4G

第四代移動通信技術（The fourth generation of mobile phone mobile communication technology standards，縮寫為4G），是3G之後的延伸。

## 定義

從技術標準的角度看，按照ITU的定義，靜態數據傳輸速率達到1Gbps，使用者在高速移動狀態下可以達到100Mbps，就可以作為4G的技術之一。

從運營商的角度看，除了與現有網路的可兼容性外，4G要有更高的數據吞吐量、更低時延、更低的建設和運行維護成本、更高的鑒權能力和安全能力、支持多種QoS等級。

從融和的角度看，4G意味著更多的參與方，更多技術、行業、應用的融合，不再局限於電信行業，還可以應用於金融、醫療、教育、交通等行業；通信終端能做更多的事情，例如除語音通信之外的多媒體通信、遠端控制等；或許區域網、網際網路、電信網、廣播網、衛星網等能夠融為一體組成一個通播網，無論使用什麼終端，都可以享受高品質的資訊服務，向寬帶無線化和無線寬頻化演進，使4G滲透到生活的各個範疇。

從使用者需求的角度看，4G能為使用者提供更快的速度並滿足使用者更多的需求。移動通信之所以從模擬到數碼、從2G到4G以及將來的xG演進，最根本的推動力是使用者需求由無線語音服務向無線多媒體服務轉變，從而激發營運商為了提高ARPU、開拓新的頻段支持使用者數量的持續增長、更有效的頻譜利用率以及更低的營運成本，不得不進行變革轉型。

因此，4G描述了下列兩種不同但有所重疊的概念：

- 高速的行動電話網絡，速度如同電腦網絡ADSL的頻寬，一秒能達10 Mbit或更多。此概念曾被用來描述在無線網絡上。也是目前成功的3G系統提供商所提出來的願景。
- 無限網路(Pervasive Network)技術，一個比較抽象的說法是「瀰漫型」、「無定型」、「整體」的無線技術，讓使用者完全融入系統當中。這個概念也包括了智能無線電(Smart Radio)的技術，並能夠達到更高的頻譜(Spectrum Use)和傳輸力量。此外，也能過濾、傳輸大量訊息。

## 技術概述

2008年3月，在國際電信聯盟-無線電通信部門(ITU-R)指定一組用於4G標準的要求，命名為 IMT-Advanced 規範，設定4G服務的峰值速度要求在高速移動的通信（如在火車和汽車上使用）達到100 Mbit/s，固定或低速移動的通信（如行人和定點上網的使用者）達到1 Gbit/s。

第一發布版本的LTE(3GPP Release 8)和WiMAX(IEEE 802.16e)支持遠小於1 Gbit/s的峰值比特率，它們不是完全IMT-Advanced的標準，但往往許多電信服務提供商宣傳其為4G網路。2010年12月6日，ITU-R的承認，這兩種技術，以及其他3.9技術，不符合IMT-Advanced的要求，仍可以被認為是「4G」，但前提是它們是先行者，以IMT-Advanced的標準版本和改善的性能和功能來看它只是相當於現在部署的3G網路的程度。

相對於前幾代，4G系統不支持傳統的電路交換的電話業務，而是全網際網路協議(IP)的通信，如VoIP。如下面看到的那樣，擴頻在3G系統中使用的無線電技術，則廢棄所有的4G候選系統，取而代之的是OFDMA 多載波傳輸和其他頻域均衡(FDE)方案，從而有可能轉移非常高的比特率儘管廣泛的多徑電波傳播。峰值比特率是通過進一步改進的智能天線陣列的多輸入多輸出(MIMO)通信。

但傳統的電話業務（語音通話）系統業務，也是重要的一環，在台灣的4G業者技術上，均採取 CSFB(Circuit Switched Fallback)技術，是把4G LTE網路回退至2G/3G交換式網路 Circuit-Switch Domain 的一種機制。而在設備廠商之技術演進、市售手機支援度以及網路訊號涵蓋率，可提升至VoLTE語音技術，以提供4G語音電信服務之適當品質，將更清晰的語音和影片通話質量、更快的呼叫接續速度。

## IMT-Advanced的要求

本文使用4G來引用ITU-R所定義的IMT-Advanced。在IMT-Advanced的蜂窩網路系統必須滿足以下要求：

- 基於全IP（All IP）封包交換網路。
- 在高速移動性的環境下達到約100 Mbit/s的速率，如移動接入；在低速移動性的環境下高達約1 Gbit/s的速率，例如游牧/固定無線網路接入的峰值數據速率。
- 能夠動態地共享和利用網路資源來支持每單元多用戶同時使用。
- 使用5-20MHz可擴展的信道帶寬，任選高達40 MHz。
- 鏈路頻譜效率的峰值為15 bit/s/Hz（下行）和6.75 bit/s/Hz（上行）（即1 Gbit/s的下行鏈路中應該是可能超過小於67 MHz的帶寬）。
- 系統的頻譜效率下行高達3 bit/s/Hz/cell 和在室內2.25 bit/s/Hz/cell。
- 跨不同系統網路的平滑切換。
- 提供高品質的服務QoS(Quality of Service)，為支持新一代的多媒體傳輸能力。

