT2, 設計 DECT 的標準是專注於有高容量的 PBX, 提出 cost-effective 的產品. DECT 的特色: 使用 TDMA/TDD 技術 可以慢速移動做 handoff. DECT 使用動態頻道分配 (dynamic channel allocation), 可以動態轉換不同的 timeslot, 使頻道的使用有效率且增強通話品質 DECT 提供區域性的資料傳輸服務 (connectionless datagram service), multicast 和 broadcast. DECT 也提供 virtual circuits, 認證和資料保密. 有 DECT 與 GSM 相結合的系統, 在戶內使用 DECT, 快速移動使用 GSM.

Digital European Cordless Telephone (DECT) (2/2) DECT is typically implemented as a wireless-PBX connected to the PSTN. Dynamic channel allocation Time slot transfer Seamless handoff Dual mode: DECT + GSM DECT技術概括如下: 1880-1900 MHz 為傳輸使用 1728 KHz 調節間隔 (共10 carriers) FDMA/time division multiple access (TDMA)/TDD 12 duplexing channels (i.e., 24 time slots) per carrier 32 Kbps ADPCM voice coding 10 mW average transmitted power GFSK modulation Sleep mode is employed in DECT to conserve the power of handsets. DECT may move a conversation from one time slot to another to avoid interference, which is called time slot transfer. DECT channel allocation is performed by measuring the field strength, which is called dynamic channel allocation. DECT handoff 的規則中, 選定的新 channel 及舊 channel 可使用相同的載波頻率, 稱為無縫交遞(seamless handoff ).

Comparison of PCS Systems CT-2 DECT PHS PACS Region 歐,台灣 歐 日本 美 Duplex TDD FDD MAC FDMA TDMA Frequency (MHz) 864-868 1880-1900 1895-1918 1930-1990(down) 1850-1910(uplink) Carrier 100kHz 1728kHz 300kHz 300MHz Channels 1 24 8 Speech rate 32kps Channel bit rate 72kps 1152kps 384kps 各種 low-tier PCS 系統的整理比較.

Low-tier PCS Characteristics The characteristics of the low-tier system: Low transmission power Long talk time Small coverage area Large no. of base station Low transmission delay High voice quality Low mobility Low network complexity Low cost 低階個人通訊服務的特性有 低傳輸功率 適合長時間通話 涵蓋範圍小 基地台數目多 低傳輸延遲 高語音品質 移動範圍小 網路複雜度低 低成本

Characteristics of Cellular and Cordless Low-Tier PCS Technologies Systems HIGH-TIER CELLULAR LOW-TIER PCS CORDLESS Cell Size Large(0.5-35 Km) Medium(50-500 m) Small(50-100m) User Speed High(<=257Km/hr) Medium(<=96Km/hr) Low(<=48Km/hr) Coverage Area Large/Continuous macro cells Medium micro and picocells Small/Zonal picocells Handset Complexity High Low Handset power consumption High (100-800mW) Low (5-10mW) Speech Coding Rate Low (8-13Kbps) High (32Kbps) Delay or Latency High (<= 600ms) Low (<= 10ms) Low (<=20ms) 高階蜂巢式系統支援範圍較大的連續涵蓋區域和高速移動用戶. 低階個人通訊服務及無線電話系統只能支援局部的涵蓋區域及低速移動的用戶.

Third-Generation Wireless System 以下介紹的是第三代行動通訊系統.

