Long Term Evolution

Samsung LTE-Modem

LTE (Long-Term-Evolution), auch als 4G bezeichnet, ist ein neuer Mobilfunkstandard und zukünftiger UMTS-Nachfolger, der mit bis zu 100 Megabit pro Sekunde deutlich höhere Downloadraten erreichen kann. Das Grundschema von UMTS wird bei LTE beibehalten. So ist eine rasche und kostengünstige Nachrüstung der Infrastrukturen der UMTS-Technologie (3G-Standard) auf LTE (4G-Standard) möglich.

Geschichte

Ein Vorläuferkonzept zu LTE wurde von Nortel Networks unter dem Namen High Speed OFDM Packet Access (HSOPA) vorgestellt. LTE verwendet Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing-Techniken (OFDM) sowie Multiple-Input-Multiple-Output-Antennentechnologie (MIMO). Damit soll es den Mobilfunkanbietern möglich sein, kostengünstig hochratige Datendienste anzubieten und so das mobile Internet zum Massenmarkt zu machen. Die geringen Latenzzeiten bei LTE erlauben die Übertragung von Sprachdiensten (VoIP) und Videotelefonie über das Internetprotokoll sowie den Einsatz zeitkritischer Anwendungen wie zum Beispiel Online-Spielen.

Logo des NGMN-Projekts

Bereits jetzt sind mit UMTS sehr hohe Datenraten möglich. Es wird erwartet, dass der Bedarf an mobilen Internetdiensten weiter steigt. Im Gegensatz zur alternativen Technologie WiMAX soll LTE den Mobilfunkanbietern einen kostengünstigen evolutionären Migrationspfad von UMTS über HSDPA und HSUPA zu LTE ermöglichen. LTE unterstützt im Gegensatz zu UMTS verschiedene Bandbreiten (1,4; 3; 5; 10; 15 und 20 MHz) und kann so flexibel in unterschiedlichen zukünftigen Spektren eingesetzt werden. OFDM ermöglicht dabei durch eine größere Anzahl an Unterträgern, die Bandbreite einfach zu skalieren. Bei 20 MHz (entspricht laut Standard der Benutzung von 1200 Unterträgern) sollen Spitzendatenraten von 300 Mbps im Downlink und 75 Mbps im Uplink mit Latenzzeiten unter 5 ms erreicht und so die langfristige Konkurrenzfähigkeit von UMTS-Systemen gesichert werden. Im Uplink wird mit SC-FDMA (DFTS-OFDMA) ein OFDMA-ähnliches Zugriffsverfahren verwendet, das sich durch eine geringe Peak-to-Average-Ratio (PAR) auszeichnet und so den Energieverbrauch der Mobiltelefone verringert.

In der ersten Version von LTE (Release 8) werden fünf Terminalklassen mit unterschiedlichen Datenraten zur Verfügung stehen. Obwohl die höchste Klasse mit 4x4 MIMO und 64-QAM-Modulation die erwarteten Datenraten von 300 Mbps im Downlink und 75 Mbps im Uplink erfüllt, werden die ersten Terminals wohl deutlich geringere Datenraten zur Verfügung stellen und nur mit 2x2 MIMO im Downlink und ohne 64 QAM im Uplink arbeiten. Alle Terminals müssen eine Bandbreite von 20 MHz unterstützen.

