Long Term Evolution (kurz LTE, auch 4G) ist eine Bezeichnung für den Mobilfunkstandard der vierten Generation. Eine Weiterentwicklung heißt LTE-Advanced bzw. 4G+.
Da UMTS trotz Weiterentwicklung an seine technischen Grenzen gekommen war, überarbeitet die 3GPP das Radio Netzwerk und Kernnetz komplett. Für die Luftschnittstelle entschied man sich für Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), um z. B. flexibler Bandbreiten zu realisieren und Probleme mit Fadingeffekten bzw. Multipatheffekte zu minimieren.
Ein weiterer Unterschied ist das Kernnetz, das in LTE ein reines IP-Netz ist und inzwischen auch für Sprachübertragung (VoLTE) verwendet wird.
Die Anforderungen an die Endgeräte (Englisch: user equipment [UE], z. B. Mobiltelefone) waren von Anfang an erhöht (wie z. B. MIMO).
Das LTE-Netz wird immer weiter entwickelt und neue Features realisiert.
Mit bis zu 1200 Megabit pro Sekunde sind je nach Empfangssituation und vorhandener Bandbreite deutlich höhere Downloadraten als bei älteren Standards möglich.
Der von LTE-Mobilfunkanbietern dafür genutzte Frequenzbereich liegt zwischen 700 MHz und 3.600 MHz (aktuell genutzt 800–2.600 MHz).
mini|Ein LTE-Modem „Surfstick“ (Samsung GT-B3710) mit USB-Anschluss für LTE (UMTS und GSM)
Geschichte
Ein Vorläuferkonzept zu LTE wurde von Nortel unter dem Namen High Speed OFDM Packet Access (HSOPA) vorgestellt. LTE verwendet Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing-Techniken (OFDM) sowie Multiple-Input/Multiple-Output-Antennentechnologie (MIMO). Die Funkschnittstelle ist in Standard E-UTRA festgelegt, die Architektur von LTE ist rein paketorientiert und im Evolved Packet System (EPS) beschrieben. Die geringen Latenzzeiten bei LTE erlauben die Übertragung von Sprachdiensten (VoIP) und Videotelefonie über das Internetprotokoll sowie den Einsatz zeitkritischer Anwendungen wie zum Beispiel Online-Spiele. mini|Logo von LTE mini|LTE Small Cell der Deutschen Telekom
Mit dem Vorgänger UMTS waren schon relativ hohe Datenübertragungsraten möglich, es wurde aber erwartet, dass der Bedarf an mobilen Internetdiensten weiter steigt. Im Gegensatz zur alternativen Technologie WiMAX sollte LTE den Mobilfunkanbietern einen kostengünstigen evolutionären Migrationspfad von UMTS über HSxPA zu LTE ermöglichen. LTE unterstützt im Gegensatz zu UMTS verschiedene Bandbreiten (1,4; 3; 5; 10; 15 und 20 MHz) und kann so flexibel in unterschiedlichen zukünftigen Spektren eingesetzt werden. OFDM ermöglicht dabei durch eine größere Anzahl an Unterträgern, die Bandbreite einfach zu skalieren. Bei 20 MHz (entspricht laut Standard der Benutzung von 1200 Unterträgern) sollen Spitzendatenraten von 300 Mbps im Downlink und 75 Mbps im Uplink mit Latenzzeiten unter 5 ms erreicht und so die langfristige Konkurrenzfähigkeit von UMTS-Systemen gesichert werden. Im Uplink wird mit SC-FDMA (DFTS-OFDMA) ein OFDMA-ähnliches Zugriffsverfahren verwendet, das sich durch eine geringe Peak-to-Average-Ratio (PAR) auszeichnet.
In der ersten Version von LTE (Release 8) werden fünf Terminalklassen mit unterschiedlichen Datenraten zur Verfügung stehen. Obwohl die höchste Klasse mit 4x4 MIMO und 64-QAM-Modulation die erwarteten Datenraten von 300 Mbps im Downlink und 75 Mbps im Uplink erfüllt, werden die ersten Terminals wohl deutlich geringere Datenraten zur Verfügung stellen und nur mit 2x2 MIMO im Downlink und ohne 64 QAM im Uplink arbeiten. Alle Terminals müssen eine Bandbreite von 20 MHz unterstützen.
