LTE Advanced (LTE-A)
Im Jahr 2008 formulierte die ITU die Anforderungen für ein Mobilfunksystem mit der Bezeichnung IMT-Advanced (International Mobile Telecommunications-Advanced), das als vierte Mobilfunkgeneration 4G bekannt ist.
Die Anforderungen sind technikunabhängig formuliert, damit ein Wettbewerb zwischen verschiedenen Mobilfunksystemen möglich ist.
LTE Advanced, kurz LTE-A, ist eine Erweiterung von LTE. Mit LTE Advanced soll eine Übertragungsrate von bis zu 1 GBit/s erreicht werden. Diese Übertragungsrate ist erforderlich, weil sich der Bedarf nach schnellen Übertragungsraten und mehr Bandbreite in den Mobilfunknetzen jedes Jahr verdreifacht.
Die Übertragungstechnik hinter LTE Advanced sieht die Trägerbündelung und einen umfassenderen Einsatz der Mehrantennen-Technik MIMO vor. Erst dadurch kann LTE Advanced bis zu 1 GBit/s im Downlink und 500 MBit/s im Uplink erreichen.
- 1 GBit/s im Downlink und 500 MBit/s im Uplink
- Frequenzbereich von 100 MHz durch Trägerkopplung
- MIMO mit je acht Sende- und Empfangsantennen
Übertragungsrate in der LTE-Spezifikation
Die Geschwindigkeitsangaben beziehen sich auf das theoretische Maximum.
| Spezifikation | Downstream | Upstream | Leistung | Anmerkung | Normiert |
|---|---|---|---|---|---|
| LTE Release 8 | 172,8 MBit/s | 57,6 MBit/s | 16QAM, 2x2 MIMO, 20 MHz | Netzelemente und Endgeräte | 2008 |
| LTE Release 9 | 326,4 MBit/s | 86,4 MBit/s | 16QAM, 4x4 MIMO, 20 MHz | MBMS | 2009 |
| LTE Release 10 | 1 GBit/s | 500 MBit/s | 16QAM, 8x8 MIMO, 100 MHz | LTE Advanced | 2011 |
CA - Carrier Aggregation / Frequenzträgerbündelung
LTE Advanced (Release 10) ermöglicht eine spektrale Bandbreite von bis zu 100 MHz und eine spektrale Effizienz von 30 Bit/s/Hz im Downlink und 15 Bit/s/Hz im Uplink.
Damit Release 10 zu Release 8 und 9 abwärtskompatibel ist, ist die maximale Bandbreite eines einzelnen Frequenzträgers auf 20 MHz begrenzt. Doch lassen sich bis zu 5 dieser 20-MHz-Kanäle bündeln und so ein Frequenzbereich von bis zu 100 MHz erreichen. Und das sogar dann, wenn die Kanäle in verschiedenen Frequenzbändern liegen. Typischerweise liegen die Frequenzbänder bei 800 MHz, 2.000 MHz und 2.600 MHz. Bei einem Träger von 10 MHz im 800-MHz- und einem 20 MHz breiten Träger im 2.600-MHz-Band wäre ein Frequenzbereich von 30 MHz möglich. Die Datenströme können flexibel auf die einzelnen Frequenzbänder verteilt werden.
LTE Advanced definiert, um den Energieverbrauch und die Komplexität gering zu halten, einen primären Frequenzträger, den jedes Endgerät nutzt. Sollte während einer Verbindung der Bedarf für höhere Übertragungsraten zunehmen, dann werden die sekundären Frequenzträger innerhalb weniger Millisekunden dazugeschaltet.
Mehrantennentechnik (MIMO)
Eine weitere Maßnahmen, um die Übertragungsrate zu steigern, ist die Mehrantennentechnik. Dazu gehört Beamforming. Dabei wird das Funksignal in Richtung des empfangenden Endgeräts gebündelt.
Eine Alternative ist Antennen-Diversität, bei der der Sender jedes modulierte Symbol doppelt überträgt. Den Empfänger erreichen in einem Frequenzgemisch verschiedene Versionen, aus dem er durch eine nachgeschaltete Signalverarbeitung das Optimum herausholt. Auf diese Weise kommt auch bei ungünstigen Empfangsbedingungen noch ein brauchbares Signal beim Empfänger an.
Eine weitere Maßnahme ist MIMO. Mit diesem räumlichen Vielfachzugriff werden mehrere räumlich getrennte Signale gleichzeitig gesendet. Dadurch wird die Übertragungsrate deutlich erhöht. LTE Advanced nutzt MIMO auch im Uplink. Also vom Teilnehmer zur Basisstation.
Mehrere Sendemodule im Endgerät zu integrieren, führt zu einer höheren Leistungsaufnahme, so dass nur stationäre Endgeräte mit eigener Stromversorgung oder Endgeräte mit einer hohen Akkuleistung in Frage kommen.
LTE-Relay-Basisstation (Relay Node)
Mit LTE Advanced werden netzseitig Relay-Stationen (RelayNode) eingerichtet, die das Mobilfunksignal empfangen, dekodieren, aufbereiten und weiter übertragen. So lassen sich die Reichweiten der Basisstationen (eNodeB) erhöhen und die Netzabdeckung verbessern. Dadurch sind insbesondere an den Zellenrändern schnellere Verbindungen möglich. Zwar nehmen die Signallaufzeiten etwas zu, doch dem steht eine deutlich bessere Funkverbindung gegenüber. Die Relay-Stationen funktionieren sowohl in Downlink-, als auch in Uplink-Richtung. Für das Endgerät ist das Relay vollkommen unsichtbar.
Bei einer Relay-Basisstation handelt es sich um eine vollständige LTE-Basisstation, die über eine andere LTE-Basisstation mit dem LTE-Kernnetz verbunden ist. Mit dem Betrieb einer Relay-Basisstation erhöht sich jedoch nicht die Netzkapazität, sondern es wird ein Teil der Kapazität abgezweigt. Mit der Relay-Basisstation wird also lediglich die Kapazität einer LTE-Zelle gleichmäßiger über den Abdeckungsbereich verteilt und somit insgesamt der Empfang verbessert.