4G时代的曙光
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手机是个人生活中最不可或缺的电子产品，无论在路上、在地铁中、在车上还是在家中，手机几乎与我们时刻相伴――早上，手机的闹钟叫我们醒来；在上班的地铁中，我们可以通过手机上网浏览新闻、玩游戏、看小说或电影；出游时，手机可以作为GPS，也可以拍摄照片和视频并实时上传与友人分享。当然，更缺不了通话和发短消息的基本功能。在不久的将来，手机还可以遥控电脑或者智能家电。手机的功能如此多样离不开网络的支持，如今，无线通信网络已经发展到第三代，采用的技术包括国际最流行的WCDMA、中国移动大力推进的TD-SCDMA以及不大受欢迎的CDMA2000等等。尽管这些空中接口并不相同，但它们带给移动终端的体验却基本一致。
在3G网络刚刚商用化之际，相应厂商和机构已经开始着手下一代无线通信网络的开发和构建工作。时至今日，这些努力已经开始结出丰硕的成果。WiMAX是我们目前最为熟悉的高速无线广域网络，它得到了英特尔等多家知名公司的支持，在世界各地的许多城市，人们已经开始享受WiMAX的便捷与快速。不过，仅有WiMAX是远远不够的，诸多电信公司需要能够兼容自己已经铺设的通讯网络的下一代无线通信技术。3GPP（3rd Generation Partnership Project，成立于1998年12月的标准化机构，目前的3G通信标准制定者）主推的LTE（Long Term Evolution，长期演进）项目就是这样的解决方案。进入2010年以来，LTE通信技术已经逐步走向成熟，有一百多家服务商承诺在2010年内部署LTE网络。在CES 2011展会上，各类LTE终端也如同雨后春笋般出现。LTE技术和WiMAX技术一起扛起前4g时代的大旗，而它们的后续者――WiMAX2和LTE-Advanced将是真正的4G技术，大约5年后，我们就可以畅享4G技术的高速与便利。
LTE将成主流
高速发展的LTE技术令我们看到了4G时代的曙光，随着各类LTE设备纷纷涌现，我们将很快开始享受LTE技术的便利。当LTE-Advance成为现实的时候，4G时代将最终来临，不过这要等到2015年之后了。
发展最快的无线技术
由于获得了全球几乎全部有影响力的大型通信公司的支持，LTE看上去已经稳居上风。从2005年开始，针对LTE的技术讨论正式展开，到2008年1月，3GPP了LTE R8版本，包含FDD-LTE和TDD-LTE两个标准，涵盖了LTE 的绝大部分特性，原则上完成了LTE 标准草案，从此LTE 进入实质研发阶段。LTE R9与以前的版本相比变化不大，主要增加了关于完善LTE 家庭基站特别是管理和安全方面的性能，以及LTE基站和自组织管理功能的增强，这一版本已在2009 年年底完成。目前LTE基于R9版本的实用化取得了不少可喜的进展，在刚刚结束的CES 2011上，不少LTE终端设备已经登场亮相。更早一些时候，在挪威、瑞典、奥地利、美国等国家，LTE网络已经开始运行。截止到2010年10月，有65个国家和地区的156个运营商正在64个国家中投资建设LTE网络。而到了2011年1月，则增长为70个国家和180个运营商，由此LTE也获得了“移动通信发展史上进展最快的技术”的桂冠（GSA统计数据）。
LTE-Advanced的主要特点
目前正在研讨中的R10及以后版本都将被归类为LTE-Advanced。与此前的版本相比，LTE-Advanced引入了几种重要的技术，其一是载波合并技术。LTE通讯方式以OFDM技术为基础，根据上行和下行链路各自的特点，分别采用双载波DFT-SOFDM和OFDMA作为两个方向上多址方式的具体形式，以子载波为双位进行频率资源的分配。LTE系统采用15kHz的子载波带宽，按照不同的子载波数目，可以支撑1.4MHz、3MHz、5MHz、10MHz、15MHz和 20MHz的系统带宽。LTE-Advanced引入的载波合并技术可以通过合并5个20MHz的双元载波完成100MHz的全系统带宽，还可以将不同频段的载波也合并进来，从而提高数据的传输能力。
