LTE – Nachfolgegeneration von UMTS

LTE – Nachfolgegeneration von UMTS

Die Standardisierungsarbeiten gingen in den folgenden Jahren unvermindert weiter. Durch die weite Verbreitung der DSL-Technik sind beim drahtgebundenen Internetzugriff inzwischen Datenraten von mehreren Mbit/s zur Selbstverständlichkeit geworden. Um auch mit zellularen Mobilfunksystemen Datenraten in dieser Größenordnung zu ermöglichen, wurde UMTS in Release 5 zunächst um HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) erweitert, dadurch wird das schnelle Herunterladen von Daten aus dem Netz in Richtung Endgerät (Downlink) mit Datenraten von maximal 14,4 Mbit/s möglich [1 – 5].

In Release 6 wurde HSUPA als weiterer, evolutionärer Entwicklungsschritt für UMTS-Netze eingebracht, hiermit werden Paketdatenraten von bis zu 5,76 Mbit/s für die Datenübertragung vom mobilen Endgerät in Richtung Netz (Uplink) möglich. Darüber hinaus erhöht HSUPA die Netzkapazität und verringert, ähnlich wie HSDPA, die Verzögerungszeiten.

Besonders vorteilhaft ist die Kombination von HSDPA und HSUPA, HSPA genannt, denn dadurch wird die Datenübertragung in beiden Richtungen optimiert. HSDPA-fähige Endgeräte sind bereits seit dem Jahr 2006 verfügbar, während HSUPA erst im Laufe des Jahres 2007 in Geräte implementiert wurde. Diese neuen Techniken lassen sich durch relativ einfaches Aufrüsten bestehender UMTS-Netze realisieren, wobei der Teilnehmer, der die neuen Funktionen nutzen will, allerdings auch ein neues Endgerät benötigt. Das fehlerfreie Zusammenspiel mit Systemen der ersten UMTS-Generation gemäß GPP Release 99 ist gewährleistet.

Weitere evolutionäre Entwicklungsschritte von HSPA hin zu noch höheren Datenraten wurden in der „Release 7“ verabschiedet. Der kommerzielle Einsatz dieser Technik, die unter dem Akronym HSPA+ bekannt ist, wird für 2009 erwartet. Erste Testsamples von Chipsets, die HSPA+ beherrschen, sind bereits verfügbar. Mit dieser Technik werden mobile Echtzeit-Anwendungen möglich, die in den Mobilfunknetzen bisher nur unbefriedigend umgesetzt werden konnten. So demonstrierte beispielsweise Qualcomm Voice-over-IP mit HSPA+ und erzielte damit – zumindest in der Vorführung – bei gleichzeitiger Videoübertragung eine gute Sprachqualität.

Parallel zu diesen Arbeiten an WCDMA und HSPA wurde von 3GPP bereits eine neue Nachfolgetechnik erarbeitet, die mit dem Arbeitstitel „Long Term Evolution“ oder kurz LTE bezeichnet wird. Sie ermöglicht, wie kaum anders zu erwarten, noch höhere Datenraten. Beim Einsatz eines 2×2-MIMOAntennenfelds (Multiple Input Multiple Output = Mehrwege-Übertragung) und mit einer Kanalbandbreite von 20 MHz sollen über 100 Mbit/s im Downlink und 50 Mbit/s im Uplink möglich sein. Und noch einmal wird sich die Latenzzeit der Signale verkürzen, diesmal auf schätzungsweise 10 bis 20 ms. Zum Vergleich: In den heutigen HSPA-Netzen beträgt sie rund 70 bis 90 ms.

Weil aber bei LTE mit OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplex) ein ganz anderes Multiplexverfahren zum Einsatz kommen wird als in den heutigen UMTS-Netzen, wird es keine Rückwärtskompatibilität geben. Der Schritt von UMTS/HSPA auf LTE entspricht somit ungefähr dem von GSM auf UMTS und erfordert zumindest neue Basisstationen.

LTE und die Technik, die dahinter steckt

Um den hohen Anforderungen hinsichtlich der Datenrate und der Leistungsfähigkeit gerecht zu werden, kommt bei LTE als Zugriffsverfahren Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access (OFDMA) im Downlink zum Einsatz. Im Uplink wird SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) eingesetzt. Darüber hinaus ermöglicht der neue Standard die Anwendung der MIMO-Antennentechnik, die durch Einsatz mehrerer Antennen eine Vervielfachung der maximalen Datenrate bewirkt. Damit soll es den Mobilfunkanbietern möglich sein, zehn Mal mehr Anwender zu versorgen und neben Sprache auch Dienste wie interaktive Applikationen inklusive Hochgeschwindigkeitsdatentransfer und TV (IPTV) anzubieten. LTE ist ausgelegt auf ein komplettes IP-Netzwerk, wobei auch für Sprache die Paketdatenübertragung verwendet wird. Diese hier angesprochenen Techniken werden in den folgenden Abschnitten detaillierter beschrieben.

1. LTE – Nachfolgegeneration von UMTS
2. LTE – Nachfolgegeneration von UMTS
3. LTE – Nachfolgegeneration von UMTS
4. LTE – Nachfolgegeneration von UMTS
5. LTE – Nachfolgegeneration von UMTS
6. LTE – Nachfolgegeneration von UMTS