4G 是一个技术标准体系，它不是一个单一的技术，而是一系列能够满足国际电信联盟 定义的高速、高质量无线通信技术的总称。
我们可以从以下几个层面来理解4G包括的内容：
核心国际标准（4G的“身份证”）
这是最核心的部分，要被官方认定为4G，技术必须满足ITU提出的 IMT-Advanced（国际移动通信-高级）标准，该标准对4G的性能提出了明确要求,其中最关键的两项是：
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高速率：
- 在理想状态下，峰值速率需要达到：
- 固定或低速移动场景：下行1 Gbps，上行500 Mbps。
- 高速移动场景（如高铁上）：下行100 Mbps，上行50 Mbps。
- 在实际网络中，用户通常能体验到的速率在10-100 Mbps之间，这已经是3G时代的10倍以上，足以流畅观看高清视频、进行视频通话等。
- 在理想状态下，峰值速率需要达到：
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高质量与低延迟：
（图片来源网络，侵删）- 高数据速率：不仅仅是峰值速率,还包括小区边缘用户的速率也要有显著提升。
- 低延迟：从用户发出指令到网络响应的时间要非常短，ITU要求4G的空中接口延迟在高速移动时低于100毫秒，在静止时低于50毫秒，这对于在线游戏、实时视频会议等应用至关重要。
- 高移动性：支持高达350公里/小时甚至更高的移动速度下的通信。
- 高谱效：在有限的频谱资源下,能传输更多的数据。
主流技术实现方案（4G的“发动机”）
满足上述IMT-Advanced标准的技术主要有两大流派,它们共同构成了4G的物理基础：
长期演进技术
这是全球最主流、应用最广泛的4G技术，LTE本身是一个演进体系,它包含了两个阶段：
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LTE-Advanced (LTE-A)：这是第一个符合IMT-Advanced标准的4G技术，通常被称为“真正的4G”。
- 关键技术特性：
- 载波聚合：这是LTE-A的核心，它可以将多个不连续的频段“捆绑”在一起，形成一个更宽的“虚拟管道”，从而成倍提升数据传输速率，将2个20MHz的频段聚合,就能获得40MHz的带宽。
- 增强型MIMO (eMIMO)：在基站端使用多根天线（如4x4 MIMO）进行数据传输，在不增加带宽的情况下,大幅提升网络容量和覆盖质量。
- 中继技术：通过部署中继站，将信号转发给信号不佳区域的用户,扩大覆盖范围。
- 协同多点传输 (CoMP)：多个基站协同为一个用户服务，减少小区间干扰,提升边缘用户体验。
- 关键技术特性：
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LTE-Advanced Pro (LTE-A Pro / 4.5G / Pre-5G)：这是LTE的最终演进版本，虽然它通常被认为是“4.5G”或“准5G”,但它被ITU正式纳入了4G标准体系。
（图片来源网络，侵删）- 关键技术特性：
- 更宽的载波聚合：支持更多频段的聚合，理论峰值速率可达3 Gbps。
- Massive MIMO：引入大规模天线阵列，通过波束成形技术，将能量精确聚焦到用户设备上,极大提升网络容量和能效。
- LAA (Licensed-Assisted Access)：允许运营商在非授权频谱（如Wi-Fi使用的2.4GHz/5GHz频段）上部署LTE，有效分流数据压力,提升网络容量。
- 窄带物联网：在LTE-A Pro框架下，NB-IoT技术被标准化，为海量物联网设备提供低功耗、广覆盖的连接。
- 关键技术特性：
全球微波互联接入
WiMAX是另一个由IEEE（电气和电子工程师协会）开发的4G技术标准，其空中接口标准是 IEEE 802.16m。
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发展历程：
- 第一代 (802.16e)：被称为“移动WiMAX”，在2000年代中期曾在美国、韩国等地有过商业部署（例如韩国的WiBro服务）,但未能形成全球规模。
- 第二代 (802.16m)：升级后的WiMAX 2满足了IMT-Advanced标准，成为名副其实的4G技术,它在理论上也支持高带宽和低延迟。
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现状： 由于LTE产业链的强大和运营商的广泛支持，WiMAX在与LTE的竞争中落败，全球绝大多数4G网络都基于LTE技术,WiMAX已基本退出主流市场。
关键网络架构与核心技术（4G的“骨架”）
除了上述标准和技术方案,4G的成功还依赖于一系列关键技术和架构革新：
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全IP核心网络：4G网络的核心网（EPC - Evolved Packet Core）是一个全IP（互联网协议）的网络，这意味着无论是语音、视频还是数据，所有业务都被打包成IP数据包进行传输,这为网络融合和未来业务扩展提供了巨大灵活性。
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扁平化网络架构：相比3G时代的“基站-控制器-核心网”多层结构，4G网络架构大大简化，基站（eNodeB）直接与核心网连接，减少了时延,提高了数据传输效率。
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正交频分多址：这是LTE的核心多址技术，它将宽带频谱划分为大量相互正交的窄带子载波，每个子载波可以独立传输数据，OFDMA具有极高的频谱效率和抗多径衰落能力,是4G实现高速率的关键。
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软件定义网络和网络功能虚拟化：虽然SDN/NVN在5G时代发扬光大，但其理念和技术雏形在4G后期已经开始引入，旨在通过软件化、虚拟化网络功能，提升网络的灵活性、可扩展性和运维效率。
补充：4G与LTE的关系
这是一个常见的疑问,简单总结一下：
- LTE 是 4G 的“前奏”和“基础”，最初的LTE版本（Release 8）在速率和延迟上并未完全达到ITU的4G标准，因此通常被称为“3.9G”。
- LTE-Advanced 才是“真正的4G”，它通过引入载波聚合等关键技术，完全满足了IMT-Advanced的要求。
- LTE-Advanced Pro 是 4G 的“最终形态”,它为向5G的平滑过渡铺平了道路。
可以这样理解：4G是一个目标，而LTE是实现这个目标的最主要技术路径，我们日常所说的4G网络，实际上就是指LTE网络，特别是指升级到LTE-Advanced及后续版本的网络。
第四代移动通信技术(4G)包括：
- 一个国际标准：IMT-Advanced，定义了高速率、低延迟等核心性能指标。
- 两大主流技术方案：
- LTE (长期演进技术) 及其演进版本 LTE-Advanced 和 LTE-Advanced Pro（全球绝对主流）。
- WiMAX (全球微波互联接入) 及其演进版本 IEEE 802.16m（市场已基本淘汰）。
- 一系列关键技术：
- 核心多址技术：OFDM/OFDMA。
- 提升速率的关键：载波聚合、MIMO（特别是Massive MIMO）。
- 网络架构：全IP核心网、扁平化架构。
- 物联网能力：NB-IoT（在LTE-A Pro中标准化）。
4G的普及彻底改变了人们的上网方式，开启了移动互联网时代,并为后续5G的发展奠定了坚实的基础。
