了解通信,认识4G

1、了解通信,认识4G4G来了2013年12月4日，中国工信部为国内的三 家移动通信运营商颁发了 4G经营牌照。在此之 前，无论是运营商还是各大媒体，对 4G的宣传 已经铺天盖地。中移动早在工信部发放 3G牌照 一年之后便开始了基于LTE技术的4G试验网建 设，到2013年底，中移动在中国已经建成了遍 布上百个城市的TD-LTE试验网，覆盖人口将近 5亿。中国联通和电信也在 2013年下半年开始 建设各自基于TDD口 FDDMI式LTE的试验网。此 次工信部颁发的4G商用牌照，是基于以TDD时 分复用）为双工方式的TD-LTE技术。中国移动 获得130MHz频率资源，联通和电信分别获得 40MHz

2、频率资源，标志着中国移动通信 4G时代 正式来临。认识4G4G牌照发放前后的几个月，人们的耳边充 斥着各种关于4G的声音。究竟什么是4G它的 出现意味着什么？本文将就此进行初步的探究。4G 的英文全称 The 4 Generation mobile communication technology , 指第四代移动通信 技术。移动通信技术从模拟通话时代，快速发展 到高速数据业务的4G时代，令人类的生活方式 在短短几十年内发生了极大的改变。看看历史，谈谈祖先一一从1G说起说到4G为了更好的认识它，不妨回顾移 动通信的发展历程。时间回到上世纪80年代末, 很多家庭刚刚安装了固定电话，人们正在享受着

3、 彼时大众所憧憬的“楼上楼下、电灯电话”的美 好时代，一种叫做“大哥大”的黑色砖头状无线 电话进入了人们的视野。“大哥大”的出现意味 着无线通信时代的开启，包括“大哥大”在内的 所有支持其运行的软硬件系统，就是第一代移动 通信系统，即1G1G通信基于第一代移动通信技术，也被称 为模拟蜂窝移动通信。其主要特征是采用模拟技 术，只能进行语音通话。任何通信系统都依托于 一套完整的技术标准，比如众所周知的GSMCDM A 1G时代处于移动通信起步阶段的 20世纪80年代，世界各国、各地区相继开发和制定了 不同的标准，包括美国的高级移动电话系统(AMPS,英国的总访问通信系统(TACS以及 日本的JTA

4、GS西德的C-Netz和意大利的RTML 中国采用TACS系统，并在1987年建成TACSJ 式模拟移动电话商用网。第一代移动通信系统的 划时代应用取得了巨大成功，但随着市场的不断 发展，1G系统的弊端也日益显露。表现在：1,由于全球众多的运行标准，导致用户无法进 行全球漫游，只是一种区域性的移动通信系 统；2,频谱利用率低导致该系统无法满足用户数 量的快速增长；3,模拟技术导致易受干扰和几乎没有任何保 密性的低质量通话；4,受制于当时的电子制造技术，系统设备和手 机成本高、体积大、重量大。和今天的技术相比，虽然第一代移动通信系 统显得老旧笨拙，但它就像开启潘多拉魔盒的钥 匙，从此将人类带入了

5、无线通信、移动互联的魔 幻世界！唯物辩证法指出，矛盾推动了一切事物向前 发展。第一代移动通信系统的诸多技术弊端和日 益发展壮大的市场需求构成了逐步凸显的强烈 矛盾。解决矛盾的方法是开发新一代数字蜂窝移 动通信系统。于是，我们有了 GS防n CDMA1995 年中国移动和联通在国内十几个省市相继建网， GS瞰字移动电话网正式开通。标志着中国进入 2G时代。2003年，中国联通正式开通 CDMIA另 一支国际通行的2G标准在中国商用。第二代移动通信系统（包括后来的2.5G,2.75G技术）大大优于模拟移动通信系统，采用 数字技术，支持包括短信息等多种数据业务。2G 时代基于数字化的移动通信技术，在