Generations of Wireless Systems First Generation System: AMPS Analog voice calls Second Generation Systems: GSM, IS-136, IS-95, and low-tier systems Digital speech with low-bit-rate data services Third-Generation: Better system capacity High-speed and wireless Internet access (to 2Mbps) Wireless multimedia services (audio and video) 在 2G systems 已經提供數位的行動電話服務, 也可傳送傳真 fax, 數據資料 data, 簡訊 message, 而且使用者已經能夠漫遊於世界各個國家. 在發展 3G 時, 目標是要能希望一統各家規格, 達到一支手機擁有各種無線電介面, 可以 seamless 跨越不同系統, 也可與 2G 並存. 為了可以存取 Internet 上的資源與無線多媒體的服務 (including audio, video, and images), 所以期望 3G systems 能夠提供更佳的系統容量, 更高的資料傳輸速率. 國際電信聯合會 (International Telecommunication Union, ITU) 主導, 早期制定的通訊系統被稱為 FPLMTS (Future Public Land Mobile Telecommunication Systems) , 後來改為 IMT-2000 (International Mobile Telecommunication-2000). ITU 要求全球的業者提出方案, 再進行審查, 如果符合條件, 便將其列為標準的規格.

Third-Generation Wireless Systems 2.5G: GPRS and EDGE Bridge 2G into 3G The new features for 3G includes High bit rates, QoS, Bit rates dependent on distance 3G Data Rate Requirement Vehicular -- 144 Kbps Pedestrian --- 384 Kbps Indoor --- 2Mbps Asynchronous Transfer Mode (ATM) backbone Wideband CDMA (DS-CDMA FDD), SCDMA and cdma2000 (multi-carrier FDD) for air interface 在產生 3G 的路上, 2G 系統仍不斷的演進 (Evolution), 希望能提供新的服務而不會花費太多的成本. GSM+ 提出 HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) 與 GPRS (General Packet Radio Services) 可提供有限的數據服務. HSCSD 是利用多個 timeslot 同時傳輸以增快傳輸速率, GPRS 是改用 packet switching 的技術. GSM++ 即 EDGE (Enhanced Data rates for GSM Evolution), 利用不同的調變技術來提高其傳輸速率. 3G 的特性包括 後端有線網路使用 ATM 而無線電介面使用 W-CDMA 與 cdma2000. 不論是W-CDMA 或是 cdma2000, 都是採用 CDMA 的技術, 以提供更好的語音品質, 更高的容量與更快的傳輸速度. Air interface 還有 indoor 的 WCDMA TDD mode, Core network 可能是 GSM MAP or IS-41/Mobile IP 其實 cdma2000 在技術上並不算是 3G, 但目前大家都是這麼用 WCDMA/UMTS: 5MHz v.s. cdmaOne/cdma2000 1.25MHz 2002 cdma2000 in a mass commercial market (2001: Korea) 2003 cdma2000 in Taiwan

3G 的演進 ? 第三代行動電話演進過程，請見第九章 。 第二代 第二. 五代 第三代 cdma2000 1x Cdma2000 3xMC America IS-95A IS-95B IS-136 ? 1xEV-DO 1xEV-DV EDGE Air Interface 可能演變的途徑： CDMA IS-95A (voice, 14.4 kbps) → IS-95B (voice, 64 kbp, 已被略過) → cdma2000 1x (高品質語音, 307 kbps) → cdma2000 3xMC (高品質語音, 大於 384 kbps) → 1xEV-DO (2.4Mbps, data only) → 1xEV-DV (更高容量的語音與資料傳輸) IS-136 (voice, 9.6 kbp) → ? (可能是 cdma2000 1x, 1xEV-DO, GSM GPRS or other) GSM (voice, 9.6 kbps) → GSM GPRS (約 80 kbps) → EDGE (240 kbps) → UMTS → UMTS/HSDPA (更高容量的語音與資料傳輸) EDGE 使用更多的 coding scheme 來增加 air interface 的 capacity 與 efficiency. EDGE 並沒有更動許多 core network 部份, 所以是比較 cost-efficient migration. PDC (voice, 9.6 kbps) → PDC (voice, 28.8 kbp) → WCDMA (高品質語音資料) NTT DoCoMo 在 March 1999 就將 packet 服務加入 PDC, 變成 P-PDC, iMode 就在 P-PDC 上執行 . 日本的 ARIB 與 ETSI 成立 3GPP 發展 WCDMA, NTT DoCoMo 在 2001 春秋開始將 WCDMA 商業化. UMTS/ HSDPA GSM GSM GPRS UMTS Europe Japan PDC P-PDC W-CDMA 第三代行動電話演進過程，請見第九章 。

