LTE und LTE Advanced – was ist das?

Die Grundlagen für LTE wurden um 2010 herum eingeführt, mit einigen vorausgegangenen Vorbereitungen, lange davor.
Es war nie beabsichtigt, dass diese ursprüngliche Form von LTE die angestrebte volle Leistung erbringen würde.
Dazu waren einige zusätzliche Bausteine erforderlich, die sich im so genannten LTE Advanced befinden.

LTE Advanced, LTE-A beinhaltete eine Reihe neuer Techniken, die es dem System ermöglichten, sehr viel höhere Datenraten und auch eine viel bessere Leistung zu erzielen, insbesondere an den Zellenrändern und in Bereichen, wo die Abdeckung normalerweise nicht so gut ist.

LTE Advanced braucht noch einige Jahre, um die vollständig entwickelte und in den Netzwerken ausgerollt zu werden, aber schon bei der Einführung ermöglichte es mit seinen vielen fortschrittlichen Funktionen erhebliche Verbesserungen gegenüber dem einfachen LTE.

LTE Advanced Entwicklungsgeschichte

Mit der Einführung der 3G-Technologie war es offensichtlich, dass das Entwicklungstempo der Mobilfunktechnologie nicht nachlassen sollte. Als Konsequenz daraus wurden erste Ideen für die Entwicklung eines neuen 4G-Systems untersucht. In einer frühen Untersuchung, die am 25. Dezember 2006, informierte NTT DoCoMo ausführlich über Versuche, bei denen sie Daten mit Geschwindigkeiten von bis zu ca. 5 Gbit/s im Downlink innerhalb einer Bandbreite von 100 MHz an eine Mobiltelefonstation senden konnten, die sich mit 10km/h bewegte. Das Verfahren verwendete mehrere Technologien, um dies zu erreichen, darunter das orthogonale Frequenzmultiplex, MIMO, Multiple-Input-Multiplex und die Erkennung maximaler Likelihood. Details zu diesen neuen 4G-Studien wurden an 3GPP zur Prüfung weitergeleitet.

Im Jahr 2008 veranstaltete 3GPP zwei Workshops zum Thema IMT Advanced, in denen die „Requirements for Further Advancements for E-UTRA“ gesammelt wurden. Der daraus resultierende Technische Bericht 36.913 wurde dann im Juni 2008 veröffentlicht und der ITU-R vorgelegt, die das LTE-Advanced-System als ihren Vorschlag für IMT-Advanced definiert.

Die ITU-R legte auch eine Reihe von Eckpunkten fest, um sicherzustellen, dass auch die Entwicklung von LTE Advanced zeitnah erfolgt.

LTE Advanced Hauptfunktionen

Mit dem Beginn der Arbeit an LTE Advanced kommen eine Reihe von Schlüsselanforderungen und Schlüsselfunktionen ans Licht. Auch wenn in den Vorgaben noch nicht festgelegt, gibt es viele übergeordnete Ziele für die neue LTE Advanced Spezifikation. Diese müssen überprüft werden, und es bleibt noch viel Arbeit in den technischen Spezifikationen zu tun, bevor sie alle festgelegt werden. Derzeit sind einige der Hauptziele für LTE Advanced im Folgenden aufgeführt:

• Spitzen-Datenraten: Downlink – 1 Gbps; Uplink – 500 Mbps.
• Spektrale Effizienz: 3 mal höher als bei LTE.
• Spitzen-Spektrum-Effizienz: Downlink – 30 bps/Hz; Uplink – 15 bps/Hz.
• Spektrumsnutzung: die Fähigkeit, eine skalierbare Bandbreitennutzung und Spektrumaggregation zu unterstützen, wenn ein nicht zusammenhängendes Spektrum verwendet werden muss.
• Latenzzeit: von Idle bis Connected in weniger als 50 ms und dann kürzer als 5 ms in eine Richtung für die einzelne Paketübertragung.
• Der Anwenderdurchsatz an der Zellgrenze ist doppelt so hoch wie bei LTE.
• Der durchschnittliche Benutzerdurchsatz beträgt das Dreifache des LTE-Durchsatzes.
• Mobilität: Gleich wie bei LTE
• Kompatibilität: LTE Advanced muss in der Lage sein, mit LTE- und 3GPP-Legacy-Systemen zusammenzuarbeiten.

