IMT-A

Door white modder op zondag 11 maart 2018 11:44 - Reacties (1)
Categorie: -, Views: 703

IMT-A
inleiding
International Mobile Telecommunications-Advanced is een set van vereisten uitgegeven door de ITU-R (ITU-R is ťťn van de drie onderdelen van de Internationale Telecommunications Union en is verantwoordelijk voor radio communicatie) voor wat bekend is bij ons als 4G.
Geschiedenis
De eerste generatie van mobiele communicatie is begonnen met het Advanced Mobile Phone Systems (AMPS), wat een analoog systeem is. AMPS mag je je voorstellen als zijnde 1G. Daarna zijn we naar GSM en CDMA (2G) gegaan en dan naar UMTS en EV-DO. Die laatste kan je als 3G beschouwen.

De wereld en de gebruikers hebben een (nog) steeds groter wordende honger naar data, en willen dat ook mobiel kunnen doen. Ze willen ten alle tijden connecties kunnen maken en willen de data die ze willen bekijken zo snel mogelijk op hun scherm hebben of versturen. Het is deze honger die ervoor zorgt dat de technologieŽn zoals “4G” uit de grond komen.
Om dit te kaderen een uitspraak van ITU secretaris-generaal Hamadoun Tourť:
“IMT-Advanced markeert een grote sprong voorwaarts in state-of-the-art technologieŽn, die de huidige smartphone zal laten voelen als een oude inbelverbinding. Toegang tot het internet, streaming filmpjes en datatransfers op elk moment van de dag, overal die beter zullen zijn dan de meeste hedendaagse desktop connecties.”
Oh, en IOT … 😊

Wat is 4G?
4G op zich is eigenlijk vrij betekenisloos, maar WiMAX was de eerste technologie die haar eigen 4G noemde. 4G is een term die men gebruikt voor wat de meeste mensen kennen als zijnde de 4de generatie van draadloze communicatie. Bekijk het een beetje als de 5th generation gevechtsvliegtuigen. Er zijn niet echt heel veel voorwaarden die concreet een beeld geven van een 5th gen gevechtsvliegtuig. Er zijn verscheidene fabrikanten die hun gevechtsvliegtuig weliswaar dat label geven, maar dan weer andere die het anders interpreteren en zeggen dat het niet zo is. En dan gaan het over vliegtuigen met quasi dezelfde eigenschappen.
Bij 4G is er iets meer duidelijkheid. Algemeen genomen gebruikt men de services en specificaties die door de ITU-R (zie later) zijn verzameld, waaraan een technologie moet voldoen om “4G compatibel te zijn”. Maar toch zijn er technologieŽn die beweren 4G te zijn, terwijl als je letterlijk de normen gaat nalezen ze er toch niet aan voldoen. Net zoals bij de gevechtsvliegtuigen is het meer een buzz woord dan iets waar iedereen het over eens is.
Alleszins, de “meeste mensen/organisaties” gebruikten IMT-A als leidraad voor wat 4G is, of waaraan een technologie moet voldoen om “4G compatibel” te zijn.

Door wie is IMT-A ontwikkeld?
Door de Internationale Telecommunicatie-Unie. Dit is een agentschap van de United Nations gespecialiseerd in informatie en communicatie technologieŽn. Deze organisatie is in 1865 opgericht om internationale standaarden vast te leggen aangaande telegraafverbindingen (in het begin stond ITU voor International Telegraph Union).
Zij wijzen als het ware het wereldwijde radio (frequentie) spectrum toe, stellen vast hoe nationale telefoonnetwerken onderling moeten gekoppeld worden om internationaal telefoonverkeer mogelijk te maken.
Daarbuiten helpen zij ontwikkelingslanden met technische steun om hun telecommunicatie te verbeteren, ze helpen mee aan de ontwikkeling en verbetering van telecommunicatiesystemen. Ze proberen ook een globaal plan te bekomen voor het aanpakken van problemen en efficiŽnter maken van telecommunicatieaangelegenheden.
De ITU is eigenlijk verdeeld in 3 agentschappen:
• ITU-T: Telecommunication sector
• ITU-R: Radiocommunications sector (het is deze sector waarin IMT-A zit)
• ITU-D: Development sector
Andere protocollen, afspraken of overkoepelende termen van ITU:
• CCIR
• NTSC
• PEAQ
• X.509
• H.331
Dit is natuurlijk een beperkt lijstje.

