Den verschiedenen Mobilfunktechniken werden Generationen zugeordnet. So gehört der GSM-Standard der 2. Generation ( 2G) an, UMTS der 3. Generation ( 3G) und High Speed Downlink Packet Access ( HSDPA) wird der 3,5. Generation zugeordnet. Long Term Evolution ( LTE+ ist als Nachfolgetechnik von UMTS und HSDPA anzusehen. Sie hat daher die chronologische Einordnung als 4. Generation ( 4G).
Alle Highspeed-Technologien konkurrieren um den Markt des Mobile Broadband und des Mobile Internet. Long Term Evolution wird dabei von den großen Betreibern der UMTS-Netze priorisiert, die sich weltweit zur LTE-Technologie bekannt haben. Die LTE-Technologie ist damit weltweit der erste einheitliche Mobilfunkstandard überhaupt.
Die Standardisierung von LTE
Die Standardisierung der LTE-Technik ist in 3GPP als Release 8 definiert. Diese Technik kann in Verbindung mit Multiple Input Multiple Output ( MIMO) und Orthogonal Frequency Division Multiple Access ( OFDMA) Spitzendatenraten von 150 Mbit/s im Downlink übertragen.
Neben der höheren Datenrate nutzt die LTE-Technik den zur Verfügung stehende Frequenzbereich effizienter aus. Im Uplink werden Datenraten von 50 Mbit/s vom Mobilgerät zur Basisstation erreicht. Die hohen Datenraten werden durch Zuweisung von verschiedenen Bandbreiten und den Modulationstechniken Quadraturamplitudenmodulation ( QAM 64) und Quadratur-Phasenumtastung ( QPSK) erzielt. So können Bandbreiten von 1,25 MHz, 1,6 MHz, 2,5 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz und 20 MHz flexibel zugewiesen werden.
Weiterhin steigert die in der LTE-Technik angewandte MIMO-Technik den Antennengewinn und erhöht die Empfangsempfindlichkeit, weil bei dieser Technik mehrere Antennen zu Antennenarrays zusammengefasst werden. Jede Verdoppelung der Antennenzahl verursacht einen um 3 dB höheren Empfangspegel, wenn die Antennensignale miteinander verknüpft sind und eine Wellenüberlagerung erfolgt. Ein 4x4- Antennenarray hat somit eine um 3 dB höhere Empfangsleistung als ein 2x2-Antennen- Array. Darüber hinaus bietet das MIMO-LTE-Konzept eine verbesserte Unterdrückung von Interferenzen und eine bessere Verbindungsqualität.
Das technische Konzept von LTE-Netzen
LTE-Netze sind konzeptionell vergleichbar mit anderen Mobilfunknetzen. Ihre zentrale Netzarchitektur, die System Architecture Evolution ( SAE), ist eine All- IP- Architektur mit Control Plane und User Plane. Die zentralen Komponenten der SAE-Architektur werden durch den Evolved Packet Core ( EPC) gebildet. Zu den Komponenten der EPC-Kernstruktur gehören der Home Subscriber Server ( HSS), in der die Teilnehmerdaten gespeichert werden, die Mobility Management Entity ( MME), die den Zugang zum LTE-Netz verwaltet, die Funkbasisstation, in LTE-Netzen als eNodeB bezeichnet, der Serving Gateway ( SGW) und der PDN Gateway ( PGW), sowie das Mobilgerät, das User Equipment ( UE).
Übertragungsfrequenzen von Long Term Evolution
-in-Deutschland.png)
Für LTE- Mobilfunk stehen in Deutschland mehrere Frequenzbereiche zur Verfügung: der eine Frequenzbereich liegt im UHF-Bereich zwischen 790 MHz und 862 MHz. Er wird als LTE 800 bezeichnet und wird vorwiegend für LTE im Anschlussbereich und wegen der guten Ausbreitungseigenschaften im ländlichen Bereich eingesetzt. LTE-800- Basisstationen können einen Radius von 10 km versorgen. Der 800-MHz-Bereich ist der Frequenzbereich, der durch die Digitale Dividende bei der Umstellung auf Digital-TV frei wurde. Dieser Frequenzbereich ist unterteilt und liegt zwischen 791 MHz und 821 MHz sowie zwischen 832 MHz und 862 MHz. Er wird von den Mobilfunkunternehmen O2 Telefonica, Vodafone und Telekom genutzt.
Ein weiterer Frequenzbereich liegt bei 1,8 GHz und wurde früher von der Bundeswehr genutzt und ein dritter zwischen 2,5 GHz und 2,69 GHz. In diesem Frequenzbereich sind verschiedene Frequenzbänder den Netzbetreibern Telekom, Vodafone, E-Plus und O2 zugeordnet. Long Term Evolution (LTE) arbeitet auf der physikalischen Ebene im Downlink mit OFDM als Zugangsverfahren, diese Technik wird auch als High Speed OFDM Packet Access ( HSOPA) bezeichnet. Im Uplink kommt das Zugangsverfahren Single Carrier Frequency Division Multiple Access ( SC-FDMA) zum Einsatz.
Long Term Evolution ist so konzipiert, dass es als Upgrade von vorhandenen Mobilfunktechnologien angesehen werden kann, so von CDMA2000 und Evolution Data Optimized ( EVDO). Als Nachfolgetechnologie der LTE-Technik wurde von 3GPP bereits Long Term Evolution Advanced ( LTE-A) ausgearbeitet. Einen technischen Zwischenschritt hat die Deutsche Telekom mit LTE+ entwickelt, mit dem die Datenrate von 100 Mbit/s auf 150 Mbit/s erhöht wurde.
LTE im Anschlussbereich
LTE im Anschlussbereich bietet wesentliche Geschwindigkeitsvorteile und niedrige Latenzzeiten. Der Vorteil dieser Technik liegt darin, dass mit der LTE-Technik mittelfristig regionale Gebiete funktechnisch breitbandig versorgt werden können, die, was den schnellen Internetzugang betrifft, bisher unterversorgt waren, stationär und mobil. Und für diese LTE-Anschlusstechnik gibt es einen speziellen Frequenzbereich, der früher für die terrestrische Fernsehübertragung genutzt wurde, und durch die Digitale Dividende frei wurde. Es ist der UHF-Bereich zwischen 790 MHz und 862 MHz. Dieser Frequenzbereich ist besonders interessant für den funktechnischen Anschluss von Smartphones an das mobile Internet. In diesem Frequenzbereich gibt es zwischen den Uplink- Frequenzen und denen für das Downlink eine Frequenzlücke zwischen 823 MHz und 832 MHz. Diese Frequenzlücke wird als Mittenlücke bezeichnet und wurde für Drahtlossysteme und Funkmikrofone freigegeben. Der Vorteil des 800-MHz-Frequenzbereichs liegt darin, dass sich mit diesen UHF-Frequenzen relativ große Gebiete mit wenigen Funkbasisstationen versorgen lassen.
Der technische Ausbau gestaltet sich relativ einfach, weil auf der vorhandenen Mobilfunk- Infrastruktur aufgebaut werden kann. Ein solches LTE-Netz für den Anschlussbereich besteht aus der Funkbasisstation und einem im Haus angebrachten LTE- Router über den die Verbindung zum stationären Anschluss im Haus oder mobil direkt zum Smartphone, Tablet oder Notebook hergestellt werden.