泛歐式數位行動電話系統 (GSM) GSM系統對我們的生活有重大的影響，故以許多的章節進行說明 泛歐式數位行動電話系統（Global System for Mobile Communication，GSM）請見第六章。 一般封包式無線電服務（General Packet Radio Service，GPRS）請見第七章。 通用行動通訊系統（Universal Mobile Telecommunications System，UMTS）請見第十章。 高速下行封包存取（High Speed Downlink Packet Access，HSDPA）請見第十一章。 全IP網路的傳輸技術（All-IP network）請見第十二章。

Section 1.4 個人通訊服務的範疇 PCS Umbrella

個人通訊服務的範疇 除了蜂巢式行動電話，其他許多無線通訊技術一樣能夠使人們享受行動通訊的便利性。 傳呼系統、中繼式無線電 、 衛星、無線區域迴路、無線區域網路、無線個人區域網路、無線都會區域網路、 無線廣域網路

傳呼系統 傳呼系統（Paging System），俗稱BB call。 透過無線電傳送數字、文字資料到特殊的傳呼機（或稱為呼叫器）上。 使用者先打電話將想要傳送的訊息送給傳呼系統業者，接著系統業者便會在每個基地台廣播。傳呼機不斷去聆聽廣播並判斷是否是屬於自己的訊息，如果是自己的訊息便接收下來，並以振鈴通知使用者。 通用的傳呼編碼是英國郵政總局發展的POCSAG碼（Post Office Code Standardization Advisory Group）。

中繼式無線電 中繼式無線電（Trunking Radio） 一些專門提供工商業界或私人專用之無線電通信服務，被歸類為“專用電信”。 例如貨運業者或計程車業者調度車輛的派遣系統。 又稱為派遣式無線電系統。 如果中繼式無線電系統除經營者本身使用外，也接上PSTN可以互通，亦提供公眾服務時，就是俗稱的特哥大。

衛星電話 衛星電話（Satellite System） 可用於廣播、固接式服務或提供行動電話服務 基本上通訊衛星就像一個中繼器（repeater），透過地面上的“通訊衛星地面站”發射電波給衛星，然後衛星再把這些訊號重送回地面。 衛星電話最大的缺點就是電波傳送時間較長，造成延遲（delay），聲音品質較差。

無線區域迴路 (1/2) 無線區域迴路（Wireless Local Loop，WLL） WLL是提供地區性電話服務的一種無線電技術應用。 有時WLL被稱為定點無線接取（fixed wireless access）。

無線區域迴路 (2/2) 有線電話 交換機 BS BS

WLL的技術 衛星技術 蜂巢式電話技術 低階PCS技術 空曠地區、島嶼等有線電話施工困難度高的地方。 適用於廣大區域、人口密度中等，只需要中等通話品質的這一類族群。 低階PCS技術 適用於區域較窄、人口稠密需要高通話品質的族群。

數據通訊產業 由於Internet的快速成長，使得數據通訊產業（data communication）與電信通訊產業漸漸地結合在一起。 無線區域網路（Wireless Local Area Network，WLAN） 無線個人區域網路（Wireless Personal Area Network，WPAN） 無線都會區域網路（Wireless Metropolitan Area Network，WMAN） 無線廣域網路（Wireless Wide Area Network，WWAN）

無線網路的範圍與規範 3GPP, EDGE (GSM) WWAN IEEE 802.20 (proposed) ETSI HiperMAN & HiperAccess WMAN IEEE 802.16 這張圖是 Intel 在說明 WiMAX 角色的圖片. IEEE 802.20 目前好像已經停止其進展 WLAN ETSI HiperLAN IEEE 802.11 IEEE 802.15 Bluetooth ETSI HiperPAN WPAN

