雖然第三代(3G)行動通訊的商用網路及手機正蓬勃發展，但原本所希冀的廣域寬頻業務似乎難以滿足未來人類對無線寬頻的要求。根據UMTS論壇在2005年的研究報告指出，至2012年，西歐地區每天的資料傳輸需求為250兆位元組，而到了2020年將成長至5,750兆位元組。若以當時預估的用戶數進行計算，每個用戶平均每天所需的資料傳輸量將高達495百萬位元組。
該報告進一步指出此大量資料傳輸需求的主要成長動力來自於行動上網，因此為滿足未來人類生活上對高速行動資料通訊的需求，並實現將多樣化的應用及服務整合至同一網路中的願景，第四代(4G)無線網路系統即成為人們下一個追求的目標。目前雖然對4G系統的看法仍意見分歧，但可以確定4G的誕生就是希望解決3G系統不足的新一代系統。
聯合國國際電信聯盟無線通訊部門ITU-R在1999年成立WP8F工作小組，主要任務就是負責3G未來發展和後3G(Beyond 3G, B3G)研究，包括頻譜規畫、遠景、業務與無線技術開發等。在2003年6月ITU-R通過的M.1654「IMT-2000未來發展及超IMT-2000的遠景框架及總目標」文中，正式定義了4G在高速移動環境下，須具有約100Mbit/s的傳輸速率，在靜止環境下須達到1Gbit/s。就目前發展來說，有些國家所稱的第四代行動通訊實際上為ITU所提出的B3G系統。
4G系統主要特點
與先前的無線通訊技術相比，4G預期在無線網路規畫上做整體最佳化的處理，以提供更多樣化的應用服務，圖1說明4G預期的系統能力。目前構思中的4G系統理應具有以下幾點特徵：
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必須在通訊網路基礎建設上進行大幅度的改造，以進一步支援更先進的無線多媒體應用服務。 |
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4G終端將不再僅是電話機而已，任何物品都有可能成為4G終端，同時世上的所有生物都可能配戴不同類型的4G終端設備。另外，4G終端除了設計和操作將更智慧化之外，也將根據環境感知(Context Awareness)來可適性調整終端的組態設定，使整體效能最佳化。 |
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4G系統應當具備全球漫遊、介面開放、能跟多種既存無線網路互通等特點，以便讓用戶及營運商可在最少的投資下過渡到4G系統。 |
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由於4G具有相當高的相容性，可採用逐步引入的方法，讓現有通訊用戶及基礎建設緩步升級，所以4G系統的建置成本相對可便宜許多；同時，4G的基本通訊費用預估將不到目前3G的十分之一，可滿足大眾的需求。
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資料來源：ITU Workshop on NGN
圖1 4G系統無線擷取能力圖 |
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新一代WiMAX發展呼聲四起
IEEE 802.16m Task Group(TGm)是IEEE 802.16為推動下一代WiMAX成為IMT-Advanced系統而成立的工作小組。由於ITU-R將於2008年10月開始審查IMT-Advanced的提案，為趕上此一時程，IEEE 802.16 TGm在2006年12月正式成立後，立即著手制定IEEE 802.16m的技術需求文件，並訂定官方的評估方法以作為未來各方提案與評估時的參考基準。技術需求文件內容規定IEEE 802.16m系統的規格，包括速率、功能與效能等，評估方法則描述在評估系統效能時的參數，包括評估項目、通道參數與流量模型等。
如圖2所示的預定時程，IEEE 802.16 TGm從2007年1月召開第一次會議之後，在2007年7月與9月分別完成技術需求文件與評估方法文件，接下來將討論各方提案，經過十個月的討論之後將於2008年7月完成系統描述文件(System Description Document)的制定，隨後即可開始進行標準細部內容的討論，並同時提交給ITU-R審查。
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資料來源：IEEE
圖2 IEEE 802.16m 預計發展時程 |
