{"id":159,"date":"2017-10-05T19:45:47","date_gmt":"2017-10-05T17:45:47","guid":{"rendered":"http:\/\/127.0.0.1:9402\/?p=159"},"modified":"2017-10-05T19:45:47","modified_gmt":"2017-10-05T17:45:47","slug":"lte-technik","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/ltemobile.de\/en\/lte-technik\/","title":{"rendered":"LTE technology"},"content":{"rendered":"\n

LTE Technik E-Book<\/h2>\n\n\n

Die LTE-Einf\u00fchrung bietet auf ca. 40 Seiten einen Einstieg in die Funktionsweise der LTE-Mobilfunktechnologie und gibt einen Einblick in die Eigenschaften der Frequenzbereiche, in denen LTE genutzt wird. Auf dieser Seite findest du Ausz\u00fcge und erg\u00e4nzende Erkl\u00e4rungen zu den technischen Grundlagen.<\/p>\n\n\n

Zum LTE Technik E-Book<\/a> (kostenloser Download)<\/p>\n\n\n

Das E-Book stammt aus der fr\u00fchen LTE-Zeit. Es erkl\u00e4rt die Grundlagen und dokumentiert den damaligen Entwicklungsstand. Die Erl\u00e4uterungen in diesem Artikel wurden fachlich \u00fcberarbeitet; das urspr\u00fcngliche E-Book bleibt unver\u00e4ndert verf\u00fcgbar.<\/p>\n\n\n

Technische LTE-Daten im \u00dcberblick<\/h2>\n\n\n

LTE steht f\u00fcr Long Term Evolution<\/strong>. Die 3GPP hat die erste LTE-Ausbaustufe in Release 8 standardisiert. Das Funknetz hei\u00dft E-UTRAN<\/strong>, die Basisstation eNodeB<\/strong>. Sie verbindet das Endger\u00e4t mit dem paketorientierten Kernnetz, dem Evolved Packet Core (EPC)<\/a>. [5]<\/a><\/p>\n\n\n

LTE bietet skalierbare Kanalbandbreiten<\/strong> von 1,4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz und 20 MHz. Damit l\u00e4sst sich die Technik an unterschiedlich gro\u00dfe Frequenzbl\u00f6cke anpassen. Welche Bandbreite eingesetzt wird, h\u00e4ngt vom Frequenzband, dem verf\u00fcgbaren Spektrum des Betreibers und der Netzkonfiguration ab. F\u00fcr die einzelnen Bandbreiten sind 6, 15, 25, 50, 75 beziehungsweise 100 Ressourcenbl\u00f6cke vorgesehen. [1]<\/a><\/p>\n\n\n

Die maximale Downlink-Datenrate h\u00e4ngt von der Ausstattung ab<\/strong>. Bei 20 MHz Kanalbandbreite erreicht die fr\u00fche LTE-Kategorie 4 rund 150 Mbit\/s im Downlink und rund 50 Mbit\/s im Uplink. Kategorie 5 unterst\u00fctzt bis zu vier r\u00e4umliche Datenstr\u00f6me im Downlink und h\u00f6here Spitzenwerte. Die Kategorien 3 bis 5 unterscheiden sich bei den unterst\u00fctzten Datenraten und r\u00e4umlichen Ebenen: [3]<\/a><\/p>\n\n\n

LTE-Kategorie
Release 8<\/th>		Downlink<\/th>Uplink<\/th>DL-Ebenen
maximal<\/th><\/tr><\/thead>
Cat 3<\/td>ca. 102 Mbit\/s<\/td>ca. 51 Mbit\/s<\/td>2<\/td><\/tr>
Cat 4<\/td>ca. 151 Mbit\/s<\/td>ca. 51 Mbit\/s<\/td>2<\/td><\/tr>
Cat 5<\/td>ca. 300 Mbit\/s<\/td>ca. 75 Mbit\/s<\/td>4<\/td><\/tr><\/tbody><\/table>
Gerundete technische Maximalwerte auf Transportkanalebene, aus den Bitmengen je 1-ms-TTI der 3GPP TS 36.306 abgeleitet. F\u00fcr den Downlink wird eine ausreichend gro\u00dfe Kanalbandbreite bis 20 MHz vorausgesetzt; Modulation, r\u00e4umliche Ebenen und die Ressourcenverteilung m\u00fcssen die Spitzenwerte erm\u00f6glichen.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n

