IMT-Erweitert - IMT Advanced

International Mobile Telecommunications-Advanced ( IMT-Advanced Standard ) sind die Anforderungen, die vom ITU Radiocommunication Sector (ITU-R) der International Telecommunication Union (ITU) im Jahr 2008 für das, was als 4G (oder in der Türkei als 4.5G) vermarktet wird, herausgegeben wurden Telefon- und Internetzugang .

Beschreibung

Von einem IMT-Advanced-System wird erwartet, dass es eine umfassende und sichere mobile Breitbandlösung auf Basis des Internetprotokolls für drahtlose Modems von Laptops , Smartphones und andere mobile Geräte bietet. Einrichtungen wie Ultrabreitband- Internet-Zugang, Voice-over-IP , Spieldienste und gestreamte Multimedia können Benutzern bereitgestellt werden.

IMT-Advanced soll den Anforderungen an Dienstgüte (QoS) und Tarife gerecht werden, die durch die Weiterentwicklung bestehender Anwendungen wie mobiler Breitbandzugang , Multimedia Messaging Service (MMS), Video-Chat , mobiles Fernsehen , aber auch neue Dienste wie High-Definition Fernsehen (HDTV). 4G kann Roaming mit drahtlosen lokalen Netzwerken ermöglichen und kann mit digitalen Videoübertragungssystemen interagieren . Es sollte über die Anforderungen von International Mobile Telecommunications-2000 hinausgehen, die Mobiltelefonsysteme spezifizieren , die als 3G vermarktet werden .

Anforderungen

Zu den spezifischen Anforderungen des IMT-Advanced-Berichts gehörten:

  • Basierend auf einem paketvermittelten All-IP- Netzwerk.
  • Interoperabilität mit bestehenden Wireless-Standards.
  • Eine nominale Datenrate von 100 Mbit/s, während sich der Client physisch mit hohen Geschwindigkeiten relativ zur Station bewegt, und 1 Gbit/s, während sich Client und Station an relativ festen Positionen befinden.
  • Geben Sie Netzwerkressourcen dynamisch frei und verwenden Sie sie, um mehr gleichzeitige Benutzer pro Zelle zu unterstützen.
  • Skalierbare Kanalbandbreite 5–20 MHz, optional bis 40 MHz
  • Peak- Spektraleffizienz des Links von 15 Bit/s/Hz im Downlink und 6,75 Bit/s/Hz im Uplink (d.h. 1 Gbit/s im Downlink sollte über weniger als 67 MHz Bandbreite möglich sein)
  • Spektrale Systemeffizienz von bis zu 3 Bit/s/Hz/Zelle im Downlink und 2,25 Bit/s/Hz/Zelle für den Innenbereich
  • Nahtlose Konnektivität und globales Roaming über mehrere Netzwerke mit reibungslosen Übergaben
  • Fähigkeit, eine hohe Servicequalität für Multimedia-Unterstützung anzubieten

Der erste Satz von 3GPP-Anforderungen für LTE Advanced wurde im Juni 2008 genehmigt.

Eine Zusammenfassung der als Basis für LTE Advanced untersuchten Technologien ist in einem technischen Bericht enthalten.

Die ITU verabschiedet zwar Anforderungen und Empfehlungen für Technologien, die für die zukünftige Kommunikation verwendet werden sollen, führt die Entwicklungsarbeit jedoch nicht selbst durch und die Länder betrachten sie nicht als verbindliche Standards. Auch andere Handelsgruppen und Normungsgremien wie das Institute of Electrical and Electronics Engineers , das WiMAX Forum und 3GPP spielen eine Rolle.

