第四代移动通信技术标准(the Fourth Generation of Mobile Phone Mobile Communication Technology Standards),简称4G,是3G之后的延伸。

第四代移动通信技术标准第四代移动通信技术标准

从技术标准的角度看,按照ITU的定义,静态传输速率达到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。

从营运商的角度看,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渗透到生活的方方面面。

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字、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:

  • 高速的行动电话网络,速度如同计算机网络ADSL的频宽,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利用率(spectrum use)和传输力量。此外,也能过滤、传输大量信息。

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。

目前使用4G网络的国家或地区(粉红色)目前使用4G网络的国家或地区(粉红色)

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。

IMT-Advanced的要求

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

  • 基于全IP(all IP)分组交换网络。
  • 在高速移动性的环境下达到约100 Mbit/s的速率,如移动接入;和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。
    • 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。
    • 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、中兴通信、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制定,WiMAX Forum所主导,接收下行与上行最高速率可达到300Mbps,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技术也逐渐被运营商放弃,并开始将设备升级为LTE。

发展状况

  • 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移动通信电业者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拱4G服务,其中瑞典、挪威及芬兰的TeliaSonera已于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移动通信业者Sprint Nextel合作发表全球首款CDMA/WiMAX双模Android平台手机HTC Evo 4G。
  • 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 USBModem。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、数字通均已推出4G服务,除数字通使用1800Mhz为主频谱外,其他电讯商均是使用2600Mhz为主频谱。

参考资料

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4G 3G 2G
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  • 更新时间: 2015-02-27
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