Im Betrieb verteilt die Basisstation die verf\u00fcgbaren Funkressourcen auf die aktiven Verbindungen. Wie viel davon ein Ger\u00e4t erh\u00e4lt, h\u00e4ngt von Auslastung, Funkqualit\u00e4t und Datenbedarf ab. LTE-Advanced<\/a> erweitert diese Grundlage unter anderem durch Carrier Aggregation: Ein Endger\u00e4t kann mehrere LTE-Tr\u00e4ger gemeinsam nutzen.<\/p>\n\n\n

Latenz, Mobilit\u00e4t und Zellkapazit\u00e4t<\/h2>\n\n\n

Ein gro\u00dfer Vorteil von LTE sind die geringen Latenzzeiten<\/strong>. Die h\u00e4ufig genannte Angabe \u201eunter 5 ms\u201c bezeichnet ein urspr\u00fcngliches Entwicklungsziel f\u00fcr die einseitige \u00dcbertragung kleiner IP-Pakete \u00fcber den unbelasteten Funkzugang. Ein Ping misst Hin- und R\u00fcckweg; zus\u00e4tzlich flie\u00dfen Kernnetz, Transportnetz und die Strecke zum Zielserver ein. [4]<\/a><\/p>\n\n\n

Ebenfalls wichtig f\u00fcr eine Mobilfunktechnik sind die Mobilit\u00e4tseigenschaften. LTE wurde f\u00fcr geringe Bewegungsgeschwindigkeiten von 0 bis 15 km\/h optimiert und f\u00fcr den Betrieb bei h\u00f6heren Geschwindigkeiten ausgelegt. Die urspr\u00fcnglichen Anforderungen ber\u00fccksichtigen Verbindungen bis 350 km\/h und, abh\u00e4ngig vom Frequenzband und dem Einsatzszenario, bis 500 km\/h. Bei schnellen Zugfahrten spielen au\u00dferdem die Versorgung entlang der Strecke und die Wechsel zwischen Funkzellen eine gro\u00dfe Rolle. [4]<\/a><\/p>\n\n\n

F\u00fcr die Zellkapazit\u00e4t sahen die fr\u00fchen Anforderungen mindestens 200 aktive Teilnehmer bei einer Spektrumszuweisung bis 5 MHz vor. Diese Zahl beschreibt die Unterst\u00fctzung aktiver Verbindungen. Ihre Daten teilen sich die verf\u00fcgbaren Ressourcen; Anwendungen mit wenig Datenverkehr und gro\u00dfe Downloads beanspruchen davon unterschiedlich viel. [4]<\/a><\/p>\n\n\n

OFDMA und SC-FDMA: das Spektrum aufteilen<\/h2>\n\n\n

Zu den zentralen Techniken von LTE geh\u00f6ren OFDMA im Downlink<\/strong> und SC-FDMA im Uplink<\/strong>. OFDMA steht f\u00fcr Orthogonal Frequency Division Multiple Access<\/strong>. Beide Verfahren beruhen auf OFDM und teilen das vorhandene Spektrum in viele schmalbandige Tr\u00e4ger auf, sogenannte Subcarrier oder Untertr\u00e4ger<\/strong>. [6]<\/a><\/p>\n\n\n

OFDMA ist f\u00fcr den Mehrnutzerbetrieb entwickelt und kann den Nutzern ihren Anforderungen entsprechend Funkressourcen zuordnen. Die Basisstation weist Ressourcen in Zeit und Frequenz zu und ber\u00fccksichtigt dabei die Funkbedingungen. Bei gew\u00f6hnlicher LTE-Daten\u00fcbertragung betr\u00e4gt der Abstand zwischen den Untertr\u00e4gern 15 kHz. Zw\u00f6lf benachbarte Untertr\u00e4ger bilden \u00fcber einen Slot von 0,5 ms einen Ressourcenblock. [2]<\/a><\/p>\n\n\n

\"Originalgrafik:
OFDM: Die Spektren benachbarter Untertr\u00e4ger \u00fcberlappen sich. An den Abtastpunkten der jeweils anderen Tr\u00e4ger liegen im ideal synchronisierten System Nullstellen. Originalgrafik von LTEmobile.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n

