4G之途 改变未来的高速无线互联
准4G技术：HSPA+实现平滑升级
经过漫长的磋商，国际电联正式确立了4G标准的候选技术，它们包括HSPA+、LTE、LTE-Advanced、WiMAX和WirelessMAN-Advanced等五种，这么多技术显然与4G要求的单一标准背道而驰。不过，其中有前途、也几乎确定会成为4G标准的只有LTE体系。
HSPA+各个版本的演进情况
HSPA+、LTE、LTE-Advanced三项标准可以认为是同一种，它们代表了从3G到4G的不同阶段。这项演进是非常自然的：从现有的HSPA平滑升级到HSPA+，网速提升42Mb/s级别（HSPA+R8版本）和84Mb/s级别（R9版本）；接着再升级至LTE，可达到高300Mb/s的峰值速率；后前进到LTE-Advanced（高级版LTE），它可以带来高达1Gb/s的惊人性能。
HSPA+属于现行HSPA技术的改进版，运营商只需要对HSPA进行软件升级就能够方便地演进到HSPA+，是一种相当经济和高效的方案。HSPA+体系的演进路线也非常清晰：现有的WCDMA和TD-SCDMA都可以升级至HSPA，之后进入到HSPA+体系—HSPA+分别有R7（即Rel-7）、R8（即Rel-8）、R9（即Rel-9）等多个演进版本，其中R7版的下行/上行峰值分别为28Mb/s、11Mb/s，R8版本的下行峰值则提升至42Mb/s，R9版进一步提升到84Mb/s下行和22Mb/s上行，R9之后的版本将能终用户的实际上行速率至少可达到4.5Mb/s。
HSPA+提升速度的四大关键技术
HSPA+的出色表现令它获得广泛的支持，截至2011年6月，全球共有69个国家部署了超过136个HSPA+网络，并且57个在建设当中，运营WCDMA网络的中国联通也朝着HSPA+迁移—对于已经升级到HSPA的运营商来说，HSPA+是一个很好的选择。HSPA+不仅可以大限度地兼容 HSPA系统，还可以很小的投资升级网络以达到LTE等同的性能；加上HSPA+采用与3G相同的带宽和频段，这都会极大降低网络部署的难度，使其商用进程更加迅速。
但对于仅仅部署WCMA和TD-SCDMA基本型的运营商来说，如果LTE标准化和商用化进程较为顺利，那么跳过HSPA+、直接演进到LTE也是个诱人的选项——从目前的情况来看，大多数运营商都属于此种情况。如中国移动的TDS CDMA便是如此，虽然它们也在研究TD-HSPA+技术，但决策方已决定直接演进到性能更优的LTE方案，以挽回在3G竞争中的不利局面。中国移动主导的TD-LTE标准也以其优异的性能表现、获得诸多国际电信巨头的支持，基本被国际电联确定为4G标准之一，这或许意味着TD阵营将在4G时代大有作为。
LTE：革命性的4G候选
作为“3.9G”，HSPA+将会很好地完成平滑升级的使命，但TDSCDMA和CDMA2000阵营的3G运营商更希望能够一步到位，通过性能来吸引用户。LTE体系就成为电信业聚焦的重点，LTE以其100Mb/s的起步性能和1Gb/s的演进潜力令人怦然心动，也正因为如此，LTE才被公认为是4G时代的核心标准。
LTE的全称是Long Term Evolution，意为“长期演进”，LTE项目始于2004年12月3GPP在多伦多举行的会议。提出这项计划旨在对抗当时WiMAX带来的挑战，以打造出一种超越WCDMA、TD-SCDMA和CDMA2000的新一代无线通信系统，确保在未来10年内还能继续领先。
LTE一度有过很多种技术提案，视其原理不同可以分为单载波和多载波体系，单载波方式便是采用OFDM（正交频分多址）+MIMO的组合方案，多载波则为类似HSPA+ R9的多波传输方案。在多次磋商之后，LTE也达成共识，即首先发展高效率的单载波方案，未来可以在后续演进中加入多载波机制。单载波的LTE系统主要有三大关键性技术：一是采用OFDMA(Orthogonal Frequency Division Multiple)技术，二就是采用MIMO多入多出技术。三就是扁平网络。
HSPA+ R9版采用多信道捆绑的方式，实现性能的再次翻倍。
OFDM将传输带宽划分成正交的互不重叠的一系列子载波集，这些不同的子载波集再分配给不同的用户以实现多址。同时，OFDM系统可动态地把可用带宽资源分配给需要的用户，很容易实现系统资源的优化利用。由于不同用户占用互不重叠的子载波集，在理想同步情况下，系统并不存在多用户间的干扰，每个用户都能独享一段“干净”的带宽。MIMO多入多出技术我们在前面介绍过，在LTE系统中，它仍然提供多路复用增益、分集增益和阵列增益，复用增益实现多个数据流的并行传输；分集增益通过对子通道信号的合并、提高了数据的可靠性；阵列增益则提高频率利用率、扩大了网络的覆盖范围。LTE另外一项关键技术就是扁平网络。现行的3G系统都采用三层传输结构，多层节点必然意味着较高的时延，而LTE将网络结构缩减为enodeB（基站）和ePC（核心网）两层，原先的RNC（中央控制节点）则被精简，借此获得更快的响应。
