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10. Juli 2012 00:01 Uhr

Technologie

LTE: Datenturbo fürs Mobilnetz

Highspeed fürs Handy: Der neue Mobilfunkstandard LTE soll die Geräte endlich richtig in Schwung bringen – auch in den Tiefen des Schwarzwalds.

Goldgräberstimmung macht sich wieder in der Mobilfunkbranche breit. Hatte der Riesenerfolg des vor 20 Jahren eingeführten D-Netzes die Betreiber noch überrascht, und sorgte die schleppende Akzeptanz des Nachfolgers UMTS anfangs für Enttäuschung, so wollen die Provider Telekom, Vodafone und O₂ mit dem neuen Mobilfunkstandard LTE nun alles richtig machen. Sie rüsten derzeit ihre Basisstationen um, erste Endgeräte sind auch schon auf dem Markt erhältlich.

Was die Firmen indes richtig glücklich macht: Die Kunden kriegen von den Datendiensten nicht genug. E-Mail, Internetsurfen, Youtube-Schauen und online spielen – mit ihren Smartphones und Tablet-Computern wollen die Menschen immer mehr und alles von unterwegs.

Genau diesem Grundbedürfnis von "always on" und mobilem Internet entspricht der Datenturbo LTE. Beim Download flitzen die Daten mit "in der Spitze 150 Megabit pro Sekunde. In praktischen Anwendungen sind dann vielleicht 70 bis 100 Megabit pro Sekunde erreichbar", sagt Bernd Herold vom Netzausrüster Alcatel-Lucent in Stuttgart-Zuffenhausen. Alcatel-Lucent verkauft sein Equipment in über 130 Länder, in Sichtweite des Porsche-Museums in Zuffenhausen erforscht und entwickelt das Unternehmen neue Mobilfunktechnologien.

Bevor die großen Telekommunikationsfirmen mit LTE die datenhungrige und zahlungskräftige Kundschaft in den Städten abschöpfen können, haben Bundesregierung und die Bundesnetzagentur als zuständige Behörde zur Auflage gemacht, zuerst das flache Land, Kommunen mit 5000, 20 000 und 50 000 Einwohnern mit einer Datenrate von mindestens einem Megabit pro Sekunde zu versorgen.

Damit sollen Landstriche, die gar nicht oder nur schlecht über Kabel erschlossen sind, zumindest über Mobilfunk ans Internetzeitalter angeschlossen werden. LTE sendet dort auf einer Frequenz von 800 Megahertz (MHz), die weit reicht, große Funkzellen von Durchmessern von zehn Kilometern ermöglicht, allerdings auch nur eine geringere Datenrate erlaubt. Der Netzbetreiber Vodafone hat beispielsweise 2800 Basisstationen schon aufgerüstet. "Damit decken wir 45 Prozent der Fläche ab", sagt Dirk Ellenbeck von Vodafone.

Menschen auf dem Land können über einen USB-Stick am Laptop oder einen LTE-Router im Haus mit bis zu 3,6 Megabit pro Sekunde im Internet surfen. Hochgeschwindigkeit hört sich indes anders an. Zumindest die Telekom bietet auf dem Land schon 7,2 Megabit pro Sekunde. Ländliche Gebiete waren in Sachen Breitbandversorgung und schnelles Internet eine Problemzone. "LTE hat die Menschen dort jetzt angeschlossen", sagt Hans-Jürgen Reichardt von der IHK Stuttgart. "Eine schnelle Internetverbindung ist für den Bürger und für Unternehmen so wichtig wie Straßen- und Stromnetze."

Die ländliche Minimalversorgung ist erfüllt, jetzt stürmen die Netzbetreiber die Städte – mit Angeboten für bis zu 100 Megabit pro Sekunde. Diese Woche hat die Telekom ihre Netze in den Innenstädten von Berlin, Bremen und Stuttgart offiziell in Betrieb genommen. Auch Teile von Freiburg, Karlsruhe, Mannheim und Ulm kommen schon in den Genuss von LTE. Die Telekom will hier zügig ausbauen. "100 Städte sollen es bis Ende des Jahres sein", erklärt Michael Keller, der Leiter des LTE-Ausbaus der Telekom in Bonn. Sein Unternehmen nutzt in den Städten exklusiv eine Frequenz von 1800 MHz. Diese kann die Daten schneller transportieren, aber auch nur über kürzere Distanzen als bei 800 MHz, der Frequenz in ländlichen Regionen. Auch Vodafone drängt nun in die bundesdeutschen Städte. Die Netzabdeckungskarten im Internet ändern sich ständig und zeigen eine immer dichtere Versorgung. Den Wettlauf der vier Netzbetreiber in die Städte könnte man wie folgt beschreiben: Telekom und Vodafone liefern sich ein Kopf-an-Kopf-Rennen, O₂ zieht hinterher, während E-plus von außen zuschaut, ob sich der Wettkampf überhaupt lohnt.

