淺談流動電話網絡 淺談流動電話網絡 李子健先生 DEPARTMENT OF PHYSICS, HKUST 香港科技大學 --- 物理學系.

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1 淺談流動電話網絡 淺談流動電話網絡 李子健先生 DEPARTMENT OF PHYSICS, HKUST 香港科技大學 --- 物理學系

2 淺談流動電話網絡  起源  電磁波  流動通訊的誕生及演進  未來發展  流動電話網絡  網絡控制  電腦模擬 淺談流動電話網絡

3 無線電通訊的起源  發現電磁波 麥斯威爾 (Maxwell) 1864 英國物理學家麥斯威爾 (Maxwell) 以理論引導出 “ 電 磁波應該存在 ” 的結論  赫茲實驗 赫茲 (Hertz) 1888 德國物理學家赫茲 (Hertz) 以 實驗來證明麥斯威爾的理論 淺談流動電話網絡

4 赫茲實驗 淺談流動電話網絡

5 無線電通訊的起源  實現無線通訊 馬可尼 (Guglielmo Marconi) 1895 意大利年輕發明家馬可尼 (Guglielmo Marconi) 改良了 赫茲實驗，成功完成 1.7 公里 長的無線電報機實驗 1901 於十二月十二日完成了橫越 大西洋的無線電通訊 馬可尼 1909 馬可尼獲得了諾貝爾獎 淺談流動電話網絡

6 電磁波 甚麼是電磁波？ 光速 c = 3x10 8 m/s = 300,000km/s 淺談流動電話網絡 http://www.ngsir.netfirms.com/chinesehtm/TwaveA.htm

7 頻率 (Frequency)  單位：赫茲 (Hz)  例子：  叱吒 903 – 90.3MHz (FM)  香港電台普通話台 – 621kHz (AM)  電腦 CPU – 1GHz, 2GHz  交流電（香港） - 50Hz 淺談流動電話網絡

8 頻譜 (Spectrum) 電磁波頻譜 (Spectrum) 淺談流動電話網絡 珈瑪射線 硬 X- 射線 軟 紫外線紅外線 可見光 無線電波

9 無線電波 甚麼是無線電波？ 電磁波  是電磁波的一種  無線電波只佔整個電磁波頻譜中的一部分 30kHz3000GHz  頻率在 30kHz 至 3000GHz  無須  無須通過有線媒介傳播 淺談流動電話網絡

10 特性 無線電波的特性  反射 (Reflection) 折射 (Refraction)  反射 (Reflection) 及折射 (Refraction) 淺談流動電話網絡

11 特性 無線電波的特性  繞射 / 衍射 (Diffraction) 淺談流動電話網絡

12 特性 無線電波的特性  干涉 (Interference) 淺談流動電話網絡

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14 香港頻率劃分圖表 淺談流動電話網絡 http://www.ofta.gov.hk

15 誕生演進 流動通訊的誕生及演進  二十世紀 20 年代至 40 年代初 – 使用範圍小，主要使用對象是船舶、飛機、 汽車等專用移動通信以及運用在軍事通信中。  40 年代中至 60 年代末 – 流動通訊向小型化方面大大前進了一步。美 國、日本、英國、西德等國家開始應用汽車 公用無線電話。 淺談流動電話網絡

16 誕生演進 流動通訊的誕生及演進  70 年代至 80 年代 – 美國貝爾實驗室 (Bell Lab) 推出的蜂窩式移動 通信系統的概念，蜂窩式系統開始應用，是 第一代流動通信系統。  90 年代中至今 – 推出第二、第三代流動電話通訊系統。 淺談流動電話網絡

17 第一代流動電話 (1G)  第一代的行動電話系統屬於類比式 (Analog) 系統  主要用於語音傳輸  例子： AMPS, NMT, TACS  缺點：容量小 ， 通話品質差 ，容易被 盜 拷與竊聽 淺談流動電話網絡

18 第二代流動電話 (2G)  第二代的系統為數位式 (Digital) 系統  可提供語音 / 數據 / 傳真傳輸，以及一系列 加值型的服務  目前還在演進當中  例子： GSM, CDMA  缺點：於數據傳輸速度慢 (9.6 ~ 14.4 kbps) 淺談流動電話網絡

19 第二代流動電話 (2G) 香港流動電話統計 淺談流動電話網絡

20 數碼式類比式 數碼式 vs 類比式 1 類比式訊號數碼式訊號 淺談流動電話網絡

21  反射 (Reflection)  折射 (Refraction)  繞射 / 衍射 (Diffraction)  干涉 (Interference) 淺談流動電話網絡 數碼式類比式 數碼式 vs 類比式

22 ( ( ( ( ( ) ) ) ) ) 數碼式類比式 數碼式 vs 類比式 淺談流動電話網絡

23 接收到處理後 失真雜音 類比式 淺談流動電話網絡

24 1 1 接收到處理後 成功還原 數碼式 淺談流動電話網絡

25 Global System for Mobile Communication (GSM)  採用數位式蜂窩系統  分時多工存取技術 TDMATDMA (Time Division Multiple Access, TDMA) 時槽 Time Slot  不同時槽（ Time Slot ）可以分別傳送不同 的訊號 淺談流動電話網絡

26 Global System for Mobile Communication (GSM) 淺談流動電話網絡 時間 時槽 (Timeslots)TDMA

27 Code Division Multiple Access (CDMA)  採用數位式蜂窩系統  劃碼多路進接存取為技術 CDMACDMA (Code Division Multiple Access, CDMA) 密碼 Code  每個用戶分配了各自特定的密碼 (Code) 淺談流動電話網絡

