4G是什么?
雅蠛蝶 于 2014.05.13 23:16:12 | 源自:www.soomal.com | 版权:投稿 | 平均/总评分:09.66/1246
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自2008年愚人节中国移动由于众所周知的原因不得不商用TD-SCDMA起,不满于技术发展缓慢的专家和砖家们就开始鼓吹起下一代移动通信标准,4G这个词伴随着初生的3G第一次成为国内通信圈的热门话题。

当2009年底全世界第一张LTE网络在挪威和瑞典这两个通信强国铺开,被迫拿了一手臭牌的中国移动就开始在各种场合为4G造声势,4G这个词也逐渐开始进入普通国民的视野。

2013年春节刚过,因全球最差3G制式而憋了一肚子火的中国移动和断粮已久的国内通信产业不顾那只看不见的手的不满,联合起来大张旗鼓得在全国多个大城市开展4G网络测试,并于9月高调开启试商用,一时间,4G这个词成为街头巷议的热点,原打算等过两年3G收回成本后再商用4G的工信部被舆论裹挟着于12月4日发放了三张TD-LTE牌照,宣告了中国4G时代的提前来临。于是,4G这个词在媒体的狂轰滥炸下变得家喻户晓,关于4G的疑问和流言也有必要向各位数码多的读者解答。

因为是科普,所以本文尽量以浅显的语言来解释,因而会有各种不全面和不严谨,加之作者并非技术科班出身,文中如有谬误还望不吝指正。

一、技术类(这部分比较难懂,没兴趣的童鞋可以直接跳过)

4G是什么?

4G 是the fourth generation of mobile communication technology standards(第四代移动通信技术标准)的缩写。按照国际电信联盟(International Telecommunication Union)的定义,固定场景下行峰值速率达1Gbps且高速移动场景下行峰值速率达100Mbps的移动通信技术标准就可以被称为4G。目前该意义上的4G标准主要为LTE-A(Long Term Evolution Advanced)。

但是出于商业目的考量,目前世界上各家运营商均将4G门槛降低,固定场景下行峰值速率达100Mbps的移动通信技术标准即被称为4G,这也成为了事实上的国际4G标准。下文如果未作特别说明,所指的4G标准皆为该标准。

补充一点,MB和Mb是不同的,前者是Mega Byte(百万字节) 后者是Mega bit,1MB=8Mb。描述文件大小一般用Byte,大写的B;描述网速快慢一般用bit,小写的b,因为这样从数字上看会显得网速更快些。1MB的文件用1Mb的网络传输的话,理论上要8秒,奸商!

4G的国际主流标准有哪些?

目前国际主流的4G标准为LTE,即长期演进(Long Term Evolution),该标准基于GSM/EDGE和UMTS/HSPA技术(可以理解为常见的2、3G网络),并使用调制等技术提升网络容量及速度,具体分为FDD-LTE(也叫LTE-FDD)和TD-LTE(也叫TDD-LTE)两种。这两种LTE技术都将演进为LTE-A(FDD-LTE-A和TD-LTE-A)。

网速高达下行1Gbps上行500Mbps的LTE-A已于2013年6月26日在韩国汉城由SK电讯开通,但是中国还需要一些时间来成熟,预计2015年有望在国内部署。

  • 其实历史上出于商业考量而被称为准4G标准(达不到100Mbps)的还有脱胎于WiFi的WiMAX(Worldwide Interoperability for Microwave Access)、从CDMA演进而来的UMB(Ultra Mobile Broadband)以及从GSM演进而来的HSPA+(High-Speed Packet Access Plus)。但是WiMAX无论在网速上还是对既有软硬件的利用上都难敌LTE,因此在2010年后随着领军企业英特尔的退出而基本淡出市场。而单从技术上看有希望与LTE一战的UMB因为主导企业高通近乎吸血般的专利费要求而无人问津,高通不得不于2008年彻底放弃研发。HSPA+因为理论速率不及LTE的一半,实际速率更是同LTE相去甚远,因而只有一段时间在国外少数没有LTE但又不甘心在声势上落后于人的运营商那里被称为4G或者准4G。

    FDD-LTE和TD-LTE各是什么?