6、克服了模拟 移动通信技术的所有不足之外，彰显出众多优 势：1 .采用时分多址（TDMA和码分多址（CDMIA 技术，提高了频谱利用率一一可以容纳数量 庞大的用户；2 .相对统一的通信标准一一支持用户的全球 漫游；3 .采用基于数字化的编码技术一一大大提高 了通话的抗干扰性和保密性，提高了通话质量；4 .后期技术演进发展成的GPRS： EDGE2.5G 和 2.75G）以及 CDMA1X提供了9.6k384kbps的传输速率，支持收发彩信、 访问WA啊页等简单的数据业务。第一代模拟移动系统让人们看到了无线通 信的可能，但那时的技术远不能满足广大用户对 无线通信的强烈需求，尚处于“饥荒”时代。第

7、二代数字蜂窝系统可以说是解决了人们在无线 通信需求方面的“温饱”问题。那么3G的到来， 海量电磁波充斥的周围空气，才将人们带到了感 受移动互联的“小康”时代。早在1985年，极具前瞻性眼光的国际电信 联盟（ITU）就提出了 “未来公众陆地移动通信 系统（FPLMTS”，就是后来的IMT-2000,即第 三代移动通信系统（3Q。但在90年代初期的移 动通信，技术尚可满足市场需求，ITU的高瞻远 瞩并未得到足够的行业关注。马克思矛盾论 中提到矛盾的斗争性推动双方力量对比变化，为 事物的质变准备条件。到1997年移动通信市场 上的这种矛盾的斗争性逐步显现。由于第二代移 动通信系统的巨大成功，用户的高

8、速增长与有限的系统容量和业务之间的矛盾渐趋明显， 第三代 移动通信的标准化工作开始进入实质阶段。之后 ITU经过3G标准征集、技术评估、研究协调等 大量工作，在2008年5月，正式公布了包括 WCDMACDMA2000口 TD-SCDM的主流技术的 3G 国际标准。中国工信部在2009年向三家运营商颁发了3G牌照。其中移动获得具有中国自主知识产权的TD-SCDMAJ经营许可，联通获得以欧洲为主 导、全球应用最广泛的 WCDMA电信获得美国主导的CDMA200能营许可，标志着中国正式进入 移动通信3G时代。从1G到2G无论是技术的进步还是市场的 发展，都属于移动通话的范畴，演进的目标是为 更多用

9、户提供可靠的语音通话，好比将固定电话 随身携带。3G的出现，是将计算机随身携带， 将多媒体终端、互联网应用和移动通信进行融 合。这种融合产生的巨变远不止1+1+1>3可以形 容！在中国，3G业务商用以来，运营商提供 384k2Mbps快速便捷的数据接入服务）尽管这种速度略逊于普通家装的 ADSL宽带网速，但足 以让人们在户外移动的状态下，进行顺畅的网页 浏览、普通质量的视频电话、下载观看音视频资 源、基于app的高速互联网冲浪以及电子商务活 动等大多数互联网功能操作。3G带来的产业融合推动了互联网向移动设 备渗透，同时又反作用于互联网（出现了移动互 联网），带动了相关产业的巨大进步。流媒

10、体服 务、网络社交、云存储计算、大数据等新兴的基 于互联网的应用在移动互联的舞台上大显神通。 当人们手持移动设备时，屏幕后面越来越多的 APP生产出不断膨胀的海量信息，这些信息从数 量到质量都在不断提升。这促使人们慢慢形成了 对信息获取的更高级的需求一一需要更高质量、 更快速的信息。尽管3G比2G优越很多，基本上符合了 ITU 对IMT-2000的预期建立以数据业务为主的 宽带市场，但在支持爆炸式增长的多媒体数据和 用户数量等诸多方面，3G技术的局限性和困难 渐渐显现，主要表现在如下几个方面：1 .频率资源缺乏和带宽饱和。无法对更庞大 数量的用户提供宽带服务。2 .受制于CDM被术“干扰受限”

