4G - 4G

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4G ist die vierte Generation der Breitband- Mobilfunknetztechnologie nach 3G und vor 5G . Ein 4G-System muss Funktionen bereitstellen, die von der ITU in IMT Advanced definiert wurden . Mögliche und aktuelle Anwendungen umfassen geänderten mobilen Webzugriff , IP-Telefonie , Spieledienste, hochauflösendes mobiles Fernsehen , Videokonferenzen und 3D-Fernsehen .

Der WIMAX- Standard der ersten Version wurde 2006 in Südkorea kommerziell eingesetzt und wurde seitdem in den meisten Teilen der Welt eingesetzt

Der LTE-Standard ( Long Term Evolution ) der ersten Version wurde 2009 in Oslo (Norwegen ) und Stockholm (Schweden ) kommerziell eingesetzt und seitdem in den meisten Teilen der Welt eingesetzt. Es wurde jedoch diskutiert, ob Erstversionen als 4G LTE betrachtet werden sollten.

Technische Übersicht

Im November 2008 legte der International Telecommunications Union-Funkkommunikationssektor (ITU-R) eine Reihe von Anforderungen für 4G-Standards fest, die als International Mobile Telecommunications Advanced (IMT-Advanced) -Spezifikation bezeichnet werden und die Höchstgeschwindigkeitsanforderungen für 4G-Dienste auf 100 Megabit pro festlegen Sekunde (Mbit / s) (= 12,5 Megabyte pro Sekunde) für Kommunikation mit hoher Mobilität (z. B. von Zügen und Autos) und 1 Gigabit pro Sekunde (Gbit / s) für Kommunikation mit niedriger Mobilität (z. B. Fußgänger und stationäre Benutzer).

Da die Erstversionen von Mobile WiMAX und LTE eine Spitzenbitrate von weniger als 1 Gbit / s unterstützen, sind sie nicht vollständig IMT-Advanced-kompatibel, werden jedoch häufig von Dienstanbietern als 4G bezeichnet. Laut Betreibern bezieht sich eine Generation des Netzwerks auf die Bereitstellung einer neuen nicht abwärtskompatiblen Technologie. Am 6. Dezember 2010 erkannte ITU-R an, dass diese beiden Technologien sowie andere Technologien jenseits von 3G, die die IMT-Advanced-Anforderungen nicht erfüllen, dennoch als "4G" eingestuft werden können, sofern sie Vorläufer der IMT-Advanced-Konformität darstellen Versionen und "eine erhebliche Verbesserung der Leistung und Fähigkeiten in Bezug auf die ersten Systeme der dritten Generation, die jetzt bereitgestellt werden".

Mobile WiMAX Release 2 (auch bekannt als WirelessMAN-Advanced oder IEEE 802.16m ) und LTE Advanced (LTE-A) sind IMT-Advanced-kompatible abwärtskompatible Versionen der beiden oben genannten Systeme, die im Frühjahr 2011 standardisiert wurden und vielversprechende Geschwindigkeiten in der Reihenfolge aufweisen von 1 Gbit / s. Dienstleistungen wurden im Jahr 2013 erwartet.

Wie zu früheren Generationen gegenüber , unterstützt ein 4G - System nicht traditionellen leitungsvermittelten Telefondienst, sondern stützt sich auf all - Internet Protocol (IP) basierte Kommunikation wie IP - Telefonie . Wie unten zu sehen ist, wird die in 3G-Systemen verwendete Spreizspektrum -Funktechnologie in allen 4G-Kandidatensystemen aufgegeben und durch OFDMA -Mehrträgerübertragungs- und andere Frequenzbereichsentzerrungsschemata (FDE) ersetzt, was es ermöglicht, trotz umfangreicher Übertragungsraten sehr hohe Bitraten zu übertragen Mehrweg-Funkausbreitung (Echos). Die Spitzenbitrate wird durch intelligente Antennenarrays für MIMO-Kommunikation ( Multiple Input Multiple Output ) weiter verbessert .

Hintergrund

Im Bereich der Mobilkommunikation bezieht sich eine "Generation" im Allgemeinen auf eine Änderung der grundlegenden Natur des Dienstes, eine nicht abwärtskompatible Übertragungstechnologie, höhere Spitzenbitraten, neue Frequenzbänder, eine größere Kanalfrequenzbandbreite in Hertz und höher Kapazität für viele gleichzeitige Datenübertragungen (höhere spektrale Systemeffizienz in Bit / Sekunde / Hertz / Standort).

Seit dem ersten Wechsel von der analogen (1G) zur digitalen (2G) Übertragung von 1981 im Jahr 1992 sind etwa alle zehn Jahre neue mobile Generationen aufgetaucht. Im Jahr 2001 folgten 3G-Multimedia-Unterstützung, Spreizspektrumübertragung und ein minimales Spitzenbit Rate von 200 kbit / s , 2011/2012, gefolgt von "echtem" 4G, das sich auf paketvermittelte IP - Netzwerke ( All- Internet Protocol ) bezieht, die mobilen Ultra-Breitband-Zugang (Gigabit-Geschwindigkeit) ermöglichen.