LTE-Advanced还进一步增强了多天线技术。LTE-R8支撑下行最多4天线的发送，最大可以空间复用4个数据流的并行传输，在20MHz带宽下，理论峰值速率超过300Mbit/s。在 LTE-Advanced （Release 10）中，下行支撑的天线数目将扩展到8个。相应地，最大可以空间复用8个数据流的并行传输，峰值频谱效率提高了一倍，达到30bit/s/Hz。同时，在上行方向也引入MIMO的功能，支持最多4天线的发送，最大可以空间复用4个数据流，达到16bit/s/Hz的上行峰值频谱效率。
LTE-Advanced还拥有中转技术，它是在连接核心网络的基站的区域内设置中转节点，在基站和中转节点间进行跳频通信。通过使用中转技术，可以改进单一基站周围性能下降的小区边缘的通信速度。根据使用场景的不同，LTE-Advanced的中继站可以用于对基站信号进行接力传输，从而扩展网络的覆盖范围；或者用于减小信号的传播距离，提高信号质量，从而增加热点地区的数据吞吐量。此外，LTE-Advanced还拥有快速分组调度等先进的功能。
TD-LTE：中国的色彩
在1G和2G时代，中国企业能够生产大量的通讯设备，但并不拥有通信标准制定的主导权。在3G时代，三大运营商中国移动、中国联通和中国电信分别拥有TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000等3种类型的3G网络。其中，TD-SCDMA为我国自主开发，手机终端选择较少，在国外也不能使用；WCDMA是全球应用最广泛的3G标准；而CDMA-2000则少人问津。由3种3G技术衍生出的后续技术分别是TD-LTE、FD-LTE和UMB，其中UMB已因缺乏支持而寿终正寝，前两者则刚好组成LTE阵营，由此衍生的LTE-Advanced是目前最热的4G技术。经过多年的发展，中国开始拥有了发言权。目前，中国移动和法国Orange提供TD-LTE试用服务，此外还有5个国家也提供TD-LTE的试用。其中，拥有5.5亿用户的中国移动是TD-LTE的最大推动力量。在中国，1.9GHz、2.0GHz和2.6GHz频带都已经分配给TD-LTE业务使用。在第二人口大国印度，获得2.3GHz频段的印度Reliance Industries宣布，将在获得的频带上启动TD-LTE服务。
与采用频分双工（FDD）技术的FD-LTE相比，采用时分双工（TDD）技术的TD-LTE可以支持不同的上下行时间配比，以利用零散的频段提高传输能力；还可以利用特殊时隙DwPTS和UpPTS传输系统控制信息，节省网络开销，并通过调整上下行时隙更好地支持不对称业务；由于共用部分射频单元和不需要收发隔离器，降低了设备的复杂程度和成本；此外还可以更好地应用传输预处理技术。不过，它也存在发射功率较大、基站覆盖范围小、整体频谱利用效率较低等TD方式固有的缺点。目前在业界已经出现了同时发展FD-LTE和TD-LTE的声音，这是因为在人口密集的大城市中，用户较为集中，此时TD技术的优势便会体现出来。不过，手机等终端同时支持两种LTE技术会导致成本升高，耗电量增加等一系列问题，因此只有相应技术成熟时这样的产品才会出现。
WiMAX或与TD-LTE合并
目前，拥有WiMAX技术的通信公司正在寻求LTE业务的拓展，比如美国最大的WiMAX运营商Clearwire就与华为科技联手进行了LTE实证实验。在实验中测试了上行和下行分别采用不同频率的FDD和 TDD两种方式，频率采用目前为Clearwire分配的2.5~2.6GHz频带。通过Clearwire此前采用的韩国三星电子的移动WiMAX基站，验证LTE能否运行。开发移动WiMAX和LTE两用终端芯片组的美国Beceem Communications将参加此次实验，此外，包括大型无线通信运营商在内的多家企业也计划参加实验。Clearwire公司人士表示，虽然公司的核心业务是WiMAX，但对LTE业务依然很感兴趣，如果能用WiMAX基站加以小改造，实现双网并存，对该公司的竞争力无疑有很大提升。此外，中兴公司人士在日本表示，有关WiMAX与TD-LED整合的谈判正在暗中进行，二者使用类似的频段，如果能够成功实现整合，无疑会提升TD-LTE的竞争力。
