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Was ist LTE?

1. Einleitung

Bei LTE (Long Term Evolution) handelt es sich um die bereits 4. Generation (4G) eines Mobilfunknetzes, die 2012 in Österreich eingeführt wurde, also ca 10 Jahre nach UMTS.

LTE basiert ausschließlich auf IP, d.h. auch Sprache wird bis zu den Handys in IP Pakete verpackt. Bei GSM dagegen werden Zeitschlitze, bei UMTS Codekanäle verwendet, um komprimierte und codierte Sprache ohne IP zu übertragen. Folglich werden die Komponenten MSC Server und MGW, die 2G/3G Netze für Sprach haben, bei LTE nicht mehr benötigt.

LTE bietet IP Datenraten von bis zu 3000 Mbits/s im Downlink und bis zu 1500 Mbits/s im Uplink. Weitere Vorteile von LTE sind:

  • die Laufzeiten der IP Pakete durch das Netz sind sehr gering (Größenordnung 5 ms)
  • Zellradien von einigen Metern bis zu 100 Kilometer
  • Mobilitätsgeschwindigkeiten bis zu 500 km/h (für Hochgeschwindigkeitszüge)
  • Flexible Bandbreiten von 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz und 20 MHz. Zum Vergleich: UMTS nutzt eine feste Bandbreite von 5 MHz, bei GSM sind es 200 kHz.

 

2. Netzarchitektur

Die Architektur eines LTE Netzes für den Internet Zugang - sprich ohne Sprachdienst - ist in Abbildung 1 dargestellt.

 

Abbildung 1: LTE Netz mit einer Internet Verbindung

 

Abgesehen von den Bezeichnungen der diversen Netzkomponenten ähnelt das LTE Netz sehr dem 2G und 3G Netz für den Internet Zugang. Gleiches gilt auch für die Realisierung der Mobilität der Handys (Tracking Areas, VLR, HLR/HSS).

 

3. Funknetz

In Österreich werden derzeit LTE Funkkanäle aus zwei Bändern verwendet, dem 2600 MHz Band und dem 800 MHz Band. Aber auch Frequenzbänder, die heute noch von GSM und UMTS genutzt werden, dürfen künftig auf LTE umgestellt werden. Funkkanäle können unterschiedliche Bandbreiten haben, nämlich 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz und 20 MHz.

Ein wesentlicher Unterschied zu den Vorgänger-Technologien GSM und UMTS besteht darin, dass Basisstation und Controller nicht mehr getrennt sind, sondern in der evoldved Node B (eNB) zusammengefasst wurden. Das vereinfacht die Netzarchitektur und macht das Funknetz preisgünstiger und wartungsfreundlicher. Ein wichtiger Unterschied ist auch, dass LTE nicht eine einzige Trägerschwingung (Single Carrier) verwendet, der die Bits aufmoduliert werden, sondern OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Dabei werden viele schmalbandige Subträger verwendet, die alle einen Teil des Gesamtbitstroms transportieren. Jeder Subträger wird separat moduliert. Bei einem LTE 20 MHz Funkkanal sind es exakt 1200 Subträger zu je 15 kHz.

Abbildung 2 zeigt das bei LTE verwendete OFDM Verfahren.

Abbildung 2: OFDM bei 20 MHz LTE

 

Je nach Kanalbandbreite ist die Anzahl der Subcarrier unterschiedlich. In Abbildung 2 ist die Aufteilung eines 20 MHz Kanals dargestellt. In den Schutzbändern sowie auf dem DC Subträger findet keine Übertragung statt, d.h. die entsprechenden Subträger werden nicht übertragen.

Bei LTE ist auch Carrier Aggregation möglich, eine Technik, bei der bis zu 5 Funkkanäle á 20 MHz gebündelt werden, wodurch sich die Anzahl der Subträger und dadurch auch die Gesamtbitrate erhöht.

OFDM hat zwei wichtige Vorteile. Zum einen kann die Bandbreite viel besser ausgenutzt und dadurch eine höhere Bitrate erzielt werden, zum anderen ist OFDM unempfindlicher gegen Störungen des Funkkanals. OFDM wird auch im WLAN, bei xDSL Leitungen und bei DVB-T eingesetzt.

 

4. Voice over LTE (VoLTE)

Bei der ersten Einführung der LTE Netze war der VoLTE Dienst nicht verfügbar. Sobald ein Telefongespräch geführt wurde, wurde das Handy auf das 3G oder 2G Netz des Netzbetreibers zurückgeschaltet (Circuit Switched Fallback). Eine andere Möglichkeit war und ist die Nutzung von Skype, WhatsApp, Google etc. Bei dieser Variante wird LTE nur als Zugangsnetz zum Internet verwendet. Der eigentliche Telefondienst kommt aber nicht vom LTE Provider, sondern von einem externen Dienstanbieter, bei dem man sich zusätzlich registrieren muss.

Mittlerweile ist aber VoLTE verfügbar (Abbildung 3). Dabei wird eine IP Verbindung über den P-GW zum IMS (IP Multimedia Subsystem) aufgebaut. Dort findet der eigentliche Verbindungsaufbau zu einem Gesprächspartner statt, der sich im Festnetz, oder in einem 2G, 3G oder 4G Mobilnetz befinden kann.

Abbildung 3: LTE Netz mit einer VoLTE Verbindung

 

LTE stellt nur den Trägerdienst zum IMS zur Verfügung, und zwar für Signalisierungs- und Sprachpakete, beides verpackt in IP Pakete.

 

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