Während die ITU Empfehlungen für Technologien verabschiedet hat, die für die künftige globale Kommunikation verwendet werden sollen, führen sie die Standardisierungs- oder Entwicklungsarbeiten nicht selbst durch, sondern stützen sich auf die Arbeit anderer Standardgremien wie IEEE, WiMAX Forum und 3GPP.

Mitte der neunziger Jahre veröffentlichte die ITU-R- Standardisierungsorganisation die IMT-2000- Anforderungen als Rahmen dafür, welche Standards als 3G- Systeme betrachtet werden sollten, und erforderte eine Spitzenbitrate von 200 kbit / s. Im Jahr 2008 spezifizierte ITU-R die IMT Advanced- Anforderungen (International Mobile Telecommunications Advanced) für 4G-Systeme.

Der schnellste 3G-basierte Standard in der UMTS- Familie ist der HSPA + -Standard, der seit 2009 im Handel erhältlich ist und 28 Mbit / s Downstream (22 Mbit / s Upstream) ohne MIMO , dh mit nur einer Antenne, bietet und 2011 auf beschleunigt 42 Mbit / s Spitzenbitrate stromabwärts unter Verwendung von entweder DC-HSPA + (gleichzeitige Verwendung von zwei 5-MHz-UMTS-Trägern) oder 2x2 MIMO. Theoretisch sind Geschwindigkeiten von bis zu 672 Mbit / s möglich, wurden aber noch nicht eingesetzt. Der schnellste 3G-basierte Standard in der CDMA2000- Familie ist der EV-DO Rev. B , der seit 2010 erhältlich ist und Downstream 15,67 Mbit / s bietet.

Frequenzen für 4G LTE-Netze

Siehe hier: LTE-Frequenzbänder

IMT-Advanced-Anforderungen

Dieser Artikel bezieht sich auf 4G mit IMT-Advanced ( International Mobile Telecommunications Advanced ), wie von ITU-R definiert . Ein IMT-Advanced- Mobilfunksystem muss die folgenden Anforderungen erfüllen:

  • Basieren Sie auf einem paketvermittelten All-IP-Netzwerk.
  • Haben Sie Spitzendatenraten von bis zu ungefähr 100   Mbit / s für hohe Mobilität wie mobilen Zugang und bis zu ungefähr 1   Gbit / s für niedrige Mobilität wie nomadischen / lokalen drahtlosen Zugang.
  • Sie können die Netzwerkressourcen dynamisch freigeben und verwenden, um mehr gleichzeitige Benutzer pro Zelle zu unterstützen.
  • Verwenden Sie skalierbare Kanalbandbreiten von 5 bis 20 MHz, optional bis zu 40 MHz.
  • Die maximale spektrale Effizienz der Verbindung  beträgt 15 Bit / s · Hz im Downlink und 6,75   Bit / s · Hz im Uplink (was bedeutet, dass 1   Gbit / s im Downlink über eine Bandbreite von weniger als 67 MHz möglich sein sollte).
  • Die spektrale Effizienz des Systems beträgt in Innenräumen 3   Bit / s · Hz · Zelle für die Abwärtsverbindung und 2,25   Bit / s · Hz · Zelle für die Aufwärtsverbindung.
  • Reibungslose Übergabe über heterogene Netzwerke.

Im September 2009 wurden die Technologievorschläge der International Telecommunication Union (ITU) als 4G-Kandidaten vorgelegt. Grundsätzlich basieren alle Vorschläge auf zwei Technologien:

Die Implementierung von Mobile WiMAX und LTE der ersten Version wurde größtenteils als Notlösung angesehen, die einen erheblichen Schub bieten würde, bis WiMAX 2 (basierend auf der 802.16m-Spezifikation) und LTE Advanced bereitgestellt wurden. Die Standardversionen des letzteren wurden im Frühjahr 2011 ratifiziert.

Der erste Satz von 3GPP-Anforderungen für LTE Advanced wurde im Juni 2008 genehmigt. LTE Advanced wurde 2010 als Teil von Release 10 der 3GPP-Spezifikation standardisiert.

Einige Quellen betrachten LTE- und Mobile WiMAX-Implementierungen der ersten Version als Pre-4G oder Near-4G, da sie die geplanten Anforderungen von 1   Gbit / s für stationären Empfang und 100   Mbit / s für Mobilgeräte nicht vollständig erfüllen .

