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25.5.2016
Freitag 09. Oktober 2015 | Keine Anmerkungen

LTE Smartphone Tarif: simply LTE Mini SMS 3GB für 11,99 Euro

Ab dem 09.10.2015 hat simply ein neues Tarifangebot. Der Smartphone Tarif simply LTE Mini SMS 3GB kostet nur 11,99 Euro. Darin enthalten sind 200 Freiminuten Telefonieren, eine SMS Flatrate, mit der unbegrenzt SMS versendet...[mehr]

Freitag 01. Mai 2015 | Keine Anmerkungen

Wiko präsentiert RIDGE FAB 4G 5,5-Zoll Dual-SIM-Smartphone mit LTE

WIKO RIDGE FAB 4G

Der Smartphone-Hersteller Wiko präsentiert mit dem RIDGE FAB 4G den großen Bruder des RIDGE 4G, das auf dem Mobile World Congress in Barcelona erstmals gezeigt wurde. Augenscheinlichster Unterschied zum RIDGE 4G ist dabei die...[mehr]

Donnerstag 30. April 2015 | Keine Anmerkungen

Vodafone-LTE im Berliner S-Bahn Netz

Vodafone LTE

Düsseldorf, 30. April 2015 - Gute Nachrichten für S-Bahn-Nutzer in der Bundeshauptstadt: Vodafone hat das Mobilfunknetz im Nord-Süd-Tunnel deutlich verbessert. Ab Montag, 4. Mai 2015, surfen nicht nur Vodafone-Kunden, sondern...[mehr]

LTE Technik E-Book

Die LTE Einführung bietet auf ca. 40 Seiten einen Einstieg in die Funktionsweise der LTE Mobilfunk Technologie und gibt einen Einblick in die Eigenschaften der neuen Mobilfunk Frequenzbereiche in denen LTE genutzt wird.

Opens internal link in current windowZum LTE Technik E-Book (kostenloser Download)

Im Folgenden finden Sie auf dieser Seite einige Auszüge aus dem E-Book.

 

Technische LTE Daten im Überblick

Die von der 3GPP festgelegten Parameter des LTE-Standards:

Mit LTE können statt des heutigen starren Kanalrasters von 5 MHz künftig Funkkanal-Bandbreiten zwischen 1,4 und 20 MHz realisiert werden. LTE bietet  skalierbare Kanalbandbreiten von 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15MHz und 20 MHz sowie die Möglichkeit der Nutzung der gleichen Frequenzbänder und Funkkanal-Bandbreiten wie das heutige UMTS.

Die maximale Downlink-Datenrate hängt von der Austattung ab und liegt bei bis zu über 100 MBit/s bei Kanalbandbreiten von 20 MHz. Die maximale Uplink-Datenrate liegt bei bis zu 50 MBit/s ebenfalls bei Kanalbandbreiten von 20 MHz. Mit weiter unten beschriebener MIMO Antennentechnologie und durch Modulationsverfahren lässt sich die Datenrate theoretisch auf bis zu 300 MBit/s steigern.

Ein großer Vorteil von LTE sind die geringen Latenzzeiten, die Verzögerungszeiten vom Handy bis zum Festnetz sind kleiner als 5 ms! Ebenfalls wichtig für eine Mobilfunktechnik sind die Mobilitätseigenschaften, bei LTE gibt es eine Optimierung der Mobilitätseigenschaften für geringe Bewegungsgeschwindigkeiten von 0 bis 15 km/h, möglich sind jedoch bis zu 500 km/h.

Weitere LTE Vorteile sind die Ausschließlich paketorientierte Datenübertragung  (All-IP Netz) sowie niedrige Datenübertragungskosten über die Funkschnittstelle, und ein geringer Stromverbrauch der Mobilgeräte, was zu langen Betriebszeiten für LTE Handys führen wird.

Die Kapazität einer LTE Funkzelle liegt bei Bis zu 200 aktiven Teilnehmern bei einer Kanalbandbreite von 5 MHz zudem ist die Koexistenz und Zusammenarbeit mit Vorläufer-Mobilfunksystemen wie GSM und UMTS, sowie das Weiterreichen einer bestehenden Verbindung (Handover) zu anderen Funknetz-Technologien wie z. B. IEEE 802 b/g und WiMAX mit LTE zu realisieren.

LTE ist in der Lage auch Gleichwellenfunk zu ermöglichen und kann rundfunkartige Dienste (Broadcast/Multicast) genau so effizient übertragen, wie die darauf spezialisierten DVB-T bzw. DVB H Rundfunksysteme.

Theoretische Spitzenwerte unter optimalen Bedingungen (Quelle: Motorola)

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LTE Technik

OFDM Amplituden der Unterträger

Die gesteigerte Leistungsfähigkeit von LTE gegenüber anderen Mobilfunktechnologien kommt nicht von ungefähr. LTE beinhaltet einige neue Techniken, die dafür verantwortlich sind.