WiMAX迈向高速化
WiMAX和LTE作为前4G时代的两大技术，各有特色：WiMAX布局较早，拥有上千万用户；而LTE则得到了电信运营商的全力支持，俨然有一统天下之势。它们受到ITU-R的青睐并非偶然。而LTE-Advanced和WiMAX2的命运似乎也已经决定……
从“最后一英里”到移动终端
WiMAX早期仅仅关注“最后一英里”的应用，而且局限于固定设备，直到2005年，英特尔等公司才决定采用IEEE 802.16e标准，加入对移动设备的支持。目前，全球已经有上千万台移动终端采用了WiMAX技术，比如英特尔就在自己的迅驰平台中加入了对WiMAX的支持（非必需），一些厂商也推出了支持移动WiMAX的手机、路由器甚至智能家庭控制系统等等。不过，目前用于移动终端的WiMAX设备仅能达到3G传输速度的3~4倍，基站的建设也不尽如人意，频段问题也始终困扰着WiMAX。特别是进入2010年以来，随着LTE的局势日渐明朗，很多WiMAX的支持者开始逐渐动摇，比如通讯业的巨头思科就在2010年3月放弃了WiMAX业务，而WiMAX最坚定的支持者英特尔则在2010年7月突然解散了WiMAX项目办公室，转而对LTE表达了强烈的兴趣，这是否意味着WiMAX已经遇到了一个生死攸关的门槛呢？作为最早商用化的无线广域高速传输技术，WiMAX或许还可以找到自己的生存之道。
IEEE 802.16m即将出台
2006年12月，IEEE批准了对 IEEE 802.16m标准的立项申请，IEEE 802.16m期待能够保持对IEEE 802.16e兼容性的同时，大幅度提高网络传输速度，以满足IMT-Advanced的性能要求。这一标准引入了在Wi-Fi中广为采用的技术――MIMO，利用多天线达到更高的传输速率，而目前流行的移动WiMAX仅能达到40Mb/s的理论值。按照IEEE 802.16m的要求，最终下行速率可以达到静止/低速或强信号（热点覆盖）状态下1Gb/s，在高速移动或广域状态下可以达到100Mb/s的速度。同时，单个接入点的覆盖范围也将达到31平方英里。目前IEEE 802.16m的技术标准正在进行最后的完善，预计2011年初，IEEE 802.16m标准将完成正式制定，在2012年推出商用化的产品。
WiMAX2期待给力表现
2010年5月，英特尔、摩托罗拉、三星、Alvarion、Beceem、GCT Semiconductor、Sequans、XRONet、中兴通讯以及台湾研发机构工业技术研究院共同发起成立了WiMAX2合作倡议组织（WCI），旨在加速基于IEEE 802.16m标准的WiMax 2系统间的互用性。基于IEEE 802.16m标准的WiMAX2将在2012年实现商用化，尽管这一前景显得有些黯淡。美国最大的WiMAX运营商Clearware公司就在2010年6月表示，暂时不会考虑在2012年将现有的WiMAX网络升级到WiMAX2，WiMAX的数据传输能力“已经绰绰有余”――尽管这种向下兼容的升级成本较低。这意味着恐怕很长一段时间内，基于WiMAX2的终端设备将难以形成潮流，不过目前它的竞争对手LTE-Advanced也刚刚处于起步阶段。
尽管WiMAX2看上去遇到了推广的难题，但在CEATEC 2010上，WiMAX2还是成为吸引眼球的重要技术。韩国的三星电子和日本UQ电讯合作，在该展会上展出了WiMAX2技术，同时向四台屏幕传输高清影像，传输速率高达330Mb/s，而在不久的将来WiMAX2可能将会达到1Gb/s的理论值。2009年诺基亚西门子也进行了LTE-Advanced的验证实验，但侧重于中转技术而非高速传输。看起来在速度方面WiMAX2还暂时保持领先。