11、的性质， 用户数量达到一定程度时，3G系统难以支 持更高速率的业务，无法满足人们对未来高 速多媒体业务的爆炸性要求。3 .难以支持下一代因特网协议（IPV6）°IPV4 协议无法满足移动互联网的需求。IPv6能 满足庞大的3G设备对网络地址的需求，但 在现有3G系统难以支持。4 .无法提供全范围的多速率业务。实际应用 中不同的业务对网络质量的要求各不相同（QoS技术），而3G系统无法满足。5 .缺乏端到端的无线传输机制。用户在跨越 一个可移动的子网（如蓝牙、PA湃）和固 定网络时，3G缺乏端到端的无缝传输机制。与3G相比，4G技术可以容纳更庞大数量的 用户，提供更高速和更高质量的数据

12、服务。2009 年6月，瑞典电信运营商Telia与中国华为公司 合作，建立了世界第一个4G试商用网络。从2011 年，全球各大运营商纷纷开始 4G网络的运营。2013年底，我国政府颁发4G牌照，标志着中国 进入4G时代。4G诞生记进入21世纪，大城市出现了一种叫做“小 资”的生活状态。相比“小康”而言，“小资” 们收入可观，享有富足的物质和精神生活。外形 整洁，有着良好的素质和修养。饮食讲究，兼顾 养生目的和个性追求。居所雅致，具有一定的生 活品味。4G的商用意味着我们的移动生活由“小 康”迈向“小资”。人们可以随时随地享受高质 量的多媒体资源、高清视频通话和虚拟现实等高 端的数字化服务。20

13、00年，就在3G标准确立之后，ITU就启 动了 4G的相关工作，当时叫做B3G（超3G）。旨 在提供更高速率的数据应用支撑。2005年10月， ITU给B3G技术起了一个正式的名称 IMT-Advanced,也就是 4G技术。2008年3月，ITU为4G成立的工作组WP5D 召开第一次会议，向全世界发出了 IMT-Advanced 的候选技术征集函，标志着4G标准化工作正式 启动。两个月后的，WP5D在其组织的第二次会 议上，确定了 IMT-Advanced的最低技术要求， 为4G技术方案设定了关键指标。相对3G系统， 4G该指标更加注重对数据业务的支持、频谱效 率大幅度提高。这次会议所提出的

14、技术要求，也 就是4G的技术特点，主要体现在以下几个方面:1.高速数据传输。快速移动状态100Mb/s,慢速或静态lGb/so2 .超大灵活的系统容量。得益于丰富的频率资源和提升的频谱效率，可以为大量的用户 提供高质量的数据业务。3 .全面的场景覆盖。满足对室内、微蜂窝、 城区覆盖和高速移动状态的数据支持，支持 最高350km/h移动速度。4 .全IP核心网。支持下一代因特网协议 (IPV6)和所有的信息设备，支持互联网丰 富的业务功能。有了可遵循的技术指标，世界各个国家和组织纷纷开展了 4G技术方案的研制工作。到 2009年10月7日，ITU共收到6项关于4G标准 的提案。6项提案分为两大类

15、，一是基于 IEEE802.16m（WiMA雄术，由 IEEE、日本和韩 国提出。另一类基于LTE-Advanced技术，由3GPR中国和日本提出。中国向ITU提出的4G标准叫做 TD-LTE-Advanced,它是继 TD-SCDMA后，中国 提出的具有自主知识产权的新一代移动通信技 术。早在2004年，中国在标准化组织3GPP1出 了第三代移动通信 TD-SCDMA勺后续演进技术 TD-LTE,主导完成了相关技术标准。2007年， 按照“新一代宽带无线移动通信网”重大专项的 要求，中国政府面向国内组织开展了 4G技术方 案征集遴选。国内企事业单位积极响应，累计提 交相关技术提案近600篇。经过2年多的攻关研 究，对多种技术方案进行分析评估和试验验证， 最终中国产业界达成共识，在 TD-LTE基础上形 成了 TD-LTE-Advanced技术方案。这一方案得到 国际上多方面的充分认可和支持，做成 3GP啦 术方案LTE-Advanced的TDD（时分双工）模式。2010年10月，国际电信联盟无线通信部门 (ITU-R)第5研究组国际移动通信工作组 (WP5D第9次会议在重庆举行。本次会议对包 括中国提交的TD-LTE-Advanced在内的6项技术 提案进行了深入研究讨论，最终确定 L