28 速度  3G 傳輸速度 – 2Mbps （靜止） –384kbps （步行） –114kbps （快速移動） 動態影像  具語音、文字、靜態影像、動態影像等 多媒體傳輸的特點與能力  取實際資料傳輸量為收費標準  於二零零三年至二零零五年間發展成熟 第三代流動電話 (3G) 淺談流動電話網絡

29 第二點五代流動電話 (2.5G) 過渡性  為 3G 之前的過渡性產品  2.5G 的速度較 2G 增快許多 (114kbps) GPRS  例子： General Packet Radio Service GPRS 通用無線分組業務技術 GPRS （通用無線分組業務技術） 淺談流動電話網絡

30 第二點七五代流動電話 (2.75G) 淺談流動電話網絡  為 2.5G 之前後， 過渡性 3G 之前的過渡性產品  2.75G 的速度較 2.5G 又增快許多 (384kbps) EDG EEDGE)  例子： Enhanced Data rates for Global Evaluation (EDGE) 全球演進式數據速率增強技術 （ 全球演進式數據速率增強技術 ）

31 未來發展  低價化  多功能  體積小 淺談流動電話網絡

32 藍芽 Bluetooth 未來發展（藍芽 Bluetooth ） 2.45 GHz  運作原理是在 2.45 GHz 的頻帶上傳輸， 除了資料外，也可以傳送聲音。 10 目標 100m  傳輸範圍達 10m （目標 100m ） 1Mbps  藍芽技術傳輸量大 ( 高達 1Mbps) 低  耗電量低  全方位  全方位傳輸 七  同時可傳輸至七個目標 淺談流動電話網絡

33 藍芽 Bluetooth 未來發展（藍芽 Bluetooth ） 淺談流動電話網絡  任何有內置藍芽晶片的電子產品，皆可 透過藍芽無線傳輸資料

34 淺談流動電話網絡

35 網絡 為何需要網絡？ 淺談流動電話網絡 細胞 (cell) 頻道再用 (Channel Reuse)

36 蜂巢式 為何需要蜂巢式網絡？  能密鋪平面的正多邊形：  正三角形 46 2 5 31 46 2 5 31 46 2 5 31 46 2 5 31 46 2 5 31 46 2 5 31 46 2 5 31 淺談流動電話網絡 100 / 6 ≒ 17

37 蜂巢式 為何需要蜂巢式網絡？  能密鋪平面的正多邊形：  正方形 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 1 3 4 2 淺談流動電話網絡 100 / 4 = 25

38 蜂巢式 為何需要蜂巢式網絡？  能密鋪平面的正多邊形：  正六角形 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 淺談流動電話網絡 100 / 3 ≒ 33

39 蜂巢式 為何需要蜂巢式網絡？ 3 1 2 6 75 4 3 1 2 6 75 4 3 1 2 6 75 4 3 1 2 6 75 4 3 1 2 6 75 4 淺談流動電話網絡

40 換手（ Handoff ） 淺談流動電話網絡

41  丟掉機率（掉率， Dropping Probability ） 系統允入控制機制 （ Call Admission Control ） 淺談流動電話網絡

42 系統允入控制機制 （ Call Admission Control ）  堵塞機率（堵率， Blocking Probability ） 淺談流動電話網絡

43 系統允入控制機制 （ Call Admission Control ）  丟掉機率（掉率， Dropping Probability ） – 由一個細胞（ Cell ）走往另一個細胞時，由於 線路（ Channel ）不足，導致丟掉 （ Dropped ）。  堵塞機率（堵率， Blocking Probability ） – 新撥的電話（ New Call ）細胞內的線路不足， 導致堵塞（ Blocked ）。 淺談流動電話網絡

44 系統允入控制機制的方法 （ Call Admission Control Methods ）  Complete Sharing (CS) – 完全不控制  Trunk Reservation (TR) – 現時使用中  DCA –IBM 專家建議的方法  SDCA – 我們現正研究中的嶄新方法 淺談流動電話網絡

45 SDCA SDCA 的優點  能透過電腦運算，作出準確的預測  能有效地把掉率控制在 1% 以下  能充分善用整個網路的線路，把使用率 盡量提高 淺談流動電話網絡

46 SDCA SDCA 的優點 淺談流動電話網絡

47 SDCA SDCA 怎樣作出準確的預測？ 擴散作 用 Diffusion  細胞中線路使用量的改變有如〝擴散作 用〞 (Diffusion) – 如一滴墨水滴入一盆清水之中，墨水就會開 始向四方八面擴散 淺談流動電話網絡

48 電腦遊戲 （模擬網絡控制） 淺談流動電話網絡 網絡細胞 使用中線路 掉線 平均使用 新撥電話 接納的新撥電話 掛斷 網絡控制 自動 / 手動 難 / 易 成功撥入電話

49 電腦遊戲 （結果） 淺談流動電話網絡

50 總結 淺談流動電話網絡

51 總結  蜂巢式網絡  頻道再用  丟掉、堵塞  SDCA  3G 後 …… (3G+, 4G, 5G) 淺談流動電話網絡

52 香港科技大學物理系 王國彝博士 李鳳瑩小姐 姜弋先生 香港科技大學教學促進中心 鳴謝 （排名不分先後） 淺談流動電話網絡 http://physics.ust.hk/genphys