IMT Advanced

Система IMT Advanced призвана предоставлять комплексное и безопасное широкополосное мобильное решение на базе полностью IP-ориентированной архитектуры для беспроводных модемов ноутбуков, смартфонов и других мобильных устройств. Пользователям предоставляются сервисы ультра-широкополосного доступа в Интернет, голос по IP, игровые сервисы, потоковое мультимедиа.

IMT Advanced рассчитан на удовлетворение требований по качеству обслуживания (QoS) и скорости передачи данных, которые необходимы для дальнейшего развития существующих приложений (например, мобильный широкополосный доступ, MMS, видеочат, мобильное ТВ), а также для новых сервисов (например, телевидение высокой чёткости — HDTV). Технологии 4G могут обеспечивать роуминг с беспроводными локальными сетями и взаимодействие с системами цифрового телевизионного вещания. Новые стандарты призваны превзойти требования IMT-2000, определяющие системы третьего поколения (3G).

В отчёте по IMT Advanced выделены следующие специфические требования:

• Основание на полностью IP-ориентированной пакетно-коммутируемой сети^[4].
• Интероперабельность с существующими стандартами беспроводной связи^[5].
• Номинальная скорость передачи данных: 100 Мбит/с при высокой скорости перемещения клиента относительно станции и до 1 Гбит/с при стационарном положении^[6].
• Динамическое распределение и использование ресурсов сети с поддержкой большего числа одновременных пользователей на одну соту.
• Масштабируемая ширина канала: 5-20 МГц, опционально до 40 МГц^[7][8]
• Пиковая спектральная эффективность канала: 15 бит/с/Гц в нисходящем канале, 6,75 бит/с/Гц — в восходящем (то есть 1 Гбит/с в нисходящем направлении теоретически возможен на полосе менее 67 МГц).
• Системная спектральная эффективность: до 3 бит/с/Гц/сота в нисходящем канале, 2,25 бит/с/Гц/сота внутри помещений^[7]
• Бесшовная связь и глобальный роуминг между разными сетями с плавной передачей соединения^[4][9]
• Возможность предоставления высококачественных сервисов для мультимедийных приложений

Первый набор требований 3GPP к LTE Advanced был утверждён в июне 2008 года.

Обзор технологий, рассматривавшихся в качестве основы для LTE Advanced, представлен в отдельном техническом отчёте.

Хотя ITU утверждает требования и рекомендации по технологиям будущей связи, собственно разработку стандартов организация не ведёт, а страны мира не считают их нормы обязательными. Роль в стандартизации играют и другие организации: Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE), WiMAX Forum, 3GPP и др.

Ожидается применение следующих методов передачи на физическом уровне:^[10]

• MIMO: достижение высокой спектральной эффективности с помощью пространственной обработки сигналов (мультиантенные, многопользовательские режимы)
• Частотная эквализация: например, многоканальная модуляция (OFDM) на приёме, SC-FDE на передаче — для эффективного использования полосы без сложной эквализации
• Частотное статистическое мультиплексирование: например, OFDMA или SC-FDMA — присвоение различных подканалов пользователям в зависимости от состояния канала
• Turbo-коды: минимизация требуемого отношения сигнал/шум на стороне приёма
• Планирование, зависящее от состояния канала: использование колебаний радиоэфира
• Адаптация канала: адаптивная модуляция и коды с коррекцией ошибок
• Ретрансляция: использования фиксированных ретрансляторов и кооперативных схем

Стандарт Long Term Evolution (LTE) обеспечивает теоретическую пиковую скорость 100 Мбит/с в нисходящем канале и до 50 Мбит/с в восходящем при использовании полосы 20 МГц. Для увеличения пропускной способности возможно применение MIMO-антенн. Радиоинтерфейс изначально назывался High-Speed Orthogonal Packet Access, а впоследствии — E-UTRA.

Технология CDMA (расширенный спектр), использовавшаяся в системах 3G, была заменена схемами передачи с ортогональным частотным разделением (OFDMA и др.), совместно с MIMO, динамическим распределением каналов и зависимыми от состояния канала алгоритмами планирования.

Первые коммерческие LTE-сервисы «4G» были запущены в столицах Швеции (Стокгольм, сети Ericsson) и Норвегии (Осло, системы Huawei) 14 декабря 2009 года. Пользовательские устройства изготавливались компанией Samsung^[11]. Все три крупнейших оператора США предоставляют услуги LTE.

В Южной Корее SK Telecom и LG U+ развернули LTE с июля 2011 года (для дата-устройств), с выходом на национальный масштаб к 2012 году^[12].

Стандарт Mobile WiMAX (IEEE 802.16e-2005) для мобильного доступа в Интернет (маркетинг как WiBro в Южной Корее) иногда позиционировался как 4G и предлагал пиковые скорости 128 Мбит/с на приём и 56 Мбит/с на передачу по каналам шириной 20 МГц.

Первый коммерческий сервис Mobile WiMAX запущен компанией KT в Сеуле в июне 2006 года^[13].

В сентябре 2008 года Sprint Nextel также позиционировал Mobile WiMAX как сеть 4G, несмотря на несоответствие требованиям IMT Advanced^[14].

В России, Беларуси и Никарагуа широкополосный доступ WiMAX предоставлялся российской компанией Scartel (под брендом Yota).

Ultra Mobile Broadband (UMB) — название nереализованного 4G-проекта внутри консорциума 3GPP2 для развития стандарта CDMA2000 к требованиям следующего поколения. В ноябре 2008 года Qualcomm, основной участник разработки, объявила о прекращении работы над UMB в пользу LTE^[15]. Целевые скорости превышали 275 Мбит/с на приём и 75 Мбит/с на передачу.

На ранних этапах рассматривалась перспектива развития системы Flash-OFDM как стандарта 4G.

Технология iBurst, использующая пространственное разделение с высокой пропускной способностью (HC-SDMA), также рассматривалась как путь к 4G. В 2008 году она вошла в стандарт IEEE 802.20 (MBWA — Mobile Broadband Wireless Access)^[16].

В октябре 2010 года рабочая группа ITU-R WP5D утвердила две индустриальные технологии для IMT Advanced^[17]. 6 декабря 2010 года ITU отметила, что ни современные версии LTE, WiMAX или другие эволюционные 3G-технологии формально не соответствуют требованиям IMT Advanced, хотя термин «4G» может использоваться в неформальном смысле для обозначения промежуточных поколений с существенным технологическим приростом относительно 3G^[18].

LTE Advanced (Long Term Evolution Advanced) был официально предложен организацией 3GPP в ITU-T осенью 2009 года. Коммерческий выпуск начался в 2011 году. Цель 3GPP LTE Advanced заключалась в достижении и превышении требований IMT Advanced^[19]. LTE Advanced является развитием существующей сети LTE.

Релиз 10 стандарта LTE предоставляет скорости LTE Advanced; релиз 8 (2009) обеспечивал 300 Мбит/с, что всё ещё не соответствовало IMT Advanced.

Развитие технологии WirelessMAN-Advanced в IEEE 802.16e было представлено в мае 2011 года как стандарт IEEE 802.16m-2011. В отрасли технология продвигалась как WiMAX Release 2 с целью соответствовать IMT Advanced.^[20][21] Вторая редакция стандарта IEEE 802.16m-2011 интегрирована в стандарт 802.16-2012 за исключением радиоинтерфейса WirelessMAN-Advanced, который перенесён в IEEE Std 802.16.1-2012.