Verwirrung wurde durch einige Mobilfunkanbieter verursacht, die Produkte auf den Markt gebracht haben, die als 4G beworben wurden, aber laut einigen Quellen Pre-4G-Versionen sind, die üblicherweise als 3.9G bezeichnet werden und nicht den ITU-R-definierten Prinzipien für 4G-Standards entsprechen, sondern heute kann laut ITU-R als 4G bezeichnet werden. Vodafone Niederlande hat beispielsweise LTE als 4G beworben, während LTE Advanced als "4G +" - Dienst beworben wurde. Ein häufiges Argument für die Einstufung von 3.9G-Systemen als neue Generation ist, dass sie andere Frequenzbänder als 3G-Technologien verwenden. dass sie auf einem neuen Paradigma der Funkschnittstelle basieren; und dass die Standards nicht abwärtskompatibel mit 3G sind, während einige der Standards vorwärtskompatibel mit IMT-2000-kompatiblen Versionen derselben Standards sind.

Systemstandards

IMT-2000-konforme 4G-Standards

Ab Oktober 2010 genehmigte die ITU-R-Arbeitsgruppe 5D zwei von der Industrie entwickelte Technologien (LTE Advanced und WirelessMAN-Advanced) zur Aufnahme in das International Mobile Telecommunications Advanced-Programm ( IMT-Advanced- Programm) der ITU , das sich auf globale Kommunikationssysteme konzentriert wird in einigen Jahren verfügbar sein.

LTE Advanced

LTE Advanced (Long Term Evolution Advanced) ist ein Kandidat für den IMT-Advanced- Standard, der von der 4GPP- Organisation im Herbst 2009 offiziell bei ITU-T eingereicht wurde und voraussichtlich 2013 veröffentlicht wird. Ziel von 3GPP LTE Advanced ist es, und zu erreichen die ITU-Anforderungen übertreffen. LTE Advanced ist im Wesentlichen eine Erweiterung von LTE. Es ist keine neue Technologie, sondern eine Verbesserung des bestehenden LTE-Netzes. Dieser Upgrade-Pfad macht es für Anbieter kostengünstiger, LTE anzubieten und dann auf LTE Advanced zu aktualisieren, ähnlich dem Upgrade von WCDMA auf HSPA. LTE und LTE Advanced werden außerdem zusätzliche Spektren und Multiplexing verwenden, um höhere Datengeschwindigkeiten zu erzielen. Die koordinierte Mehrpunktübertragung ermöglicht auch mehr Systemkapazität, um die verbesserten Datengeschwindigkeiten zu bewältigen. Release 10 von LTE wird voraussichtlich die IMT Advanced-Geschwindigkeiten erreichen. Release 8 unterstützt derzeit Download-Geschwindigkeiten von bis zu 300 Mbit / s, was immer noch nicht den IMT-Advanced-Standards entspricht.

Datengeschwindigkeiten von LTE-Advanced
LTE Advanced
Peak Download 1000 Mbit / s
Peak Upload 0 500 Mbit / s

IEEE 802.16m oder WirelessMAN-Advanced

Die IEEE 802.16m- oder WirelessMAN-Advanced- Entwicklung von 802.16e befindet sich in der Entwicklung mit dem Ziel, die IMT-Advanced-Kriterien von 1 Gbit / s für stationären Empfang und 100 Mbit / s für mobilen Empfang zu erfüllen.

Vorläuferversionen

3GPP Long Term Evolution (LTE)

Samsung LTE-Modem mit
Telia- Marke
Huawei 4G + Dual Band Modem

Die Pre-4G 3GPP Long Term Evolution (LTE) -Technologie wird häufig als "4G - LTE" bezeichnet, aber die erste LTE-Version entspricht nicht vollständig den IMT-Advanced-Anforderungen. LTE hat eine theoretische Nettobitratenkapazität von bis zu 100 Mbit / s im Downlink und 50 Mbit / s im Uplink, wenn ein 20-MHz-Kanal verwendet wird - und mehr, wenn MIMO ( Multiple Input Multiple Output ), dh Antennenarrays , werden verwendet.

Die physische Funkschnittstelle wurde in einem frühen Stadium als High Speed OFDM Packet Access (HSOPA) bezeichnet und heißt jetzt Evolved UMTS Terrestrial Radio Access (E-UTRA). Die ersten LTE- USB-Dongles unterstützen keine andere Funkschnittstelle.

Der weltweit erste öffentlich verfügbare LTE-Dienst wurde am 14. Dezember 2009 in den beiden skandinavischen Hauptstädten Stockholm ( Systeme von Ericsson und Nokia Siemens Networks ) und Oslo (ein Huawei- System) mit der Marke 4G eröffnet. Die Benutzerterminals wurden von Samsung hergestellt. Ab November 2012 werden die fünf öffentlich verfügbaren LTE-Dienste in den USA von MetroPCS , Verizon Wireless , AT & T Mobility , US Cellular , Sprint und T-Mobile US bereitgestellt .

T-Mobile Hungary hat am 7. Oktober 2011 einen öffentlichen Betatest (so genannter Friendly User Test ) gestartet und bietet seit dem 1. Januar 2012 kommerzielle 4G LTE-Dienste an.

