4G

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第四代移动通信技术（The fourth generation of mobile phone mobile communication technology standards，缩写为4G），是3G之后的延伸。

## 定义

从技术标准的角度看，按照ITU的定义，静态数据传输速率达到1Gbps，用户在高速移动状态下可以达到100Mbps，就可以作为4G的技术之一。

从运营商的角度看，除了与现有网络的可兼容性外，4G要有更高的数据吞吐量、更低时延、更低的建设和运行维护成本、更高的鉴权能力和安全能力、支持多种QoS等级。

从融和的角度看，4G意味着更多的参与方，更多技术、行业、应用的融合，不再局限于电信行业，还可以应用于金融、医疗、教育、交通等行业；通信终端能做更多的事情，例如除语音通信之外的多媒体通信、远端控制等；或许局域网、互联网、电信网、广播网、卫星网等能够融为一体组成一个通播网，无论使用什么终端，都可以享受高品质的信息服务，向宽带无线化和无线宽带化演进，使4G渗透到生活的各个范畴。

从用户需求的角度看，4G能为用户提供更快的速度并满足用户更多的需求。移动通信之所以从模拟到数码、从2G到4G以及将来的xG演进，最根本的推动力是用户需求由无线语音服务向无线多媒体服务转变，从而激发营运商为了提高ARPU、开拓新的频段支持用户数量的持续增长、更有效的频谱利用率以及更低的营运成本，不得不进行变革转型。

因此，4G描述了下列两种不同但有所重叠的概念：

- 高速的移动电话网络，速度如同计算机网络ADSL的带宽，一秒能达10 Mbit或更多。此概念曾被用来描述在无线网络上。也是目前成功的3G系统提供商所提出来的愿景。
- 无限网络(Pervasive Network)技术，一个比较抽象的说法是“弥漫型”、“无定型”、“整体”的无线技术，让用户完全融入系统当中。这个概念也包括了智能无线电(Smart Radio)的技术，并能够达到更高的频谱(Spectrum Use)和传输力量。此外，也能过滤、传输大量讯息。

## 技术概述

2008年3月，在国际电信联盟-无线电通信部门(ITU-R)指定一组用于4G标准的要求，命名为 IMT-Advanced 规范，设定4G服务的峰值速度要求在高速移动的通信（如在火车和汽车上使用）达到100 Mbit/s，固定或低速移动的通信（如行人和定点上网的用户）达到1 Gbit/s。

第一发布版本的LTE(3GPP Release 8)和WiMAX(IEEE 802.16e)支持远小于1 Gbit/s的峰值比特率，它们不是完全IMT-Advanced的标准，但往往许多电信服务提供商宣传其为4G网络。2010年12月6日，ITU-R的承认，这两种技术，以及其他3.9技术，不符合IMT-Advanced的要求，仍可以被认为是“4G”，但前提是它们是先行者，以IMT-Advanced的标准版本和改善的性能和功能来看它只是相当于现在部署的3G网络的程度。

相对于前几代，4G系统不支持传统的电路交换的电话业务，而是全互联网协议(IP)的通信，如VoIP。如下面看到的那样，扩频在3G系统中使用的无线电技术，则废弃所有的4G候选系统，取而代之的是OFDMA 多载波传输和其他频域均衡(FDE)方案，从而有可能转移非常高的比特率尽管广泛的多径电波传播。峰值比特率是通过进一步改进的智能天线阵列的多输入多输出(MIMO)通信。

但传统的电话业务（语音通话）系统业务，也是重要的一环，在台湾的4G业者技术上，均采取 CSFB(Circuit Switched Fallback)技术，是把4G LTE网络回退至2G/3G交换式网络 Circuit-Switch Domain 的一种机制。而在设备厂商之技术演进、市售手机支援度以及网络讯号涵盖率，可提升至VoLTE语音技术，以提供4G语音电信服务之适当品质，将更清晰的语音和视频通话质量、更快的呼叫接续速度。

## IMT-Advanced的要求

本文使用4G来引用ITU-R所定义的IMT-Advanced。在IMT-Advanced的蜂窝网络系统必须满足以下要求：

- 基于全IP（All IP）封包交换网络。
- 在高速移动性的环境下达到约100 Mbit/s的速率，如移动接入；在低速移动性的环境下高达约1 Gbit/s的速率，例如游牧/固定无线网络接入的峰值数据速率。
- 能够动态地共享和利用网络资源来支持每单元多用户同时使用。
- 使用5-20MHz可扩展的信道带宽，任选高达40 MHz。
- 链路频谱效率的峰值为15 bit/s/Hz（下行）和6.75 bit/s/Hz（上行）（即1 Gbit/s的下行链路中应该是可能超过小于67 MHz的带宽）。
- 系统的频谱效率下行高达3 bit/s/Hz/cell 和在室内2.25 bit/s/Hz/cell。
- 跨不同系统网络的平滑切换。
- 提供高品质的服务QoS(Quality of Service)，为支持新一代的多媒体传输能力。

