台灣4G LTE小常識: 頻段篇(700/900/1800Mhz) - 小丰子3C俱樂部

 中華電信、台灣大及遠傳日前取得國家通訊傳播委員會（NCC）4G行動寬頻特許執照, 台灣之星最快下周就可取得執照. 亞太電信因傳出將被國碁或其他財團(日本軟銀或台灣之星入主), 須等本月底定後, 才能確定亞太與國碁是否於年底加入戰局. 根據各業者開台規劃, 台灣的4G高速上網服務最慢將於七月開跑. 為了讓大家能夠了解4G行動寬頻服務的內涵, 版主將陸續將相關資訊整理成台灣4G LTE小常識,供大家參考. 

雖然台灣4G招標最後由六家業者標得135Mhz無線頻寬, 不過有不少頻段要等到106年6月以後才會釋出, 今年七月份的4G開台, 除中華是以1800Mhz(Band3)及台灣之星是以900Mhz(Band8)開台外, 其餘業者都是以700MHz(Band 28) 開台.  4G開台後, 各電信業者在收訊上會有那些優缺點呢? 這個議題要先由認識不同頻段1800Mhz(Band3)、900Mhz(Band8)、700MHz(Band 28)的無線電波特性談起.  以下針對各電信業者採用的頻段的優缺點與影響做解析:

 

 

 

 

1. 無線電波的特性影響基地台的架設數量與室內的涵蓋狀況:

900Mhz 與700MHz都是屬於低頻訊號(<1 GHZ),無線波長長無方向性 功率傳送增益大, 繞射能力強, 所以基地台的架設數量可以降低且室內的收訊會比較好, 最大的缺點是基地站的承載量較小; 1800MHz則屬於高頻訊號(>1 GHZ),無線波長短有方向性 電波穿透力強但衰減大, 繞射能力差, 室內的死角會比較多, 最大的優點是基地台的承載量較大, 可以容納較多的使用者. 

 

 

目前台灣的3G大都使用2100Ghz的頻段, 收訊最大的問題是室內死角多. 4G開台後, 除了中華電信以外, 其他採用低頻頻段的業者將可大幅改善室內死角的問題. 

 

 

由於無線電波特性的不同, 在相同覆蓋率下, 使用不同頻段的業者必須架設的基地台數量是不一樣的. 民營電信業者目前都是使用低頻率頻段, 必須架設基地台較少, 如果業者快馬加鞭, 搶在六月開台並非難事. 不過為了美化Q2財報不必攤提4G資本支出, 7月1日統一開台的機會最大.

使用700 mHZ與900Mhz頻段的業者因無線電波特性的優勢, 在訊號涵蓋範圍與收訊死角獲得較好的表現. 但較少的基地站就像上高速公路的交流道較少, 代表更大範圍的用戶會同時使用一個基地台(交流道)大增, 加上低頻訊號本身基地台承載量較小的特性 ,當4G用戶大量增加時, 就容易發生車流塞在有限的交流道閘道的狀況一樣造成上網大塞車的問題.   

為何不同頻段的基地台有最少與最適數量兩個數字呢? 由於民眾抗爭架設基地站難覓, 沒辦法將基地站都蓋在最適點. 以使用700 mHZ的電信業者為例, 雖然基地台的架設只要2800座以上就可以讓全台有80%以上的涵覆蓋率, 但因無法都在最適點架設基地台加上部分地區因為地形地貌的限制或是用戶較多,所以4000座才會是最合適的基地台數量. 再者, 為補足低頻訊號基地台承載量較小的問題, 不少民營業者都規劃6000個基地站, 來補強低頻基地台用戶容量不足的問題. 

 

 

基地台站少, 還有一個罩門就是在收訊邊緣的用戶, 會因基地台擁擠或塞車, 而收不到訊號.行動通訊本身是一個蜂巢式的運作架構, 基地台本身與基地台本身會以蜂巢式方式連結. 當單一基地台用戶過多時,  該基地台會縮小涵蓋範圍以維持一定的運作品質, 此時在各基地台交接範圍的地區就類似高速公路的交流道閘道被管制關掉一樣,容易發生收不到訊號的狀況. 以目前3G為例,有些地區在上網巔峰時間(如晚上)就容易收不到訊號, 但離峰時間又收訊良好. 這不是基地台會像幽靈一樣到處飄移, 而是蜂巢式行動通訊系統的特性. 由於4G寬頻上網佔用頻道狀況遠高於語音通話,遠離基地台的用戶就必須忍受訊號強度飄移不定的困擾.   

