第四代移动通信技术

**第四代行動通訊技術**（英語：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，靜態資料傳輸速率達到 1Gbps，使用者在高速行動狀態下可以達到 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相容性外，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、支援多種 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；通訊終端能做更多的事情，例如除語音通訊之外的多媒體通訊、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帶化演進，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。行動通訊之所以從類比到數位、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、開拓新的頻段支援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：

* **高速的行動電話網路**，速度如同計算機網路 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路上。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慧型無線電 (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 - 無線電通訊部門（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行動的通訊（如在火車和汽車上使用）達到 100 Mbit/s，固定或低速行動的通訊（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）支援遠小於 1 Gbit/s 的峰值位元速率，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效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 系統不支援傳統的電路交換的電話業務，而是全網際網路協定（IP）的通訊，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位元速率儘管廣泛的多徑電波傳播。峰值位元速率是通過進一步改進的智慧型天線陣列的多輸入多輸出（MIMO）通訊。

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。而在裝置廠商之技術演進、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品質、更快的呼叫接續速度。

## IMT-Advanced 的要求

本文使用 4G 來參照 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。
* 在高速行動性的環境下達到約 100 Mbit/s 的速率，如行動接入；在低速行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援每單元多使用者同時使用。
* 使用 5-20MHz 可擴展的頻道帶寬，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)，為支援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**（**分頻雙工長期演進技術**）：最早提出的 LTE 格式，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**（**分時雙工長期演進技術**）：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、諾基亞西門子通訊、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 年登出，WiMAX 技術也已經被電信業者放棄，並開始將裝置升級為 TD-LTE。

## 進展

* 北電提出全 IP「扁平」架構行動通訊網路。
* 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 家行動通訊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。
* 香港電信商 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 頻譜的電信商，均採用 LTE FDD 格式，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，其他電信商均是使用 2600MHz 為主頻譜，1800MHz 副頻譜。

### 中華人民共和國

* 2013 年 12 月 4 日，工業和信息化部向中國移動、中國聯通、中國電信頒發「LTE / 第四代數位蜂窩行動通訊業務 (TD-LTE)」經營許可牌照。
* 2015 年 2 月 27 日，工業和信息化部向中國電信、中國聯通發放「LTE / 第四代數位蜂窩行動通訊業務（LTE FDD）」經營許可牌照。
* 2018 年 4 月 3 日，中國工業和信息化部向中國移動頒發了基於 LTE-FDD 格式的第四代行動通訊（4G）經營許可證。

### 台灣

* 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行動電信，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。

## 參考文獻

## 參看

* 網狀網路
* 基地台交遞（handoff）