Wat is IMT-Advanced eigenlijk?
IMT-Advanced is niet 1 protocol of technologie, maar zou je moeten zien als zijnde een overkoepelende term waaraan men moet voldoen. Een lijst van specificaties en vereisten voor een hoge snelheid mobiel breedband service. Het gaat verder dan IMT-2000, met nieuwe mogelijkheden.
Het is voorzien dat de ontwikkeling van IMT-2000 zijn limiet bereikt bij een datasnelheid van rond de 30 Mbit/s. In de visie van de ITU zou er rond 2010 vraag kunnen zijn naar een nieuw systeem voor draadloze communicatie dat nog hogere datasnelheden ondersteunt voor mobiele gebruikers. Deze systemen zouden rond 2015 grootschalig uitgerold kunnen worden.
Het is voorzien dat de nieuwe mogelijkheden van IMT-Advanced een breed pallet aan datasnelheden ondersteunt afhankelijk van de mobiliteit en de eisen van de gebruikers. Een maximale datasnelheid van rond de 100 Mbit/s is voorzien voor snel bewegende gebruikers. De maximale datasnelheid kan lokaal oplopen tot ongeveer 1 Gbit/s voor nomadisch gebruik voor stilstaande gebruikers.
Om een grote variŽteit aan diensten en datasnelheden te ondersteunen, kan het nodig zijn dat IMT-Advanced beschikt over aparte radio-interfaces en bijbehorende frequentiebanden voor zich snel bewegende mobiele gebruikers en voor nomadisch/lokaal gebruik.
Tezamen met de introductie van de naam IMT-Advanced heeft de ITU besloten om de algemene naam IMT te gebruiken voor IMT-2000, inclusief de verdere ontwikkeling daarvan, en IMT-Advanced.
Welke vereisten houd IMT-A dan in (o.a.)?
• Gebaseerd op een IP packet switched network
• Moet compatibel zijn met bestaande draadloze standaarden
• Een nominale data rate van 100 Mbit/s terwijl de gebruiker aan grote snelheden beweegt tov het station, en 1Gbit/s wanneer gebruiker en station in vaste posities van elkaar staan (relatief)
• Dynamisch delen en gebruiken van netwerk bronnen om meerdere gebruikers tergelijkertijd per cell te ondersteunen
• Schaalbare kanaal bandbreedte van 5-20 MHz, optioneel tot 40 MHz
• Piek Spectrale efficientie van 15 bit/s/Hz in downlink en 6.75 bit/s/Hz in de uplink (wat betekent dat 1Gbit/s in de downlink mogelijk moet zijn met minder dan 67MHz bandbreedte)
o Spectrale efficiŽntie is een maat voor de efficiŽntie van het coderen van informatie in een analoog signaal. Elk analoog signaal 'bezet' een bepaalde bandbreedte en met behulp van het analoge signaal kunnen een bepaalde hoeveelheid bits per seconde worden vervoerd. Spectrale efficiŽntie wordt daarom uitgedrukt in bits per seconde per hertz, als symbool wordt vaak η (de Griekse letter eta) gebruikt.
De maximale spectrale efficiŽntie voor een bepaalde bandbreedte hangt samen met de Shannonlimiet, hoe hoger de signaal-ruisverhouding, hoe hoger de maximale spectrale efficiŽntie is. Voor een SNR van 30 dB bijvoorbeeld is de maximale spectrale efficiŽntie 10 bits/s/Hz.
Omdat draadloze bandbreedte een schaars goed is wordt er steeds meer belang gehecht aan spectrale efficiŽntie. Sommige radiolicenties gaan zelfs zover een bepaalde minimum spectrale efficiŽntie te vereisen. Het is echter niet zo dat een lage spectrale efficiŽntie automatisch betekent dat het kanaal inefficiŽnt wordt gebruikt: bij spread-spectrum systemen is er sprake van (zeer) lage spectrale efficiŽntie maar kunnen wel meer kanalen over elkaar worden gebruikt zodat de totale efficiŽntie best goed kan zijn.
• Systeem spectrale efficiŽntie tot 3 bit/s/Hz/cell in de downlink en 2.25 bit/s/HZ/cell bij indoor gebruik.
• Naadloze connectiviteit en globale roaming tussen verschillende netwerken met kalme overgangen.
• De mogelijkheid om een hoge kwaliteits service te garanderen voor multimedia support.