    FDD-LTE和TD-LTE是双胞胎,除了双工(可以理解为上传和下载)方式不同外,几乎完全一样,而FDD和TD就是两者双工方式的标签。

    FDD是Frequency Division Duplexing(频分双工)的缩写,工作时需要两个独立的信道,一个信道用来向下传送信息,另一个信道用来向上传送信息,两个信道之间存在一个保护频段来防止相互干扰。以公路来打个比方,FDD就像一条双向行驶且中间有一个很宽的隔离花坛的公路,两个方向的车辆可以在同一时间行驶,靠隔离花坛来防止两个方向车辆面对面相撞。

    TD也被称为TDD,是Time Division Duplexing(时分双工)的缩写,工作时下行和上行信号是在同一频率信道的不同时隙中进行的,彼此之间采用一定的保证时间防止相互干扰。还以公路来打比方,TD就像一条单向行驶不需要隔离花坛的公路,一个时间内只允许车辆从东向西行驶,下一个时间内只允许车辆从西向东行驶,两个时间之间会留一个很短的间隙来防止车辆没反应过来而迎头相撞。

    需要强调的是,TD-LTE和悲剧的TD-SCDMA实际上没啥关系,虽然它们头上都顶着一个象征“中国自主知识产权”的TD,另外说句会被五毛骂的话,TD算不算自主知识产权真是件很值得商榷的事情,有兴趣的读者可以自行搜索研究,我点到即止。

    FDD-LTE和TD-LTE哪个更好?

    本不想谈这个话题,一则是两者各有优劣,很难说清谁更胜一筹,二则这种谁好谁坏的话题都是马蜂窝,稍有不慎就会被骂是枪手。但是这也是有关4G被问及最多的技术问题,还是硬着头皮简单说一下吧。

    单看理论数据,FDD-LTE下行理论峰值速度可达150Mbps,远高于TD-LTE的100Mbps,是不是说FDD-LTE比TD-LTE更快更好呢?乡村是的,城市里反倒TD-LTE更快,因为理论峰值速度是在一个用户独占20M频谱资源的情况下得出的,而在现实生活中,这种情况一般只会在地广人稀的场景下出现,而用户较多的城市里单用户频谱资源很少,因此资源利用率更高的TD-LTE会更快。听起来很晕吧?别着急,关于FDD和TD的优劣请继续看本文。

    FDD在高速移动时和抗干扰方面有优势,具体原因太技术流,我还是拿公路来举个不严谨的例子吧。高速移动时,用户是在多个LTE基站间频繁切换的,想象河上有座会旋转的桥,桥的A头固定而另一头B快速转来转去,B头在不同时间会短暂连接甲、乙、丙、丁几个河对岸的公路口岸。因为车辆是双向行驶,因此虽然连接时间很短,但是对岸还是可以实现车辆有上有下,因此可以快速在甲、乙、丙、丁间切换;而TD是一个时间上,另一个时间下,切换太快了的话对岸就可能够时间上却不够时间下了,因此不可以在甲、乙、丙、丁间切换得太快(其实我这个解释很不严谨,但是相对好懂)。抗干扰方面,因为FDD公路两个车道间存在一个宽阔的隔离花坛,因而旁边另一条公路对本公路的影响相对较小;而TD公路没有隔离花坛,同旁边另一条公路容易产生撞车。

