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LTE: Das steckt hinter der Mobilfunk-Technik

Die Mobilfunk-Technologie steht in Konkurrenz zur WiMAX sowie HSPA und HSPA+. Wir zeigen, welche Vor- und Nachteile diese verschiedenen Datenübertragungsstandards haben.
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LTE-Sendemast in Kyritz/BrandenburgLTE-Sendemast in Kyritz/Brandenburg Wenn zwei Technologien so ähnliche Leistungsparameter und Anwendungsgebiete aufweisen wie LTE und WiMAX, ist in der Regel damit zu rechnen, dass sich eine davon gegen die andere durchsetzen wird. Mittlerweile ist LTE hierbei deutlich als Gewinner hervorgegangen. Dies liegt auch daran, dass die Entwicklung LTE-fähiger Netzwerke von den Mobilfunk-Netzbetreibern gewünscht und gefördert wurde.

LTE und WiMAX verwenden beide OFDMA ("orthogonal frequency-division multiple access") zur Kodierung der Signale. Dabei wird das zur Verfügung stehende Frequenzband in viele Unterbänder geteilt. Deren Anzahl kann variiert werden, je nachdem wieviel Bandbreite gerade zur Verfügung steht, was zu unterschiedlich hohen Bitraten führt. Die Auswahl der Frequenzbänder stellt dabei sicher, dass sich die Signale auf den verschiedenen Unterbändern nicht gegenseitig stören. Eine spezielle Kodierung sorgt dafür, dass alle Unterbänder von einem Sender gleichzeitig moduliert und über eine Antenne übertragen bzw. vom Empfänger demoduliert werden können.

LTE als WiMAX-Konkurrent: Vorteil im Fallback

Für LTE spricht dessen Einbettung in den 3GPP-Standard, der auch GSM, UMTS und HSPA umfasst. LTE-Netzwerke und -Endgeräte können somit relativ einfach einen Fallback zu UMTS/HSPA oder gar GSM/EDGE implementieren: Besser im LTE-Funkloch einen langsamen Datenkanal aufbauen als gar keinen.

Andererseits machen die Extra-Schaltkreise und -Antennen für den Fallback die LTE-Endgeräte auch ein Stück komplexer und teurer. Diesen Nachteil hoffen LTE-Verfechter wiederum durch größere Stückzahlen kompensieren zu können: Schließlich werden weltweit deutlich mehr Handys als Laptops ausgeliefert. Zudem gibt es immer mehr Endgeräte, die einen Internetzugang per Mobilfunk nutzen, wie Tablets, Laptops und Netbooks mit integriertem UMTS-Modem oder USB-Surf-Stick.

LTE bietet Mobilfunk mit Datenraten wie bei ADSL2+

LTE ist in der Frequenznutzung wesentlich flexibler als UMTS, da Funkzellen eine Bandbreite von 1,25 bis 20 MHz nutzen können, mit Zwischenstufen bei 2,5, 5 und 10 MHz. Bei den niedrigeren Bandbreiten werden natürlich auch nur geringere Bitraten erreicht.

Die variable Bandbreitenzuweisung gibt den Betreibern hohe Flexibilität. Zum Einstieg in LTE wird weniger Bandbreite als für UMTS benötigt. Schon mit der kleinstmöglichen Frequenzausstattung sind Datentransfers in DSL-Tempo möglich. Zellen, die die größtmögliche Bandbreite nutzen, können hingegen deutlich über 100 MBit/s aussenden und mehrere Nutzer gleichzeitig mit Datenraten im Bereich von ADSL2+ und mehr versorgen.

Im Vergleich zu Verfahren wie UMTS, die das gesamte Band auf einmal belegen, bringt die bei LTE vorgesehene Nutzung der Unterbänder den Vorteil einer geringeren Anfälligkeit gegenüber Störungen. Da das einzelne Teilsignal eine niedrigere Bitrate aufweist, ist es auch unter ungünstigen Bedingungen wie diversen Reflexionen und Mehr-Wege-Ausbreitung besser rekonstruierbar als ein breitbandigeres Gesamtsignal. Das erhöht bei gleichbleibender Sendeleistung und Reichweite die maximale Bitrate, oder bei gleicher Sendeleistung und Bitrate die Reichweite. Dafür steigt der Codierungsaufwand, was zusammen mit der höheren möglichen Bandbreite den Stromverbrauch der Endgeräte wieder nach oben treibt.

Effiziente Modulationsverfahren

Weitere Tricks zur Steigerung der Bitraten sind Modulationsverfahren, die mehrere Bits pro Signal übertragen, indem Phasenlage und Signalstärke jeweils in mehreren Stufen variiert werden. Hierzu gehören bei LTE insbesondere 16QAM und 64QAM. Mehrere Antennen in Sender und Empfänger ("multiple input multiple output", kurz "MIMO") vervielfältigen die Bitrate abermals. Effiziente Modulationsverfahren und MIMO werden auch für HSPA und HSPA+ eingesetzt.

Langfristig gute Aussichten

Die Analyse, dass LTE bessere Karten als WiMAX hat, heißt allerdings noch lange nicht, dass LTE selber gute Karten hat. Immerhin können auch HSPA und HSPA+ zig Millionen Bits pro Sekunde in die Luft pumpen. Zudem punktet HSPA aufgrund der Kompatibilität zu bestehenden 3G-Endgeräten. HSDPA und auch HSUPA gehören heute bei Smartphones schon fast zur Standardausstattung. Daher ist zu erwarten, dass es noch einige Zeit dauert, bis LTE flächendeckende Verbreitung findet - sowohl in den Netzen als auch bei den Endgeräten.

Die Ausbauplanungen der Netzbetreiber gehen in die Richtung, für den mobilen Internet-Zugang auch weiterhin in HSPA-Netze zu investieren. LTE wird nun einerseits in DSL-losen Gemeinden ausgebaut, um stationäre Internet-Zugänge zu ermöglichen. Dies gehört zu den Bedingungen der Bundesnetzagentur für die Versteigerung der Frequenzblöcke der digitalen Dividende, welche im Mai 2010 stattfand. Daher müssen die Netzbetreiber zuerst die Breitband-Versorgung einer Reihe von Gemeinden sicherstellen, die von den Bundesländern bestimmt wurden, bevor sie mit dem LTE-Ausbau für das 800-MHz-Band in Ballungsgebieten beginnen dürfen. Diese Auflagen sind weitgehend erfüllt.

Andererseits sind in Ballungsräumen auch heute schon deutliche Kapazitätsengpässe bei der Versorgung mit mobilem Internet bemerkbar. Daher soll LTE, wie HSPA, auch in Großstädten zur Verbesserung des Angebots beitragen. Neben dem 800-MHz-Band der digitalen Dividende setzen die Netzbetreiber bei LTE für mobile Internet-Zugänge auch auf andere Frequenzbänder, welche weniger Auflagen durch die Bundesnetzagentur besitzen.

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