無線個人區域網路 WPAN是針對個人活動的範圍，以無線電進行近距離通訊的技術。 傳輸速率介於250kbps到2Gbps。 涵蓋距離約在10至100公尺之間。 IEEE 802.15家族即是為此目的而制定的一系列短距離網路接取的無線通訊協定。 藍芽（Bluetooth，802.15.1） Zigbee（802.15.4） UWB（Ultra Wide Bandwidth ，802.15.3a）

無線區域網路 WLAN就是一種利用無線傳輸技術建立的區域網路，可提供室內外短距離、低移動性的高速無線傳輸服務。 請見第十四章。 傳輸速率介於11至54Mbps。 存取點的涵蓋距離約為100公尺。 請見第十四章。 半徑100公尺。

WLAN Technologies WLAN advantages: High speed service, symmetric traffic No expensive license fees International roaming possible 項目 802.11a 802.11b 802.11g 頻段(GHz) 5 2.4 2.4 傳輸距離(m) 30～50 100～300 100～300 平均速率(Mbps) 24.4 5.9 11.8 最高速率(Mbps) 54 11 54 網路安全性 佳 較差 佳 WLAN 技術發展標準之比較 WLAN 的優點: high speed service, symmetric traffic, international roaming possible, no expensive license fees, limited # of APs 2.4 GHz 為 ISM (Industry Scientific Medical) band 5 GHz 為 UNII (Unlicensed National Information Infrastructure) band 頻段 1997, 802.11b CSMA/CA 802.11a OFDM

WLAN Issues Wireless Local Area Network WLAN uses ISA bands. WLAN applications Voice over WLAN? How to manage WLAN? QoS? Mobility management? Radio resource management? Security? WLAN and 3G Partner or Competitor 使用 ISA bands 的優缺點. WLAN 的應用：機場、飯店、咖啡聯鎖店以 WLAN 上網，醫院以 WLAN 取得醫療資訊， 警局以 PDA 透過 WLAN 即時查詢車主資料，便利商店以 WLAN 整合條碼掃瞄機及盤點系統。 VoWLAN: Voice over WLAN 是目前技術上發展的一個領域. 許多固網頁者認為 Hi-Fi 是他們挽救日漸萎縮的公共電話營收的一個機會, WLAN 是 DSL 的附加價值, 增加忠誠度. (所以中華電信等業者在 92 年推 ADSL, 會附贈 WLAN AP. WLAN 沒有 QoS, handover, radio resource, mobility management, authentication, security 機制都很弱.

Enhancement on WLAN Task Group to enhance WLAN: 802.11e: MAC Enhancements for Quality of Service 802.11f: INTER Access Point Protocol 802.11i: MAC Enhancements for Enhanced Security 802.11k: Radio Resource Management Enhancements 802.11n: Enhancements for Higher Throughput 802.11r: Fast Roaming

iB3G: WLAN+2.5G GSM/GPRS: everywhere / low speed WLAN: mainly indoors / high speed SGSN GGSN PDN GPRS WLAN WGSN Roaming/Handoff Mobility Management HLR BSC 2003, 行政院國家資訊通信發展推動小組(NICI)已決定, 將在無線寬頻發展指導小組之下成立 iB3G 雙網整合辦公室 臺灣在 WLAN 設備占全球 80% 市場, cellular 手機占 10% 市場, 應率先整合 Cellular 與 WLAN, 自定雙網標準 Dual-mode handset + USB + bluetooth or IrD 54Mbps, cheap 也許從 2G 改革到 3G, 也許是一條很遠的路, 也許有另外一條路是 2.5G+WLAN WLAN 便宜, high transmission rate (11-50Mbits) 但 coverage area 小 (low mobility), 3G 貴, low transmission rate, (目前 50-80 kbits) everywhere (high mobility) 可佈滿整個空間. WLAN 和 3G 是互補. iB3G 會衝突 3G 的發展 在美國, 日本 (public) WLAN 與 3G 是與 cellular 無關, 純粹取代 ADSL 而能做 wireless access 的技術. 從 cellular operator 的角度看, 真正賺錢的仍是 voice, 看不出 WLAN+2.5G 會賺錢的所在, i.e., 沒有AP, 所以即使 WLAN 的架設成本很低, 也不想冒然投入.