Haupttechnologien

Die erwarteten Übertragungstechniken der physikalischen Schicht umfassen:

  • MIMO : Erzielen einer ultrahohen spektralen Effizienz durch räumliche Verarbeitung einschließlich Multi-Antennen- und Multi-User-MIMO
  • Frequenzbereichs-Entzerrung, zum Beispiel "Multi-Carrier-Modulation" ( OFDM ) im Downlink oder "Single-Carrier-Frequenzbereichs-Entzerrung" (SC-FDE) im Uplink: Um die frequenzselektive Kanaleigenschaft ohne komplexe Entzerrung auszunutzen .
  • Statistisches Multiplexing im Frequenzbereich, z. B. ( OFDMA ) oder (Single-Carrier-FDMA) (SC-FDMA, Linearly precoded OFDMA, LP-OFDMA) im Uplink: Variable Bitrate durch Zuweisung unterschiedlicher Subkanäle an verschiedene Benutzer basierend auf der Kanalbedingungen
  • Turbo - Prinzip Fehlerkorrekturkodes : Um das erforderliche zu minimieren Signal-Rausch-Verhältnis auf der Empfangsseite
  • Kanalabhängiges Scheduling : Um den zeitvariablen Kanal zu nutzen.
  • Verbindungsanpassung : Adaptive Modulation und fehlerkorrigierende Codes.
  • Relaying, einschließlich Fixed-Relay-Netzwerke, und das kooperative Relaying-Konzept , das als Multimode-Protokoll bekannt ist.

Vorgänger

Langfristige Entwicklung

Samsung LTE-Modem der Marke Telia

Long Term Evolution (LTE) eine theoretische Nettobitrate maximale Kapazität von 100 Mbit / s im Downlink und 50 Mbit / s im Uplink , wenn ein 20 - MHz - Kanal verwendet wird. Die Kapazität ist höher, wenn ein MIMO (Multiple-Input and Multiple-Output) Antennen-Array verwendet wird. Die physikalische Funkschnittstelle hieß schon früh "High Speed ​​Orthogonal Packet Access" und heißt heute E-UTRA .

Die Spread-Spectrum -Funktechnologie des CDMA , die in 3G-Systemen und cdmaOne verwendet wurde, wurde aufgegeben. Es wurde durch orthogonale Frequenzteilungs-Vielfachzugriff- und andere Frequenzteilungs-Vielfachzugriffsschemata ersetzt. Dies wird mit MIMO-Antennen-Arrays, dynamischer Kanalzuweisung und kanalabhängigem Scheduling kombiniert .

Die ersten öffentlich verfügbaren LTE-Dienste erhielten die Marke "4G" und wurden am 14. Dezember 2009 in Schwedens Hauptstadt Stockholm ( Ericsson- System) und Norwegens Hauptstadt Oslo (ein Huawei- System) eröffnet. Die Endgeräte wurden von Samsung hergestellt. Alle vier großen US-Mobilfunkanbieter bieten LTE-Dienste an.

In Südkorea ermöglichen SK Telecom und LG U+ seit Juli 2011 den Zugang zum LTE-Dienst für Datengeräte, der bis 2012 landesweit eingeführt werden soll.

Mobiles WiMAX (IEEE 802.16e)

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

Der erste kommerzielle mobile WiMAX-Dienst wurde im Juni 2006 von KT in Seoul, Südkorea, eröffnet .

Im September 2008 vermarktete Sprint Nextel Mobile WiMAX als "4G"-Netzwerk, obwohl es die IMT Advanced-Anforderungen nicht erfüllte.

In Russland, Weißrussland und Nicaragua wird der WiMax-Breitband-Internetzugang von der russischen Firma Scartel angeboten und wird auch unter der Marke 4G, Yota, angeboten .

Datengeschwindigkeiten von WiMAX
WiMAX
Peak-Download 128 Mbit/s
Spitzen-Upload 56 Mbit/s

Ultramobiles Breitband

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

Flash-OFDM

Frühzeitig wurde erwartet, dass das Flash-OFDM- System zu einem 4G-Standard weiterentwickelt wird.

iBurst und MBWA

Die iBurst- Technologie mit High Capacity Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) galt schon früh als 4G-Vorgänger. Es wurde 2008 von der Arbeitsgruppe Mobile Broadband Wireless Access (MBWA) in den Standard IEEE 802.20 aufgenommen.