In Südkorea haben SK Telecom und LG U + seit dem 1. Juli 2011 den Zugang zum LTE-Dienst für Datengeräte ermöglicht, der bis 2012 landesweit verfügbar sein soll. KT Telecom hat seinen 2G-Dienst bis März 2012 geschlossen und den landesweiten LTE-Dienst mit derselben Frequenz um 1,8 abgeschlossen GHz bis Juni 2012.

In Großbritannien wurden LTE-Dienste von EE im Oktober 2012, von O2 und Vodafone im August 2013 und von Three im Dezember 2013 eingeführt.

Datengeschwindigkeiten von LTE
LTE
Peak Download 0 100 Mbit / s
Peak Upload 0 0 50 Mbit / s

Mobiles WiMAX (IEEE 802.16e)

Der mobile WiMAX -Standard (IEEE 802.16e-2005) für mobilen drahtlosen Breitbandzugang (MWBA) ( in Südkorea auch als WiBro bekannt ) wird manchmal als 4G bezeichnet und bietet Spitzendatenraten von 128 Mbit / s Downlink und 56 Mbit / s Uplink Over 20 MHz breite Kanäle.

Im Juni 2006 eröffnete KT in Seoul , Südkorea , den weltweit ersten kommerziellen mobilen WiMAX-Dienst .

Sprint verwendet seit dem 29. September 2008 Mobile WiMAX und bezeichnet es als "4G" -Netzwerk, obwohl die aktuelle Version die IMT Advanced-Anforderungen für 4G-Systeme nicht erfüllt.

In Russland, Weißrussland und Nicaragua wurde WiMax-Breitband-Internetzugang von einem russischen Unternehmen Scartel angeboten und auch als 4G, Yota, bezeichnet .

Datengeschwindigkeiten von WiMAX
WiMAX
Peak Download 0 128 Mbit / s
Peak Upload 0 0 56 Mbit / s

In der neuesten Version des Standards, WiMax 2.1, wurde der Standard aktualisiert, um nicht mit dem früheren WiMax-Standard kompatibel zu sein. Stattdessen ist er mit dem LTE-TDD-System austauschbar, wodurch der WiMax-Standard effektiv mit LTE zusammengeführt wird.

TD-LTE für den chinesischen Markt

So wie Long-Term Evolution (LTE) und WiMAX in der globalen Telekommunikationsbranche stark gefördert werden, ist erstere (LTE) auch die leistungsstärkste führende 4G-Mobilkommunikationstechnologie und hat den chinesischen Markt schnell besetzt. TD-LTE , eine der beiden Varianten der LTE-Luftschnittstellentechnologien, ist noch nicht ausgereift, aber viele nationale und internationale Mobilfunkanbieter wenden sich nacheinander an TD-LTE.

Die Daten von IBM zeigen, dass 67% der Betreiber LTE in Betracht ziehen, da dies die Hauptquelle ihres zukünftigen Marktes ist. Die obigen Nachrichten bestätigen auch die Aussage von IBM, dass nur 8% der Betreiber die Verwendung von WiMAX in Betracht ziehen, WiMAX seinen Kunden auf dem Markt jedoch die schnellste Netzwerkübertragung bieten kann und LTE herausfordern könnte.

TD-LTE ist nicht der erste 4G-Standard für drahtlose mobile Breitbandnetzwerke, aber es ist Chinas 4G-Standard, der von Chinas größtem Telekommunikationsbetreiber - China Mobile - geändert und veröffentlicht wurde . Nach einer Reihe von Feldversuchen wird erwartet, in den nächsten zwei Jahren in die kommerzielle Phase freigegeben zu werden. Ulf Ewaldsson, Vizepräsident von Ericsson, sagte: "Das chinesische Industrieministerium und China Mobile werden im vierten Quartal dieses Jahres einen groß angelegten Feldtest durchführen. Bis dahin wird Ericsson die Hand helfen." Angesichts des aktuellen Entwicklungstrends ist jedoch noch umstritten, ob dieser von China Mobile befürwortete Standard auf dem internationalen Markt allgemein anerkannt wird.

Auslaufkandidatensysteme

UMB (früher EV-DO Rev. C)

UMB ( Ultra Mobile Broadband ) war der Markenname für ein eingestelltes 4G-Projekt innerhalb der 3GPP2- Standardisierungsgruppe zur Verbesserung des CDMA2000 -Mobiltelefonstandards für Anwendungen und Anforderungen der nächsten Generation. Im November 2008 gab Qualcomm , UMBs Hauptsponsor, bekannt, dass die Entwicklung der Technologie eingestellt und stattdessen LTE bevorzugt wird. Ziel war es, Datengeschwindigkeiten über 275 Mbit / s stromabwärts und über 75 Mbit / s stromaufwärts zu erreichen.

Flash-OFDM

Frühzeitig sollte das Flash-OFDM- System zu einem 4G-Standard weiterentwickelt werden.

iBurst- und MBWA-Systeme (IEEE 802.20)

Das iBurst- System (oder HC-SDMA, High Capacity Spatial Division Multiple Access) wurde in einem frühen Stadium als 4G-Vorgänger angesehen. Es wurde später zum MBWA-System ( Mobile Broadband Wireless Access ) weiterentwickelt, das auch als IEEE 802.20 bekannt ist.

