4G和3G到底有什么区别?

原文出处: 璞凌

同学的同学提出一个疑问:“4G和3G到底有什么区别?”我们整个宿舍哑口无言,唯一的回答是:“速度快……”(废话,速度快,这还用你说?!)

这是件多么令人惭愧的事啊,当非专业同学兴致勃勃地向我们请教一些专业问题时,许多情况下都得不到像样的回答,最终被“我们不学这个”搪塞过去。这些还都不是什么高深的问题,仅仅处于用户应用和体验层面。

于是我有了这样的念头,要把这些当初没有回答出来的问题好好回答一下,并且尽量用非专业的通俗语言。观众不在多少,至少是自己学习和总结的机会。由于个人水平有限,如有出错或不足之处,还望路过的大神不吝赐教。

从1G到4G

要说4G与3G的区别,首先不妨搞清楚这个G是什么意思,G就是Generation(代),3G就是第三代移动通信,4G就是第四代移动通信。如此简单粗暴的命名方式令我刚开始都不敢轻信。再通俗一点,4G就是指第四代手机。那么从1G到4G,移动通信技术到底经历了怎样的发展与蜕变呢?这里简单介绍一下:

1G(第一代蜂窝移动电话系统):众所周知,贝尔发明了电话,而继承了贝尔遗志的著名的贝尔实验室则理所当然地发明了蜂窝移动电话系统。那是上个世纪70年代的事,可见手机这个东西历史也不过40余年。史上第一部手机,哦不,刚开始还不叫手机,叫手提电话,史上第一部手提电话是摩托罗拉在1973年发明的,人称大哥大(当时手里端上一部霸气十足,为什么现在总隐约觉得这称呼略显喜感……),1987年开始流入中国。到2001年,我国停止1G服务。

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大哥大

  2G(第二代蜂窝移动电话系统):移动通信从1G到2G的蜕变最重要的无疑是模拟到数字的飞跃,数字化是人类史上一件无比伟大的发明不解释。早在80年代中期,一些发达国家就已经在研制2G了,我国在90年代初引进,目前依然有着庞大的用户群,但现在去办新卡人家肯定至少给你张3G的。2G是手机史上巨大的飞跃,手机居然可以发短信了,还能上网,以前的非智能机也能挂个QQ。它是何等的经典,就如微软的XP操作系统一样经久不衰(当然最终还是要衰的),直到现在还有许多用户使用着2G时代的接入方式,GPRS、EDGE等等(大抵都是过渡技,人称2.5G、2.75G,囧)。你可以在手机上查看自己的接入方式,如果仍是2G,那么恭喜你,你接入别人3G手机的热点上网也比用自己的上快得多。

还值得一提的是神器小灵通。当年电信与网通没有移动牌照,无权进入手机行业,但中国人是何等精明,最擅长打擦边球,从日本引进小灵通,称是“固话的补充和发展”,低端实用,红遍大江南北。它是如此犀利,打电话、发短信、下五子棋,超长待机,与固话话费绑定,跟家里打电话甚至不要钱,想当年上高中时好多同学都用。可现在为什么淘汰了呢?其实并不是因为它过时了,不受青睐了,而是与3G频段产生了冲突,就好比收音机广播,现在有个崭新的节目要用老节目的频道,你老节目只能让位。

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小灵通

  2G标准有很多,最具代表性的就是1991年于欧洲问世的GSM,移动和联通的手机用户们对此一定并不陌生,而电信从联通手里买到的CDMA大力鼓吹的优势即辐射小,实测证实CDMA平均辐射不足GSM的1/60。其实这是个有争议的话题,也有不少人认为两者的辐射是旗鼓相当的,但这其实已经无所谓了,因为进入3G之后所有手机都将基于CDMA。

3G(第三代蜂窝移动电话系统):CDMA(码分多址)是3G的技术基础,无论你是否认同其辐射究竟比GSM小的说法,CDMA在技术上是绝对领先的,甚至有人将电信的CDMA(指CDMA 2000 1x)称为2.5G,也有不少人误认为其就是3G。在此罗列清楚:中国电信3G为CDMA2000(来自美国),中国联通3G为WCDMA(来自欧洲和日本),最值得关注的是中国移动的TD-SCDMA,是国家大力扶持自助开发的3G标准,并最终获得权威机构认可,成为与CDMA2000和WCDMA并驾齐驱的国际三大标准之一。这可不容易,是一个里程碑级别的东东。只可惜毕竟晚了人家好多年,TD-SCDMA在技术成熟度、产业化进程等方面存在着许多问题,导致中国移动在3G时代表现并不给力,只好抓紧机遇在4G上狠下功夫。