Kandidatensysteme

Im Oktober 2010 genehmigte die ITU-R-Arbeitsgruppe 5D zwei von der Industrie entwickelte Technologien. Am 6. Dezember 2010 stellte die ITU fest, dass zwar aktuelle Versionen von LTE, WiMax und anderen weiterentwickelten 3G-Technologien die IMT-Advanced-Anforderungen für 4G nicht erfüllen, einige jedoch den Begriff "4G" in einer "undefinierten" Weise verwenden, um Vorläufer von IMT zu repräsentieren -Advanced, die "eine wesentliche Verbesserung der Leistung und Fähigkeiten in Bezug auf die jetzt eingesetzten anfänglichen Systeme der dritten Generation" zeigen.

LTE Advanced

LTE Advanced (Long-term-evolution Advanced) wurde im Herbst 2009 von der 3GPP- Organisation offiziell bei der ITU-T eingereicht und 2011 veröffentlicht. Das Ziel von 3GPP LTE Advanced war es, die ITU-Anforderungen zu erfüllen und zu übertreffen. LTE Advanced ist eine Verbesserung des bestehenden LTE-Netzes. Release 10 von LTE wird voraussichtlich die LTE Advanced-Geschwindigkeiten erreichen. Release 8 im Jahr 2009 unterstützte Download-Geschwindigkeiten von bis zu 300 Mbit/s, was immer noch unter den IMT-Advanced-Standards lag.

WiMAX-Version 2 (IEEE 802,16 m)

Die WirelessMAN-Advanced Evolution von IEEE 802.16e wurde im Mai 2011 als Standard IEEE 802.16m-2011 veröffentlicht . Die einschlägige Industrie, die die Technologie förderte, gab ihr den Marketingnamen WiMAX Release 2. Ziel war es, die IMT-Advanced-Kriterien zu erfüllen. Die IMT-Advanced-Gruppe genehmigte diese Technologie im Oktober 2010 offiziell als ihre Kriterien erfüllend. In der zweiten Hälfte des Jahres 2012 wurde der 802.16m-2011-Standard in den 802.16-2012-Standard umgewandelt, mit Ausnahme des WirelessMAN-Advanced-Funkschnittstellenteils der 802.16m-2011 Standard, der in IEEE Std 802.16.1-2012 verschoben wurde.

Vergleich

Die folgende Tabelle zeigt einen Vergleich von IMT-Advanced-Kandidatensystemen sowie anderen konkurrierenden Technologien.

Vergleich mobiler Internet-Zugangsmethoden
Allgemeiner
Name
Familie Hauptnutzen Funktechnik Downstream
(Mbit/s)
Upstream
(Mbit/s)
Anmerkungen
HSPA+ 3GPP Mobiles Internet CDMA / TDMA / FDD-
MIMO
21
42
84
672
5,8
11,5
22
168
HSPA+ ist weit verbreitet . Revision 11 des 3GPP besagt, dass HSPA+ voraussichtlich eine Durchsatzkapazität von 672 Mbit/s haben wird.
LTE 3GPP Mobiles Internet OFDMA / TDMA / MIMO / SC-FDMA / für LTE-FDD / für LTE-TDD 100 Cat3
150 Cat4
300 Cat5
(in 20 MHz FDD)
50 Cat3/4
75 Cat5
(in 20 MHz FDD)
LTE-Advanced- Update wird voraussichtlich Spitzenraten von bis zu 1 Gbit/s Festgeschwindigkeit und 100 Mbit/s für mobile Benutzer bieten.
WiMax rel 1 802.16 WirelessMAN MIMO - SOFDMA 37 (10-MHz-TDD) 17 (10-MHz-TDD) Mit 2x2 MIMO.
WiMax rel 1,5 802.16-2009 WirelessMAN MIMO - SOFDMA 83 (20-MHz-TDD)
141 (2x20-MHz-FDD)
46 (20-MHz-TDD)
138 (2x20-MHz-FDD)
Mit 2x2 MIMO.Enhanced mit 20 MHz Kanälen in 802.16-2009
WiMAX rel 2.0 802,16m WirelessMAN MIMO - SOFDMA 2x2 MIMO
110 (20 MHz TDD)
183 (2x20 MHz FDD)
4x4 MIMO
219 (20 MHz TDD)
365 (2x20 MHz FDD)
2x2 MIMO
70 (20 MHz TDD)
188 (2x20 MHz FDD)
4x4 MIMO
140 (20 MHz TDD)
376 (2x20 MHz FDD)
Außerdem können Benutzer mit geringer Mobilität mehrere Kanäle aggregieren, um einen Download-Durchsatz von bis zu 1 Gbit/s zu erreichen
Flash-OFDM Flash-OFDM Mobile Internet-
Mobilität bis zu 350 km/h
Flash-OFDM 5,3
10,6
15,9
1,8
3,6
5,4
Mobile Reichweite 30 km (18 Meilen)
Erweiterte Reichweite 55 km (34 Meilen)
HIPERMAN HIPERMAN Mobiles Internet OFDM 56,9
W-lan 802.11
( 11n )
WLAN OFDM / CSMA / MIMO / Halbduplex 288.8 (mit 4x4-Konfiguration in 20 MHz Bandbreite) oder 600 (mit 4x4-Konfiguration in 40 MHz Bandbreite)