Haupttechnologien in allen Kandidatensystemen

Hauptmerkmale

Die folgenden Hauptmerkmale können bei allen vorgeschlagenen 4G-Technologien beobachtet werden:

  • Die Übertragungstechniken der physikalischen Schicht sind wie folgt:
    • MIMO : Erzielung einer ultrahohen spektralen Effizienz durch räumliche Verarbeitung, einschließlich MIMO mit mehreren Antennen und mehreren Benutzern
    • Frequenzdomänenentzerrung, zum Beispiel Multi-Carrier-Modulation ( OFDM ) im Downlink oder Single-Carrier-Frequenzdomänen-Equalizer (SC-FDE) im Uplink: Um die frequenzselektive Kanaleigenschaft ohne komplexe Entzerrung auszunutzen
    • Statistisches Multiplexen im Frequenzbereich, zum Beispiel ( OFDMA ) oder (Einzelträger-FDMA) (SC-FDMA, auch bekannt als linear vorcodiertes OFDMA, LP-OFDMA) im Uplink: Variable Bitrate durch Zuweisen verschiedener Unterkanäle zu verschiedenen Benutzern basierend auf die Kanalbedingungen
    • Fehlerkorrekturcodes nach dem Turbo-Prinzip : Minimierung des erforderlichen SNR auf der Empfangsseite
  • Kanalabhängige Planung : Zur Verwendung des zeitvariablen Kanals
  • Verbindungsanpassung : Adaptive Modulations- und Fehlerkorrekturcodes
  • Mobile IP für Mobilität genutzt
  • IP-basierte Femtozellen ( Heimknoten , die mit einer festen Internet-Breitbandinfrastruktur verbunden sind)

Im Gegensatz zu früheren Generationen unterstützen 4G-Systeme keine leitungsvermittelte Telefonie. IEEE 802.20-, UMB- und OFDM-Standards bieten keine Soft-Handover- Unterstützung, die auch als kooperatives Relaying bezeichnet wird .

Multiplexing- und Zugriffsschemata

In jüngster Zeit gewinnen neue Zugriffsschemata wie orthogonales FDMA (OFDMA), Einzelträger-FDMA (SC-FDMA), Interleaved FDMA und Mehrträger-CDMA (MC-CDMA) für Systeme der nächsten Generation zunehmend an Bedeutung. Diese basieren auf effizienten FFT- Algorithmen und Frequenzbereichsentzerrung, was zu einer geringeren Anzahl von Multiplikationen pro Sekunde führt. Sie ermöglichen es auch, die Bandbreite zu steuern und das Spektrum auf flexible Weise zu bilden. Sie erfordern jedoch eine erweiterte dynamische Kanalzuweisung und eine adaptive Verkehrsplanung.

WiMax verwendet OFDMA im Downlink und im Uplink. Für das LTE (Telekommunikation) wird OFDMA für den Downlink verwendet; Im Gegensatz dazu wird Einzelträger-FDMA für die Aufwärtsverbindung verwendet, da OFDMA mehr zu den PAPR- bezogenen Problemen beiträgt und zu einem nichtlinearen Betrieb von Verstärkern führt. IFDMA bietet weniger Leistungsschwankungen und erfordert daher energieeffiziente lineare Verstärker. In ähnlicher Weise ist MC-CDMA im Vorschlag für den IEEE 802.20- Standard enthalten. Diese Zugriffsschemata bieten die gleichen Effizienzvorteile wie ältere Technologien wie CDMA. Abgesehen davon können Skalierbarkeit und höhere Datenraten erreicht werden.

Der andere wichtige Vorteil der oben genannten Zugriffstechniken besteht darin, dass sie eine geringere Komplexität für den Ausgleich beim Empfänger erfordern. Dies ist ein zusätzlicher Vorteil, insbesondere in den MIMO- Umgebungen, da die räumliche Multiplexübertragung von MIMO-Systemen von Natur aus eine hochkomplexe Entzerrung beim Empfänger erfordert.

Zusätzlich zu Verbesserungen in diesen Multiplexsystemen werden verbesserte Modulationstechniken verwendet. Während frühere Standards hauptsächlich Phasenumtastung verwendeten , werden effizientere Systeme wie 64 QAM zur Verwendung mit den 3GPP Long Term Evolution- Standards vorgeschlagen.

IPv6-Unterstützung

Im Gegensatz zu 3G, die auf zwei parallelen Infrastrukturen basieren , die aus leitungsvermittelten und paketvermittelten Netzwerkknoten, wird 4G auf Paketvermittlung basiert nur . Dies erfordert eine Datenübertragung mit geringer Latenz .

