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4G 的網速為什麼快?

2017年08月09日 知乎問答精選 暫無評論 閱讀 6 ℃ 次

【益帥的回答(68票)】:

僅僅單純的討論空中接口的下行速率。註:空中接口顧名思義即基站到手機這一端的無形的接口。下行速率就是俗稱的下載速率。

  • 最根本的原因在於香農定理

    C是容量(可以簡單理解為速率),B是頻譜帶寬,S/N則是信噪比。可以看到通過對帶寬B的提升可以獲得更大的容量C。就好比車道數的提升,城市裡的道路擴寬改造工程就是這個道理,通過增加車道數就能容納更大的車流量。因此從2G一直到現在的LTE,一個很明顯的特徵就是單個載波佔用的頻譜帶寬不斷提升。GSM一個載波上下行各200KHz,CDMA2000 EVDO一個載波上下行各1.25MHz,TD-SCDMA一個載波上下行共用1.6MHz,WCDMA一個載波上下行各5MHz,LTE FDD一個載波最大上下行各20MHz,LTE TDD一個載波最大上下行共用20MHz。其中要注意的一點就是使用TDD方式的系統其上下行是使用同樣的頻譜來進行通信,因此需要從時間上來劃分上下行各自使用的時間段,從而避免衝突。簡單的說就是同樣的情況下,TDD方式用於下行傳輸的帶寬雖然還是那麼大,但是用於下行傳輸的時間卻沒有FDD系統那麼多,使得其下行速率也會稍遜於同級別的FDD系統。C是容量(可以簡單理解為速率),B是頻譜帶寬,S/N則是信噪比。可以看到通過對帶寬B的提升可以獲得更大的容量C。就好比車道數的提升,城市裡的道路擴寬改造工程就是這個道理,通過增加車道數就能容納更大的車流量。因此從2G一直到現在的LTE,一個很明顯的特徵就是單個載波佔用的頻譜帶寬不斷提升。GSM一個載波上下行各200KHz,CDMA2000 EVDO一個載波上下行各1.25MHz,TD-SCDMA一個載波上下行共用1.6MHz,WCDMA一個載波上下行各5MHz,LTE FDD一個載波最大上下行各20MHz,LTE TDD一個載波最大上下行共用20MHz。其中要注意的一點就是使用TDD方式的系統其上下行是使用同樣的頻譜來進行通信,因此需要從時間上來劃分上下行各自使用的時間段,從而避免衝突。簡單的說就是同樣的情況下,TDD方式用於下行傳輸的帶寬雖然還是那麼大,但是用於下行傳輸的時間卻沒有FDD系統那麼多,使得其下行速率也會稍遜於同級別的FDD系統。就像是同樣寬的車道,TDD系統的車流量一會兒是從左往右走,一會兒是從右往左走,是「單行雙向車道」,其單邊最大允許通行的車流量在同等條件下自然會稍遜色於同等車道數量的「單行單向車道」的FDD系統。因此從中對比我們也不難看出各個系統的空中接口速率大小情況大體是LTE FDD>LTE TDD>WCDMA>CDMA2000 EVDO>TD-SCDMA>GSM(GPRS/EDGE)。

  • 還有就是一些buff。比如現在LTE裡已經應用廣泛的MIMO技術,使用兩根或者多根天線及相應的射頻處理系統,理論上可以在不增加頻譜帶寬的情況下成倍的增加速率,好比是在道路上再建設了一個同等車道數的高架橋一樣。還有調製方式和編碼效率,LTE裡可以用到64QAM的高階調製方式,相對於以往2G、3G的GMSK、QPSK、16QAM這些調製方式來說,同樣的符號可以嵌入更多的比特,從而提升速率。就像是一條公交線路,12米甚至是18米車長的公交車就會比6米、8米車長的公交車運量要大。不過高階調製和高編碼效率也是有條件限制的,都要求比較好的無線環境,簡單說就是要求高信噪比。這個也好理解,地鐵之所以運量巨大的原因之一就是對於道路環境要求高,要行駛在固定專用的軌道上,保證整體行駛平穩,這樣才能在保障安全的情況下,盡量的塞進去更多的乘客。而普通小車運量小,一次可能就拉幾個人,但是對於道路環境的要求就比地鐵甚至是公交車要小得多。還有比如多載波捆綁/聚合技術,LTE-A最高允許5載波聚合(100MHz),從而實現超過1Gbps的速率,簡單理解還是道路拓寬工程,通過佔用更多的土地資源來拓寬整體道路從而允許通行更多的車流量。當然,高階調製和MIMO以及多載波捆綁等等這些個「buff」也不是只有LTE有,其實在3G中也有應用,比如64QAM調製就在全球的商用WCDMA網絡中得到了廣泛應用,還有MIMO技術以及雙載波捆綁也在少數一些WCDMA網絡中得到商用,這其實也是為什麼WCDMA網絡的速率能甩開另外兩個3G系統的原因之一。
  • 時延的降低也是一個方面。快不僅僅是體現在帶寬上,還體現在時延上。LTE通過對整體網絡架構進行變革,引入了扁平化的網絡架構,再加上信令方面的優化,使得整體時延降低,提升了用戶的感受。就像是去政府部門辦事,辦事窗口雖然很多,但是凡事都要走流程,動不動還要一層層樓去跑,那辦事的速度和效率未必能得到提升。如果將辦事流程簡化,甚至精簡掉不必要的辦事部門,那麼整體的辦事速度和效率也會得到提升。

當然,一代代通信技術的變革不僅僅是理論知識的突破,還需要工程技術上的日積月累才能實現最終的商用化。上文可能有錯漏或者比喻不當的地方,還望諒解。

【風浪的回答(7票)】:

寫一個給普通用戶看的答案吧。

假如從網上下載一部電影等同於從A地運送一批人到B地。

2G時代就是摩托車,不僅慢每次只能送兩個人過去。

3G時代就是小轎車,速度變快了,每次送的人多了,可以送5個人過去。

4G時代就是大巴車,但是是很多大巴車一起送。不僅速度快了,每次運送的人變多了,最重要的變化是,很多大巴車一起送,這也就是所謂的串行的大數據變成並行的小數據同時傳輸,4G的關鍵技術之一OFDM。

5G時代的主要變化在哪裡呢?上面說的運輸人走的路都是單行道,或者說同一時間只能走一個方向的車。而5G時代的一個變化就是一條路同時可以走A到B的車也能走B到A的車,實現真正意義上的雙工傳輸,從而達到速度的進一步提升。

以上描述還略去了很多其他的技術,但是歸根結底4G之所以速度變快就是實現了串行數據的並行發送。

【翟雲生的回答(0票)】:

四哥笑了,有3g到了我們這裡還是2g

【莫水心的回答(1票)】:

因為4>3>2

所以4G>3G>2G

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