Antenne , HF-Front-End- Verbesserungen und kleinere Optimierungen des Protokoll-Timers haben dazu beigetragen, P2P- Netzwerke mit großer Reichweite bereitzustellen , die die radiale Abdeckung, den Durchsatz und/oder die Spektreneffizienz beeinträchtigen ( 310 km & 382 km ).

ich platze 802.20 Mobiles Internet HC-SDMA / TDD / MIMO 95 36 Zellenradius: 3–12 km
Geschwindigkeit: 250 km/h
Spektrale Effizienz: 13 Bit/s/Hz/Zelle
Spectrum Reuse Factor: "1"
EDGE-Entwicklung GSM Mobiles Internet TDMA / FDD 1,6 0,5 3GPP- Version 7
UMTS W-CDMA
HSPA ( HSDPA + HSUPA )
UMTS/3GSM Mobiles Internet CDMA / FDD

CDMA/FDD/ MIMO
0,384
14,4
0,384
5,76
HSDPA ist weit verbreitet . Typische Downlink-Raten heute 2 Mbit/s, ~200 kbit/s Uplink; HSPA+-Downlink bis 56 Mbit/s.
UMTS-TDD UMTS/3GSM Mobiles Internet CDMA / TDD 16 Gemeldete Geschwindigkeiten gemäß IPWireless mit 16QAM-Modulation ähnlich HSDPA + HSUPA
EV-DO  rel. 0
EV-DO Rev.A
EV-DO Rev.B
CDMA2000 Mobiles Internet CDMA / FDD 2,45
3,1
4,9xN
0,15
1,8
1,8xN
Anmerkung zu Rev B: N ist die Anzahl der verwendeten 1,25-MHz-Träger. EV-DO ist nicht für Sprache ausgelegt und erfordert ein Fallback auf 1xRTT, wenn ein Sprachanruf getätigt oder empfangen wird.

Hinweise: Alle Geschwindigkeiten sind theoretische Höchstwerte und variieren durch eine Reihe von Faktoren, einschließlich der Verwendung externer Antennen, der Entfernung vom Turm und der Geschwindigkeit über Grund (z. B. kann die Kommunikation in einem Zug schlechter sein als im Stillstand). Üblicherweise wird die Bandbreite von mehreren Endgeräten geteilt. Die Leistung jeder Technologie wird durch eine Reihe von Beschränkungen bestimmt, darunter die spektrale Effizienz der Technologie, die verwendeten Zellengrößen und die Menge des verfügbaren Spektrums. Weitere Informationen finden Sie unter Vergleich von drahtlosen Datenstandards .

Weitere Vergleichstabellen finden Bitrate Fortschritt Trends , den Vergleich der Mobilfunkstandards , die spektralen Effizienz Vergleichstabelle und OFDM - System Vergleichstabelle .

Verweise