WiMAX的生存之道
在强势的LTE面前，WiMAX的命运将会如何？很多人都在关心这一问题的答案。目前看来，在很长一段时间内，WiMAX并不会消失，因为目前WiMAX已经拥有一定数量的用户群体，而且在未来一段时间内，它都将是速度最高的广域无线服务。但是未来面对LTE的挑战，WiMAX必须有一定的应对之道。
或许Wi-Fi的成功经验可以供WiMAX借鉴，目前在国内外很多城市中，都提供免费的Wi-Fi热点服务，用户并不需要为流量付费，只需要为浏览或下载的内容付费，而这些钱将由内容供应商与Wi-Fi供应商分成。WiMAX也是基于IP地址的服务，采用流量免费的方式，与尽可能多的内容供应商结合，将比采用流量收费的3G网络更有竞争力。此外，速度也是一个很关键的因素，如果能够尽早达到802.16m的条件并且商业化，也许会抢得先机，但失去重要厂商支持的WiMAX能否做到这些则是一个疑问。
CHIP结论：不仅仅是手机
4G时代的无线广域通信需求已经远远超出了手机的范畴，包括笔记本电脑、平板电脑、上网本、GPS、个人娱乐设备在内的移动平台，家用台式机和智能家庭管理系统平台，乃至汽车等交通工具也会被4G连接起来，4G将带给我们超过手机数倍的广大平台和市场机会。
从1G到4G，无线通讯的发展之路
喜欢怀旧的朋友如果重温八九十年代的电影，很容易发现“大哥大”的身影――这在当年是身份的象征，价格高达数万元一台，它主要的功能是通话，采用模拟通讯技术，体积庞大。到90年代中后期，第二代无线通讯技术――GSM和CDMA等开始登上舞台，不过，早期的GSM网络速度仅有大约25kb/s左右，应用仅限于通话、短讯等，直到GPRS、EDGE等“提速”的2.5G技术出现后，彩信、手机上网等应用才逐渐被用户所接受。不过，即使是较为“给力”的2.5G技术也只能提供不算太高的无线通讯速率，比如CDMA 1X的速率大约为150kb/s，使用EDGE的GPRS可以达到460kb/s的理论速度，但根据无线信号的状况还可能会有较大的下降。这样的速度用于上网或小容量下载已经足够，但对于更高规格的应用则还会力不从心。从2004年左右开始，3G无线通信技术――WCDMA，TD-SCDMA和CDMA2000的出现和普及扭转了这一局面。以目前应用最广泛的3G技术WCDMA为例，它的理论峰值下行速度可达7.2Mb/s，上行速度5.76Mb/s，在实际应用中也可以达到200Kb/s左右的峰值速度，与我国家庭中ADSL宽带网络几乎持平，如果再加入HSDPA（High-Speed Downlink Packet Access）技术，更可以达到20Mb/s的理论下行速率。在3G网络的基础上，手机电视，GPS导航，在线游戏和视频点播等服务也迅速普及。如果能让移动终端拥有更高的速度，比如上百Mb/s，那么用它们来收看高清视频，传送GB级别的文件将非常轻松，由此将会衍生出更多的服务。这就是4G无线通讯技术的愿景。
速度与广域
时至今日，我们的生活已经离不开无线通讯技术，所谓无线通讯技术，就是利用波作为信息传输的载体。我们日常接触或耳熟能详的无线传输技术包括用于个人无线传输级别的蓝牙，红外，Zigbee；无线局域网级别的Wi-Fi，WHDI（无线高清接口），Wireless HD；以及无线广域网络级别的WiMAX，WCDMA，TD-SCDMA等等。无论哪种级别的无线传输技术，都在寻求更高的速度，更稳定的传输模式，更远的传输距离。不过，在无线电波中，可供民用通讯使用的频段很少，利用有限带宽来尽快地传输数据是无线通讯技术始终面临的挑战。
