技術與科技的結合 - 手機的演進

技術與科技的結合- 手機的演進 4991B017 謝宜珍 4991B037 金孟萱 4991B040 劉韋伶

簡介 • 通訊從有線時代走入無線通訊時代後，早期只有國防用途上在使用，之後，隨著通訊頻寬的開放，使得無線通訊開始走入市場大眾，也使得市場上有了手機的產品，隨著半導體技術的精進，與多晶片的整合，手機開始走向小型化、薄型化的外觀改變。隨著照相模組的小型化成功之後，也被整合至手機當中，成為手機必備的配備。在Apple推出iPhone，將觸控面板加注在手機面板上後，再加上人機觸控介面軟體的輔助，使得操控不再是一指按鍵，而是走入多點觸控操作的世代（圖一）。從手機的演變歷程，可以看出有三大趨勢，體積薄型化、附加多模組，多點觸控操作。

手機演變過程 按我按我按我按我按我快按我一下就好

分析【第一代行動電話網路（1G）】是指類比訊號的行動電話。最先研製出大哥大的是美國摩托羅拉公司的馬丁·庫珀博士。當時的電池容量限制和模擬調變技術需要碩大的天線和積體電路的發展狀況等等制約，這種手機外表四四方方，只能成為可移動算不上便攜。很多人稱呼這種手機為「磚頭」或是「黑金剛」等。也就是在20世紀八九十年代香港美國等影視作品中出現的大哥大。這種手機有多種制式，如NMT，AMPS，TACS，但是基本上使用頻分復用方式只能進行語音通信，收訊效果不穩定，保密性不足，無線頻寬利用不充分。此中手機類似於簡單的無線電雙工電臺，通話是鎖定在一定頻率，所以使用可調頻電臺就可以竊聽通話。

【第二代行動電話網路(2G)】： 九十年代後期大幅降價，如今已成為人類日常不可或缺的電子用品之一。目前在全球範圍內，使用最廣是第二代手機（2G），以GSM和cdmaOne為主。在中國大陸及台灣以GSM最為普及，它們都是數字制式的，除了可以進行語音通信以外，還可以收發簡訊、 MMS（彩信、多媒體簡訊）、無線應用協議等。在第二代中，為了適應網路通訊的需求，一些中間標準（2.5G）也在手機上得到支援，例如支持彩色信息業務的GPRS和上網業務的WAP服務，以及各式各樣的Java程序等。目前整個行業正在向第三代手機（3G）遷移過程中。

【第二代行動電話網路(2.5G)】： 2.5代手機也是現在常用手機，開始有上網的功能，從ＷＡＰ變成ＧＰＲＳ，從ＳＭＳ只有文字的簡訊有變成可以有聲音．圖片．錄影跟字的的簡訊，上網的速度變快了，手機由黑白變成彩色，單音變成和弦，可以照相．錄影．傳輸資料連接電腦等。

【第三代行動電話網路(3G)】： 第三代手機的開始的目標之一，是開發一種可以全球通用的無線通訊系統，但是出現了多種不同的制式，主要有CDMA2000、WCDMA和TD-SCDMA在競爭。這些新的制式都基於CDMA（碼分多址）技術，在網路頻寬利用和數據通信方面都有進步發展。也就是說上網速度技術的大幅提升，因此給了智慧型手機奠定了一個發展的立足點。

【第三代行動電話網路(3.5G)】： 3.5G手機偏重於安全和數據通訊。一方面加強個人隱私的保護，另一方面加強數據業務的研發，更多的多媒體功能被引入進來，手機具有更加強勁的運算能力，不再只是個人的通話和文字信息終端，而是更多功能性的選擇。移動辦公及對通訊的強勁需求將使得手機與個人電腦的融合趨向加速，手機將逐漸擁有個人電腦的功能，也就是說「智慧型手機 =微型電腦」。手機會更加智能化，微型化，安全化，多功能化。 3.5G的手機現在已在台灣發行，並在市面上發售。

【第四代行動電話網路(4G)】： 主要條目的解釋 LTE是無線數據通訊技術標準。LTE的當前目標是藉助新技術和調變方法提升無線網路的數據傳輸能力和數據傳輸速度，如新的數位訊號處理(DSP) 技術，這些技術大多於千禧年前後提出。LTE的遠期目標是簡化和重新設計網路體系結構，使其成為IP化網路，這有助於減少3G轉換中的潛在不良因素。全IP基礎網路結構，也被稱作核心封包網演進，將替代原先的GPRS核心封包網，可向原先較舊的網路如GSM、UMTS和CDMA2000提供語音數據的無縫切換。簡化的基礎網路結構可為運營商節約網路營運開支。舉例來說，E-UTRA可以提供四倍於HSPA的網路容量。

數位訊號 • 當一個人對著麥克風說話的時候，麥克風會將音波轉換成連續的電波，而數位系統首先要做的就是將此連續的電波分成很多的片段，每一片段得到的電壓稱為取樣電壓，然後將取樣電壓依其大小付予一個相對的二進制的值(數碼)，這樣的處理稱為類比至數位轉換(A/D)，轉換後的數碼再經過數位處理機加以運算，以此例而言運算的目的在將輸入的數碼乘以使用者要求的倍數，因此經過數值處理機運算後得到另一組數值較大的碼，此數碼再經由數位至類比轉換(D/A)電路轉換成電壓，一個連續的輸入電壓經由處理後至類比輸出端已是被放大的電波了，由於此種系統負責處理放大倍數的電路是數位處理機(一般電腦包含的功能)，主要作用在於數碼的運算及處理，因此本例可稱為是一個數位系統的放大器了。