Das sind zum einen neue Verfahren zur Kodierung, OFDMA beim Download und SC-FDMA Technik für den Uplink. OFDMA steht für Orthogonal Frequency Division Multiple Access. SC-FDMA ist eine OFDMA ähnliche Technik, die eingesetzt wird um den Leistungsverbrauch von LTE Geräten zu verringern, beide basieren auf OFDM. Beide Techniken werden eingesetzt, um das vorhandene Spektrum in viele schmalbandige Träger, so genannte Subcarrier oder Unterträger aufzuteilen. OFDMA ist für den Multiuser Betrieb entwickelt und kann den Nutzern ihren Anforderungen entsprechend Bandbreite zuordnen. Die Unterträger werden entsprechend dem Bedarf den Nutzern zugeordnet. Die Effizienz kann dadurch noch einmal gesteigert werden.

Das interessante an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ist, dass die einzelnen Trägersignale orthogonal zueinander stehen. Dies bewirkt, dass sich die Trägersignale kaum gegenseitig beeinflussen können. Durch die Orthogonalität entsteht eine Überlappung der Spektren benachbarter Träger durch die unterschiedlichen Spitzen der Amplituden sind sie aber gut zu unterscheiden. Je mehr Unterträger vorhanden sind, desto weniger Bandbreite wird benötigt. Im Vergleich zu breitbandiger Übertragung ist OFDM wesentlich resistenter gegenüber Störungen, da eine Störung auf einem Unterträger nicht das ganze Frequenzband beeinflusst. Der schmalbandige Träger kann wesentlich leichter wieder rekonstruiert werden als ein breitbandiger beispielsweise bei UMTS.

Ein Nachteil von OFDMA ist, dass durch die vielen Unterträger der Aufwand für die Kodierung und die Dekodierung entsteht, was wiederum für einen erhöhten Stromverbrauch verantwortlich ist. LTE wurde aufgrund der OFDMA Technologie auch HSOPA (High Speed OFDM Packet Access) bezeichnet.

OFDMA ist auch Bestandteil von WiMAX. Das ist ein Grund, warum beide Technologien oft mit einander verglichen werden.

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MIMO Antennentechnik

SISO und MIMO Vergleich
MIMO und SISO Vergleich

Die zweite Neuerung bei LTE ist die MIMO Antennentechnologie. Verfügt ein System über mehrere Eingangs- und Ausgangsgrößen, spricht man von einem MIMO-System (Multiple Input/Multiple Output). Im Zusammenhang mit Mobilfunk und LTE bedeutet das mehrere Sende- und Empfangsantennen zur drahtlosen Übertragung von Daten. Zum einen kann dadurch die spektrale Effizienz erhöht, also höhere Datenraten erreicht werden, zum anderen wird die Übertragungsqualität verbessert. Dazu befinden sich im Sender und im Empfänger mehrere Antennen. Dadurch kann neben der zeitlichen auch die räumliche Dimension der Übertragung genutzt werden.

MIMO wird auch bei der UMTS Ausbaustufe Opens internal link in current windowHSPA+ eingesetzt um die Datenraten von HSPA noch einmal signifikant zu erhöhen.

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Komplexitätsgrad der Modulation Quelle: Fijitsu

Ein weiteres Verfahren zur Steigerung der Datenraten von LTE ist 64QAM (Quadraturamplitudenmodulation) ein Modulationsverfahren, bei dem mehrere Bits pro Signal übertragen werden können. Die Signale werden jeweils per Amplitudenmodulation auf einen Träger gleicher Frequenz, jedoch mit um 90° verschobener Phase, moduliert. Komplexe Modulationsverfahren wie 64QAM, die sehr hohe Datenraten ermöglichen sind nur in der Nähe der Basisstation möglich (siehe Grafik). Je weiter das Endgerät sich von der Basisstation entfernt, bzw. je schwächer die Verbindung ist desto einfacher muss das Modulationsverfahren sein und entsprechend geringer ist die Spektraleffizienz.

FDD LTE und TDD LTE

TDD (Time Dividion Duplex) und FDD (Frequency Division Duplex) LTE sind zwei unterschiedliche LTE Varianten, die das vorhandene Spektrum auf unterschiedliche Art nutzen. Sie wurden konzipiert um LTE in gepaarten und ungepaarten Spektrum betreiben zu können. TDD LTE wurde konzipiert um LTE auf nur einer Trägerfrequenz also ungepaarten Spektrum nutzen zu können Up -und Downlink werden zeitlich getrennt übertragen. Das Schalten zwischen Senden und Empfangen geht so schnell, dass es der Nutzer nicht merkt. FDD LTE benötigt hingegen ein gepaartes Spektrum, eine Trägerfrequenz für den Uplink und eine für den Downlink. Up-und Downlink können also gleichzeitig übertragen werden. Durch diese Anpassungsfähigkeit wird LTE verschiedenen nationalen Gegebenheiten, was die Verfügbarkeit von Frequenzen betrifft gerecht.

