從黑金剛到智慧型手機，行動電話發展史

電話（Telephone）英文名來自希臘語：「tēle」（τῆλε，意為「遠」） 及「phōnē」（φωνή，意為「聲音」）， 指一種可以傳送與接收聲音的遠程通訊裝置。早在十八世紀，歐洲已有「電話」一詞或構想，指用線串聯而成的話筒（以線串起的杯子）。

貝爾發明電話

電話的出現歸功於亞歷山大‧格拉漢姆‧貝爾（Alexander Graham Bell），一位加拿大發明家和企業家。

他獲得世上第一台可用電話機的專利權，並創建了貝爾電話公司（Bell Telephone Company），即著名 AT&T 美國電話電報公司（American Telephone & Telegraph Corporation）的前身。 早期的電話機原理為：說話聲音為空氣裡的複合振動，可傳輸到固體上，透過電脈衝於導電金屬上傳遞。

貝爾於 1876 年 3 月藉此申請了電話的專利權。 此後，電話通訊便以傳統模擬話音訊號 （Analog Signal），將發放出的聲波（sound waves）轉換成 電子訊號（electrical signals），來傳遞說話。 歷史上，電話的改進和發明包括：碳粉話筒式（Carbon transmitter）、人工交換板撥號式、撥號盤式 （Rotary dial）、雙音多頻撥號模式（Dual-Tone Multi-Frequency, DTMF），通常用於發送被叫號的電話號碼。

使用雙音多頻信號前，被叫號碼會藉一連串的斷續脈衝來傳送，稱為「脈衝撥號」。雙音多頻信號乃貝爾實驗室（Bell Laboratories）為了自動完成電話通訊而發明。 最早期，固定電話系統通常稱為公用電話交換網。交換機與使用者的電話之間常以銅線連線。

通訊技術數位化

近代，數位化的電話網路通訊技術出現，使電話通訊步入數位化，其後，光纖（Fiber optic）逐步代替銅線。同時，模擬話音訊號（Analog Signal）進一步被採樣並量化成數位訊號，以便在數位交換傳輸網路中傳遞。

近代的電話通訊亦由傳統舊有模擬電話（Analog phone），逐步發展成數位化的電話網路通訊技術， 1988 年，一種在歐洲普及的電話網路形式，稱為「整合服務數位網路 （Integrated Services Digital Network，簡稱 ISDN）」，這是一種經過數位化的電話網路通訊的國際標準，為典型的電路交換網路系統（Circuit-switching network）。它透過普通的銅纜以更高的速率及品質傳輸語音和資料。行動電話 GSM 標準也可基於 ISDN 去傳輸資料。

ISDN 乃全數位化的電路，只有「0」和「1」兩種狀態，因以能夠提供穩定的資料服務及連線速度，不像傳統模擬電話那樣，容易受到干擾而被影響。 因此，數位化線路電話通訊提供的通訊服務更優質。 除了撥打功能，ISDN 還提供視訊、視像會議、影像、傳真、遠距教學、個人電腦通訊與資料服務。

行動網路通訊技術方面，亦由模擬行動電話（Analog mobile telephone），急速發展成現今數位化的手機（Digital mobile telephone）。

世界上的第一支行動電話

早在 1940 年，美國摩托羅拉公司（Motorola）為美軍製造手持式無線對講機，開啟了行動通訊的第一步。

當時的無線電通訊設備非常笨重，即便號稱是「手持」，但若包含無線電跟電池，全部重量可達 25 公斤，因此除了軍用外並無民間使用。第一個商用的行動通訊系統是 1944 年安裝在計程車上的對講機，但真正被眾多使用者接受的，則是在 1982 年開始的先進移動電話服務系統（advanced mobile phone service, AMPS）。

1973 年，美國摩托羅拉公司（Motorola）總經理，人稱行動電話之父的馬丁・庫珀（Martin Lawrence Cooper）研發出世界上第一部行動電話。

受到當時的電池容量以及模擬調製技術的限制，全球第一支手機 Motorola Dyna TAC 外型四四方方，搭配上長長的天線。幾近於磚塊的重量與造型，讓它有了一個綽號：「黑色磚頭」或「黑金剛」；也有人因為它被掛在腰間的模樣，將它稱作「水壺」。

有趣的是，史上第一通行動電話就是打給 AT&T 美國電話電報公司的貝爾實驗室，當時貝爾實驗室也正在研發行動電話，摩托羅拉公司撥的對象是貝爾實驗室的頭兒 Joel Engel 博士，貝爾實驗室在不知情的情況下成為第一通行動電話的接收方，倒也有點歷史交棒、典範轉移的寓言味道。