2009年9月，該技術提案被提交給國際電信聯盟（ITU）為4G候選者。基本上所有的建議都是基於下列兩種技術：

- LTE-Advanced（3GPP Release 10）由3GPP標準化
- WirelessMAN-Advanced（IEEE 802.16m）由IEEE標準化

## IMT-Advanced的4G標準

- LTE-Advanced（長期演進技術升級版）：是LTE的升級演進，由3GPP所主導制定，完全向後相容LTE，通常通過在LTE上通過軟體升級即可，升級過程類似於從W-CDMA升級到HSPA。峰值速率：下行1Gbps，上行500Mbps。是第一批被國際電信聯盟承認的4G標準，也是事實上的唯一主流4G標準。另有TD-LTE的升級演進TD-LTE-Advanced（TD-LTE-A）。
- LTE FDD（頻分雙工長期演進技術）：最早提出的LTE制式，目前該技術最成熟，全球應用最廣泛，終端種類最多。峰值速率：下行150Mbps，上行40Mbps。
- LTE TDD（時分雙工長期演進技術）：又稱TD-LTE，是LTE的另一個分支。峰值速率：下行100Mbps，上行50Mbps。由上海貝爾、諾基亞西門子通信、大唐電信、華為技術、中興通訊、中國移動、高通、ST-Ericsson等業者共同開發。
- WirelessMAN-Advanced（無線城域網升級版）：又稱WiMAX-Advanced、WiMAX 2，即IEEE 802.16m是WiMAX的升級演進，由IEEE所主導制定，接收下行與上行最高速率可達到100Mbps，在靜止定點接收可高達1Gbps。也是國際電信聯盟承認的4G標準，不過隨著Intel於2010年退出，WiMAX技術也已經被運營商放棄，並開始將設備升級為TD-LTE。

## 進展

- 北電提出全IP「扁平」架構移動通信網路。
- 諾基亞建議I-HSPA（Internet-HSPA）標準。
- 高通的DMMX（DO Multicarrier Multilink eXtensions）和HMMX（HSDPA Multicarrier Multilink eXtensions）標準。
- 宏達電2008年11月宣布與俄羅斯WiMAX行動通訊電業者Scartel共同發表全球第一支GSM／WiMAX整合式雙模手機HTC Max 4G。
- 截至2010年2月，共有24個國家的51家移動通信網路公司表示會提供4G服務，其中瑞典、挪威及芬蘭的TeliaSonera已經於2009年12月率先提供LTE服務。
- 宏達電2010年3月23日宣布與美國WiMAX行動通訊業者Sprint Nextel合作發表全球首款CDMA/WiMAX雙模Android平台手機HTC Evo 4G。

### 中華民國

- 2013年7月1日，NCC公布4G釋照申請名單，有7家進行角逐，除電信三雄的中華電信、台灣大哥大、遠傳電信外，還有亞太電信、鴻海的國碁電子，以及頂新集團的台灣之星移動電信，新光集團的子公司新建提出申請並參與競標。
- 2013年10月30日，NCC公布4G執照得標名單，得標者為中華電信、台灣大哥大、遠傳電信、亞太電信、國碁電子、以及台灣之星，總標價金額達 390.75 億。
- 2014年5月起，各家LTE業者：中華電信（900MHz、1800MHz、2100MHz、2600MHz）、台灣大哥大（700MHz、1800MHz、2100MHz）、遠傳電信（700MHz、1800MHz、2100MHz、2600MHz）、台灣之星（900MHz、2100MHz、2600MHz）、亞太電信（700MHz、900MHz、2600MHz），陸續開始營運。

### 中國大陸

- 2013年12月4日，工業和資訊化部向中國移動、中國聯通、中國電信頒發「LTE/第四代數字蜂窩移動通信業務(TD-LTE)」經營許可牌照。
- 2015年2月27日，工業和資訊化部向中國電信、中國聯通發放「LTE/第四代數字蜂窩移動通信業務（LTE FDD）」經營許可牌照。
- 2018年4月3日，中國工業和資訊化部向中國移動頒發了基於LTE-FDD制式的第四代移動通信（4G）經營許可證。
- 香港電訊商CSL於2012年2月宣布推出供智慧型手機使用的LTE服務，在此之前CSL已經推出供電腦使用的4G LTE USB Modem。香港大多投得2600MHz頻譜的電訊商，均採用LTE FDD制式，中國移動香港則採用2300MHz及2600MHz建造LTE TDD及FDD雙網路提供LTE服務。PCCW、中國移動香港、數碼通、3香港均已推出4G服務，除數碼通使用1800MHz為主頻譜外，其他電訊商均是使用2600MHz為主頻譜，1800MHz副頻譜。