Siemens Networks, heute Nokia Siemens Networks, hat bereits im September 2006 zusammen mit der Nomor Research GmbH erstmals einen Emulator eines LTE-Netzwerks mit Live-Applikationen gezeigt. Im Downlink wurden dabei zwei Nutzer mit einer HD-TV-Anwendung vorgeführt, während im Uplink eine Live-Gaming-Applikation gezeigt wurde.^[1] Im Dezember 2006 wurde dann auf der ITU TELECOM WORLD in Hongkong der weltweit erste LTE Demonstrator gezeigt. Nach Erweiterung des Demonstrators wurden im Mai 2007 in einem Experiment in der Münchner Niederlassung von Nokia Siemens Networks erfolgreich Daten mit bis zu 108 MBit/s im Upstream über ein LTE-Netz übertragen. Diese Datenrate konnte durch die Verwendung von „Virtual MIMO“ beziehungsweise SDMA Technologien erreicht werden. Dabei konnten 2 kooperierende LTE-Endgeräte, bestückt mit je einer Sendeantenne, gleichzeitig im selben Frequenzband Daten im Uplink übertragen. Unter Verwendung entsprechender MIMO-Algorithmen können die überlagerten Datenströme durch ihre räumliche „Distanz“ separiert werden.^[2] Mit Einsatz dieser Technologie hält das Unternehmen Huawei den Geschwindigkeitsrekord im Downlink von 1,2 GBit/s.^[3]

Auf dem GSMA Mobile World Congress in Barcelona zeigte Ericsson 2008 erstmals eine Ende-zu-Ende-Verbindung mit LTE auf kompakten Mobilgeräten. Es wurden Datenraten von 25 MBit/s im Uplink und Downlink demonstriert.^[4] Im März 2008 wurden in einem Feldtest von NTT DoCoMo 250 Mbps demonstriert.^[5] Ende 2008 wurde von LG ein LTE-Chip vorgeführt, welcher Datenraten von 60 Mbps erreicht, was etwa dem achtfachen der HSDPA-Cat8-Datenrate von 7,2 Mbps entspricht.^[6]

Der Plan der 3GPP-Standardisierung ist es, Ende 2009 den endgültigen Standard zu verabschieden. Nach Inter-Operability-Tests und weiteren Feldtests 2009 wird für 2010 der Aufbau der ersten Netze erwartet.

Am 14. Dezember 2009 wurden die ersten kommerziellen LTE-Netzwerke von TeliaSonera in Stockholm und Oslo in Betrieb genommen. In der ersten Ausbaustufe erreichen sie eine Downstream-Datenrate von 100 MBit/s und eine Upstream-Datenrate von 50 MBit/s.^[7] Im Laufe des Jahres 2010 sollen durch TeliaSonera die 25 größten schwedischen und vier größten norwegischen Städte mit LTE-Netzen versorgt werden.^[8]

Die Versteigerung der zur Nutzung für LTE geplanten Frequenzlizenzen ging Ende Mai 2010 zu Ende. Die deutschen Netzbetreiber haben insgesamt 4,4 Milliarden Euro für die Lizenzen ausgegeben. ^[9]. Die drei Netzbetreiber Telekom Deutschland, Vodafone und Telefónica Germany (O₂) starteten anschließend Tests, um Erfahrungen mit dem Betrieb von LTE zu gewinnen.

Am 30. August 2010 hat die Deutsche Telekom den ersten LTE-Sendemast in Kyritz (Landkreis Ostprignitz-Ruppin) in Betrieb genommen.^[10][11] In Österreich hat die Mobilkom Austria am 19. Oktober 2010 in Wien sowie T-Mobile Austria in Innsbruck den kommerziellen LTE-Betrieb aufgenommen.^[12]

Vodafone bietet seit dem 1. Dezember 2010 als erster deutscher Mobilfunk-Netzbetreiber LTE für Endkunden in Kombination mit einem LTE-Surfstick an.^[13] Seit dem 15. März 2011 bietet Vodafone auch LTE-Tarife mit Telefonie / Telefonanschluss an ^[14], es handelt sich dabei um Voice-over-IP (Internettelefonie). Bei der Telekom hingegen wird LTE als Ergänzung zum bestehenden Festnetz Telefonanschluss geschaltet (also keine Internettelefonie wie bei Vodafone). Vodafone und die Deutsche Telekom veröffentlichen seit April 2011 detaillierte Informationen über die mit LTE versorgten Gebiete in ihren LTE-Netzabdeckungskarten. ^[15] Die Einführung von LTE in Ballungsgebieten und Großstädten ist ab Sommer / Herbst 2011 geplant. Köln wird als erste Stadt seit Juli, Düsseldorf ab September 2011 mit LTE versorgt. ^[16]