 

 

 2. 不同頻段可以適用的手機不一樣:

目前全球的LTE頻段並不一致, 以全球已知的LTE 頻段而言，LTE/LTE FDD即有29個頻段，TD-LTE則有12個頻段, 扣除頻段重疊, 若要支援全頻必須有30個頻段.  台灣的700mHz頻段(Band 28)是全球首先開放的頻段, 美國雖也有類似頻段(Band14, 17),  但兩者並不一樣, 無法通用. 

 

目前可以支援700mhz的手機只有7款, 七月開台時大概會有20幾台, 不過還是有單價較貴且可選擇較少的問題. 尤其九月份亮相的iPhone6初期並不會支援, 比較麻煩. 

      

 

  

3. 多頻段有何好處?

頻段高低與無線電波的特性有關,會影響基地台的覆蓋率與用戶容量.低頻頻段有利增加涵蓋率, 高頻頻段有利增加用戶容量 ; 頻寬則會影響資料傳輸量, 就像高速公路的車道寬度一樣, 頻道越寬車道寬度就會越大, 可以容納的車越多, 可以跑的速度越快; 基地台多寡,就像高速公路的交流道. 基地台越多, 就可以同時讓更多的用戶登上高速公路. 在固定且有限的高速公路道路上, 若同一時間同一交流道想進入的車太多,就容易塞車, 甚至被擠下高速公路. 

目前電信三雄與國碁都標下兩個不同頻段,  針對年底即將開標的2600Mhz頻段也是磨刀霍霍!為何電信業者要汲汲營營花重金標下不同頻段呢?

由於高速上網非常耗用頻寬, 但是無線寬頻有限無法像有線寬頻透過多拉幾條光纖就可以擴大頻寬, 若要克服頻寬不足的問題, 首先就必須取得更多的無線頻段. 再者, 就是利用LTE載波聚合技術整合不同頻段的資源來增加網路傳輸速率及資料量的低成本高效益解決方案. LTE載波聚合技術主要透過四種方式, 一是在不同的頻率上透過整合最佳傳輸頻寬及吞吐量效能的方式達到傳輸資料量最大化；二是透過選擇對使用者較有傳輸效率的不同頻段及基地台來增進系統傳輸效能；三是藉由頻率和系統的負載平衡提供更好及穩定的品質，當某個頻率傳輸量壅塞時，系統可將使用者無縫轉向未使用的其他頻率或系統上進行傳輸；四是使用更佳的頻率及頻寬分配方式來降低干擾。

 

電信業者若擁有不同頻段, 利用LTE載波聚合技術,一則可以增加總無線頻寬, 容納更多用戶, 更可充分利用高頻與低頻兩種頻段的無線電波特性將4G LTE的效率發揮到最高, 這就是各電信業者布局高低階頻段的主因. 不過,台灣4G開台初期, 各業者都只有一個頻段可以使用, LTE載波聚合技術暫無用武之地. 

 

各電信業者4G開台後, 各有那些優缺點呢? 中華電信使用擁有15 mHz的高頻頻段,可以容納的高速上網用戶最多, 且名目上可以提供的最高上網速度也最快(可高達100Mbps), 幾乎可以適用所有支援LTE手機, 但缺點是必須架設比低頻頻段兩倍以上的基地台才可擁有同樣的覆蓋率. 換言之, 中華電信4G開台初期在六都以外的邊遠地區或是原本3G收不到的死角, 4G訊號將會不佳. 遠傳、台灣大哥大、台灣之星使用低頻頻段, 涵蓋率與收訊死角可能會贏過中華電信, 但若用戶增長過快, 塞車問題恐怕會很嚴重, 而且若是基地台交界之處的用戶,  容易會發生收訊時好時無的狀況, 這都必須透過業者不斷增加基地台來克服容量不足的問題.  目前對於遠傳與台灣大哥大拓展4G業務最大的挑戰是可以適用的手機相對有侷限, 尤其是今年非常受矚目的 iPhone6.

至於三雄以外的業者, 就現狀而言, 很難與電信三雄相抗衡. 幸好, 由國外4G業者的經驗, 新業者只要策略運用得當, 小蝦米還是可以對抗大鯨魚. 不過, 到底亞太電信情歸何處, 等底定後, 再來解析囉!