自1980年第一代行動通訊(First Generation Mobile
Communication，1G)手機問世以來，大致上是依著每十年一代的節奏發展。
圖1. Mobile Phone Evolution
第一代1G手機是類比式手機，只能傳送語音信號。所謂類比式是指語音信號式以不同頻率類比式方式作處理來區隔不同的用戶，類似調頻(Frequency Modula-tion，FM)式收音機的信號處理方式。在頻寬有限情況下，能夠容納互相不干擾的頻帶有限，因此門號數非常有限，同時手機不僅貴，且大而笨重。另外，類比式信號處理不像現代數位式信號處理，可依據不同取樣率(Sampling Rate)，配合不同複雜度的演算法作數位信號處理，抗雜訊與抗相鄰載波漏洩信號的能力差，造成通話品質較差。
1992年第二代行動通訊(Second
Generation Mobile Communication，2G) GSM(Global System for Mobile
Communications)手機問世，則是第一隻數位式手機。語音信號採用高斯最小頻移鍵控(Gaussian Filtered Minimum
Shift Keying，GMSK)數位調變；高斯最小頻移鍵控調變是數據流送交頻率調變數位信號處理前先通過一個高斯濾波器(Gaussian Filter)進行預調製濾波，使調變信號在交越零點(Zero
Crossing)時不但相位連續而且平滑，來減小兩個不同頻率的載波切換時的跳變能量，使得在相同的數據傳輸速率時頻道間距可以變得更緊密。也就是在頻寬有限情況下，能夠容納更多互相不干擾的頻帶。再搭配在時域進行數位式時域多工接取(Time Domain Multiple Access，TDMA)，以時域劃分不同時槽(Time Slot)方式來處理多用戶接取。如此在有限頻寬下可容內較多頻率通道，同時搭配時域不同時槽的劃分與多工處理，大幅增加門號數目。並引入了簡訊（Short Message Service，SMS）功能，提供簡單的數據服務。作為GSM系統資料傳輸效能提升的EDGE(Enhanced Data
rates for GSM Evolution)系統，調變方式採用了效率更高的8進位相移鍵控（8 Phase Shift Keying，8PSK），後更提升至16或32進位正交振幅調變(Quadrature
Amplitude Modulation，QAM）（16或32-QAM），使得每載頻的資料傳輸能力提升至接近1 Mbps。主要頻段包括900 MHz，1800 MHz，和1900 MHz頻段。
第三代行動通訊（Third Generation Mobile
Communication，3G） CDMA手機則是在2001年開始上市。規格名稱IMT-2000（International Mobile Telecommunica-tions - 2000），同時支援聲音及數據資訊（電子郵件、即時通訊等），還提供多媒體傳送服務。3G規格是由國際電信聯盟（ITU）所制定的IMT-2000規格，存在W-CDMA、CDMA2000、TD-SCDMA、WiMAX四種標準。分碼多重接取(Code Division Multiple
Access，CDMA)是原先被美國軍方通訊採用的一種展頻技術。CDMA 行動通訊則是把話音訊號轉換為數位訊號，給每組數據話音封包一個地址進行展頻碼(Spreading Code)處理後，再把它發射到空中，只有具有相同解碼資訊的使用者，才能接收到送給自己的訊息。高通公司(Qualcomm)則解決了CDMA中至關重要的功率控制問題，並取得相關的專利。理論上，數位資訊使用CDMA技術進行編碼和解碼，可以大大提高對無線通道的利用率，增強抗干擾能力，因此在同一時間、
空間，允許很多組門號與用戶通訊。CDMA最大的優點就是相同的頻寛下可以容納更多的門號與用戶，而且可以隨語音傳送數據資訊。
全世界開始推廣第四代行動通訊技術（Fourth Generation
of Mobile Communica -tion，4G LTE）手機，最早是從2009年挪威奧斯陸和瑞典斯德哥爾摩開始提供資料連接服務，美國是在2011年開始商用，台灣則是在2014年開始啟動。4G LTE採用長期演進技術（Long Term Evolution，LTE）標準為3.5G高速下行封包接取（High Speed Downlink Packet Access，HSDPA）標準過渡到4G LTE的版本，俗稱為3.9G。LTE-A才符合國際電信聯盟無線電通訊部門要求的4G LTE標準。
4G LTE行動通訊主要建立在正交分頻多工接取（Orthogonal Frequency-Division Multiple Access, OFDMA）技術上，把高速的資料信號轉換成平行的低速的子資料流程，並使其在頻域(Frequency Domain)的子載波(Carrier)通道上傳輸，再轉換成時域(Time Domain)切分為不同訊框(Frame)、子訊框(Sub-frame)、時槽(Slot)傳送。由於可以把許多子資料載到許多的頻域子載波(Sub-Carrier)通道上，並同時運用時域作多工切分接取，因此非常彈性並有效地提升了頻譜使用效率，也就是大幅增加了系統的資料傳輸量。