4G(第四代蜂窝移动电话系统):目前市面上大力宣传的所谓的4G包括TD-LTE和FDD-LTE两种制式,其严格意义上其实并未被权威机构认可为真正的4G,从标准上讲,应定义为向4G过渡的3.5G。就好比当年盛行的MP5播放器,本质上属于MP4,添点附加功能,写成5就能吸引更多消费者;又好比现在主流的电影技术只达到了3D,而标有4D、5D甚至6D的影院早已屡见不鲜。然而人们对4G早已急不可耐,从技术上讲,确实也可以认为已经进入4G时代了。

有趣的是,苦逼良久的中国移动终于在4G上扬眉吐气了。目前工信部只发放了TD-LTE牌照,于是电信和联通快疯掉了,因为它们的设备很难向TD-LTE平滑过渡。打个直观的比方,移动手里拿着粉笔,电信和联通手里则拿着钢笔和圆珠笔,这时候工信部给它们每人发了一块黑板,说:“现在你们都有写字的权力了。”写你妹啊!这种情况下电信联通要么死劲在黑板上描啊描,要么低声下气地向移动租点粉笔用用,简直就是移动一家垄断的局面,对电信联通来说FDD-LTE才是真正能写字的白纸。FDD-LTE牌照发放之后三大营运商的较量才正式开始,让我们拭目以待。

网速PK

对手机发展史一个简单直观的概括就是速度越来越快,有人这样比喻,2G好比绿皮火车,3G好比特快,4G好比动车。我们不妨列表对比一下它们的理论下行带宽。注:直观的下载速度单位是B,1B=8b,在比较时记得将带宽值除以8。

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表:2G、3G、4G下行带宽对比

  相信大家将表中数据与自己手机对比下来得出的结果肯定是:我的手机没这么快啊。那是必须的,毕竟这些都是理论值,实际情况复杂得多,信号不一定满格,并且传输的数据本身还包括校验码等非正文信息。我用的电信EvDo在信号好的时候下载速度100多KB是没有问题的,相当于家里2M的宽带,已经很给力了。

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3G VS 4G

  再来看4G的网速,直接亮瞎你的24K硬化氪金狗眼,100Mb是什么概念你造吗?就相当于高校校园网的带宽(下载速度10MB+)。我们来做个粗暴点的YY,把你的4G手机设为热点,笔记本接入上网,打开360测试网速,结果就是你打败了全国99%的用户。于是我可以隆重地告诉你,你的4G手机网速比全国绝大多数有线上网方式都要快得多。当然无线通信不可能像有线校园网一样稳定,实际带宽到不了100Mb,但据各地软件实测,几十Mb是有的。如果你买了个4G手机感觉速度不够,那很有可能是你所在的城市基站不多,信号覆盖不好,毕竟4G仍处于建设初期,覆盖度没有2G、3G那样成熟。

4G关键技术

OFDM。4G相中了一种并不算新的技术OFDM,人们常把它与CDMA相比较,关于两种技术的原理是通信专业的东西,我看了老半天也没看出个所以然来。总结起来,它们是各有千秋的,有不少两者组合使用的方案;而有观点则认为OFDM将取代CDMA,因为OFDM在专利上比较干净,且许多方面优于CDMA。实际情况具体怎样我也不清楚,望有通信专业的人士能给出答案。简单地说,OFDM提高了带宽使用率(同样一条马路能跑更多的车),具有很强的抗干扰和抗衰落能力(信号能清晰准确地传到更远的地方),以及吧啦吧啦一堆,还有比起CDMA,它更方便与一种更古老但非常好用的技术相结合——MIMO。MIMO通过增加天线数目的方式提高数据传输速率及性能,至于它是怎么实现的你我都不需要搞清楚。