    TD在频谱利用率、非对称业务和成本方面有优势,下面还以公路来举例。现实世界里的4G频谱资源和帝都的地皮资源同样宝贵,只有100米宽的地方可以修公路,FDD需要在中间建一个宽阔的隔离花坛,TD则不需要,因此在车辆很多的时候,TD公路上跑的车因为实际可用的路更宽而可以开得更多更快。非对称业务指的是上行和下载需求量不对称的业务,比如下载、看视频、听歌、看网页等业务下载的流量远高于上传的流量,或者发带邮件、上传文件、在微博和朋友圈晒照片等业务上传的流量远高于下载的流量,日常的绝大多数业务都是非对称业务(而对称业务是指上下行流量差不多的业务,比如打电话和宅男最爱的JQ视频)。TD公路因为是靠时间来规定上行还是下行,因此只要调整上下行的时间长度就可以充分利用带宽;而FDD公路上行的车道只能上行、下行的车道只能下行,而且有隔离花坛的存在,无法调整两个车道的宽度,因此在非对称业务时会浪费一条车道而影响速度。成本方面,TD因为上下行是同一个频道,因此可以通过采用智能天线来降低成本、减小辐射和抗干扰,而这点是收、发采用不同频率且需要一定频段间隔的FDD难以实现的;同时TD免除了接入双工器所引起的插入损耗,使收发处理变得简单,减小了设备的体积(这段太技术流了,忽略就好)。

    说了半天FDD和TD的各自优势,对普通用户而言有什么实际意义呢?我简单总结一下吧,虽然这是个捅马蜂窝的高危动作。

    通常情况下,在地广人稀的乡村,在高铁、铁路、地铁、高速公路等用户高速移动的地区,以及基站规划不合理或其他无线电干扰较严重的地区,一般是FDD优势明显;在用户稠密的城市和对辐射比较敏感的地区,一般是TD优势明显。

    补充一点和普通用户关系不大,但是与运营商、设备商和手机厂休戚相关的知识——TD-LTE的专利费优势。CDMA和UMB被它们的亲妈高通(Qualcomm)用高昂的专利费玩死之后,欧洲另起炉灶的GSM和LTE在基础技术上仍旧绕不开高通的专利,因此只要和LTE沾边的按理都得给高通这个吸血鬼交纳狮子大开口般的专利费。但因为天朝拥有TD的部分关键专利,加上中国市场的巨大和中国移动的强势,更重要的是中国有特色,高通被迫同意免收部分TD-LTE专利费,同时天朝为了壮大TD产业链,也不收专利费,因此TD-LTE在成本上要远低于FDD-LTE,这就是为什么许多国际运营商也乐于建设TD-LTE网络的原因。

    至于哪些国家开通了4G网络,用的分别是什么制式,频段是多少,鉴于这些内容篇幅太长,且比较容易Google到,本文就不再赘述了。

    4G相对3G而言就是指速度更快的移动通信网络吗?

    目前商业上说的4G(LTE)基本是的,但未来技术上定义的4G(LTE-A)不是的。LTE-A相对3G的区别是颠覆性的,LTE-A相比3G最大的区别就是全IP化。

    什么是全IP化?用反人类的技术流语言解释就是,目前2、3G的数据业务(比如上网)已经实现了IP化,但语音业务(打电话)仍是通过独占的语音网络(CS,即电路交换)实现的,可以理解为用专用线路打电话,占用资源多、成本高、通话质量差、容易掉线,而LTE-A网络中语音业务也将在共享的数据网络(PS,即包交换)上承载,可以理解为用流量打电话,至此,整个网络均实现了IP化。

    看不懂?看不懂没关系,那是说给技术宅听的,咱们现在用人话来讲,LTE-A的全IP化对普通用户最大的好处就是不需要再分别单独拉网线、电话线、有线电视线和各种网络线来在家里编织蜘蛛网,而仅依靠无线的LTE-A网络就可以同时提供上网、打电话、看电视以及各种和网络相关的服务,更重要的是打电话更便宜(甚至免费)、更清晰、更不容易掉线。

    目前的4G(LTE)并未实现全IP化,通俗地说,打电话还是得走2、3G网络,因此目前的4G手机打电话有两种方式。一种是iPhone 5S、5C的电路域回落方式(CSFB),平时手机只在4G网络上待机,来电话时网络迅速变成2G或3G,此时只能打电话不能上网,通话结束后迅速变回4G。另一种是其他几乎所有4G手机采用的双待模式,平时手机同时在4G和2、3G这两个网络上待机,来电话时通过2、3G网络,此时可以边打电话边使用4G网络上网,缺点是理论上更费电。

    预计2015年可能实现4G网络的全IP化。

    4G相对3G有哪些优点?