Wat zijn de technologieŽn (hoofdzakelijk onder IMT-A)?
• MIMO
• OFDM
• Turbo principle error-correcting codes
• Kanaal-afhankelijke planning
• Link adaptation
• Relaying, inclusief fixed relay networks (FRN’s) and “the cooperative relaying concept (gekend als multi-mode protocol)

Tof, maar wat houden deze in?
MIMO:
Multiple-input and multiple-output (MIMO) is een methode om de capaciteit van een radio link te vermenigvuldigen gebruik makend van meerdere verzend en ontvangstantennes. MIMO is een esentieel elemenet geworden van draadloze communicaties (IEEE 802.11n (WiFi), IEEE 802.11ac, HSPA+ ( 3G), WiMAX (4G), LTE 4G. Maar MIMO wordt ook gebruikt in de power-line communicatie (data versturen over je elektrische bedrading).

OFDM
In telecommunicatie is Orthogonal Frequency-Division Multiplexing een methode om digitale data te coderen op meerdere carrier frequencies. Het is dus een Frequency-division multiplexing. Dit laatste is een techniek waarbij de totale bandbreedte van een communicatie medium wordt onderverdeeld in een series van niet-overlappende frequentie banden, waarvan elke band een apart signaal draagt. Dit laat ťťn transmissie medium (stel nu een fiber) toe om gebruikt te worden door meerdere onafhankelijke signalen.
OFDM bestaat al sinds 1966 en is ontwikkeld door Bell Labs.
Paar voorbeelden:
• ADSL, VDSL, DOCSIS 3.1, IEEE802.11a (en g,n,ac,ah,…), LTE, E-UTRA.

Turbo principle error correcting codes
Om dit uit te leggen gaan we dit in twee delen uitleggen.
Turbocodes zijn een klasse van nieuwe foutcorrectiecodes die datacommunicatie tot zeer dicht bij de shannonlimiet mogelijk maken.
De shannonlimieit wordt ook wel de wet van Shannon-Hartley genoemd. Deze zegt dat de maximale hoeveelheid data die foutloos over een kanaal getransporteerd kan worden lineair toeneemt met de bandbreedte van het kanaal en verder afhankelijk is van de signaal-ruisverhouding.
Het principe van Turbocodes berust op het feit dat de data tweemaal gecodeerd wordt in een bitstroom. Bij ontvangst kan door combinatie van de ontvangen bits, informatie over hoe betrouwbaar de ontvangst was van elke bit, en de systematiek van de twee codes zorgen ervoor dat veel foute bits worden gecorrigeerd. Turbocodes worden o.a. gebruikt in WiMAX, UMTS, etc…
Error correcting codes zijn dus foutcorrectiecodes. Dit is een techniek die gebruikt wordt om fouten in data transmissie te vinden. Het globale idee is dat de zender het bericht in een redundante manier codeert gebruikt makend van een error-correcting code (het systeem worde ook gebruikt in ECC geheugen van servers ven workstations)l.

Channel-Dependent scheduling
Dit zijn algoritmes die gebruikt worden voor het verdelen van bronnen tussen partijen die ze gelijktijdig en asynchroon vragen. Het belangrijkste doel is het tegengaan van verkwisten van bronnen en om een soort van eerlijkheid te waarborgen tussen de partijen die de bron(nen) nodig hebben. Scheduling overkomt het probleem waarbij er moet beslist worden welke partij nu welke bron mag en kan gebruiken? Een (simpel) voorbeeld hiervan is FIFO.

Link Adaptation
Link adapation is de mogelijkheid om het aanpassen van het modulatieschema en de codeersnelheid van de foutcorrectiecodes aan de kwaliteit van het medium.