Die übertragenen Signale werden in beiden LTE Versionen in sogenannte Subframes aufgeteilt. Ein Subframe ist dabei eine zeitliche Einheit von einer Millisekunde (1 ms). TDD LTE unterteilt diese Subframes in Downlink und Uplink Subframes. Zwischen der Umschaltung von Downlink zu Uplink wird ein Subframe benötigt, der den DwPTS (Downlink Pilot Timeslot), die GP (Guard Period), und den UpPTS (Uplink Pilot Time Slot) beinhaltet. Diese wird als "Special Frame" bezeichnet. Die Guard Period verhindert, dass sich Empfangene und gesendete Signale überlagern. Diese Dreiteilung des Subframes wird auch bei TD-SCDMA verwendet und wurde in TDD LTE übernommen.

Um Verschiedenen Anforderungen gerecht zu werden unterstützt TDD LTE 7 verschiedene Konfigurationen, die bestimmen, wie viel Zeit und damit auch Bandbreite für den Up oder Downlink verwendet wird. Die meisten Konfigurationen sehen ein besseres Verhältnis zu Gunsten des Downstreams vor. Nur Konfiguration 0 bevorzugt in einem Verhältnis von 3:2 den Uplink, und Konfiguration 7 sieht eine ungefähre Gleichverteilung vor, die Abbildung zeigt das Verhältnis der Konfiguration3.

Beide Versionen haben ihre Vor und Nachteile. Dort wo FDD nicht eingesetzt werden kann ist TDD aber eine brauchbare Alternative. Insbesondere in China hat die TDD Technik eine große Bedeutung, aber auch auf dem Amerikanischen Kontinent ist der Einsatz denkbar.

FDD LTE und TDD LTE (Kategorie3)

LTE Aufrüstung

LTE ist der Mobilfunk-Standard der nächsten Genaration. Technisch gesehen basiert die Gestaltung von LTE auf der Grundlage der heutigen 3GPP Familie von zellular aufgebauten Netzwerken wie GSM und UMTS. LTE sorgt für einen reibungslosen evolutionären Übergang zu höheren Datenraten und geringeren Latenzzeiten.

Mit der Einführung von LTE wird Entwicklung von der bestehenden Netzwerk-Architektur auf eine IP also Packetorientierte Architektur stattfinden. Diese Entwicklung hat aus Sicht der Betreiber einige Vorteile. Diese Vorteile sind zum einen geringere Kosten für viele Dienste die auf mehreren Anwendungen basieren z.B. kombinierte Sprach-, Video-und Datendienste zum anderen die Interoperabilität mit anderen festen und drahtlosen Netzwerken. LTE wird die Sprachdienste der heutigen Mobilfunknetze mit dem Datenzentrierten Möglichkeiten der festen Internetanschlüsse kombinieren.

Die meisten Betreiber von GSM oder HSPA Netzen werden vermutlich früher oder später auf LTE umrüsten. AT&T Mobility hat erklärt, dass sie ein Upgrade auf LTE planen, jedoch bis dahin HSUPA und HSPA+ einsetzen wollen. T-Mobile, Vodafone, France Télécom, Telia Sonera und Telecom Italia Mobile haben auch ihr Engagement für die LTE Technologie bekannt gegeben. T-Mobile will direkt auf LTE umsteigen, ohne vorher HSPA+ zu installieren.

LTE Demonstrationen

Einige Meilensteine in der LTE Entwicklung im Überblick:

  • Die erste Vorstellung einer LTE Anwendung mit HDTV-Streaming (>30 Mbit/s), Video-Überwachung und mobilen IP-basierten Übergabe zwischen den LTE Funkstationen wurde während der ITU-Messe in Hong Kong im Dezember 2006 von Siemens Communication Department vorgestellt.
  • Im September 2007 zeigte NTT DoCoMo LTE Datenraten von 200 Mbit/s mit Stromverbrauch von weniger als 100 mW während der Prüfung.
  • Im Februar 2008 beim Mobile World Congress demonstriert Freescale Semiconductor HD-Video-Streaming mit Peak-Datenraten von 96 Mbit/s Downlink und 86 Mbit/s Uplink. Auch auf diesem Kongress haben picoChip und mimoOn ein Referenzdesign für eine LTE Basisstation vorgestellt. Diese läuft auf einer gemeinsamen Hardware-Plattform (Multi-Mode-/ Software-Defined Radio), zusammen mit ihrer WiMAX-Architektur.
  • Im März 2008 hat NTT DoCoMo mit LTE Datenraten von 250 Mbit/s in ein Outdoor-Test erreicht.
  • Im April 2008 haben LG und Nortel LTE Datenraten von 50 Mbit/s während der Fahrt in einem Auto mit ca. 110 km/h übertragen.
  • Am 18. September 2008 haben der Mobilfunkbetreiber T-Mobile und Nortel Networks Datenraten von bis zu 170 Mbit/s im Download und bis zu 50 Mbit/s im Upload erreicht. Dabei wurden Daten in und aus einem Fahrzeug heraus übertragen, das sich zwischen der linksrheinischen Zentrale der Deutschen Telekom und der rechtsrheinischen Zentrale von T-Mobile in Bonn mit durchschnittlich 70 km/h bewegte.

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