第四代移动通信:移动宽带——4G改变生活
LTE是3GPP(第三代移动通信合作计划)基于2004年开发的UMTS(通用移动电信系统)技术标准的长期演进。LTE的峰值下载速度高达299.6Mbps[3] ,峰值上传速度高达75.4Mbps。
LTE支持FDD和TDD(时分双工)通信。FDD和TDD之间的主要区别在于使用了不同的双工模式。FDD在单独的对称频率信道上接收和发送,并且保护频带用于分离接收和发送信道。FDD的缺点是它必须使用成对频率,依靠频率来区分上行链路和下行链路,并且其单向资源在时间上是连续的。尽管在支持对称服务时FDD可以充分利用上行链路和下行链路频谱,但是在支持非对称服务时,其频谱利用率将大大降低。相反,TDD使用时间来分离接收和发送信道。它在一个通道中执行。
LTE系统引入了诸如OFDM(正交频分复用)和MIMO(多输入多输出)等关键技术,显著提高了频谱效率和数据传输速率。OFDM技术是多载波调制的一种。在通信系统中,信道带宽要远大于传送一路信号所需的带宽,如果一个信道只供一个用户使用,那就是对信道资源的浪费。因此,为了充分利用信道资源,可以采用频分复用的方法。传统的FDMA技术为了避免干扰要在临近的信道之间加入一个保护间隔,浪费了频谱资源,而OFDM技术利用子载波正交避免了相邻信道的干扰,在相同的信道宽度内可以容纳更多子载波,这就大大提高了频带利用率。
OFDM可有效对抗频率选择性衰落和窄带干扰,提升频带利用率,但其对相位噪声和载波频偏十分敏感,容易产生子载波间的干扰。
第四代移动通信的关键历史发展时刻主要包括:
• 2000年,美国高通公司开始在OFDMA(正交频分多址)技术领域进行研究。
• 2004年,3GPP联合全球六大电信发展组织(日本无线电工业和企业协会、世界无线通信解决方案联盟、中国通信标准化协会、欧洲电信标准化协会、韩国电信技术协会、日本电信技术委员会)进行LTE的标准化工作,将LTE技术确认为全球的通用标准。
• 2005年,移动运营商T–Mobile International、Telefonica、TeliaSonera和英国沃达丰表示应该统一一个单一技术来支持E–UTRA(演进通用陆地无线接入),以此来支持不同频段的部署。
• 2006年,美国高通公司开始了全球首个OFDM系统的商用测试。
• 2008年,3GPP发布了LTE的第一个技术版本3GPP Release 8,这项标准以单一规格技术支持TDD和FDD,实现了碎片最小化,刺激生态系统的发展。
• 2009年,TeliaSonera在瑞典和挪威开通首个LTE网络。同年,美国高通公司发布了全球首个多模3G/LTE集成芯片组解决方案,此方案同时支持LTE的TDD和FDD。
• 2012年,中国移动在香港推出了LTE FDD/TDD的融合网络,在2013年中国大陆开始商用LTE。
• 2013年LTE–Advanced(LTE升级版)出现,这是LTE的重要里程碑,针对预期的1 000倍移动数据增长有着重要的作用。它包含了多方面的增强,例如载波聚合、更先进的天线技术。
• 2016年,韩国移动通信运营商SK电信推出了全球首个LTE–Advanced的商用服务,首部采用高通骁龙800处理器和LTE载波聚合技术的终端为三星盖世乐S4。
如果说3G时代将手机终端与互联网结合了起来,那么4G时代就将手机的互联网化进行了全面革新。4G时代的网速几乎是3G时代的10倍,高质量的视频通话、文件图片传输等都畅通无阻。4G时代的高速率几乎可以满足人们对于互联网的所有需求,给人们的学习生活带来更多的方便。
4G时代的另一大进步就是流量资费的下降,在3G时代,将近百元的资费只有不到1G的流量,所以很多人在没有Wi–Fi(无线上网)的条件下,对于网络游戏、视频下载、音乐下载等高流量软件望而却步。而且,靠3G时代的网速下载一部电影也要花费很久的时间,通常人们在3G环境下还多是进行社交聊天、网页浏览等对网速要求相对较低、耗费流量较小的活动。而在4G时代,花费不到百元的话费,用户就可以拥有几十吉字节(GB)的流量,随时随地玩游戏、看视频已经成为常态。同时,资费的降低加大了4G的普及,4G开始走进农村,让更多的人享受到4G给人们的生活带来的便利。
在3G时代,受网速较慢、流量较贵的影响,手游行业多开发单机游戏,而4G让手游得到了蓬勃发展,人们更多的零散时间被手游占据,这对开发商来说无疑是一个巨大的商机。受到4G影响发生变化的产业远不止手游业,更多依靠无线网络作为支撑的新产品涌现了出来。
4G的茁壮成长也间接地改变了人们的出行方式,近些年共享自行车、共享汽车等走进了人们的生活,人们只要在手机App(应用程序)上就可以查看附近的公共交通工具,通过扫码就可以解锁使用。而这样庞大的信息处理量都要得益于4G的发展。
4G同样改变了人们的支付方式,出门不用带钱包,只要一部手机扫码就可以完成支付,既方便又快捷,像很多发达国家一样,纸币的使用在中国正在逐步减少。同样地,过年时孩子们心心念念的红包也从纸币变成了网上转账。
随着4G网络的普及,智能家居在近些年也得到了大力发展,3G无法满足人们的需求,4G时代让用户有了更好的体验,人们利用手机就可以远程控制家中的冰箱、空调、扫地机器人等电器,4G给人们的生活提供了更多的便利。
- 李正茂,中国移动通信研究院.通信4.0:重新发明通信网[M].北京:中信出版社,2016.
- 1MHz=106 Hz。——编者注
- Mbps约为106 比特每秒。——编者注
本书评论