Relaying
Het basis idee van Relaying is het ondersteunen van een communicatie paar gebruik makend van extra radio’s. Een voorbeeld hiervan zou kunnen zijn als radiostation A naar C wilt communiceren maar hier niet het vermogen voor heeft. Dan kan hij eventueel deze communicatie tot stand brengen door ook gebruik te maken van radiostation B.
Het is niet hetzelfde als bv een repeater (wat gewoon het signaal opnieuw doorstuurt). Een relay gaat het signaal werkelijk ontvangen, demoduleren en de data coderen. Het gaat terug error detectie doen enz. Pas dan zal een relay het (nieuwe) signaal verder sturen). Op deze manier is de kwaliteit van het signaal beter met een LTE relay t.o.v. een repeater.
Kort gezegd heeft relaying een paar voordelen:
• Verbeterde netwerk densiteit: LTE relay nodes kunnen snel uitgerold worden in situaties waar men netwerk capaciteit wilt toevoegen door het verhogen van aantal nodes. Ze hebben geen aparte backend en zijn ook niet groot. (je kan deze bijvoorbeeld aan een straatlamp hangen).
• Netwerk dekking uitbreiding: LTE relays kunnen gebruikt worden om op een handige manier kleine gaatjes te vullen in de dekking zonder een heel base station te moeten installeren.
• Snelle netwerk roll-out: Zonder een hele grote uitrol met grote hardware (denk aan zendmasten, backend, etc etc kan men dit al beginnen door relay nodes te installeren. De rest kan men op een later moment doen.

Welke technologieŽn voldoen dan aan IMT-A?
LTE-Advanced (r10)
LTE-A is een evolutie van LTE. Het wordt gestandaardiseerd door de 3GPP. Het doel van de 3GPP met LTE-A is om aan de vereisten van IMT-A te voldoen, maar om er op bepaalde punten ook gewoon voorbij te gaan.

Wie zijn de 3GPP?
Dit is een groep van telecommunicatiebedrijven die hoofdzakelijk systeem specificaties ontwikkeld gebaseerd op de GSM specificaties. Bekende voorbeelden hiervan zijn GPRS, EDGE, HSPA, LTE Advanced, LTE.

Wat is LTE-Advanced precies?
LTE-A zijn (wederom 😊 ) een aantal technieken en technologieŽn die samenwerken om een hoge netwerk-performantie-standaard te verkrijgen.

Welke zijn deze technologieŽn/technieken?
• Carrier Aggregation: combineert meerdere LTE carriers voor grotere bandbreedte (fatter pipe)

• MIMO
• Higher-order modulation: verstuurd meer bits per symbool -> spectral efficiency 256-QAM

• Relay Nodes :Relaying is een van de grootste features die men heeft voorgesteld voor het 4G LTE A systeem. Het doel is om zowel de dekking als de capaciteit te verhogen. Het idee is niet neiuw, maar LTE relaying moet ervoor zorgen dat de optimale performantie wordt bereikt.
• CoMP ( Coordinated Multi Point Operation): CoMP wordt gebruikt om data te verzenden (en ontvangen) vanuit verscheidene punten om zo betere performantie te behalen. Vooral op de grenzen van cellen. Het bestaat (wederom) uit meerdere technieken om dit te behalen.

WiMAX realease 2 ( IEEE 802.16m)
WiMAX borduurt voort op de Wi-Fi standaard en niet op de gsm-standaarden. Het wordt samengesteld/geschreven/ontwikkeld door de IEEE.

Wat is de IEEE?
Het Institute of Electrical and Electronical Engineers is een vereniging van professionals. Het IEEE organiseert jaarlijks meer dan 300 congressen en heeft 900 actieve standaarden onworpen. Ongeveer 400 zijn er nu in gebruikt voor electronica, elektriciteit en informatica.

Wat is WiMAX r2 eigenlijk?
WiMAX release 2 is de tweede generatie van WiMAX. Het heeft hogere upload en download snelheden ( 90Mbps and 170 Mbs respectievelijk).
WiMAX r2 is gebaseerd op de IEEE 802.16m specificatie dat zorgt voor hogere bandbreedte voor VoIP. WiMAX r2 is heel vergelijkbaar met WiMAX maar heeft een hogere bandbreedte, 4.5% betere spectrale efficientie en 25/54 Mbs sector/site throughput.
Het is OFDMA gebaseerd, en is volledig IP packet geschakeld.