Siemens Networks, hatte bereits im September 2006 zusammen mit der Nomor Research GmbH erstmals einen Emulator eines LTE-Netzwerks mit Live-Applikationen gezeigt. Im Downlink wurden dabei zwei Nutzer mit einer HDTV-Anwendung vorgeführt, während im Uplink eine Live-Gaming-Anwendung gezeigt wurde., Nomor Research. Im Dezember 2006 wurde dann auf der ITU Telecom World in Hongkong der weltweit erste LTE-Demonstrator gezeigt. Nach Erweiterung des Demonstrators wurden im Mai 2007 in einem Experiment in der Münchner Niederlassung von Nokia Siemens Networks erfolgreich Daten mit bis zu 108 MBit/s im Upstream über ein LTE-Netz übertragen. Diese Datenrate konnte durch die Verwendung von „Virtual MIMO“- beziehungsweise SDMA-Technologien erreicht werden. Dabei konnten 2 kooperierende LTE-Endgeräte, bestückt mit je einer Sendeantenne, gleichzeitig im selben Frequenzband Daten im Uplink übertragen. Unter Verwendung entsprechender MIMO-Algorithmen können die überlagerten Datenströme durch ihre räumliche „Distanz“ separiert werden. Mit Einsatz dieser Technologie hielt das Unternehmen Nokia Solutions and Networks den Geschwindigkeitsrekord im Downlink von 1,3 GBit/s. In: nokiasiemensnetworks.com, 28. Juni 2012 (englisch).
Auf dem GSMA Mobile World Congress in Barcelona zeigte Ericsson 2008 erstmals eine Ende-zu-Ende-Verbindung mit LTE auf kompakten Mobilgeräten. Es wurden Datenraten von 25 MBit/s im Uplink und Downlink demonstriert. Im März 2008 wurden in einem Feldtest von NTT DOCOMO 250 Mbps demonstriert., NTT DoCoMo Achieves. Ende 2008 wurde von LG ein LTE-Chip vorgeführt, welcher Datenraten von 60 Mbps erreicht, was etwa dem Achtfachen der HSDPA-Cat8-Datenrate von 7,2 Mbps entspricht., Allround-pc.com, 19. Dezember 2008.
Der Plan der 3GPP-Standardisierung war es, Ende 2009 den ersten kommerziellen Standard zu verabschieden. Nach Inter-Operability-Tests und weiteren Feldtests 2009 wurde für 2010 der Aufbau der ersten Netze erwartet.
Am 14. Dezember 2009 wurden die ersten kommerziellen LTE-Netzwerke von TeliaSonera in Stockholm und Oslo in Betrieb genommen. In der ersten Ausbaustufe erreichten sie eine Downstream-Datenrate von 100 MBit/s und eine Upstream-Datenrate von 50 MBit/s. Im Laufe des Jahres 2010 sollten durch TeliaSonera die 25 größten schwedischen und vier größten norwegischen Städte mit LTE-Netzen versorgt werden. Im März 2012 versorgte TeliaSonera bereits 100.000 Nutzer mit LTE.
In Deutschland ging die Versteigerung der zur Nutzung für LTE geplanten Frequenzlizenzen Ende Mai 2010 zu Ende. Die deutschen Netzbetreiber gaben insgesamt 4,4 Milliarden Euro für die Lizenzen aus. Die drei Netzbetreiber Telekom Deutschland, Vodafone und Telefónica Germany (O2) starteten anschließend Tests, um Erfahrungen mit dem Betrieb von LTE zu gewinnen.
Am 30. August 2010 nahm die Deutsche Telekom den ersten LTE-Sendemast in Kyritz (Landkreis Ostprignitz-Ruppin) in Betrieb. In Österreich nahm die Mobilkom Austria am 19. Oktober 2010 in Wien sowie T-Mobile Austria in Innsbruck den kommerziellen LTE-Betrieb auf.
Vodafone bot seit dem 1. Dezember 2010 als erster deutscher Mobilfunk-Netzbetreiber LTE für Endkunden in Kombination mit einem LTE-Surfstick an. Seit dem 15. März 2011 bot Vodafone auch LTE-Tarife mit Telefonie / Telefonanschluss an, es handelte sich dabei um Voice-over-IP. Vodafone und die Deutsche Telekom veröffentlichten seit April 2011 detaillierte Informationen über die mit LTE versorgten Gebiete in ihren LTE-Netzabdeckungskarten.LTE-Netzabdeckungskarten: Telekom-Karte, abgerufen am 12. Mai 2016. Die Einführung von LTE in Ballungsgebieten und Großstädten war ab Sommer / Herbst 2011 geplant. Köln wurde als erste Stadt seit Juli, Düsseldorf seit September 2011 mit LTE versorgt.Düsseldorf und Köln mit LTE, ltemap.de, 2. September 2011. Die Telefónica Germany startete mit der Marke O2 ihr Angebot Anfang Juli 2012 in den ersten Großstädten Dresden und Nürnberg.O2 startet LTE-Betrieb, internetanbieter.info, 21. Juni 2012.
Ende 2012 hatte die Deutsche Telekom mit LTE um 1800 MHz 100 Städte in Deutschland erschlossen. In diesen Gebieten war es möglich, mit bis zu 100 Mbit/s mobil im Internet zu surfen, während mit 800 MHz ländliche Gebiete versorgt wurden. Seit 2015 wurde LTE zudem in einer Hybrid Access Technik zur Verbesserung der Bandbreite von Festnetzanschlüssen in ländlichen Regionen eingesetzt.