無線都會區域網路 WMAN是為了取代有線的數位用戶迴路（Digital Subscriber Line，DSL）或是有線電視網路（cable TV network），以無線電傳輸大量資料、達到寬頻無線存取的需求而產生。 IEEE 802.16定義了相關的技術。 WiMAX: Worldwide Interoperability for Micro wave Access 電信總局規畫了3.4-3.7GHz給WiMAX，至於2.5G-2.69GHz則先規畫了30MHz供實驗使用。

Broadband Access DSL Cable普及率(傳輸速度) 韓 75% (20Mbps), 加拿大 36% (3Mbps), 美 18% (3Mbps), 日 14% (26Mbps) 美國寬頻傳輸速度落後於日韓. 雖然有 89% 的美國家庭有 cable, 但只有 18% 的用戶訂購. 美國可用 DSL (digital subscriber line) 月租費低於 30 美元有 500k - 1Mbps 的傳輸速度 受惠於國家政策支持 (開放 fiber-to-the-home), 人口密度高 (佈建成本低), 因此日韓的的寬頻傳輸速度快且便宜. 在韓國月租費 50 多美元便有 20 Mbps 的傳輸速度, 若 27 美元也有 3 Mbps 的傳輸速度. 美國月租費 45 多美元才有 3 Mbps 的傳輸速度. 加拿大的傳輸速度同美國.

Broadband Wireless Access (BWA) Provide wireless access to data network with high data rate Wired technolofies: ADSL, cable modem New: 3G? WiMAX? Wi-Fi? Broadband wireless access is a technology aimed at providing wireless access to data networks, with high data rates. From the point of view of connectivity, broadband wireless access is equivalent to broadband wired access, such as ADSL or cable modems. Most widely used technologies are LMDS and MMDS. LMDS (Local multipoint distribution service) 是一種採用微波通訊技術的固定無線網路(Fixed Cellular Network)，透過先進的調變技術，使訊號以高頻模式來傳輸, 雙向和高頻寬特性 。LMDS系統是一種採用蜂巢式架構的高速無線通訊服務系統。其下傳速率可達2Gbps，上行速率最高可達300Mbps，非常適合高速網路接取需求，做為用戶區域迴路使用。 MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service) 是一個使用UHF(Ultra High Frequency)的多頻段無線 “點對多點” 傳輸的電視通訊系統,只能單向傳輸。所以也可以稱MMDS為無線的CABLE TV 。 MMDS目前可以傳輸的頻道數大約在33個左右，傳輸距離在15~25英里(25~40公里)。 MMDS的優勢在於像有線電視般具有多頻道功能、裝設成本低(大約是有線的1/3)，而隨著數位壓縮技術的逐漸成熟，MMDS未來能夠傳送的頻道數也可望大幅增加至約120個頻道。 MMDS高頻率低功率的傳輸特性，也使其面臨傳輸距離過短，以及點與點之間不能有障礙阻擋等缺陷，限制了MMDS可以應用的地區，像是台灣這種多山地形就比較不適於MMDS的引進。 LMDS與基本架構極為相似的MMDS最大不同點是，LMDS使用的頻段比MMDS高，並具有微波頻率愈高，傳輸距離愈短的特性，LMDS的傳輸半徑比MMDS要小，大概只有半公里到二公里，所以每個細胞涵蓋的家庭數較少，但其雙向的特性適足以彌補此方面的不足。然而其更高的頻率，對於訊號發射器和用戶接收天線間必須沒有障礙物的要求程度更為嚴格，即使是樹葉的遮蔽也會導致訊號的漏失。 One particular broadband wireless access technology is being standardized by IEEE 802.16.

