Technologietreiber LTE Stand der Entwicklung, Chips und ihre Leistungsfähigkeit

Die jetzt in die Anwendungs-Realität übergehende Mobilfunk- Technologie LTE (Long Term Evolution) stellt in Form neuer leistungsfähiger Mobil-Endgeräte die Chiphersteller vor einige Herausforderungen. Hier eine Übersicht zur Technologie und den daraus resultierenden Halbleiter-Anforderungen.

Die Frequenzversteigerung in Deutschland war für viele Beobachter und auch für die Beteiligten selbst keine wirkliche Überraschung. Drei der etablierten Netzbetreiber konnten neben den Blöcken im 1800-MHz-, 2100-MHz- und 2600-MHz-Band das begehrte 800-MHz-Spektrum, auch Digitale Dividende (DD) genannt, ersteigern. Nur der vierte Betreiber E-Plus ging bei der Vergabe der Digitalen Dividende leer aus. Dennoch war nach eigenen Aussagen keiner der Bieter enttäuscht oder gar verärgert – auch in Anbetracht der Preise, die der Bundesnetzagentur überwiesen wurden.

Obwohl der Regulierer eine Technikneutralität für alle Spektren auslobte, favorisierten bereits im Vorfeld der Auktion die Mobilfunker LTE in den neuen Bändern (800 und 2600) als die Technologie der Stunde bzw. der 4. Generation. Die Hersteller von Netzwerkinfrastruktur, von Software und die von Halbleitern für mobile Endgeräte standen schon eine Weile in den Startlöchern. Mit dem Versteigerungsende fiel nun der endgültige Startschuss.

 Treibender Faktor: Massiv gestiegener mobiler Datenverkehr

Die technischen und wirtschaftlichen Vorzüge der LTE-Technik müssen aufgrund der höheren Anforderungen unbedingt genauer unter die Lupe genommen werden. Dabei ist die spektrale Effizienz von LTE ein oft erwähnter Vorteil, da mit dieser Technik die zur Verwendung stehenden und relativ teuer ersteigerten MHz optimal genutzt werden. So ist nach Berechnungen und Simulationen im Forschungslabor von Qualcomm mit der LTE-Technik eine um 10 bis 20 Prozent effizientere Nutzung möglich. Zum Vergleich wird hier die heute oft eingesetzte HSPA+-Technik herangezogen. Nutzer von Mobilfunkanwendungen, wie z.B. beim mobilen Surfen im Internet, registrieren die erheblich kürzeren Latenzzeiten, die mit LTE realisiert werden. Diese so genannten „Round Trip Times“ bewegen sich in den Bereichen von 5 ms bis 10 ms (u.a. von DoCoMo veröffentlicht). Das wiederum ist aber nur durch ein ganzheitlich verbessertes und optimiertes Netz möglich. Die Ingenieure haben nicht nur eine neue Luftschnittstelle definiert, sondern sie haben LTE parallel zur System Architecture Evolution (SAE) designed, das heißt, sie haben auch das Kernnetz neu konzipiert. Ebenso wie HSPA+ profitiert die LTE-Zugangstechnologie von einer flachen, auf IP basierten Architektur.

Im Gegensatz zu WiMAX ist LTE entwickelt worden, um mit den 2G- und 3G-Technologien verbunden zu werden. Wenn also keine 4G-Netzabdeckung gegeben ist, wird der Endverbraucher automatisch zur nächst „niedrigeren“ Technik vermittelt. Eine Rückwärtskompatibilität ist somit gewährleistet. LTE unterstützt die beiden Modulationsarten FDD (Frequency Division Duplexing) und TDD (Time Division Duplexing): Sowohl für FDD als auch für TDD wurden bei der gerade beendeten Auktion die Frequenzblöcke zugeteilt (China Mobile beabsichtigt zum Beispiel, die TDD-Technik im neuen Spektrum mit LTE auszubauen).

LTE wird häufig mit HSPA+ verglichen, einer Weiterentwicklung der Datenübertragungsraten innerhalb der UMTS-Netze. Bei Bandbreiten unter 10 MHz kann die HSPA+-Technik durchaus mithalten und ähnlich hohe Datenraten wie LTE im Sende- bzw. Empfangsmodus erzielen. Stehen jedoch Bandbreiten von 20 MHz zur Verfügung, dann können mit LTE noch höhere Datenraten realisiert werden. Jedoch sollte auch bedacht werden, dass die HSPA+-Technik das Ende ihrer Entwicklung noch nicht erreicht hat. Die Industrie, und natürlich auch Qualcomm, arbeiten weiter an dieser Übertragungstechnik.

Was jedoch im Moment die Mobilfunkwelt beschäftigt, ist die Frage nach der Verfügbarkeit von Endgeräten, Dienstleistungen und Applikationen auf Basis von LTE. Oder in anderen Worten: Wann schafft LTE den „Durchbruch“?

Bild 1 verdeutlicht in diesem Zusammenhang, wie lange es gedauert hat, bis die einzelnen Technologien und Standards Massentauglichkeit bewiesen haben und somit den „Durchbruch“ erzielten. Laut Marktbeobachtern, Herstellern und Analysten wird der Endverbraucher erst Ende 2011 Handsets in ausreichender Anzahl und Modellvielfalt in Händen halten. Anfang 2011 werden erste Datenprodukte erwartet, also USB-Sticks, PCMCIA-Karten und Embedded-Lösungen, die in Laptops, Webbooks und anderen mobilen Computerprodukten integriert werden.

Wie und wann wird der Verbraucher LTE als Hochgeschwindigkeitstechnik wahrnehmen? Die Verbraucher werden dann merken, dass sie mit einem LTE-Endgerät in einem LTE-Netz unterwegs sind, wenn die Ladezeiten vom Aufruf einer Internetseite bis zur vollständigen Anzeige akzeptabel bis sehr gut sind. Sie werden Echtzeit- Anwendungen „erleben“ und können ohne fühlbare Einschränkungen am Endgerät mit Cloudcomputing Rechenleistung auslagern. Der uneingeschränkte mobile Zugang mit einem mobilen Endgerät zum Internet aus dem Zug, von einem Café, Hotel oder einer Bar aus, vom Flughafen oder von zu Hause rundet das mobile Erlebnis letztlich ab.

Dadurch ist zu erwarten, dass die Betreiber von Festnetztelefonie und Datenverkehr einen ernsthaften Mitbewerber bekommen: Verbraucher werden dann vielleicht nur noch einen Telefonanschluss haben – und das ist ein mobiler Anschluss, mit dem alle Dienste und Aufgaben realisierbar sind. In Ländern und Regionen, in denen bis heute häufig noch kein Telefonanschluss existiert (wie z.B. auf Kontinenten wie Afrika oder in Lateinamerika), könnte der globale Standard LTE der einzige Telekommunikationszugang werden.

Mehr als 26 Netzbetreiber haben sich übrigens zu LTE öffentlich bekannt. Einige von ihnen haben bereits erste Versuche, so genannte Trials, gestartet und erste Erkenntnisse gewonnen. Die Schweden sind dabei in eine Vorreiterrolle geschlüpft: TeliaSonera, Telenor und Tele2 gaben bereits bekannt, dass sie das 2,6-GHz-Band für LTE noch in 2010 aktivieren und den Verbrauchern zur Verfügung stellen werden. Die US-Amerikaner haben hierfür das freigewordene 700-MHz- Band auf LTE-Technik gerüstet. Die Europäer, insbesondere die deutschen Netzbetreiber, starten in Kürze LTETrials auf dem 800-MHz-Band (der Digitalen Dividende).