不過，最初的 Dyna TAC 手機，不僅外型龐大、重量等於現在一臺筆記型電腦，電池續航力更只有短短 30 分鐘。如果電力耗盡，要把電池充飽還得花上 10 個小時，只有經濟條件好的人才買得起，因此就把持有手機的人叫做「大哥大」。

第一代行動通訊

1G（1st generation）是第一代移動通信的簡稱，也是類比式行動電話系統。所謂類比式的通訊，就是把聲音訊號直接以調頻（FM）訊號的形式調變，與平時收聽的 FM 廣播原理相同，而電話開機時會有微弱的沙沙聲，只是其頻率的範圍與 FM 廣播的不同。但這種方式的通訊保密性差，有些手持式無線對講機只要調整至與目標對象相同的頻率，就可以偷聽到通話內容。

第二代行動通訊

以類比訊號進行語音傳輸，會有較多雜音跟串音（迴音）的問題，因此第二代（2nd generation, 2G）行動通訊技術把語音訊號數位化。

一般人耳能接收的頻率範圍大約是 20Hz ∼ 20 KHz，其中耳腔的諧振頻率是 1 ∼4 KHz，因此對這個頻率也最敏感。數位音訊是從類比訊號中採樣，把它轉換成二進位（1／0）的訊號，再以數位方式傳送或儲存，透過加密技術也避免了通話被偷聽的問題。

2G 行動通訊系統除具有通話功能外，也引進了簡訊（short message service,SMS）功能。在 2G 後期的系統中也支援少量的資料傳輸與傳真，但因為速度緩慢，只適合傳輸量低的電子郵件或軟體等資訊。

改變世界的智慧型手機

1994 年， Motorola Dyna TAC 問世後的第 20 年， IBM Simon 研發出了目前世界上公認的第一支智慧型手機。不僅使用觸控式鍵盤，也以軟體應用程式為賣點──現在聽起來習以為常的功能，在 20 世紀末可是個宏大的理想。

事實上，IBM Simon 在當時並不被歸類為智慧型手機，但是它已經擁有許多現在智慧型手機的功能，如行事曆、筆記本、e-mail、簡訊功能等等。至於真正的智慧型手機，要等到 2007 年，蘋果執行長史蒂夫・賈伯斯（Steve Jobs） 在加州舊金山最大會展中心「莫斯康尼中心」（Moscone Center）發表第一代 iPhone，觸控螢幕才真正以行動電話之姿問世。

賈伯斯（Steve Jobs）在 2005 年提出驚人想法，研發一款類似平板電腦 iPad 的新型電腦，且移除實體鍵盤和滑鼠，改採用觸控式螢幕操作，但當他看到模型後，決定把這款電腦加上通訊功能，自此展開研發 iPhone 的機密計畫「Project Purple 2」。

蘋果公司與 AT&T 美國電話電報公司進行秘密合作，AT&T提供的研發資金高達1億5000萬美元（約新台幣48億元），且AT&T給予蘋果公司完全的開發自主空間。終於在 2007 年發布的第一代 iPhone，這類設備可以流覽網頁、處理電子郵件、欣賞照片、看電影、聽音樂、玩遊戲甚至是閱讀電子書，甚至獲得一個綽號被稱為「耶穌手機」（Jesus Phone）。

iPhone 大膽拿掉實體鍵盤和觸控筆，完全透過手指點擊、滑動螢幕控制，這個 Pinch and Zoom 手勢，真的好似變魔術一樣震驚了全世界。流暢且直覺的手勢操控，也重新定義使用者和手機互動的方式，成為現今智慧型手機的標準模式。

多點觸控雖然在當年不是甚麼新技術，但結合電容式螢幕及新式的手勢操控，完全改變我們原先使用行動電話的邏輯。使用者再也不用按那種「死壓難壓」的鍵盤，只需手指輕輕放上螢幕就能感應到，而且反應非常敏捷。

賈伯斯在發布第一代 iPhone 時曾說：

iPhone 是一項革命性和具有魔法的產品，比目前所有手機都還領先5年。手指是人類天生擁有最棒的裝置，而 iPhone 便是使用它們創造出繼滑鼠問世以來最革命性的使用者介面。