目前IEEE 802.16 TGm已經完成需求文件與評估方法文件的草稿，由於考慮到要能符合未來IMT-Advanced規格，因此需求文件與評估方法文件正式定案的時間為2008年3月，至於系統描述文件的定案時間則是2009年1月。總結來說，未來IEEE 802.16 TGm將完成的工作有：
根據現有技術需求文件的草案，可以描繪出未來IEEE 802.16m系統的概觀。IEEE 802.16m使用多重輸入多重輸出(MIMO)的多天線技術，以便對靜止用戶與行動用戶提供分別高達1Gbit/s與100Mbit/s的速率。和IEEE 802.16e相比，資料使用者(Data User)可獲得兩倍以上的速率(Throughput)。表1列出目前已經確定的技術參數。除高速率的服務外，IEEE 802.16m系統的重要功能就是要對IEEE 802.16e向下相容，向下相容的功能描述如下：
在這裡的舊型(Legacy)指的是符合IEEE 802.16-2004或IEEE 802.16e-2005規格，並使用WirelessMAN-OFDMA技術的設備。值得一提的是IEEE 802.16m也規定前述有關向下相容的功能必須是能夠關閉的，這將讓系統營運商未來可自己決定是否支援舊型設備。
此外，為了讓各業者在評估效能時能有統一參考依據，避免因模擬參數不同造成各說各話的情形，IEEE 802.16m在官方評估方法的草案中規定各式各樣從實體層到應用層的模擬參數，包括天線型式、通道模型、MAC、TCP模組、排程方法、換手策略、節點移動模式及交通量模型(Traffic Model)等。由於IEEE 802.16m具高容量與彈性應用的優勢，評估方法將包含Urban Macro-cell、Suburban Macro-cell、Urban Micro-cell、Indoor Small Office與Outdoor to Indoor等五種不同環境的通道模型；另外，在交通量模型方面，評估方法也考慮常見的應用如HTTP、FTP與VoIP等。不過，雖然大家都一致看好P2P應用在IEEE 802.16m上的發展，但在目前的評估方法並沒有將P2P應用包含在內，這可能是因為不同的P2P軟體所造成的交通量彼此間有很大的差異，且目前尚未有公認的模型可供參考所致。表2整理部分評估方法的參數。
表2 IEEE 802.16m評估方法參數 |
| Modulation |
‧Downlink：QPSK、16QAM、64QAM
‧Uplink： QPSK、16QAM |
| Duplex scheme |
‧TDD |
| Multi-antenna Transmission Format |
‧Downlink：MIMO 2x2(Adaptive MIMO Switching Matrix A & Matrix B) Beamforming(2x2)
‧Uplink：Collaborative SM for two MS with single antenna |
| Link Adaptation |
‧Downlink：QPSK(1/2)、QPSK(3/4)、16QAM(1/2)、16QAM(3/4)、64QAM(1/2)、64QAM(2/3)、64QAM(3/4)、64QAM(5/6)CQI feedback delay of 3 frames
‧Uplink：QPSK(1/2)、QPSK(3/4)、16QAM(1/2)、16QAM(3/4) |
| Control Signaling |
‧Downlink：Compressed MAP with sub-maps
‧Uplink：Initial Ranging、Periodic Ranging、Handover Ranging、Bandwidth Request、Fast Feedback/CQI channel、Sounding |
| Traffic Model |
‧HTTP、FTP、VoIP、Near real time video streaming、Video telephony、Gaming and a mix of the these traffics |
802.16m會議快馬加鞭