Umrüstung

Mobilfunknetze bestehen aus Funkzellen, in denen die Verbindungen aufgebaut werden. Wird ein Mobiltelefon oder ein anderes Gerät, wie zum Beispiel ein Notebook mit UMTS-Karte, eingeschaltet, so meldet sich dieses Gerät aufgrund der auf der SIM-Karte gespeicherten Daten über die Netzdatenbank am Mobilfunknetz an. Das Gerät meldet sich zunächst an einer lokalen Datenbank an, die auch mehrere „Waben“ umfassen kann. Ändert sich der Standort des Gerätes, so bemerkt dies die Software des mobilen Kommunikationsgerätes und meldet sich automatisch an der nächsten lokalen Vermittlungsstelle an. Das Signalaufbauschema änderte sich in seinem groben Aufbau auch nicht, als die Netze um die zur „Third Generation“ zählende UMTS-Technologie erweitert wurden. Wenn die bestehenden Netze innerhalb der nächsten zehn Jahre, wie der Handyhersteller Nokia vermutet, auf LTE umgerüstet werden, wird auch hier das Grundschema beibehalten werden. Der Vorteil dieser Vorgehensweise: Es kann die bereits vorhandene Infrastruktur verwendet werden, die lediglich um die benötigten technischen Komponenten erweitert werden müssen. Das heißt also, dass man – vereinfacht ausgedrückt – einfach die LTE-Komponenten an die bereits vorhandenen Funkmasten installiert.

LTE setzt auf den aktuell vorherrschenden Infrastrukturen der UMTS-Technologie auf, um so eine rasche und relativ kostengünstige Erweiterung vom 3G-Standard zum 4G-Standard zu erreichen. Einer der größten Vorteile gegenüber den aktuell bestehenden UMTS-Netzen ist die mit bis zu 100 Megabit pro Sekunde deutlich höhere Downloadrate. Endgeräte sollen im LTE-Standard permanent mit dem Internet verbunden sein können. Der Vorteil hierbei: Abhängig vom Mobilfunkanbieter könnte man permanent online mit einem Instant Messenger Videotelefonie betreiben. „Anytime-anywhere“, also immer und überall mobile Kommunikation betreiben zu können, dafür soll 4G stehen. Primär soll das heißen: ortsunabhängiger drahtloser Breitband-Internetzugang. Multimedia Messaging Service (MMS), Video Chat, High Definition Radio (HD-Radio), mobile TV, High Definition TV content (HDTV), DVB und normales Telefonieren soll in diesem Netz möglich sein. Fachleute bezeichnen letztere Eigenschaft auch als „minimal service like voice and data“.

Nachfolger

LTE ist ein 3,9G-Standard im Rahmen des 3GPP, der die 4G Definitionen des Telecommunication Standardization Sector (ITU-T) nicht vollkommen erfüllt. Der geplante Nachfolger von LTE ist der in Standardisierung befindliche IMT-Advanced 4G-Mobilfunkstandard namens LTE-Advanced.^[17] Der Nachfolger wurde auf der GSMA Mobile World Congress 2011 in Barcelona vorgestellt und soll durch Nokia Siemens Networks (NSN) realisiert werden. LTE-Advanced wird voraussichtlich in Deutschland in der zweiten Hälfte des Jahres 2011 realisiert.^[18]

