3G、4G、5G背后的科学含义
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2018-12-11
13:25:35
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、、 背后的科学含义
智能型手机的问世除了带动行动世代的崛起，更加速通讯技术的革新，在几年间，数据传输率的增加让
用户享受高速行动网络新体验，、、的议题热度也始终居高不下，并跃居产官学研等单位的研究
主题。但是一般人对 乃至于 的认知，就是手机上网的速度更快，并不了解背后的科学含意，本文
将从不同通讯世代的角度切入，一步步带领读者认识这些技术背后的原理，到底什么是电磁波？什么是
带宽？不同世代的差别又在哪里？
移动电话的世代
我们常常听到广告说： ，其中 代表「代（!!"）」，代表第四代，是为了与之前的第
二代（）、第三代（）移动电话做出区隔，我们以目前全球市占率最高的欧洲系统来说明，这也是
目前台湾所使用的系统：
#第二代移动电话（）：$%系统只支持线路交换（注）的语音信道，主要透过语音信道打电话与传
送简讯，&'$系统支持分组交换因此可以上网，但是由于利用语音信道传送数据封包，因此上网的速度
很慢。
#第三代移动电话（）：(%$系统支持分组交换（注），可以用更快的速度上网，由于 的手机同
时支持 ，因此当我们使用 的手机讲电话或传简讯时，其实是使用 $%系统的语音信道来完成。
#第四代移动电话（）： )*系统支持分组交换，可以用更快的速度上网，由于 的手机大多
同时支持 与 ，因此在手机找不到 基地台时仍然会以 (%$基地台上网，讲电话或传简讯时仍
然是使用 $%系统的语音信道来完成。
其实 使用的 系统由于数据传输率很高，可以直接将语音数据切割成封包来传送，原理就和 $+,!
网络电话一样，可以让音质更好，但是分组交换通常费用是以数据传输率来计算，等于使用者讲再久费
用都一样，对电信公司来说如何收到更多钱是个问题；反观线路交换是计时收费，电信公司能够赚到更
多钱，因此目前台湾大部份电信公司的 提供讲电话或传简讯时，仍然是使用 $%系统的语音信道
来完成。
带宽的科学含义
一般人对通讯世代的认知就是愈后面的世代表示带宽（-./.）愈宽，带宽就好像高速公路，带宽愈
宽就好像高速公路愈寛（车道愈多），代表行车速度愈快，也就是通讯时数据传输率愈高；再讲简单一
点，就是手机上网的速度更快，这样的观念是对的，但是这种认知是不科学的，要解释带宽，我们需要
从电磁波说起。
无线通信传递媒介：电磁波
电磁波（ !0!"/1!）是由互相垂直的「电场（ !2!.）」与「磁场（%0!"2!.）」
交互作用而产生的一种「能量（ !0,）」，这种能量在前进的时候就像水波一样会依照一定的频率不停
地振动，如 图 （ ）所示。电磁波每秒钟振动的次数是「频率（ 3!4!,） 」，单位为「赫兹
（56）」，假设某一个电磁波一秒钟振动 次，则频率为 56，如图 （）所示；一秒钟振动 次，则
频率为 56，如图 （）所示，例如：无线局域网络（7)3 ）与蓝牙（-! ）的通讯频率为
56，意思就是它使用的电磁波每秒钟振动 亿次（在这里 的意思是 0，也就是 -，代表
亿，不是前面 、、的那个 ）。
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