類比訊號 • 麥克風輸入的電波經由一個電波放大器，直接將輸入的電波以電晶體原有的放大特性加以放大，此種音波放大的過程未經任何的數位處理，而且輸入至輸出電波都是連續性的，不像數位系統中會將輸入電波分成許多非連續性的片段來處理，因此我們可稱此放大器是屬於類比式的放大器。

數位與類比的比較 • 1)數位系統的運算精確而類比系統誤差較大 • 以前例而言，假設輸入電波經取樣後的電壓是1V，經類比至數位轉換後的編碼是0001(此碼表示數目1)，經過數位處理機加以運算後的值是0010(此碼表示數目2)，再經由數位至類比轉換至輸出端就得到2V的電壓。同理，若數位處理機所設定的放大倍數不變，取樣電壓上升為2V時，經類比至數位轉換後的編碼即是0010，再經過數位處理機加以運算後的值必然是0100(此碼表示數目4)，最後經由數位至類比轉換至輸出端就得到4V的電壓。換句話說，數位處理系統對於每一個取樣電壓做了相同倍數的放大，在此例中為2倍。然而，同樣的將1V輸入類比放大器，並調整放大器的增益(放大倍數)為2，因此輸出為2V，但是將2V輸入類比放大器時，我們得到的放大電壓可能是3.8V或4.1V，而非應有的放大電壓4V，此種誤差乃電晶體放大電路先天的特性使然，尤其是溫度變化較大的環境之下，運算值(本例是指放大倍數)就不如數位系統來得穩定可靠，所以精確的處理對於類比系統考慮就較為困難了。

(2)數位系統較類比系統不容易被雜訊干擾 • 數位系統在運算的過程中所處理的信號電壓不是高(代表1的電壓)就是低(代表0的電壓)，高低之間會留有一段容易區分的距離，此種距離容忍了一些雜訊的重疊干擾，使得數位系統分辨代表數值的高低信號不至錯亂，所以運算的結果也是穩定精確的。然而，類比系統將小信號直接透過(電晶體)放大器放大，在放大的同時雜訊也跟著被放大了，其放大的結果就可想而知了。 • (3)數位系統的信號儲存較類比系統容易 • 數位系統儲存信號時，儲存的是代表信號的數碼，而數碼可由任何1或0的型態組合，例如磁場的「強」與「弱」或「N極」與「S極」，電壓的「高」與「低」，光線的「有」與「無」，所以數位系統可儲存信號的裝製種類很多，包括磁帶機、磁碟機、隨機存取記憶體(RAM，一種以電壓儲存的記憶體)、光碟機，甚至以打孔區分有無的紙帶，以鉛筆塗抹的答案卡，都是數位系統可儲存的裝置。然而，類比系統為了要依振幅比例將信號電壓儲存下來，可以用到的方式，市面上可以看到的就只有錄音或錄影帶了，早期我們也用金屬板或塑膠板刻下音波的振幅做成唱片，但是現在已經很難找到了，因為儲存後的效果和保存期限實在不能和數位系統的CD(compact disk)相比。

(4)數位系統的信號編輯較類比系統容易 • 所謂信號編輯是指信號源的複製、修改、剪接、加回音特效、兩個以上信號源的混合等等，這對於數位系統而言只是對於一連串編碼的移動或再運算，通常一部桌上型電腦即可完成，但對於類比系統的音源編輯而言，就可能需要多台的錄音機、混音器、可程式編輯控制機等等，而且操作上對於時間點的掌握是相當麻煩的。綜合以上的分析比較，我們知道數位系統絕對是優於類比系統的，但是數位系統是不是就沒有缺點了呢？我們仔細觀察圖1.2-1中數位至類比轉換後之輸出，它仍然是由很多片段所組合成的波形，嚴格的說它與未放大前的波形相比是失真的波形，只有取樣的次數（頻率）增加時，它會更接近原來的波形，但隨著輸入電波的頻率增高，取樣頻率就要更高，這樣一來數位系統中所有電路的處理速度都要增高，儲存取樣資料的記憶容量也得要增大，這些都是我們以後在研究數位電路必須留意的地方。

產品反思

使用者效益

未來趨勢 環保功能外型更節能高效率綠材質人性化需求性時尚感客製化

結論隨著時代的演變，生活上許多的事物也變得越來越人性化，例如蠟燭演變為現在的電燈；扇子演變成電風扇和冷氣；箱型電視演變成液晶螢幕；手機則從黑金剛演變為現在人手一支的智慧型手機，可說是很多偉大的發明。發明一項東西需要有互相競爭的對手，和永不放棄的精神來研發，移動電話之所以能夠從兩個磚頭大變成現今半個手掌大，就是需要有恆心和毅力去完成。而手機從 1G 演變到 3G 也是經過多家廠商不段地發展，讓行動通訊越來越發達了。認真研究後發現，手機要跟得上人們的慾望，而不是人們要跟著手機的趨勢跑。

報告完畢

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