在具体的商用实现上，LTE共有FDD-LTE和TD-LTE两套解决方案，前者为WCDMA阵营提出，采用频分多工方式，它的特点是在分离(上下行频率间隔190MHz)的两个对称频率信道上，系统进行接收和传送，用保证频段来分离接收和传送信道。FDD-LTE的优点是采用包交换等技术，可实现高速数据业务和提高频谱利用率、增加系统容量。但FDD必须采用成对的频率，即在每2x5MHz的带宽内提供一组业务——该方式在支持对称业务时，能充分利用上下行的频谱，但在非对称的分组交换工作时，频谱利用率则大大降低。致命的是，由于互联网应用基本都是下行高、上行低的非对称模式，FDD-LTE此时的频谱利用率降低了40%。
TD-LTE则由我国TD-SCDMA阵营提出，它采用TDD时分多工方式，即用时间来分离接收和发送信道。在TDD方式的移动通信系统中，发送/接收使用同一频率载波的不同时隙来传递信号，时间资源在两个方向上进行了分配。某个时间段由基站发送信号给终端，另外的时间由终端发送信号给基站，基站和移动台之间必须协同一致才能顺利工作。TDD双工方式具有如下优势：能够灵活配置频率，充分利用FDD系统不易使用的零散频段；可以通过调整上下行时隙转换点，提高下行时隙比例，很好地支持非对称业务；同时具有上下行信道一致性，基站的接收和发送可以共用部分射频单元，接收数据时也不需要收发隔离器，降低了设备成本。这些优势让TD-LTE方案表现出很强的竞争力，获得广泛的国际支持。沃达丰、软银、Devas、Clearwire、法国电信、德国电信等国际运营商都在深入研究TD-LTE，预计今年将会有5个左右TDLTE试验网开通。
LTE的标准制定进程，从多个方案精简到后的两个方案。
鉴于上一代TD-SCDMA其实只是“中国标准”的尴尬，TD-LTE这一次将真正成长为国际性标准，这对于国内电信工业是巨大的鼓舞。不过TD-LTE的目标并非与FDD-LTE相互竞争，相反业内希望它能够与FDD进行融合形成统一标准，FDD独特的技术特性占整体标准15%左右。而由于这两者天然的相似性，全球主要系统厂家的设备均为LTE FDD/TDD共平台，高通等主流芯片企业均在研发LTE FDD/TDD共芯片的产品，测试认证体系也是完全一体，这些都意味着LTE FDD/TDD将会融合在一起。或许运营商可以根据需要选择经济有效的方案，但终端用户可以无视这种差异、同时实现两种网络的支持。
OFDM实质是一个多载波系统，把串行的数据流转化成并行的数据流，每一条并行的数据流的码率都很低，使用多载波对这些并行的数据流进行调制。
必须提到的是，无论FDD-LTE还是TD-LTE，它们都和现行的WCDMA和TD-SCDMA没有任何关系——与其说LTE是“演进”，不如说是一种“革命”更贴切一些，当然这种“革命”并不意味着现有3G设备都要报废重来，相反他们可以很好地在现有基础上作一些升级即可满足要求，过渡的成本远不如从2G到3G那样高昂。
作为LTE的后续，LTE-Advanced其实也出现在4G标准的视线中，某种程度上说这才是真正意义的4G标准：LTE-Advanced在100MHz带宽时可以实现高达1Gb/s的峰值下行速率，上行速率也达到500Mb/s，这样的速度我们今天显然是很难想象的。LTE Advanced的技术规格是在2008年5月确定，它的主要新技术包括多频段协同与频谱整合、协同多点传输、上行则用OFDMA来代替LTE的SC-FDMA，对此我们不作过多的涉及。
4G的商用化进程
4G标准尚未尘埃落定，商用化的进程却先已展开。其实早在2010年3月，瑞典Telia就在首都斯德哥尔摩升级LTE网络，为用户提供80Mb/s的无线宽带接入服务。而澳洲电讯（Telstra）则在2011年8月29日推出首个商用LTE服务，并逐步实现悉尼、墨尔本和布里斯班等城市商业中心区（CBD）的覆盖，尽管这更多属于试用性质，但也标志着应用进程的开始。
国际电联日前在日内瓦发起呼吁，希望全球移动运营商迅速部署基于4G技术的移动宽带网络。同时，它还敦促各国政府在税收方面进行减免，以推进4G的发展进程。
LTE的全IP扁平网络，现有3G中的RNC节点被精简，网络共享、负载均衡、系统的响应均获得显著提升。
在我国，中国移动是对LTE态度积极的运营商，TD-SCDMA网络的种种问题让这家电信老大吃尽苦头，这一次它们将翻身砝码压在TD-LTE标准中。截至2011年9月份，广州、深圳、上海、厦门等6个城市的规模试验网都已开始建设，着手于商业应用的测试。而在2012年，TD-LTE规模试验和部署将全面扩大，如果试验网进展顺利，那么中国移动将于2013年在深圳、杭州等城市启动TD-LTE试商用，这也意味着中国的4G到来时间将早于我们的预计。
TD-LTE的推进思路是与FDD-LTE进行融合，令硬件产品可以同时支持两套标准，这种思路也为国际电信业界的认同。
我们也应该看到，受到资费等问题的制约，3G和2G将长久地并存。同样，4G与3G、2G也是如此，4G在高速互联方面的优势令用户难以拒绝，它也将带来无线互联网的一次革命，但面对可以预见的高昂资费，4G要想进入普及任重道远。
