都知道4G下载快但你知道背后原理吗新时代

都知道4G下载快 但你知道背后原理吗？

仅仅单纯的讨论空中接口的下行速率。注：空中接口顾名思义即基站到这一端的无形的接口。下行速率就是俗称的下载速率。

最根本的原因在于香农定理：

C是容量(可以简单理解为速率)，B是频谱带宽，S/N则是信噪比。

可以看到通过对带宽B的提升可以获得更大的容量C。就好比车道数的提升，城市里的道路扩宽改造工程就是这个道理，通过增加车道数就能容纳更大的车流量。因此从2G一直到现在的LTE，一个很明显的特征就是单个载波占用的频谱带宽不断提升。GSM一个载波上下行各200KHz，CDMA2000 EVDO一个载波上下行各1.25MHz，TD-SCDMA一个载波上下行共用比例大约为65%左右1.6MHz，WCDMA一个载波上下行各5MHz，LTE FDD一个载波最大上下行各20MHz，LTE TDD一个载波最大上下行共用20MHz。

其中要注意的一点就是使用TDD方式的系统其上下行是使用同样的频谱来进行通信，因此需要从时间上来划分上下行各自使用的时间段，从而避免冲突。简单的说就是同样的情况下，TDD方式用于下行传输的带宽虽然还是那么大，但是用于下行传输的时间却没有FDD系统那么多，使得其下行速率也会稍逊于同级别的FDD系统。

就像是同样宽的车道，TDD系统的车流量一会儿是从左往右走，一会儿是从右往左走，是单行双向车道，其单边最大允许通行的车流量在同等条件下自然会稍逊色于同等车道数量的单行单向车道的FDD系统。因此从中对比我们也不难看出各个系或是为了谈生意统的空中接口速率大小情况大体是LTE FDDLTE TDDWCDMACDMA2000 EVDOTD-SCDMAGSM（GPRS/EDGE）。

还有就是一些buff。比如现在LTE里已经应用广泛的MIMO技术，使用两根或者多根天线及相应的射频处理系统，理论上可以在不增加频谱带宽的情况下成倍的增加速率，好比是在道路上再建设了一个同等车道数的高架桥一样。还有调制方式和编码效率，LTE里可以用到64QAM的高阶调制方式，相对于以往2G、3G的GMSK、QPSK、16QAM这些调制方式来说，同样的符号可以嵌入更多的比特，从而提升速率。

就像是一条公交线路，12米甚至是18米车长的公交车就会比6米、8米车长的公交车运量要大。不过高阶调制和高编码效率也是有条件限制的，都要求比较好的无线环境，简单说就是要求高信噪比。这个也好理解，地铁之所以运量巨大的原因之一就是对于道路环境要求高，要行驶在固定专用的轨道上，保证整体行驶平稳，这样才能在保障安全的情况下，尽量的塞进去更多的乘客。

而普通小车运量小，一次可能就拉几个人，但是对于道路环境的要求就比地铁甚至是公交车要小得多。还有比如多载波捆绑/聚合技术，LTE-A最高允许5载波聚合（100MHz），从而实现超过1Gbps的速率，简单理解还是道路拓宽工程，通过占用更多的土地资源来拓宽整体道路从而允许通行更多的车流量。当然，高阶调制和MIMO以及多载波捆绑等等这些个buff也不是只有LTE有，其实在3G中也有应用，比如64QAM调制就在全球的商用WCDMA络中得到了广泛应用，还有MIMO技术以及双载波捆绑也在少数一些WCDMA络中得到商用，这其实也是为什么WCDMA络的速率能甩开另外两个3G系统的原因之一。

时延的降低也是一个方面。快不仅仅是体现在带宽上，还体现在时延上。LTE通过对整体络架构进行变革，引入了扁平化的络架构，再加上信令方面的优化，使得整体时延降低，提升了用户的感受。就像是去政府部门办事，办事窗口虽然很多，但是凡事都要走流程，动不动还要一层层楼去跑，那办事的速度和效率未必能得到提升。如果将办事流程简化，甚至精简掉不必要的办事部门，那么整体的办事速度和效率也会得到提升。

当然，一代代通信技术的变革不仅仅是理论知识的突破，还需要工程技术上的日积月累才能实现最终的商用化。