Das Interessante an OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)<\/strong> ist, dass die einzelnen Tr\u00e4gersignale orthogonal zueinander stehen. Ihre Spektren k\u00f6nnen sich \u00fcberlappen und im Empf\u00e4nger dennoch getrennt ausgewertet werden. Daf\u00fcr m\u00fcssen Zeit- und Frequenzsynchronisation stimmen. Ein zyklisches Pr\u00e4fix schafft einen Schutzbereich gegen verz\u00f6gerte Signalanteile, die etwa durch Reflexionen entstehen. [2]<\/a> [6]<\/a><\/p>\n\n\n

Schmalbandige St\u00f6rungen treffen einen Teil der Untertr\u00e4ger. Kanalcodierung und Fehlerkorrektur helfen dem Empf\u00e4nger, die Nutzdaten wiederherzustellen. Ein breiterer LTE-Kanal enth\u00e4lt bei gleichem Untertr\u00e4gerabstand mehr Untertr\u00e4ger und kann entsprechend mehr Funkressourcen bereitstellen.<\/p>\n\n\n

SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access)<\/strong> erg\u00e4nzt die OFDM-Verarbeitung um eine DFT-Vorverarbeitung. Dadurch entstehen im Uplink geringere Leistungsspitzen als bei gew\u00f6hnlichem OFDMA. Der Leistungsverst\u00e4rker des Mobilger\u00e4ts kann effizienter arbeiten \u2013 ein wichtiger Punkt f\u00fcr Akkubetrieb und Sendeleistung. [6]<\/a><\/p>\n\n\n

In fr\u00fchen Beschreibungen wurde LTE auch als HSOPA, High Speed OFDM Packet Access, bezeichnet. OFDMA wird au\u00dferdem bei WiMAX eingesetzt; der Vergleich der beiden Techniken spielte in der fr\u00fchen LTE-Diskussion eine gr\u00f6\u00dfere Rolle.<\/p>\n\n\n

MIMO-Antennentechnik<\/h2>\n\n\n

Ein weiterer Baustein von LTE ist die MIMO-Antennentechnologie<\/strong>. Verf\u00fcgt ein System \u00fcber mehrere Eingangs- und Ausgangsgr\u00f6\u00dfen, spricht man von einem MIMO-System (Multiple Input\/Multiple Output<\/strong>). Im Zusammenhang mit Mobilfunk und LTE bedeutet das mehrere Sende- und Empfangsantennen zur drahtlosen \u00dcbertragung von Daten.<\/p>\n\n\n

Zum einen kann dadurch die spektrale Effizienz erh\u00f6ht werden, also eine h\u00f6here Datenrate auf derselben Bandbreite erreicht werden. Zum anderen l\u00e4sst sich die \u00dcbertragungsqualit\u00e4t verbessern. Dazu befinden sich im Sender und im Empf\u00e4nger mehrere Antennen. Dadurch kann neben der zeitlichen auch die r\u00e4umliche Dimension der \u00dcbertragung genutzt werden.<\/p>\n\n\n

\"Originalgrafik
SISO und MIMO im Vergleich: Mehrere Antennen er\u00f6ffnen zus\u00e4tzliche r\u00e4umliche \u00dcbertragungswege. Originalgrafik von LTEmobile.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n

Beim r\u00e4umlichen Multiplexing<\/strong> \u00fcbertr\u00e4gt das System mehrere Datenstr\u00f6me gleichzeitig. Der Empf\u00e4nger trennt sie anhand ihrer unterschiedlichen Funkwege. Wie viele Ebenen genutzt werden, richtet sich nach den Antennen, den Eigenschaften des Funkkanals und der vom Netz gew\u00e4hlten \u00dcbertragung. Diversit\u00e4t<\/strong> nutzt mehrere Signalwege f\u00fcr einen zuverl\u00e4ssigeren Empfang. LTE-Advanced erweitert die Mehrantennentechnik<\/a>. [5]<\/a><\/p>\n\n\n

MIMO wurde auch bei der UMTS-Ausbaustufe HSPA+<\/a> eingesetzt, um h\u00f6here Datenraten zu erreichen.<\/p>\n\n\n

Modulation: mehr Bits je Symbol<\/h2>\n\n\n

Ein weiteres Verfahren zur Steigerung der LTE-Datenrate ist 64QAM (Quadraturamplitudenmodulation)<\/strong>. Dabei werden zwei um 90 Grad phasenverschobene Tr\u00e4geranteile in ihrer Amplitude ver\u00e4ndert. Aus ihrer Kombination entstehen unterscheidbare Symbolzust\u00e4nde. QPSK \u00fcbertr\u00e4gt 2 Bit je Symbol, 16QAM 4 Bit und 64QAM 6 Bit, jeweils vor der Kanalcodierung. [2]<\/a><\/p>\n\n\n