Da IPv4-Adressen (fast) erschöpft sind , ist IPv6 wichtig, um die große Anzahl drahtloser Geräte zu unterstützen, die über IP kommunizieren. Durch Erhöhen der Anzahl der verfügbaren IP-Adressen macht IPv6 die Notwendigkeit der Netzwerkadressübersetzung ( Network Address Translation, NAT) überflüssig, eine Methode zum Teilen einer begrenzten Anzahl von Adressen für eine größere Gruppe von Geräten, die eine Reihe von Problemen und Einschränkungen aufweist . Bei Verwendung von IPv6 ist weiterhin eine Art NAT für die Kommunikation mit älteren IPv4-Geräten erforderlich, die nicht auch mit IPv6 verbunden sind.

Ab Juni 2009 hat Verizon Spezifikationen [1] veröffentlicht , nach denen 4G-Geräte in seinem Netzwerk IPv6 unterstützen müssen.

Fortschrittliche Antennensysteme

Die Leistung der Funkkommunikation hängt von einem Antennensystem ab, das als intelligente oder intelligente Antenne bezeichnet wird . In jüngster Zeit werden mehrere Antennentechnologien entwickelt , um das Ziel von 4G-Systemen wie hohe Rate, hohe Zuverlässigkeit und Kommunikation über große Entfernungen zu erreichen. In den frühen neunziger Jahren wurden viele Übertragungsschemata vorgeschlagen, um den wachsenden Anforderungen an die Datenrate der Datenkommunikation gerecht zu werden. Eine Technologie, das räumliche Multiplexing , gewann an Bedeutung für die Bandbreiteneinsparung und Energieeffizienz. Beim räumlichen Multiplexen werden mehrere Antennen am Sender und am Empfänger eingesetzt. Unabhängige Streams können dann gleichzeitig von allen Antennen übertragen werden. Diese Technologie, MIMO (als Zweig einer intelligenten Antenne ) genannt, multipliziert die Basisdatenrate mit (der kleineren von) der Anzahl der Sendeantennen oder der Anzahl der Empfangsantennen. Abgesehen davon kann die Zuverlässigkeit bei der Übertragung von Hochgeschwindigkeitsdaten im Fading-Kanal verbessert werden, indem mehr Antennen am Sender oder am Empfänger verwendet werden. Dies wird als Sende- oder Empfangsdiversität bezeichnet . Sowohl die Sende- / Empfangsdiversität als auch das räumliche Sende-Multiplexing werden in die Raum-Zeit-Codierungstechniken eingeteilt, die nicht unbedingt die Kanalkenntnisse am Sender erfordern. Die andere Kategorie sind Mehrantennentechnologien mit geschlossenem Regelkreis, für die Kanalkenntnisse am Sender erforderlich sind.

Open-Wireless-Architektur und Software-Defined Radio (SDR)

Eine der Schlüsseltechnologien für 4G und darüber hinaus heißt Open Wireless Architecture (OWA) und unterstützt mehrere drahtlose Luftschnittstellen in einer Plattform mit offener Architektur .

SDR ist eine Form der offenen drahtlosen Architektur (OWA). Da es sich bei 4G um eine Sammlung von Funkstandards handelt, wird die endgültige Form eines 4G-Geräts verschiedene Standards darstellen. Dies kann mithilfe der SDR-Technologie, die dem Bereich der Funkkonvergenz zugeordnet ist, effizient realisiert werden.

Geschichte der 4G- und Pre-4G-Technologien

Das 4G-System wurde ursprünglich von der DARPA , der US-amerikanischen Agentur für fortgeschrittene Verteidigungsforschungsprojekte, ins Auge gefasst. DARPA wählte die verteilte Architektur und das End-to-End-Internetprotokoll (IP) aus und glaubte in einem frühen Stadium des Peer-to-Peer-Netzwerks, in dem jedes mobile Gerät sowohl ein Transceiver als auch ein Router für andere Geräte im Netzwerk sein würde. Beseitigung der Speichen- und Hub-Schwäche von 2G- und 3G-Zellularsystemen. Seit dem 2,5-G-GPRS-System bieten zellulare Systeme zwei Infrastrukturen: paketvermittelte Knoten für Datendienste und leitungsvermittelte Knoten für Sprachanrufe. In 4G-Systemen wird die leitungsvermittelte Infrastruktur aufgegeben und nur ein paketvermitteltes Netzwerk bereitgestellt, während 2,5G- und 3G-Systeme sowohl paketvermittelte als auch leitungsvermittelte Netzwerkknoten erfordern , dh zwei Infrastrukturen parallel. Dies bedeutet, dass in 4G herkömmliche Sprachanrufe durch IP-Telefonie ersetzt werden.

