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Elektromagnetische Felder

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LTE – Long Term Evolution

LTE ist eine digitale Mobilfunktechnik und gilt als Nachfolger von UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Wie UMTS und dessen Erweiterungen HSPA (High Speed Packet Access) und HSPA+ wird auch LTE noch der dritten Mobilfunkgeneration (3G) zugeordnet. Manchmal wird für LTE deshalb die Bezeichnung 3.9G verwendet. Erst die Weiterentwicklung LTE-Advanced erfüllt alle Anforderungen, die von den Standardisierungsgremien an eine Mobilfunktechnik der vierten Generation (4G) gestellt werden. LTE ist in Deutschland seit Ende 2010 verfügbar, die Einführung von LTE-Advanced hat Ende 2014 begonnen.

LTE ist eine Breitbandtechnologie und trägt zu einer flächendeckenden Versorgung mit Breitbanddiensten bei (siehe Breitbandstrategie der Bundesregierung).

Frequenzen

In Deutschland wird LTE in drei Frequenzbändern betrieben. Die genutzten Frequenzen liegen um 800, 1800 und 2600 MHz. Der Frequenzbereich um 800 MHz wurde vor der Einführung von LTE für die terrestrische Ausstrahlung von Fernsehprogrammen genutzt. Die Umwidmung der Frequenznutzung ist mit dem Begriff der „Digitalen Dividende“ verbunden. Der Frequenzbereich um 1800 MHz wurde bereits früher für den Mobilfunk genutzt (GSM1800). Nur die Nutzung des Frequenzbandes um 2600 MHz ist neu für den Mobilfunk.

Absehbar ist, dass LTE zukünftig auch in Frequenzbereichen betrieben wird, für die im Jahr 2015 neue Lizenzen versteigert wurden. Hierzu gehören Frequenzen im 700-Megahertz-Bereich, die durch die Umstellung der Rundfunkausstrahlung auf DVB-T2 ab 2017 schrittweise für mobiles Breitband frei werden ("Digitale Dividende II"). Darüber hinaus wurden Frequenzbereiche um 900 und 1800 Megahertz versteigert, die bereits vorher für den Mobilfunk genutzt wurden und in denen nun ebenfalls LTE betrieben werden kann (Spectrum Refarming). Hinzu kommen neue Lizenzen für Frequenzen knapp unterhalb von 1500 MHz.

Auch im Frequenzbereich um 2000 MHz, für den bereits im Jahr 2010 Lizenzen versteigert wurden, kann LTE betrieben werden. Aktuell wird der Bereich für UMTS bzw. HSPA/HSPA+ genutzt.

Funktionsweise

Wie bei der GSM- und UMTS-Mobilfunktechnik werden die mit Mobilfunkangeboten zu versorgenden Gebiete in sogenannte Funkzellen eingeteilt. In den Funkzellen stellen ortsfeste Funksendeanlagen (Basisstationen) die Versorgung sicher. Die Basisstationen fungieren mit ihren Antennen als Sender und Empfänger von hochfrequenten elektromagnetischen Feldern, über die die drahtlose Kommunikation mit den Endgeräten der Kunden abgewickelt wird.

Ähnlich wie bei den vorangegangenen Ausbaustufen der Mobilfunknetze ist mit LTE vor allem eine Steigerung der Übertragungsraten möglich. LTE-Netze sind für datenintensive Dienste (HD Videostreaming, Telemedizin, Datensynchronisation etc.) prädestiniert. Die Datenübertragung erfolgt wie im kabelgebundenen Internet ausschließlich paketorientiert, was im Vergleich mit anderen Mobilfunktechniken besonders kurze Reaktionszeiten (Latenzzeiten) ermöglicht und zum Beispiel beim Aufrufen von Internetseiten oder beim Spielen von "Online-Games" Vorteile bietet. Auch Sprachtelefonie über LTE ist möglich.

Kanalzugriffsverfahren

Die Informationsübertragung in LTE-Netzen kommt wie bei UMTS ohne das aus dem GSM-Standard bekannte starre Zeitschlitzverfahren aus. Im Unterschied zu UMTS sind in LTE noch größere und flexiblere Kanalbandbreiten (bis 20 MHz, bei LTE-Advanced durch Zusammenfassung von Kanälen bis 100 MHz) und damit höhere Datenübertragungsraten möglich. Für die Aufteilung der Übertragungskapazität auf gleichzeitig in einer Funkzelle aktive Nutzer muss deshalb ein anderes Verfahren als bei UMTS verwendet werden.

LTE verwendet in der Basisstation Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access (OFDMA) als Kodierungs- und Zugriffsverfahren und Single Carrier Frequency Division-Multiplexing Access (SC-FDMA) auf Seiten der Endgeräte. Beide Verfahren sind mit dem OFDM-Verfahren vergleichbar, das auch für WLAN, DVB -T oder WiMAX verwendet wird, und stellen unter Strahlenschutzgesichtspunkten somit keine wesentliche Neuerung dar. Die Verfahren OFDM und OFDMA sind unter anderem in einem im Auftrag des BfS durchgeführten Forschungsvorhaben zum Thema WiMAX beschrieben (siehe Abschlussbericht Teil I, Seite 29 folgende).

Modulationsverfahren

Die verschiedenen für LTE verwendeten Modulationsverfahren sind aus anderen Funkanwendungen bereits bekannt und stellen ebenfalls keine Neuerung dar.

Duplexverfahren

Um die von der Basisstation gesendeten Daten von den vom Endgerät gesendeten zu trennen, wird Frequenzduplexing genutzt, das heißt für die Verbindung von der Basisstation zum Endgerät wird ein anderes Frequenzband verwendet als für die Gegenrichtung. Eine Alternative ist das sogenannte Zeitduplexverfahren, bei dem für beide Verbindungsrichtungen zeitlich abwechselnd das gleiche Frequenzband genutzt wird und das Signal stärker gepulst ist. Es wird aber in Deutschland bislang nicht verwendet.

Sendeleistungen von Basisstationen und Endgeräten

Die maximale Sendeleistung einer LTE-Basisstation hängt unter anderem von der Größe der zu versorgenden Mobilfunkzelle ab. Typischerweise betragen die Sendeleistungen zwischen 20 und 50 Watt pro Antenne. Wie bei GSM und UMTS werden oftmals von einem Standort aus drei Sektoren, die einen Winkel von 120° einschließen, mit jeweils einem Kanal versorgt.

Häufig wird auf der Basisstationsseite von einer neuen Technik, der sogenannten MIMO-Antennentechnik (Multiple Input Multiple Output) Gebrauch gemacht. Hierbei werden Signale mit gleichem Informationsinhalt über zwei verschiedene Antennen abgestrahlt. Damit werden größere Bandbreiten und eine schnellere Datenübertragung erreicht.

Die maximale Sendeleistung von LTE-Endgeräten beträgt 200 Milliwatt. Je nach Qualität der Funkverbindung zur Basisstation können die Geräte die aktuelle Sendeleistung theoretisch bis auf 0,1 Mikrowatt reduzieren.

Stand: 25.04.2016

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