\"Historische
Die urspr\u00fcngliche Grafik veranschaulicht den Zusammenhang zwischen Funkqualit\u00e4t und Modulation. Die Ringe sind schematisch: St\u00f6rungen, Abschattung und Reflexionen ver\u00e4ndern die Bedingungen am jeweiligen Ort. Quellenangabe im Originalartikel: Fujitsu.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n

Eine h\u00f6here Modulationsordnung ben\u00f6tigt ein besseres Verh\u00e4ltnis des Nutzsignals zu Rauschen und St\u00f6rungen. Das Netz passt deshalb Modulation und Coderate an die gemessene Kanalqualit\u00e4t an. Mit zunehmender D\u00e4mpfung oder st\u00e4rkeren St\u00f6rungen w\u00e4hlt es robustere Einstellungen; dabei sinkt die \u00fcbertragene Nutzdatenmenge je Funkressource. [5]<\/a><\/p>\n\n\n

FDD-LTE und TDD-LTE<\/h2>\n\n\n

TDD (Time Division Duplex)<\/strong> und FDD (Frequency Division Duplex)<\/strong> sind zwei unterschiedliche LTE-Varianten, die das vorhandene Spektrum auf unterschiedliche Art nutzen. Sie wurden konzipiert, um LTE in gepaartem und ungepaartem Spektrum betreiben zu k\u00f6nnen.<\/p>\n\n\n

TDD-LTE<\/strong> nutzt f\u00fcr Uplink und Downlink denselben Frequenzbereich. Beide Richtungen werden zeitlich getrennt \u00fcbertragen. FDD-LTE<\/strong> ben\u00f6tigt hingegen gepaartes Spektrum: einen Frequenzbereich f\u00fcr den Uplink und einen f\u00fcr den Downlink. Im Vollduplexbetrieb k\u00f6nnen Uplink und Downlink gleichzeitig \u00fcbertragen werden. Durch diese Anpassungsf\u00e4higkeit wird LTE verschiedenen nationalen Gegebenheiten bei der Verf\u00fcgbarkeit von Frequenzen gerecht. [2]<\/a><\/p>\n\n\n

\"FDD
\u00dcberarbeitete Darstellung nach dem Aufbau der Originalgrafik. TDD-Konfiguration 3 umfasst sechs Downlink-, drei Uplink- und ein Special Subframe je 10-ms-Funkrahmen. Die Feldl\u00e4ngen innerhalb des Special Subframe sind schematisch. Grafik in voller Aufl\u00f6sung \u00f6ffnen<\/a>.<\/figcaption><\/figure>\n\n\n

Die \u00fcbertragenen Signale werden in beiden LTE-Varianten in Subframes<\/strong> aufgeteilt. Ein Subframe ist eine zeitliche Einheit von einer Millisekunde; zehn davon bilden einen Funkrahmen von 10 ms. Die urspr\u00fcngliche LTE-TDD-Struktur definiert sieben Uplink-Downlink-Konfigurationen, nummeriert von 0 bis 6<\/strong>. Sie legen die zeitliche Aufteilung der \u00dcbertragungsrichtungen fest. Die Konfigurationen unterscheiden sich damit im Zeitanteil f\u00fcr Uplink und Downlink. [2]<\/a><\/p>\n\n\n

Beim Wechsel von Downlink zu Uplink liegt ein Special Subframe<\/strong> mit drei Feldern: DwPTS<\/strong> (Downlink Pilot Time Slot), GP<\/strong> (Guard Period) und UpPTS<\/strong> (Uplink Pilot Time Slot). Die Schutzzeit h\u00e4lt die \u00dcbertragungen beider Richtungen beim Umschalten auseinander und ber\u00fccksichtigt Laufzeiten und Umschaltvorg\u00e4nge. L\u00e4nge und Aufteilung dieses Special Subframe werden gesondert konfiguriert. [2]<\/a><\/p>\n\n\n