  • Im Jahr 2002 wurde die strategische Vision für 4G festgelegt, die von der ITU als IMT Advanced bezeichnet wurde.
  • Im Jahr 2004 wurde LTE erstmals von NTT DoCoMo aus Japan vorgeschlagen.
  • Im Jahr 2005 wurde die OFDMA- Übertragungstechnologie als Kandidat für den HSOPA- Downlink ausgewählt, der später in 3GPP Long Term Evolution (LTE) -Luftschnittstelle E-UTRA umbenannt wurde .
  • Im November 2005 demonstrierte die KT Corporation den mobilen WiMAX-Dienst in Busan , Südkorea .
  • Im April 2006 startete die KT Corporation in Seoul, Südkorea, den weltweit ersten kommerziellen mobilen WiMAX-Dienst .
  • Mitte 2006 kündigte Sprint an, in den nächsten Jahren rund 5 Milliarden US-Dollar in einen WiMAX- Technologie-Ausbau zu investieren ( real 6,34 Milliarden US-Dollar ). Seitdem war Sprint vielen Rückschlägen ausgesetzt, die zu starken vierteljährlichen Verlusten geführt haben. Am 7. Mai 2008 kündigten Sprint , Imagine , Google , Intel , Comcast , Bright House und Time Warner eine Bündelung von durchschnittlich 120 MHz an. Sprint fusionierte seine Xohm WiMAX-Division mit Clearwire zu einem Unternehmen, das den Namen "Clear" tragen wird.
  • Im Februar 2007 testete das japanische Unternehmen NTT DoCoMo einen 4G-Kommunikationssystem-Prototyp mit 4 × 4- MIMO namens VSF-OFCDM mit 100 Mbit / s während der Bewegung und 1 Gbit / s im Stillstand. NTT DoCoMo hat einen Test abgeschlossen, bei dem eine maximale Paketübertragungsrate von ungefähr 5 Gbit / s im Downlink mit 12 × 12 MIMO unter Verwendung einer Frequenzbandbreite von 100 MHz bei einer Geschwindigkeit von 10 km / h erreicht wurde, und plant die Veröffentlichung des ersten Werbespots Netzwerk im Jahr 2010.
  • Im September 2007 demonstrierte NTT Docomo während des Tests e-UTRA-Datenraten von 200 Mbit / s mit einem Stromverbrauch von unter 100 mW.
  • Im Januar 2008 wurde ein US Federal Communications Commission (FCC) Spektrum Auktion begann für die 700 MHz ehemaligen analogen TV - Frequenzen. Infolgedessen ging der größte Teil des Spektrums an Verizon Wireless und der nächstgrößere an AT & T. Beide Unternehmen haben ihre Absicht bekundet, LTE zu unterstützen .
  • Im Januar 2008 schlug EU-Kommissarin Viviane Reding eine Neuzuweisung des 500–800-MHz-Spektrums für die drahtlose Kommunikation einschließlich WiMAX vor.
  • Am 15. Februar 2008 veröffentlichte Skyworks Solutions ein Front-End-Modul für e-UTRAN.
  • Im November 2008 legte ITU-R die detaillierten Leistungsanforderungen von IMT-Advanced fest, indem es ein Rundschreiben herausgab, in dem Kandidaten für Radio Access Technologies (RATs) für IMT-Advanced aufgefordert wurden.
  • Im April 2008 organisierte das 3GPP unmittelbar nach Erhalt des Rundschreibens einen Workshop zu IMT-Advanced, in dem entschieden wurde, dass LTE Advanced, eine Weiterentwicklung des aktuellen LTE-Standards, die IMT-Advanced-Anforderungen gemäß der ITU-R-Agenda erfüllen oder sogar übertreffen wird .
  • Im April 2008 zeigten LG und Nortel bei einer Geschwindigkeit von 110 km / h e-UTRA-Datenraten von 50 Mbit / s.
  • Am 12. November 2008 kündigte HTC das erste WiMAX-fähige Mobiltelefon an, das Max 4G
  • Am 15. Dezember 2008 hat die San Miguel Corporation , das größte Lebensmittel- und Getränkekonglomerat in Südostasien, mit Qatar Telecom QSC ( Qtel ) ein Memorandum of Understanding unterzeichnet , um drahtlose Breitband- und Mobilkommunikationsprojekte auf den Philippinen aufzubauen. Das Joint Venture gründete den Wi-Tribe Philippines, der 4G im Land anbietet. Etwa zur gleichen Zeit führte Globe Telecom den ersten WiMAX-Dienst auf den Philippinen ein.
  • Am 3. März 2009 kündigte das litauische LRTC das erste betriebsbereite mobile 4MAG- WiMAX- Netzwerk in den baltischen Staaten an.
  • Im Dezember 2009 begann Sprint mit der Werbung für "4G" -Dienste in ausgewählten Städten in den USA, trotz durchschnittlicher Download-Geschwindigkeiten von nur 3 bis 6 Mbit / s mit Spitzengeschwindigkeiten von 10 Mbit / s (nicht in allen Märkten verfügbar).
  • Am 14. Dezember 2009 erfolgte der erste kommerzielle LTE-Einsatz in den skandinavischen Hauptstädten Stockholm und Oslo durch den schwedisch-finnischen Netzbetreiber TeliaSonera und dessen norwegischen Markennamen NetCom (Norwegen) . TeliaSonera hat das Netzwerk "4G" gebrandmarkt. Die angebotenen Modemgeräte wurden von Samsung (Dongle GT-B3710) und die Netzwerkinfrastruktur von Huawei (in Oslo) und Ericsson (in Stockholm) hergestellt. TeliaSonera plant die landesweite Einführung von LTE in Schweden, Norwegen und Finnland. TeliaSonera verwendete eine spektrale Bandbreite von 10 MHz und Single-In-Single-Out, die Nettobitraten der physikalischen Schicht von bis zu 50 Mbit / s Downlink und 25 Mbit / s im Uplink liefern sollte . Einführungstests zeigten einen TCP- Durchsatz von 42,8 Mbit / s Downlink und 5,3 Mbit / s Uplink in Stockholm.
  • Am 4. Juni 2010 veröffentlichte Sprint das erste WiMAX-Smartphone in den USA, das HTC Evo 4G .
  • Am 4. November 2010 ist das von MetroPCS angebotene Samsung Craft das erste im Handel erhältliche LTE-Smartphone
  • Am 6. Dezember 2010 in dem ITU - Weltfunk Seminar 2010, die ITU festgestellt , dass LTE , WiMax und ähnliche „entwickelt 3G - Technologien“ „4G“ in Betracht gezogen werden könnte.
  • Im Jahr 2011, Argentinien ‚s Claro startete ein Pre-4G HSPA + Netzwerk im Land.
  • Im Jahr 2011 Thailand ‚s Truemove-H startete ein Pre-4G HSPA + Netzwerk mit flächendeckender Verfügbarkeit.
  • Am 17. März 2011 war das von Verizon in den USA angebotene HTC Thunderbolt das zweite LTE-Smartphone, das kommerziell verkauft wurde.
  • Im Februar 2012 demonstrierte Ericsson Mobile-TV über LTE unter Verwendung des neuen eMBMS-Dienstes (erweiterter Multimedia Broadcast Multicast-Dienst ).