IEEE 802.16TGm在2006年底通過PAR(Project Authorization Project)之後，迄今已召開四次工作會議，2007年1月在倫敦的首次會議，會前先發布「Call for Initial Input regarding P802.16m Project」，重點在訂出技術需求及TGm的目標。該次TGm超過百人與會，經過三天冗長的討論後，出現下列幾項重要結論，首先是參考IMT-Advanced的時程，訂定出非常積極的802.16m工作計畫(802.16m-07/001)，希望於2008年初能訂出草案，儘快完成16m的技術提案，以便配合ITU-R時程，並得以擠入IMT-Advanced所定義的下世代行動網路標準。此外，該會議中還定義了一分802.16m的技術需求文件草稿(802.16m-07/002)。
2007年3月在奧蘭多舉行的TGm第二次會議，為加速會議的產出，特意於會前就技術需求文件草案(802.16m-07/002)進行建議文件的徵求，並在會前彙整出整合版的建議文件(C802.16m-07/76r2)，接著立刻依此建議文件進行意見的徵求。經過此次會議的討論後，修改出技術需求文件草稿第一修正版(802.16m-07/002r1)。在該次會議中，還同時針對評估方法進行建議文件的徵求，並在檢視相關提案後，決議在2007年4月13日之前彙整出整合版的評估方法建議文件(C802.16m-07/080)，並依此建議文件進行意見徵求，於2007年4月30日前產出該建議文件的第一分修正版。
TGm的第三次會議於2007年5月在波特蘭舉行，分別針對技術需求文件草稿(802.16m-07/002r1)及評估方法建議文件(C802.16m-07/080r1)進行意見徵求。此次會議中，技術需求文件部分除了對舊型的定義仍出現不同意見外，其他技術議題均大致底定，因此將據此編撰出技術需求文件草稿第二修正版(802.16m-07/002r2)。而評估方法則因時間不足處理下，授權由Editor依各提案先於2007年6月底前編輯出第二分修正版(C802.16m-07/080r2)。
TGm的第四次會議於2007年7月在舊金山舉行，會前分別對技術需求文件草稿(802.16m-07/002r2)及評估方法建議文件(C802.16m-07/080r2)進行意見徵求，並分別收到213筆及226筆意見。雖然在會議中順利解決了技術需求的213筆意見，但仍受到阻力而無法正式成為技術需求基準文件。至於評估方法部分，則由於無法完全檢視所有的意見，於會後成立Ad-hoc Group繼續處理，並產出第三分修正版。此外，在這次會期中TGm授權TGm主席依據相關提案先行準備系統描述文件範本，並向802.16大會提案新的Change Request程序，以加速後續文件的產出，但因遭遇許多的質疑因此未獲大會通過。
群雄競相參與16m標準制訂
2007年9月中旬TGm於西班牙馬拉加進行IEEE 802.16 TGm第五次會議，在該會期後將預期完成技術需求及評估方法兩分基準文件。從2007年1月TGm第一次會議開始觀察可以發現，幾乎每場會議都有近百人與會，以參與團隊來說，國內有資策會網路多媒體研究所及工研院的兩個團隊積極參與，而國外業者則包括高通(Qualcomm)、英特爾(Intel)、北電(Nortel)、中興(ZTE)、諾基亞(Nokia)、德州儀器(TI)、三星(Samsung)、阿爾卡特-朗訊(Alcatel-Lucent)、摩托羅拉(Motorola)、樂金(LG)、NextWave等公司。每次會議下來，都大約有三分之二的IEEE 802.16與會人員參加16m的會議；無論議題大小，常出現一堆人爭相發言，因此造成議事進行緩慢。
從過去的經驗來看，標準中主要議題大多仍由國際大廠掌控，且根據側面了解，英特爾、摩托羅拉與三星似乎對802.16m已有初步共識，甚至傳言將結盟來推動其所關心的技術議題。從歷史的教訓可以知道，無線通訊技術的門檻早已建立在核心技術智財權之上，因此若無法在相關標準制訂初期就加入競爭行列，未來將很難進行策略性布局，更遑論取得相關產業發展的優勢，這也成為各大廠不遺餘力積極參與16m的原因。
回顧台灣無線產業的發展過程，隨著其他新興地區工業興起，不斷衝擊以代工製造模式為主的台灣產業，儘管台灣產業不斷進行垂直整合、水平分工因應，但創造出的利基終究還是在新興地區新進者的競爭中被侵蝕殆盡，這逼迫台灣產業須重新思考新發展模式，其中，走入上游產業及自有品牌似乎是一條辛苦但又不得不選擇的路。根據筆者親自參加IEEE 802.16j的經驗得知，IEEE投票75%的多數決給了弱勢團體一些運作機會，因為一些具爭議性的議題往往會演變成兩大陣營的對決，因此只要運作得當小兵仍有機會立大功，更何況開放自由參加的IEEE 802是台灣相較容易經營的標準組織。雖說16m是否真能成為4G標準仍前途未卜，但這將是台灣摸索進入4G上游產業的一盞明燈。
(本文作者任職於資策會網多所)