    用技术流的说法来讲,LTE比3G具备更高的数据吞吐能力、更高的鉴权标准、更低的网络时延、更低的建设运行维护成本。对普通用户来说,LTE比3G的优势就是上网快得多、流量更便宜、打电话声音更清楚价格更低(甚至免费)、更难被盗号被窃听、以及打网游几乎不滞后。

    4G的辐射大吗?

    这个话题是个很大很危险的马蜂窝。从1893年尼古拉•特斯拉(Nikola Tesla)发明无线电通讯至今,至少我个人看到的文献都叫我继续放心使用手机,但是少数对电磁波有生理过敏反应的患者(这种疾病真的存在)和孕妇、婴幼儿还是少用或者不用手机为好,虽然手机满格时的辐射比大多数电吹风、电风扇、日光灯、电脑、电视、洗衣机……等家用电器都要小。

    我为什么要说“满格时”?是因为手机满格时的辐射非常小,而只剩一格信号甚至显示“无服务”时辐射就大得多了,虽然此时也在国际安全标准内,但是这么大的辐射你真的放心在耳边煲电话粥吗?这种情况下最好使用有线耳机。因此,我宁愿基站建的离我家近一些,这样我手机的辐射就会小得多,几十米甚至十几米开外的基站对我的辐射功率远不及随身的手机厉害(虽然手机辐射也不大),至于原因不再展开,有兴趣的读者可以自行搜索研究,我不想陷入无谓的口水仗。

    二、使用类

    三大运营商都有4G吗?

    都有。

    中国移动于2013年9月1日试商用TD-LTE(没发牌照就抢跑),12月4日正式商用TD-LTE。目前产品有手机卡、上网卡等全部4G产品。

    中国联通于2014年3月18日试商用TD-LTE(我没写错,的确是TD),预计5月17日正式商用TD-LTE。目前产品有手机卡、上网卡等全部4G产品。

    中国电信于2014年2月14日试商用TD-LTE(嗯,还是TD),预计年中正式商用TD-LTE。目前产品只有上网卡,没有手机卡。

    哪家的4G网络覆盖最好?

  • 这是大家最关心的问题之一,也是决定大家选择哪家运营商的最核心问题,更是本文最大的马蜂窝,now,我要开始捅了!请围观群众及早闪避,以免被吐沫星子淹死。但我精着呢,才不会授人以柄说我是XX枪或者XX黑呢,我只列数据,而且是三大运营商公布的数据。

    截至2014年3月1日,中国移动已开通4G基站超过30万个,要求2014年内开通数不少于50万个(另有未经证实的消息称移动在搞大跃进,2014年内要建成100万个)。中国联通未公布目前已开通的4G基站数,也未公布4G网络建设计划。中国电信未公布目前已开通的4G基站数,但要求2018年内要达到60万个(FDD+TD)。我的数据来源非常有限,恳请有内幕消息的同学不吝赐教。

    哪家的4G最便宜?

  • 其实通信行业是个寡头竞争市场,虽然各种资费套餐看得人眼花缭乱,但实际上用起来价格不会有多大差异。说到这很多人肯定要反驳我说XX的4G套餐比XX的4G套餐明显更划算,我只能说,以我的经验和研究,套餐上写的名义资费和广告上说的叠加各种优惠后资费和你实际用的资费很多时候都是不一样的,考虑到实际使用中赠送的话费、流量、通话时长和积分(比如可以换购物卡)后,三家同档次套餐实际消费差异一般会很小。但是,如何将性价比用到最高,真是很考验用户的数学水平和逻辑推理能力,三大运营商天书般的资费设计是来卖卡的还是来招考公务员的?

    用4G需要换号、换手机吗?