软件无线电。尽量用软件去代替原本硬件实现的功能,这么做的众多好处的不言而喻的。

智能天线。在智能天线出现以前,天线分为全向和定向两种。我们可以想象广场中央有一个广播站,要想让广场上的人都听到广播,声音就必须向四面八方传去,这就是全向天线;而如果广播站建在广场的一个角上,比如东南角,那么它只需要向西北方向发声人们就都能听到了,这就是定向天线。事实上在打电话时,“广播站”那么努力地做着广播,真正想听的只有你一个人而已,除非其他人是来窃听的,于是当技术成熟后,人们便决定让在广场中央的“广播站”直接朝你所在的方向发声就行了。它朝四面八方发送的消息是不同的,并且能动态跟踪打电话的人走到哪儿了,这就是智能天线。

IPv6。原则上4G时代连语音通信都将采取包交换的方式,此前打电话均属电路交换。举个例子,你给家里人打电话说:“给我再打点钱吧。”电路交换好比火车运输,这句话按序放在火车一节节的车厢里,整个过程铁轨上不能有别的火车,你独占了这条铁轨;而包交换好比公路运输(我们假装公路和铁路速度是一样的),“给我再打点钱吧”7个字被分开装在7辆车上,它们各走各的,全部到达目的地之后再组装起来,这种方式下你不会一人独占一条道,同一条道上可以走许多车。我们知道电脑或手机上网是需要一个IP地址的,此前使用的IPv4(版本4)所能提供的IP地址濒临枯竭,这个时候IPv6(版本6)被提出来并投入使用,它所能提供的IP地址数是一个天文数字,以目前的人口数算,平均每人可分配到近五万亿亿亿个IP,保守估计其实际可用者,地球上每平方米内能分配1000多个IP。4G采用IPv6为每部手机提供唯一IP,能更方便地跟踪用户位置。当然移动IPv6的好处还有许多,这里就不再罗列了。

果然光靠一种技术不可能支撑起一个时代,4G所用到的大大小小的技术数不胜数,其中主要的技术也不止以上4项,只是我快累死了,还是直接进入下一部分内容吧……

3G VS 4G

其实4G对比3G,众多的差异在于其背后实现的技术(比如上面例举的那些),对于用户来说,这些并不十分重要,重要的是手机用起来各方面都比3G顺手。一是速度提升,3G手机有时看个在线视频会比较卡,4G则不存在这种情况,高清模式也绰绰有余;二是资费便宜,由于建网成本低,从单价上讲4G流量费比3G便宜得多,相当于家里宽带的价格,而它的速度又那么快,我想以后是不是全换成无线上网得了,电脑里插个4G卡都比有线上网痛快;三是TD-LTE与FDD-LTE两大制式兼容性好,可以建设无缝双制式网络,真正实现一部手机在全球任何地方都能用;四是信号更好,这个有点废话,手机信号肯定是一代比一代强的;五是能提供更丰富的业务,如可视电话、电话会议、虚拟现实等;六是等等等等。

事实上目前的4G就好比我们的社会主义初级阶段,才刚刚起步,现在连3G的潜能都还尚未充分发挥出来,更别提4G了。当4G真正普及到每一个角落时,配合云计算、三网融合,世间处处皆信号、天下处处是资源,我们的生活将发生翻天覆地的变化。

说了这么多真叫人兴奋不已,那么怎样才能体验到4G带来的乐趣呢?手机号可以不变,但是你还是得先去买个4G手机。



手机、软件、移动互联网。新浪微博:@尘岳0_o

2 评论

  1. hi  /  2014 年 5 月 28 日, 下午 2:56 回复

    (2013年)12月4日,工信部给中国移动发放TD-LTE牌照,中国电信和中国联通均获发TD-LTE和FDDLTE两张牌照。
    http://news.xinhuanet.com/2013-12/04/c_125807391.htm

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    • Nasei  /  2014 年 5 月 29 日, 下午 3:30 回复

      12月4日,工信部发布公告称,向中国移动、中国电信和中国联通颁发“LTE/第四代数字蜂窝移动通信业务(TD-LTE)”经营许可。此外,工信部将根据企业申请,依据相关法定程序,批准相关企业开展LTE FDD网络技术试验,系统验证LTE FDD和TD-LTE混合组网的发展模式,并将在条件成熟后,发放LTE FDD牌照。
      http://goo.gl/eZkwnT

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