802.16 To remove ADSL To provide WMAN IEEE 802.16a: point to point, light-of-sight IEEE 802.16d: point to multipoint, non light-of-sight, mesh topology IEEE 802.16e: roaming An important aspect of the 802.16 is that it defines a MAC layer that supports multiple physical layer (PHY) specifications. 802.16 的本意在取代 ADSL, 所以一開始, 目標是一端接家中的 WLAN AP, 但透過 802.16 的無線技術, 送到 BS, 就可省去 last mile (約 30 miles). 因此 802.16a 的 mobility 是 0. 之後開始體認到 mobility 的重要性, 在 802.16e 發展 mobility, 但即使如此也只是 portability.outdoor 技術正在發展中, 保守估計只能做到 20Km. 802.16a (2003 Q1 release) 做到 point-to-point, 使用 light of sight, 所以可以使用非常高頻的 band. 802.16d 的特點是 (802.16d 目前已經 finalize): non light-of-sight, 所使用的頻率只好下拉到 5.8G/2.4G 的 ISA band, 甚至有 600 MHz, 700 MHz (這些是美國類比 TV 將要釋出的頻道). point-to-multipoint (PMP), 就可提供 fixed wireless service. mesh network, 可形成網狀的架構, 類似 ad hoc, 如軍方在戰時可快速通訊, 不需架設 Base station. 如此可提供 reliable. 802.16e 開始研究 mobility 的問題, data 傳送到 handover 後的 site 的問題. 802.16 有一個重要的aspect, 它們定義一個 MAC layer, 而底層 PHY可以有許多的選擇.

WiMax Forum Intel Vision for Broadband Wireless Access Selected system profile Conformance & Interoperability for IEEE 802.16 and ETSI HiperMAN standards Opposed to hot-spot hopping required by WiFi WiMAX 與 WiFi 其實都是產品認證的組織, 而非 standard. 然而 802.16 是政治角力下的結果, 有太多 option, 不易 inter-operability. 所以 Intel 在 IEEE 之外建立 WiMAX Forum, 定義(取出部份 802.16d 的option) 不同於 802.16 的 profile, 並建立認證中心. Intel system profile 選擇 256 OFDM PHY, 2.5GHz, 3.5GHz (licensed band), 5.8GHz Conformance: 相容於, 就是有依據 standard 的(部份)要求. 但各家的產品雖然都是 conformance, 確不見得能互通, 因其 profile 不同. Intel 在 2004 Q1, 選擇 plupfest sites & certification labs. 2005 首先測試 fixed outdoor 的應用, 類似 WLL 家用的 outdoor 天線. 2005 Q2 希望能用 indoor antenna 或 notebook 就可與存取資料. 2006-2007 希望能增加 portability. Intel Centrino 會同時內建 802.11 與 802.16. 所謂 portability 是在 handover 會斷訊, 但是可以到新的 site 不需再註冊. 所以與 mobile, 要做到 seamless roaming 有一斷距離. WiMAX 的 BS 會發送訊號到整個 metropolitan area, 因此形成 WMAN. 若是系統能允許 true wireless mobility, 就會成為 WiFi 的競爭者. 這時 WiMAX BS 的另一端不再只是 outdoor antenna, 也可以是 notebook 或 PDA. 雖然真正定義 true roaming cell-like wireless broadband 是 IEEE standard 802.20, which is compatible with WiMax

無線廣域網路 IEEE 802.20技術是針對WWAN這樣的概念而設計，採用全IP網路架構，希望能夠如同3G行動電話系統一樣，對於四處移動的用戶提供高速的資料存取。 目前IEEE 802.20已停止制定。 Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) Working Group