IMT-Advanced

IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications-Advanced) — это стандарт и концепция развития мобильной связи четвёртого поколения (4G), разработанные Международным союзом электросвязи (МСЭ, ITU). Он определяет требования к системам мобильной связи, которые обеспечивают значительно более высокую скорость передачи данных, улучшенную спектральную эффективность и поддержку широкого спектра услуг по сравнению с предыдущими поколениями (3G). IMT-Advanced является эволюционным этапом по отношению к IMT-2000 (3G) и служит основой для развёртывания сетей LTE-Advanced и WiMAX 2 (IEEE 802.16m).

История и развитие

Концепция IMT-Advanced была впервые официально представлена МСЭ в 2008 году. Разработка стандарта была вызвана необходимостью удовлетворения растущего спроса на мобильный интернет, видеозвонки высокой чёткости, потоковое видео и другие приложения, требующие высокой пропускной способности. В 2010 году МСЭ завершил процесс оценки и утверждения технологий, соответствующих требованиям IMT-Advanced. Основными кандидатами стали:

• LTE-Advanced (Long Term Evolution Advanced) — развитие стандарта LTE, разработанное 3GPP (3rd Generation Partnership Project). LTE-Advanced стал основным и наиболее распространённым воплощением IMT-Advanced.
• WiMAX 2 (IEEE 802.16m) — развитие стандарта WiMAX, разработанное IEEE. Несмотря на техническую состоятельность, WiMAX 2 не получил широкого коммерческого распространения.

В 2011 году МСЭ официально признал LTE-Advanced и WiMAX 2 (IEEE 802.16m) технологиями, соответствующими требованиям IMT-Advanced. С этого момента началось активное развёртывание сетей 4G на основе LTE-Advanced.

Требования и характеристики

IMT-Advanced устанавливает ряд ключевых требований к системам мобильной связи четвёртого поколения. Основные из них включают:

• Скорость передачи данных:
• Пиковая скорость передачи данных в нисходящем канале (от базовой станции к абоненту) — не менее 100 Мбит/с для абонентов, движущихся с высокой скоростью (например, в автомобиле или поезде).
• Пиковая скорость передачи данных в нисходящем канале для абонентов, движущихся с низкой скоростью (пешеходы, стационарные пользователи) — не менее 1 Гбит/с.
• Спектральная эффективность — минимальная эффективность использования радиочастотного спектра в нисходящем и восходящем каналах.
• Задержка передачи (latency) — время задержки передачи данных между устройством и базовой станцией не должно превышать 10 миллисекунд.
• Поддержка мобильности — способность обеспечивать связь при скорости перемещения абонента до 350 км/ч (в некоторых сценариях до 500 км/ч).
• Гибкость использования спектра — возможность работы в различных диапазонах частот (от 450 МГц до 6 ГГц) и поддержка агрегации несущих (carrier aggregation) для увеличения пропускной способности.
• Энергоэффективность — снижение энергопотребления как на стороне сети, так и на стороне абонентских устройств.

Технологии и архитектура

Для достижения указанных требований в рамках IMT-Advanced используются несколько ключевых технологий:

• Агрегация несущих (Carrier Aggregation) — объединение нескольких частотных диапазонов для увеличения ширины канала и, соответственно, скорости передачи данных.
• MIMO (Multiple Input Multiple Output) — использование нескольких антенн на передающей и приёмной сторонах для повышения пропускной способности и надёжности связи.
• OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) — множественный доступ с ортогональным частотным разделением, обеспечивающий эффективное использование спектра.
• SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) — множественный доступ с частотным разделением на одной несущей, используемый в восходящем канале для снижения пик-фактора.
• Координация помех (Inter-Cell Interference Coordination, ICIC) — методы управления помехами между соседними сотами.
• Релейные станции (Relay Nodes) — использование промежуточных узлов для расширения зоны покрытия и улучшения качества сигнала.

Применение и значение

IMT-Advanced стал основой для развёртывания сетей четвёртого поколения (4G) по всему миру. Основные области применения включают:

• Мобильный широкополосный доступ в интернет — обеспечение высокоскоростного доступа в интернет для мобильных устройств (смартфоны, планшеты, ноутбуки).
• Потоковое видео высокой чёткости (HD, Full HD) — передача видеоконтента в реальном времени.
• Видеозвонки и видеоконференции — обеспечение качественной видеосвязи.
• Мобильные игры и приложения — поддержка требовательных к скорости и задержке приложений.
• Умные города и IoT — часть инфраструктуры для подключения устройств Интернета вещей.
• Мобильный офис — удалённая работа с большими объёмами данных.

В России сети 4G на основе LTE-Advanced (IMT-Advanced) активно развёртывались с 2012 года. Крупнейшие операторы связи (МТС, «Билайн», «Мегафон», Tele2) предоставляют услуги мобильного интернета на базе этой технологии. Внедрение IMT-Advanced позволило значительно увеличить скорость передачи данных и улучшить качество услуг по сравнению с сетями 3G.

Критика и ограничения

Несмотря на значительный прогресс, IMT-Advanced имеет ряд ограничений:

• Неравномерность покрытия — скорость и качество связи сильно зависят от удалённости от базовой станции и загруженности сети.
• Высокое энергопотребление — активное использование технологий MIMO и агрегации несущих увеличивает энергопотребление как на стороне сети, так и на стороне абонентских устройств.
• Сложность внедрения — развёртывание сетей IMT-Advanced требует значительных инвестиций в инфраструктуру, особенно в сельской местности и труднодоступных районах.
• Ограниченная пропускная способность для массового использования — при большом количестве одновременно подключённых пользователей скорость может существенно снижаться.

Сравнение с другими поколениями

Интересные факты

• Термин «IMT-Advanced» был введён МСЭ для обозначения систем, которые превосходят возможности IMT-2000 (3G) и соответствуют требованиям к 4G.
• LTE-Advanced, являющийся основным воплощением IMT-Advanced, иногда называют «истинным 4G» или «4G+», в отличие от ранних версий LTE, которые не соответствовали всем требованиям IMT-Advanced.
• В 2010 году МСЭ утвердил два стандарта: LTE-Advanced и WiMAX 2 (IEEE 802.16m) как технологии, соответствующие IMT-Advanced.
• Развитие IMT-Advanced заложило основу для перехода к 5G (IMT-2020), который требует ещё более высоких скоростей, меньшей задержки и поддержки массового подключения устройств.

Источники

• ITU-R Recommendation M.1645 — Framework and overall objectives of the future development of IMT-2000 and systems beyond IMT-2000.
• ITU-R Report M.2134 — Requirements related to the technical performance of IMT-Advanced radio interface(s).
• 3GPP Technical Specification 36.300 — Evolved Universal Terrestrial Radio Access (E-UTRA) and Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network (E-UTRAN); Overall description.
• IEEE Standard 802.16m — Air Interface for Broadband Wireless Access Systems.
• «Мобильная связь 4G: стандарты, технологии, развитие» — сборник материалов конференций МСЭ.