Vodafone versorgte 160 größere Städte mit LTE im 800-Megahertz-Spektrum. Im September 2013 erreichte Vodafone bundesweit mit 5.600 Basisstationen eine Netzabdeckung von 66 Prozent. Im Mai 2015 gab es bekannt, mit seinem LTE-Netz 77 % der Bevölkerung sowie über 73 % der deutschen Fläche zu erreichen.Mehr als 70 % des Netzes modernisiert, Vodafone, 26. Mai 2015.
O2 versorgte bis Mitte 2013 etwa 11 größere Ballungsräume mit LTE und benutzte dabei die Frequenzen um 800 MHz, die vereinzelt um LTE-Zellen im 2600-MHz-Bereich ergänzt wurden. Mittelfristig wollte O2 ein deutschlandweites LTE-Netz auf 800 MHz aufbauen. Im Jahr 2013 war die Einführung von Voice over LTE (VoLTE) geplant. O2 nutzte das Glasfasernetz der Telekom, um die Daten aus dem LTE-Netz weiterzutransportieren.Interview mit Markus Oliver Göbel, Telefónica Deutschland, abgerufen am 29. Mai 2013.
Für das Jahr 2013 planten sowohl die Deutsche Telekom, Vodafone als auch O2 ihr LTE-Netz weiter auszubauen. Ab März 2014 wurde LTE für alle Kunden im E-Plus-Netz freigeschaltet.E-Plus startet Anfang März mit LTE für alle Prepaid- und Vertrags-Kunden, teltarif.de, 20. Februar 2014. Ende Juni 2016 schaltete Telefónica das LTE-Netz des von ihr übernommenen E-Plus wieder ab und begann mit der Abrüstung.LTE von E-Plus: Telefónica schaltet Netz sukzessive ab.
Vodafone kündigte für die zweite Hälfte 2013 die Erweiterung des LTE-Netzes um die Unterstützung der Category 4 GeräteLTE UE Category and Class Definitions. radio-electronics.com. Abgerufen am 30. August 2013. (kurz LTE Cat4) an. Damit sollten bei entsprechenden Endgeräten Download-Geschwindigkeiten von bis zu 150 MBit/s möglich sein. Zunächst sollten die Basisstationen in Düsseldorf, Dortmund, Dresden und München entsprechend aufgerüstet werden. Mitte November 2013 starteten O2 und Vodafone unabhängig voneinander erste Feldexperimente mit LTE Category 6 in ihren Netzen, wodurch eine maximale Download-Geschwindigkeit von 225 MBit/s erreicht werden sollte. Während O2 eine LTE-Funkzelle in München mit der neuen Technologie ausrüstete, stellte Vodafone im Umfeld der Technischen Universität Dresden LTE-Advanced mit Carrier Aggregation bereit.
Voice over LTE mini|VoLTE-Telefonat auf einem iPhone
Voice over LTE, kurz VoLTE, bezeichnet die paketbasierte Telefonie über das IP Multimedia Subsystem im LTE-Netz. In der Anfangsphase wurde LTE als reiner Datendienst eingeführt, Telefonie war vorerst nicht geplant. In Deutschland führte Mitte März 2015 Vodafone Deutschland als erster Netzbetreiber den Telefoniedienst im Netz der vierten Generation ein. Kurz darauf folgte Telefónica mit der Unterstützung ihrerseits im O2-Netz. Als letzter Netzbetreiber führte die Telekom Deutschland Anfang 2016 den Dienst ein.
Die Vorteile der VoLTE-Technologie liegen in einem zügigen Gesprächsaufbau und der Möglichkeit, die Sprachqualität durch breitbandige Codecs wie AMR-WB (Vermarktung als HD-Voice) oder EVS im Vergleich zur Telefonie über GSM oder UMTS zu steigern. Auf Seiten der Netzbetreiber kann das Spektrum effizienter genutzt werden; bei gleichzeitiger Steigerung der Qualität.
+ Vergleich von Rufaufbauzeiten Technologie GSM/UMTS LTE (CSFB) VoLTE WiFi Calling Paket-basiert nein ja Rufaufbauzeit 5,47 s 8,8 s 1,96 s 1,18 s
CSFB Unterstützt ein Gerät kein VoLTE, befindet sich aber zum Zeitpunkt des Initiierens oder Annehmens eines Telefonates im LTE-Netz, so wird ein sogenannter Circuit Switched Fallback (CSFB) vollzogen. Dem UE wird im Layer3 mitgeteilt wohin es wechselt soll, z. B. in ein verfügbares GSM-, UMTS-Netz, um dort den Anruf „anzunehmen oder abzusetzen“. Dies kostet Zeit, weswegen die Rufaufbauzeiten bei einem CSFB drastisch ansteigen (siehe Tabelle).
Notrufe In Deutschland war es anfangs nicht möglich, Notrufe über VoLTE abzusetzen. Die Endgeräte erkannten, dass ein Notruf abgesetzt werden sollte, und wechselten automatisch nach GSM bzw. UMTS (CSFB). Inzwischen ist entsprechende Technik nachgerüstet (Telekom und Telefonica seit 2016; Vodafone später) (ETSI TS 124 008).
Technische Daten Gängige LTE-Kategorien und Datenraten