2009年9月，该技术提案被提交给国际电信联盟（ITU）为4G候选者。基本上所有的建议都是基于下列两种技术：

- LTE-Advanced（3GPP Release 10）由3GPP标准化
- WirelessMAN-Advanced（IEEE 802.16m）由IEEE标准化

## IMT-Advanced的4G标准

- LTE-Advanced（长期演进技术升级版）：是LTE的升级演进，由3GPP所主导制定，完全向后兼容LTE，通常通过在LTE上通过软件升级即可，升级过程类似于从W-CDMA升级到HSPA。峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps。是第一批被国际电信联盟承认的4G标准，也是事实上的唯一主流4G标准。另有TD-LTE的升级演进TD-LTE-Advanced（TD-LTE-A）。
- LTE FDD（频分双工长期演进技术）：最早提出的LTE制式，目前该技术最成熟，全球应用最广泛，终端种类最多。峰值速率：下行150Mbps，上行40Mbps。
- LTE TDD（时分双工长期演进技术）：又称TD-LTE，是LTE的另一个分支。峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps。由上海贝尔、诺基亚西门子通信、大唐电信、华为技术、中兴通讯、中国移动、高通、ST-Ericsson等业者共同开发。
- WirelessMAN-Advanced（无线城域网升级版）：又称WiMAX-Advanced、WiMAX 2，即IEEE 802.16m是WiMAX的升级演进，由IEEE所主导制定，接收下行与上行最高速率可达到100Mbps，在静止定点接收可高达1Gbps。也是国际电信联盟承认的4G标准，不过随着Intel于2010年退出，WiMAX技术也已经被运营商放弃，并开始将设备升级为TD-LTE。

## 进展

- 北电提出全IP“扁平”架构移动通信网络。
- 诺基亚建议I-HSPA（Internet-HSPA）标准。
- 高通的DMMX（DO Multicarrier Multilink eXtensions）和HMMX（HSDPA Multicarrier Multilink eXtensions）标准。
- 宏达电2008年11月宣布与俄罗斯WiMAX行动通讯电业者Scartel共同发表全球第一支GSM／WiMAX整合式双模手机HTC Max 4G。
- 截至2010年2月，共有24个国家的51家移动通信网络公司表示会提供4G服务，其中瑞典、挪威及芬兰的TeliaSonera已经于2009年12月率先提供LTE服务。
- 宏达电2010年3月23日宣布与美国WiMAX行动通讯业者Sprint Nextel合作发表全球首款CDMA/WiMAX双模Android平台手机HTC Evo 4G。

### 中华民国

- 2013年7月1日，NCC公布4G释照申请名单，有7家进行角逐，除电信三雄的中华电信、台湾大哥大、远传电信外，还有亚太电信、鸿海的国碁电子，以及顶新集团的台湾之星移动电信，新光集团的子公司新建提出申请并参与竞标。
- 2013年10月30日，NCC公布4G执照得标名单，得标者为中华电信、台湾大哥大、远传电信、亚太电信、国碁电子、以及台湾之星，总标价金额达 390.75 亿。
- 2014年5月起，各家LTE业者：中华电信（900MHz、1800MHz、2100MHz、2600MHz）、台湾大哥大（700MHz、1800MHz、2100MHz）、远传电信（700MHz、1800MHz、2100MHz、2600MHz）、台湾之星（900MHz、2100MHz、2600MHz）、亚太电信（700MHz、900MHz、2600MHz），陆续开始营运。

### 中国大陆

- 2013年12月4日，工业和信息化部向中国移动、中国联通、中国电信颁发“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务(TD-LTE)”经营许可牌照。
- 2015年2月27日，工业和信息化部向中国电信、中国联通发放“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务（LTE FDD）”经营许可牌照。
- 2018年4月3日，中国工业和信息化部向中国移动颁发了基于LTE-FDD制式的第四代移动通信（4G）经营许可证。
- 香港电讯商CSL于2012年2月宣布推出供智能手机使用的LTE服务，在此之前CSL已经推出供电脑使用的4G LTE USB Modem。香港大多投得2600MHz频谱的电讯商，均采用LTE FDD制式，中国移动香港则采用2300MHz及2600MHz建造LTE TDD及FDD双网络提供LTE服务。PCCW、中国移动香港、数码通、3香港均已推出4G服务，除数码通使用1800MHz为主频谱外，其他电讯商均是使用2600MHz为主频谱，1800MHz副频谱。