Situation in Deutschland

Frequenzversteigerung 2010

Die Bundesnetzagentur versteigerte vom 12. April 2010 bis zum 20. Mai 2010 Frequenzen in den Bereichen 800 MHz, 1,8 GHz (bisher durch die Bundeswehr genutzt), 2 GHz (ehemalige Quam- und Mobilcom-Lizenzen für UMTS) und 2,6 GHz für den drahtlosen Netzzugang zum Angebot von Telekommunikationsdiensten. Die Frequenzen in den Bereichen 800 MHz und 2,6 GHz werden aller Voraussicht nach von den vier deutschen Mobilfunkanbietern für LTE genutzt werden. Die Deutsche Telekom benutzt abweichend davon auch 1800 MHz.^[19]

Am 30. August 2010 wurden die bis dahin abstrakt zugewiesenen Frequenzen in den Bereichen 800 MHz und 2,6 GHz zugeordnet.^[20]

800-MHz-Frequenzband (Digitale Dividende)

Nutzer	Uplink	Downlink	Preis
Deutsche Telekom	852–862 MHz	811–821 MHz	1,153 Mrd. €
Vodafone	842–852 MHz	801–811 MHz	1,210 Mrd. €
O₂	832–842 MHz	791–801 MHz	1,212 Mrd. €

2,6-GHz-Frequenzband

Nutzer	Frequenzduplex (FDD)			Zeitduplex (TDD)
	Uplink	Downlink	Preis	Uplink+Downlink	Preis
Deutsche Telekom	2520–2540 MHz	2640–2660 MHz	76,228 Mio. €	2605–2610 MHz	8,598 Mio. €
Vodafone	2500–2520 MHz	2620–2640 MHz	73,464 Mio. €	2580–2605 MHz	44,96 Mio. €
E-Plus	2540–2550 MHz	2660–2670 MHz	36,67 Mio. €	2570–2580 MHz	16,502 Mio. €
O₂	2550–2570 MHz	2670–2690 MHz	71,415 Mio. €	2610–2620 MHz	16,458 Mio. €

Da insbesondere die Frequenzen im 800-MHz-Bereich immer noch für die Fernsehübertragung und z.B. auch drahtlose Mikrofone verwendet werden, war die Vergabe der Frequenzen in diesem Bereich umstritten, siehe auch Digitale Dividende.

Situation in Österreich

2,6-GHz-Frequenzband

Am 20. September 2010 wurde die Frequenzauktion der RTR abgeschlossen. Dabei wurden Frequenzen im 2,6-GHz-Bereich wie folgt vergeben^[21]:

Nutzer	Frequenzduplex (FDD)		Zeitduplex (TDD)	Preis 2010
	Uplink	Downlink	Uplink+Downlink
Mobilkom Austria (A1)	2500–2520 MHz	2620–2640 MHz	2595 - 2620 MHz	13,248 Mio. €
T-Mobile Austria	2520–2540 MHz	2640–2660 MHz	-	11,247 Mio. €
Orange Austria	2540–2550 MHz	2660–2670 MHz	-	4 Mio. €
3	2550–2570 MHz	2670–2690 MHz	2570 - 2595 MHz	11,03 Mio. €

Situation in der Schweiz

Die Einführung von LTE steht in der Schweiz noch bevor. Ab November 2011 führt Swisscom LTE als Pilotprojekt in der Alpenstadt Davos ein. Ab Dezember 2011 kommen Grindelwald, Gstaad, Leukerbad, Montana, Saas Fee und St. Moritz/Celerina als weitere Pilotprojekte hinzu. Der Zeitpunkt der Einführung ist nocht nicht bestimmt, jedoch findet Anfang 2012 die Auktion der Frequenzen statt.^[22]

Folgende Frequenzbänder sind in der Schweiz potenziell für den LTE-Einsatz geeignet:^[22]

Frequenzband	Bandbreite	Duplexverfahren	Ab LTE-Release
800 MHz	2x30 MHz	FDD	Rel. 9
900 MHz	2x35 MHz	FDD	Rel. 8
1800 MHz	2x75 MHz	FDD	Rel. 8
2100 MHz	1x20 MHz 2x60 MHz 1x15 MHz	TDD FDD TDD	Rel. 8
2600 MHz	2x70 MHz 1x50 MHz	FDD TDD	Rel. 8
3400-3800 MHz	400 MHz	teils FDD, teils TDD	Rel. 10

