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16.05.12

schnelles Internet

LTE: Das steckt hinter der Mobilfunk-Technik

Datenraten wie bei schnellem DSL: Gute Aussichten für LTE

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. Je nach benötigter Bitrate können Basisstation und Endgerät dann eine oder mehrere dieser Unterbänder zur Übertragung nutzen. Die spezielle Kodierung stellt dabei sicher, dass alle Unterbänder von einem Sender bzw. Empfänger gleichzeitig moduliert bzw. demoduliert und über eine Antenne übertragen 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/HSDPA 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 Ausssichten

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 vorerst in die Richtung, für den mobilen Internet-Zugang auch weiterhin in HSPA-Netze zu investieren. LTE soll dazu nun einerseits ausgebaut werden, um stationäre Internet-Zugänge in Gemeinden zu ermöglichen, in denen kein DSL verfügbar ist. Dies gehört zu den Bedingungen der Bundesnetzagentur bei der Versteigerung der Frequenzblöcke der digitalen Dividende im Mai 2010. Dabei müssen die Netzbetreiber zuerst die Breitband-Versorgung einer Reihe von Gemeinden, die von den Bundesländern bestimmt wurden, sicherstellen, bevor sie mit dem LTE-Ausbau in Ballungsgebieten beginnen dürfen. Andererseits sind in Ballungsräumen auch heute schon deutliche Kapazitätsengpässe bei der Versorgung mit mobilem Internet bemerkbar. Daher kann LTE, wie HSPA, in Zukunft auch in Großstädten zur Verbesserung des Angebots beitragen.

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