2008 年蘋果公司推出 iOS 2，新增了最重要的應用商店（App Store）後，手機應用程式的下載與安裝，都可以在一臺手機上完成，這才開啟了行動電話的全新時代。蘋果公司藉由 App Store 讓每個 iPhone 都不一樣，也為 APP 開發者帶來龐大商機，不但重新創造手機的可能性，並且為蘋果公司開創廣大的藍海市場。

多點觸控讓 iPhone 成為了改變遊戲規則的新潮流，一個強而有力的新科技，可以去影響世界上數百萬人的生活，改變了我們溝通、工作、學習以及玩樂的方式 。

第三代行動通訊

第三代（3rd generation, 3G）行動通訊技術是指支援高速資料傳輸的蜂窩式移動通訊技術，能夠同時傳送聲音（通話）及資訊。第三代行動通訊技術不同於第一、二代行動通訊系統僅提供語音服務，系統還提供其他寬頻應用，包括數據上網和多媒體服務。

第三代行動通訊主要建立在分碼多工存取（code division multiple access,CDMA）技術，這技術最早使用於軍事通訊，透過很寬的通道發送弱訊號，避免被敵人發現。時至今日，CDMA 行動通訊是把話音訊號轉換為數位訊號，給每組數據話音封包增加一個地址進行擾碼處理，並且把它發射到空中，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。

分碼多工存取技術就像在一間房間中同時有一組人用中文交談而另一組人用英文交談，彼此會有干擾的產生，但在中文聽者耳中，英文只是較大的雜音而已，並不會影響到聽中文的辨識能力。同樣地，聽得懂法語的人，即便有其他很多種聲音，也能夠辨識聽到的法語。因此在同一時間、空間，就可以允許很多組人用不同的語言交談。

隨著第一代 iPhone 上市，大眾也迫切需要傳輸能力更好的第三代行動通訊技術（3G）。也因為有了 3G 的高數據傳輸服務，才開啟了現今 iPhone 及智慧型手機劃時代產品的來臨。

第四代行動通訊

第四代（4th generation, 4G）行動通訊技術是 3G 之後的延伸，簡單說來，1G 是類比、2G 是數位、3G 是數據，4G 就是指非常快的數據傳輸。國際電信聯盟對 4G的定義，是指用戶在靜止狀態的傳輸速率達 1 Gbps，而在移動狀態也可以達到 100Mbps。但這並不是意味著 4G 一推出馬上就會有這麼快速率的手機，而是指 4G 的技術規格可以逐漸發展，最後達到 1 Gbps 速率的目標。

第四代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並行的低速的子資料流程，並使其在子通道上傳輸。由於可以把許多子資料載到許多的子頻道上，因此有效地提升了頻譜的利用率，並增加了系統的資料傳輸量。

第五代行動通訊

第五代（5th generation, 5G），指的是第五代行動電話通訊標準，5G 技術是現有4G通訊技術的延伸，於 2018 年底被標準制定組織「3GPP」所提出。5G 除了擁有快於前一代 4G 行動通訊技術約 100 倍的網路傳輸速度，並有著低於 1 毫秒，即 0.001 秒的網路延遲，能夠帶來快速且可靠的網路服務。

行動通訊網路每一世代的變動都會帶來傳輸速率的提升及網路延遲的降低，以 5G 來說，10 Gbit/s 的速率是 4G 理論值上限 80-90 Mbit/s 的約 100 倍；低於 1 毫秒的網路延遲也優於 4G 的 30-70 毫秒。然而 5G 所帶來的革新並不只在傳輸速率提升和網路延遲降低，其最大的特色在於 5G 的應用將不再只在是連結「人」與「人」，更多的物聯網、車載、穿戴式裝置將被加入到 5G 網路裡。

演變至今，影響每個人的生活

每一次行動通訊技術的進步，像是又多了一片尚未耕種的肥沃土地，每一代通訊技術的演進，都有要解決目前技術的侷限，突破了限制性，其所呈現的服務也將有所不同。我們可以說，智慧型手機於 2005 至 2007 年間起步，2008 至 2012 年爆發性成長，轉折點便在於 iPhone。

智慧型手機的轟動，也讓 3G 用戶暴增，進而迎來 4G 更高速上網時代。當電話轉為數位化後，人類通訊更方便，資訊能透過多媒體（Multimedia）傳遞溝通，包括：語音、 視訊影像、圖片、文字、傳真、多人會議、電子郵件等等。

智慧型手機的多功能性，使得這個被稱為行動電話的發明，反倒漸漸少被用來打電話──不過好險，還有一個數十年不變的電話號碼，提醒我們它其實是支電話，以及它背後更迭的歷史。