Seit 2009 hat sich der LTE-Standard im Laufe der Jahre stark weiterentwickelt, was zu zahlreichen Bereitstellungen durch verschiedene Betreiber auf der ganzen Welt geführt hat. Eine Übersicht über kommerzielle LTE-Netze und ihre jeweilige historische Entwicklung finden Sie unter: Liste der LTE-Netze . Unter den zahlreichen Bereitstellungen erwägen viele Betreiber die Bereitstellung und den Betrieb von LTE-Netzen. Eine Zusammenstellung der geplanten LTE-Bereitstellungen finden Sie unter: Liste der geplanten LTE-Netze .

Nachteile

4G bietet potenzielle Unannehmlichkeiten für diejenigen, die international reisen oder den Anbieter wechseln möchten. Um 4G-Sprachanrufe zu tätigen und zu empfangen, muss das Teilnehmerhandgerät nicht nur über ein passendes Frequenzband verfügen (und in einigen Fällen eine Entsperrung erfordern ), sondern auch über die passenden Aktivierungseinstellungen für den lokalen Netzbetreiber und / oder das Land. Während von einem von einem bestimmten Netzbetreiber gekauften Telefon erwartet werden kann, dass es mit diesem Netzbetreiber zusammenarbeitet, kann das Tätigen von 4G-Sprachanrufen im Netzwerk eines anderen Netzbetreibers (einschließlich internationalem Roaming) ohne ein Software-Update für den lokalen Netzbetreiber und das betreffende Telefonmodell unmöglich sein kann verfügbar sein oder nicht (obwohl ein Fallback auf 3G für Sprachanrufe möglicherweise immer noch möglich ist, wenn ein 3G-Netzwerk mit einem passenden Frequenzband verfügbar ist).

Über die 4G-Forschung hinaus

Ein Hauptproblem bei 4G-Systemen besteht darin, die hohen Bitraten in einem größeren Teil der Zelle verfügbar zu machen, insbesondere für Benutzer in einer exponierten Position zwischen mehreren Basisstationen. In der aktuellen Forschung wird dieses Problem durch Makro-Diversity- Techniken, auch als Group Cooperative Relay bekannt , und auch durch Beam-Division Multiple Access (BDMA) angegangen.

Pervasive Netzwerke sind ein amorphes und derzeit völlig hypothetisches Konzept, bei dem der Benutzer gleichzeitig mit mehreren drahtlosen Zugriffstechnologien verbunden werden und sich nahtlos zwischen diesen bewegen kann (siehe vertikale Übergabe , IEEE 802.21 ). Diese Zugangstechnologien können Wi-Fi , UMTS , EDGE oder jede andere zukünftige Zugangstechnologie sein. Zu diesem Konzept gehört auch die Smart-Radio- Technologie (auch als kognitives Radio bezeichnet ) zur effizienten Verwaltung der Frequenznutzung und der Sendeleistung sowie die Verwendung von Mesh-Routing- Protokollen zur Erstellung eines allgegenwärtigen Netzwerks.

Siehe auch

Anmerkungen

Verweise

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