LTE-Aufr\u00fcstung und paketorientierte Netze<\/h2>\n\n\n

Technisch gesehen steht LTE in der Entwicklungslinie der 3GPP-Familie zellular aufgebauter Netze wie GSM und UMTS. Mit der Einf\u00fchrung von LTE erfolgte der \u00dcbergang zu einer IP-basierten, paketorientierten Architektur<\/strong>. Das erleichtert die gemeinsame \u00dcbertragung von Sprach-, Video- und Datendiensten und die Verbindung mit anderen IP-Netzen.<\/p>\n\n\n

Die LTE-Basisstation \u00fcbernimmt wesentliche Aufgaben des Funkzugangs und ist mit dem EPC verbunden. Das Kernnetz organisiert unter anderem Mobilit\u00e4t, Authentifizierung und die Verbindung zu externen Datennetzen. Telefonie \u00fcber LTE wird mit VoLTE (Voice over LTE)<\/strong> und dem IP Multimedia Subsystem (IMS)<\/strong> bereitgestellt. Die Aufgaben der einzelnen Komponenten erkl\u00e4rt der Artikel EPC \u2013 das LTE-Kernnetz<\/a>. [5]<\/a> [7]<\/a><\/p>\n\n\n

LTE wurde f\u00fcr das Zusammenwirken mit GSM und UMTS entwickelt. Beim Handover wird eine bestehende Verbindung an eine andere Funkzelle \u00fcbergeben. \u00dcberg\u00e4nge zwischen unterschiedlichen Mobilfunktechniken ben\u00f6tigen passende Funktionen im Netz und im Endger\u00e4t. F\u00fcr den Energieverbrauch bietet LTE unter anderem DRX (Discontinuous Reception)<\/strong>: Das Ger\u00e4t kann seinen Empfang nach einem mit dem Netz abgestimmten Zeitmuster pausieren. [5]<\/a><\/p>\n\n\n

F\u00fcr rundfunkartige Dienste sieht LTE MBMS<\/strong> vor. Im MBSFN<\/strong>-Betrieb senden mehrere synchronisierte Zellen dasselbe Signal gleichzeitig. So k\u00f6nnen viele Empf\u00e4nger dieselben Inhalte gemeinsam \u00fcber eine Funk\u00fcbertragung erhalten. [5]<\/a><\/p>\n\n\n

LTE-Advanced entwickelt diese Grundlagen unter anderem durch Carrier Aggregation und erweiterte Mehrantennentechnik weiter. Wie LTE und 5G ein Frequenzband gemeinsam nutzen k\u00f6nnen, erkl\u00e4rt der Artikel zu Dynamic Spectrum Sharing (DSS)<\/a>.<\/p>\n\n\n

Grafiken aus dem urspr\u00fcnglichen Artikel<\/h2>\n\n\n

Die alte Datenratentabelle und die urspr\u00fcngliche FDD\/TDD-Abbildung bleiben hier zur Dokumentation erhalten. Die Ger\u00e4tetabelle oben und die neu beschriftete Duplex-Grafik erl\u00e4utern die technischen Werte im Zusammenhang.<\/p>\n\n\n

Urspr\u00fcngliche Datenratentabelle und FDD\/TDD-Grafik \u00f6ffnen<\/summary>\n
\"Historische
Unver\u00e4nderte historische Tabelle, im Original Motorola zugeschrieben. Sie nennt Modellwerte von 43 bis 326 und verwendet die fehlerhafte Einheit \u201eMB\/s\u201c. Berechnungsannahmen fehlen im Original; f\u00fcr LTE-Endger\u00e4tekategorien gelten die oben erl\u00e4uterten Transportkanalwerte.<\/figcaption><\/figure>\n\n
\"Urspr\u00fcngliche
Unver\u00e4nderte Originalgrafik. Dargestellt ist die Uplink-Downlink-Konfiguration 3; die alte Bezeichnung \u201eKategorie 3\u201c im Artikel wurde fachlich berichtigt.<\/figcaption><\/figure>\n<\/details>\n\n\n

Quellen und technische Einordnung<\/h2>\n\n\n

Grundlage ist der urspr\u00fcngliche LTEmobile-Artikel \u201eLTE Technik\u201c. Die technischen Angaben wurden anhand der folgenden Prim\u00e4rquellen gepr\u00fcft (Stand: 27. Oktober 2026). Die Release-8-Dokumente ordnen die im Original beschriebenen LTE-Grundlagen ein; die Systembeschreibung aus Release 10 erg\u00e4nzt die weiterentwickelten Funktionen.<\/p>\n\n\n