Siehe auch

• 3rd Generation Partnership Project (3GPP)
• Next Generation Mobile Networks (NGMN)

Literatur

• Khaled Fazel, Stefan Kaiser: Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems: From OFDM and MC-CDMA to LTE and WiMAX. 2. Auflage. Wiley & Sons, Chichester 2008, ISBN 978-0-4709-9821-2.
• Erik Dahlman, Stefan Parkvall, Johan Sköld, Per Beming: 3G Evolution - HSPA and LTE for Mobile Broadband. 2. Auflage. Academic Press, Oxford 2008, ISBN 978-0-12-374538-5.

Weblinks

 Commons: LTE – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• LTE-Grundlagen
• 3GPP Seite zu LTE/SAE (englisch)
• LTE-Informationsseite der Landesanstalt für Medien NRW

Einzelnachweise

1. ↑ Nomor Research: World's first LTE demonstration
2. ↑ Researchers at Nokia Siemens Networks double the capacity in uplink using Virtual MIMO in LTE networks.
3. ↑ http://www.lte-experte.de/wer-halt-den-lte-geschwindigkeitsrekord.html
4. ↑ Ericsson to make world-first demonstration of end-to-end LTE call on handheld devices at Mobile World Congress, Barcelona
5. ↑ NTT DoCoMo Achieves 250 Mbps Downlink in Super 3G Field Experiment
6. ↑ Allround-pc.com: LG zeigt ersten Nachfolger von UMTS: LTE-Modem mit 100 Mbit/s, 19. Dezember 2008
7. ↑ http://www.golem.de/0912/71848.html
8. ↑ http://www.onlinekosten.de/news/artikel/37572/0/TeliaSonera-LTE-Offensive-in-Nordeuropa-gestartet
9. ↑ http://www.lte-info.net/long-term-evolution-frequenzen
10. ↑ http://www.teltarif.de/telekom-lte-sender-basisstation-internet-technik/news/39901.html
11. ↑ http://www.telekom.com/dtag/cms/content/dt/de/915326
12. ↑ Daniel AJ Sokolov: LTE in Österreich gestartet. heise online, 20. Oktober 2010, abgerufen am 21. Oktober 2010. 
13. ↑ Kai Spriestersbach: Vodafone bietet erstmals LTE für Endkunden an. ltevertrag.net, 1. Dezember 2010, abgerufen am 17. Dezember 2010. 
14. ↑ Tobias: Vodafone bietet LTE Tarife mit Telefonie an. www.vodafone-lte.de, 15. März 2011, abgerufen am 30. April 2011. 
15. ↑ LTE Netzabdeckungskarten: Telekom stellt Karte für LTE-Verfügbarkeit online, 27. April 2011
16. ↑ LTE in Köln und Düsseldorf: Düsseldorf und Köln mit LTE, 2. September 2011
17. ↑ LTE-Advanced. 3gpp.org (ETSI). Abgerufen am 16. Juni 2010.
18. ↑ LTE-Advanced Mobilfunk noch bis Ende 2011. LTE-Discounter.de. Abgerufen am 22. Februar 2011.
19. ↑ [1] - LTE Betrieb in Köln
20. ↑ BNetzA: - Zuordnung der im Mai ersteigerten Frequenzblöcke
21. ↑ RTR - 2600 MHz Spektrum
22. ↑ ^{a b} Factsheet zu LTE beim Bundesamt für Kommunikation (BAKOM), aufgerufen am 4. Oktober 2011

Mobilfunknetze in Deutschland

A-Netz (ca. 1952–1977) | B-Netz (1972–1994) | C-Netz (1985–2000) | D-Netz (seit 1991) | E-Netz (seit 1994) | UMTS (seit 2004) | LTE (seit 2010)