    不需要换号,但是需要换sim卡,换成达到4G安全标准的Usim卡,而手机和其他终端(比如平板电脑、笔记本电脑等)需要支持TD-LTE,因为目前国内开通的4G网络是TD-LTE。

    目前支持TD-LTE的手机多达数十种,比如新版国行和港行的iPhone 5S、5C,TD-LTE版三星S3、S4、S5,TD-LTE版htc ONE(M8),TD-LTE版索尼Z2和大把国产手机。基本2013年四季度以来上市的各家旗舰手机均支持TD-LTE或有支持TD-LTE的版本。

    水货4G手机能用国内的4G吗?

    一般来说,只要支持TD-LTE的手机都可以用国内的4G,而且国际上大多数4G手机都是同时支持FDD-LTE和TD-LTE的,比如A1530的港版iPhone 5S。但是保险起见,还是最好先搜一下手机支持的频段和运营商的频段是否一致,因为此前发现某些在中国和欧洲可以用4G的手机并不支持美国的4G频段。

    为了方便有折腾能力的读者选择水货4G手机,现将国内运营商的TD-LTE频段介绍如下:

    • 中国移动获得130MHz频谱资源,频段分别为1880 -1900 MHz、2320-2370 MHz、2575-2635 MHz;
      中国联通获得40MHz频谱资源,频段分别为2300-2320 MHz、2555-2575 MHz;
      中国电信获得40MHz频谱资源,频段分别为2370-2390 MHz、2635-2655 MHz。

    另外提一点,无线电的覆盖范围和无线电的频率是相关的,频率越低覆盖范围越好,具体请回忆中学物理。

    4G现在用贵吗?

    4G的月套餐门槛不算高,中国移动最低是58元,中国联通最低是76元,两者都可以通过参加各类优惠活动在实际上降低套餐门槛,中国电信因为没有4G手机卡故而在此暂不作讨论。

    相近价位4G套餐所含通话时长一般会与3G套餐持平,而4G套餐所含流量一般会大大多于3G套餐,因此虽然4G比3G要更高大上,但实际上4G比3G资费单价更低。 讲到单价,自然就要讲到总花费,4G这么快,总花费会不会更高呢?这就引出了下一个常见问题。

    4G会不会很耗流量?

    用各位读者小学时都喜[shen]闻[wu]乐[tong]见[jue]的经典应用题——水管和水池——来举例:网页或视频相当于一个水池,容量是固定的,网速相当于水管,流量相当于水管里的水流,不论水管粗细,注满水槽所需的水(即总流量)是恒定的,水管越粗则注满水槽的速度越快,因此网速再快流量也不会消耗得更多。

    但是,这里需要特别警示的是,很多刚升级到4G的用户会激动于什么都秒开的快感,因而点了这个又点那个,发一堆照片又下一堆软件,将在线高清视频拖着看来享受和本地视频一样不需要缓冲的快感,甚至安装燃烧流量的测速软件来鄙视光纤宽带的网速……你在外面玩得这么屌,你家里人都知道吗?

    我的房子会归移动吗?

    这恐怕是有关4G最著名的问题了吧?其实不用担心,各运营商都设置了套餐外流量的每月封顶金额,中国移动是500元(每超出1GB收50元,500元封顶),中国联通是600元(每超出1GB收60元,600元封顶),中国电信是1000元,就是说,不管你流量超了套餐多少,最多只多收你这么多钱。但是,500块也是血汗钱啊,每超出1GB收50元也够贵的,因此要么省着点用,要么办理流量叠加包,这样花费会少很多。

    我需要4G吗?

    如果你有耐心看到这里,那么你终于等到了最核心的问题。

    对本就是全球通或者月话费在50元以上的用户,同价位4G套餐并不会花更多的钱(前提是不会手贱乱烧流量),送的流量还更多,升级至少没坏处。

    另外,自拍发吃新妈晒娃秀方向盘,养生鸡汤海外代购卖普洱茶……等一干大家最讨厌的人都应该升级4G,只有4G才可以满足他们随时随地快速刷屏一直刷到被所有人拉黑的人森目标。

    我的话说完了。

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    文字写得很好啊,生动活泼,幽默风趣。佩服。拜读了。
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