在一個基地台內，某些使用者只是講電話或使用線上交談，並不會傳輸很多的數據，但另一部分的使用者，同時間可能在下載檔案或看線上影片，需要傳輸較多的數據，OFDMA 就可以彈性分配給不同使用者所需要的資源。當使用者不再需要傳輸大量數據時，
也可以快速地把資源分享給其他人使用。4G LTE標準另一個關鍵技術是開始採用多輸入多輸出（Multi-Input
Multi-Output，MIMO）傳輸技術，能利用發射端的多個天線各自獨立發送訊號，同時在接收端用多個天線接收並恢復原訊號。
但是為隨著各種多媒體應用在手機平台的普及，追求越來越高的解析度與更多空間影像的展現，行動通訊用戶對於頻寬與傳輸速率有越來越大的需求，手機用戶對於頻寬的需求也越來越大，也促使第五代行動通訊的相關技術與標準的制定。第三代合作夥伴計劃（3rd Generation Partnership Project，3GPP）已在2018年六月完成Release-15涵蓋至52.6GHz毫米波頻段；預計2020年第一季並將完成Release-16涵蓋至100GHz毫米波頻段之第五代無線行動通訊(Fifth Generation Mobile Communication，5G)標準的制定。
新一代行動標準的制定，通常是先勾勒十年後的典型使用場景與服務，再根據所定義使用場景與服務的需求，定義所需要的相關技術目標，接著再根據這些技術目標由各國各通訊廠商提出各種技術提案進行評估與審查，最後再由標準制定組織定義出符合所定義技術目標的各項技術與標準。
IMT-2020計畫，是國際電信聯盟（International Telecommunication Union，ITU）於2015年6月22日工作會議所提出與公佈的5G計畫，並將5G系統正式命名為IMT-2020。根據IMT-2020針對2020年後所勾勒的使用情境，如圖1所示，包括各種新型的室內應用與業務，像辦公室、會議室、商場、火車站和機場、…等人群密集的場所；都會密集區的街道和舉辦像跨年晚會等較開闊的廣場、百貨商場…等。另外，也預期在2020年之後將有超過500億個無線裝置聯上網，即所謂物聯網(Internet of Thing，IoT)或萬物聯網(Internet of Everything，IoE)服務，將會有非常大聯網容量的需求。
圖2 IMT-2020 5G Scenarios
METIS (Mobile and wireless communications Enablers for the Twenty-twenty Information Society)則是一個在歐盟第七框架下組成的跨國、跨產業、跨區域的國家層級專案研發計畫，主要任務在為5G行動和無線通訊系統理論與技術基礎，完成與奠定早期全球共識與提供ITU-R願景建議。根據METIS針對第五代行動通訊在2020年之後所定義的使用情境與技術需求，如圖3所示，就最高峰值傳輸速率而言，必須是2010年傳輸速率的10到100倍，而最大傳輸容量則是2010年的1000倍。
圖 3. METIS
(Source:
METIS ”Mobile and Wireless Communications system for 2020 and beyond (5G)”
presentation slides)
國際電信聯盟（International
Telecommunication Union，ITU）也針對IMT-2020 5G的使用情境，定義包括增強型行動寬頻 (enhanced Mobile BroadBand，eMBB)應用、機器類型通訊(Machine Type Communications， MTC)應用、與超可靠低延遲通訊(Ultra-Reliable and Low Latency
Communications，URLLC)應用等三大類應用場景與關鍵能力需求，有如圖4所示。而對增強型行動寬頻應用(eMBB)的關鍵能力需求來說，最關鍵的能力就是超低延遲(Ultra-Low Latency)、峰值傳輸速率(Peak Data Rate)與單位區域內的傳輸容量(Area
Traffic Capacity) 。對許多超高解析度與多空間影像的影音應用而言，若許多內容資訊都必須不斷地從局端下載，單只是空中傳輸端傳輸速率很快並不能達到超低延遲的要求，因此5G針對超低延遲重新定義了許多新的技術，包括網路功能虛擬化(Network Function Virtualization，NFV)、軟體定義網路(Software- Defined Network，SDN)、雲端無線接取網路(Cloud Radio Access Network，C-RAN)、自我組織網路（Self- Organization Network，SON）、與行動邊緣運算 (Mobile Edge Computing，MEC)。
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