Im Unterschied zum D-Netz und dem Nachfolger UMTS, die noch über eigene Sprachkanäle verfügen, setzt LTE auf Datentransport analog zum sogenannten Internet-Protokoll. Sprachdaten, Webseiten, Youtube-Clips flitzen in kleinen Päckchen durch den Äther. Auch die Anbindung an das World Wide Web ist besser. Fachleute sprechen hier von sogenannten Latenzzeiten, das sind jene Verzögerungen, bis sich Internetseiten aufbauen. "Online Gaming mit UMTS verliert man immer", sagt Bernd Herold und schmunzelt. LTE ist mit Latenzzeiten von wenigen Millisekunden besser als seine Vorgänger und vergleichbar schnell wie eine DSL-Festnetzverbindung.

Mit verschiedenen Technologien schaffen es die Forscher und Entwickler immer wieder, noch höhere Datenraten zu erzielen. Ein Verfahren verteilt die Daten geschickt auf viele Teilfrequenzen, die einen höheren Durchsatz und eine bessere Kompensation von Störungen erlauben. Eine gestörte Teilfrequenz lässt sich abschalten, die Daten flitzen dann über ungestörte, benachbarte Teilfrequenzen. Und stören kann prinzipiell alles: andere elektrische Geräte, andere Handys, Basisstationen, Bäume und die Bewegung der Blätter, Häuser und Autos.

Da verblüfft es, dass mitunter sogar Störungen erwünscht sind. Erstmals arbeitet LTE mit der Mehrantennentechnik Mimo (Muliple input multiple output): Die Sende- und Empfangsantennen sind jeweils paarweise, vierfach oder achtfach im Abstand weniger Zentimeter angeordnet. "Steht man auf dem freien Feld mit direkter Sichtverbindung zum Sendemast, bringt das nichts", erklärt Herold freimütig. Bäume, Häuser, Hügel hingegen sorgen mit Reflexionen der Funkwellen für unterschiedliche Ausbreitungswege der Signale. Der Datendurchsatz steigt dann annähernd proportional zur Antennenzahl an. WLAN-Router im Haushalt nutzen beispielsweise diese Mimo-Technik schon längst.

Die stete Selbstoptimierung von Sende- und Empfangsgeräten soll auch den Energieverbrauch senken helfen. Auf Senderseite hofft Vodafone beispielsweise, die Stromkosten langfristig zu halbieren. Die Akkulaufzeiten der ersten LTE-Telefone sind laut Stiftung Warentest bescheiden. Und noch ein Manko machen die Tester aus: Surft der Nutzer auf dem Smartphone und es kommt ein Anruf an, so schaltet das Gerät von LTE auf den Sprachkanal von UMTS zurück. Erst in ein bis zwei Jahren wird es das sogenannte Voice over LTE geben, sagt Telekom-Mitarbeiter Markus Keller.

"Für die Forschung ist LTE abgeschlossen", sagt Joachim Speidel vom Institut für Nachrichtenübertragung der Universität Stuttgart. Wissenschaftler an Universitäten und in Firmenlabors arbeiten längst am Nachfolger LTE-Advanced mit einer Datenrate für den Download von 1 Gigabit pro Sekunde (1 Milliarde Bit pro Sekunde). Die Forscher wollen die Intelligenz der Netze noch weiter erhöhen. Stellen die Betreiber zwischen bestehenden LTE-Basisstationen eine neue, passen die alten ihre Sendestärke an die kleinere Zellengröße an. Bei LTE-Advanced sollen die Basisstationen noch stärker kooperieren. Dazu müssen sie auch direkt verbunden werden, was derzeit noch nicht der Fall ist. "Das kostet die Netzbetreiber Geld, da es diese verbindenden Glasfaserkabel noch nicht gibt", sagt Speidel. Hinzu kommt laut Speidel noch das sogenannte Beamforming: Die Basisstationen strahlen nicht gleichmäßig ab, sondern formen aktiv die abgestrahlten Wellen, um die Nutzer bestmöglich mit Daten zu versorgen.

In Zukunft wollen die Forscher auch stärker die Kommunikationsnetze miteinander verknüpfen, etwa LTE mit WLAN im Haushalt. Allerdings steht die große Vielzahl an drahtgebundenen und drahtlosen Techniken auch miteinander in Konkurrenz. Die LTE-Basisstation der Zukunft könnte für einen Haushalt oder eine Büroetage auf einem kleinen USB-Stick Platz finden. Die Forscher reden hier von sogenannten LTE-Mikro- oder Nanonetzen, die sich in die großen Mobilfunkzellen der Netzbetreiber einbetten lassen. Die neuen Technologien seien auch dringend benötigt, sagen Fachleute. Der Boom bei den Smartphones, der Trend zu immer mehr Applikationen des mobilen Internets brächte selbst gut ausgebaute Netze schnell an ihr Limit.

Autor: Martin Schäfer