Hoe werkt WiMAX r2?
WiMAX werkt ongeveer zoals Wi-Fi maar dan over grotere afstanden en voor een groter aantal gebruikers. Een WiMAX systeem bestaat uit :
• Een WiMAX toren, gelijkaardig aan een telefoonmast. Een WiMAX toren kan een gebied tot 8000 km≤ dekken.
• Een WiMAX ontvanger, de ontvanger en antenne zijn vrij klein en kunnen perfect ingebouwd worden in een laptop zoals dat vandaag ook al het geval is voor WiFi.
Een WiMAX toren kan rechtstreeks met het internet verbonden zijn door middel van een hoge brandbreedte connectie maar het kan ook verbonden worden met een andere WiMAX toren (line of sight!) dmv een microwave link.
Dit wil zeggen dat WiMAX een tweetal vormen heeft van draadloze verbinding:
Er is de non-line-of-sight modus, waar een kleine antenne (bv op je mobieltje) verbinding maakt met de toren. In deze modus gebruikt WiMAX een lagere frequentie ( nl 2GHz tot 11 GHz (gelijkaardig met Wi-Fi).
Je hebt ook de line-of-sight modus, waar een aantal vaste schotelantennes rechtstreeks naar de WiMAX toren “stralen”. Deze connectie is sterker en stabieler dan bovengenoemde connectie. Deze modus gebruikt hogere frequenties ( tot 66 GHz). Op die frequenties is er minder ruis en beÔnvloeding.

Wat zijn de overeenkomsten tussen LTE-A en WiMAX r2?
• Beiden zijn IP technologieŽn
• Beiden ondersteunen volledige MIMO
• Beiden gebruiken gelijkaardige OFDM gebaseerde modulatie.

Wat zijn de verschillen tussen LTE-A en WiMAX r2?
• LTE-A gebruikt andere kanaal bandbreedtes ( 1.4 MHz tot 100 MHz, dit terwijl WiMAX kanaal bandbreedtes tot 40 MHz ondersteunt).
• LTE-A gebruikt een andere modulatie voor uplink ( SC-FDMA ) en downlink (OFDMA) terwijl WiMAX voor beiden SOFDMA gebruikt.
• De LTE-A frame duration is 10 ms, die van WiMAX 20 ms.
• LTE-A kan snelheden aan tot 450 km/h een WiMAX tot 120 km/h.
• WiMAX ondersteunt geen 2G en 3G en LTE-A wel.
• De kost om WiMAX systemen uit te rollen zou lager zijn als die van LTE-A.
• LTE-A zou minder batterij verbruiken door de andere modulatietechnieken
• LTE-A wordt door puristen als de enige echte 4G technologie gezien.

Bronnen
https://en.wikipedia.org/wiki/IMT_Advanced
https://en.wikipedia.org/wiki/MIMO
https://nl.wikipedia.org/wiki/Turbocode
https://www.itu.int/net/I...n/e-flash/2/article4.html
https://www.qualcomm.com/invention/technologies/lte/advanced
http://www.3gpp.org/techn...-acronyms/97-lte-advanced
http://www.itu.int/net/pr...2010/48.aspx#.Wp6UbejOWHs
https://nl.wikipedia.org/wiki/WiMAX
http://www.wirelessman.org/
https://www.itu.int/en/pages/default.aspx
http://www.telecomabc.nl/i/imt-advanced.html
https://books.google.be/b...ge&q=imt-advanced&f=false
http://www.ieee802.org/21...Advanced-Requirements.doc
https://mentor.ieee.org/8...16-wg-closing-report.pptx
https://arxiv.org/pdf/1602.06925.pdf
https://www.netmanias.com...ization-in-itu-r-and-3gpp
http://www.it.uc3m.es/aoliva/pdf/ETT.pdf
https://www.itu.int/dms_p...T-IMT-2017-2020-PDF-E.pdf
https://bscw.5g-mmmagic.eu/pub/bscw.cgi/191383
https://en.wikipedia.org/wiki/LTE_Advanced
https://www.4g.co.uk/4g-lte-advanced/
https://www.digitaltrends...-and-why-should-you-care/
http://www.gsmhelpdesk.nl...ced-4g-4-5g-4g-versneller

Reacties


Door Tweakers user traibergen, maandag 12 maart 2018 22:10

Een goede uitleg!

Reactie formulier
(verplicht)
(verplicht, maar wordt niet getoond)
(optioneel)