为了提高传输的速度和范围，常见的技术手段包括提升信号的功率，采用更高频的电波作为载体，以及利用MIMO（多天线输入输出）、OFDM（正交频分复用技术）、UWB（无线超宽带）等技术。不过它们也都各有局限性。提高功率会更耗电，还面临着辐射的危险；更高频率的波段虽然可能获得的总带宽更大，但绕开障碍物的能力却相应减弱，基站的建设成本也随之提升。作为广域无线通信，目前可选择的最高频段大约在3.4~3.6GHz。
4G时代的候选者
数年之前，3种高速无线广域通讯技术为业界所看好，它们分别是WiMAX、UMB和LTE。WiMAX（World Interoperability for Microwave Access，世界微波接入互操作性协议）是由英特尔、三星、阿尔卡特朗讯主导开发的无线广域网络，它最初开发的目的是为电脑等设备提供高速的无线广域空中接口，此后推出的IEEE 802.16e标准则将WiMAX进一步推广到移动设备领域。WiMAX目前在全球已经拥有上千万用户，我国也已经在多个城市展开了WiMAX的试运行业务。
UMB（超移动无线宽带）技术则由CDMA 2000技术演进而来，由3GPP2组织主导，它可以在1.25MHz和20MHz间以约150KHz的频率增量灵活部署，支持频段包括450MHz、700MHz、850MHz、1700MHz、1900MHz、1700MHz/2100MHz、1900/2100MHz（IMT）和2500MHz（3G扩展频段），可与现有的CDMA 2000 1X和1x EV-DO系统兼容，下行数据传输速率达到288Mb/s，上行数据传输速率达到75Mb/s，在以300km/h的速度移动时也可使用。不过，由于缺乏电信运营商的支持，UMB技术已经走到了尽头，就连它的推动者高通也放弃了这一技术。
LTE（长期演进）技术则是由GSM和WCDMA技术一路进化而来，因此它获得了最广泛的运营商支持。LTE的主要性能目标包括：在20MHz频谱带宽能够提供下行100Mb/s、上行50Mb/s的峰值速率；改善小区边缘用户的性能；提高小区容量；降低系统延迟，用户平面内部单向传输时延低于5ms，控制平面从睡眠状态到激活状态迁移时间低于50ms，从驻留状态到激活状态的迁移时间小于100ms；支持100km半径的小区覆盖；能够为350km/h高速移动用户提供大于100kb/s的接入服务；支持成对或非成对频谱，并可灵活配置1.25MHz到20MHz多种带宽。此外它不支持CDMA。
ITU的指令
2009年，国际电讯联盟（ITU）就全球4G移动无线宽带技术（IMT-Advanced）征求提案，到当年10月下旬，ITU表示共收到6份提案，围绕着3GPP LTE版本10、LTE-Advanced技术和IEEE 802.16m（WiMAX2）技术。2010年10月，国际电讯联盟的无线部门（ITU-R）宣布，将采用LTE-Advanced和WiMAX作为4G网络的正式标准。其中，LTE标准为“LTE-Advanced”，WiMAX标准为“WirelessMAN-Advanced”，后者被列入IEEE 802.16m之中。也就是说，除了WiMAX2和LTE-Advanced外，其他的技术都不能自称“4G”。因此很多人也把WiMAX和LTE技术归类为“3.9G”技术，也就是说，它们是进入4G时代的门槛。
此外，早在2007年，ITU已经确定了4G技术使用的无线频段，它们包括3.4GHz~3.6GHz的200MHz带宽、2.3GHz~2.4GHz的100MHz带宽、698MHz~806MHz的108MHz带宽和450MHz~470MHz的20MHz带宽，总带宽达到430MHz。选用何种带宽将由各国相关部门和通讯业务供应商通过拍卖、指定等方式决定。其中，3.4GHz~3.6GHz和698MHz~806MHz两个频段最被业界看好，前者能够提供最大的可用带宽，后者则具有高穿透性、大覆盖性等优良的频谱特性。在美国FCC（联邦通讯管理局）的频谱拍卖中，得到700MHz频段的AT&T和Verizon都表示要将这一频段用于LTE；我国为WiMAX业务划定的带宽范围则为3.5GHz。