Dies sind einige der Entwicklungsziele von LTE Advanced.

LTE Advanced Technologien

Es gibt eine Reihe von Schlüsseltechnologien, die es LTE Advanced ermöglichen, die gewünschten hohen Datendurchsatzraten zu erreichen. MIMO und OFDM sind zwei der Basistechnologien, die zum Einsatz kommen. Daneben gibt es eine Reihe weiterer Techniken und Technologien, die zum Tragen kommen werden.

– Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM OFDM OFDM bildet die Grundlage für den Funkträger. Hinzu kommen OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) und SC-FDMA (Single Channel Orthogonal Frequency Division Multiple Access). Diese werden in einem hybriden Format verwendet. Die Grundlage für alle diese Zugangssysteme ist jedoch OFDM.

Erläuterung zu OFDM:

Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM ist eine Form des Datenformats, das eine große Anzahl von eng beieinander liegenden Trägern verwendet, die jeweils mit einem Datenstrom niedriger Rate moduliert werden. Normalerweise ist zu erwarten, dass sich die eng beieinander liegenden Signale gegenseitig stören, aber durch die Orthogonalisierung der Signale gibt es keine gegenseitige Beeinträchtigung. Die zu übertragenden Daten werden über alle Datenträger hinweg geteilt, was die Widerstandsfähigkeit gegen selektives Fading durch Mehrwegeffekte erhöht.

Zusätzlich zu der zunehmenden Anzahl von Antennen ist es wahrscheinlich, dass Techniken wie die Strahlformung eingesetzt werden können, um die Antennenabdeckung dort zu fokussieren, wo sie benötigt wird.

• Carrier Aggregation, CA:   Da viele Betreiber nicht über genügend zusammenhängendes Spektrum verfügen, um die erforderlichen Bandbreiten für die sehr hohen Datenraten bereitzustellen, wurde ein Schema entwickelt, das als Trägeraggregation bezeichnet wird. Mit dieser Technologie sind Betreiber in der Lage, mehrere Kanäle entweder in den gleichen Bändern oder in verschiedenen Bereichen des Spektrums zu nutzen, um die erforderliche Bandbreite bereitzustellen.
• Koordinierter Multipunkt: Eines der Hauptprobleme bei vielen Zellsystemen ist die schlechte Leistung an den Zellkanten. Störungen durch benachbarte Zellen und eine schlechte Signalqualität führen zu einer Reduzierung der Datenraten. Für LTE-Advanced wurde ein sogenanntes koordiniertes Mehrpunktverfahren eingeführt.
• LTE Relais:   LTE-Relais sind ein Schema, das es ermöglicht, dass Signale von entfernten Stationen von einer Hauptbasisstation aus weitergeleitet werden, um die Abdeckung zu verbessern.
• Gerät zu Gerät, D2D: LTE D2D ist eine Einrichtung, die von einer Reihe von Benutzern, insbesondere den Rettungsdiensten, angefordert wurde. Es ermöglicht einen schnellen und schnellen Zugriff über eine direkte Kommunikation – eine Einrichtung, die für die Rettungsdienste unerlässlich ist, wenn sie sich am Unfallort befinden.

LTE-Advanced konnte einige deutliche Leistungssteigerungen erzielen. Nicht nur das Funknetz wurde aktualisiert und verbessert, sondern auch das Kernnetzwerk.

Das Ergebnis aller Upgrades ist, dass die Anwender mit LTE Advanced deutliche Leistungssteigerungen sehen. Auch die Betreiber erzielen höhere Erträge. Die Kosten pro Bit werden gesenkt, und mit den höheren Geschwindigkeiten neigen die Benutzer dazu, mehr Daten zu verbrauchen, was zu höheren Einnahmen führt. Dementsprechend hat LTE-Advanced Verbesserungen sowohl für Benutzer und Betreiber als auch für diejenigen, die zusätzliche Dienste anbieten, mitgebracht.