LTE Router | 4G Router - Ein kurzer Einblick in LTE

Zu unser aller Verwirrung kursieren weitere Begriffe wie High Speed OFDM Packet Access (HSOPA), E-UTRAN (Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network, dies ist das Radionetzwerk für LTE) Super 3G oder 3.9G/4G (4G = LTE Advanced, bis zu 1GB/s).

• 10-fache Geschwindigkeit gegenüber HSPA bei Datenübertragungen
  • bis zu 100Mbit/s Download/Downlink
  • bis zu 50Mbit/s Upload/Uplink
• 10 bis 20 mal schnellerer Verbindungsaufbau als HSPA
• bessere Energieeffizienz der Endgeräte
• komplett IP-basierende Umgebung
• Koexistenz und Zusammenarbeit mit GSM/GPRS/EDGE, UMTS/HSPA/HSPA+
• ermöglicht zeitkritischen Anwendungen (z.B. IP-Telefonie, Videoübertragung, HDTV)

LTE besitzt im Vergleich zu UMTS ein rein IP basierendes, das heißt ein paketvermittelndes Kernnetz. Einzig der SMS-Dienst wird nach wie vor über Signalisierungsnachrichten abgewickelt.
Die Datenübermittlung erfolgt bei LTE nicht über einen einzigen sehr breiten Übertragungskanal (5MHz bei UMTS) sondern über viele schmale Frequenzbänder. Damit ist die Übertragungsrate einfach skalierbar und kann dem Datenaufkommen noch während einer Verbindung angepasst werden.

Long Term Evolution ist primär für die Datenübertragung gedacht. Auch wenn es durchaus möglich ist via Voice over IP (VoIP) zu telefonieren, so ist es fraglich, ob dieser Dienst in großem Umfang angenommen wird. Die mobilen GSM und UMTS Netze werden mittelfristig nicht eingestellt und übernehmen weiterhin den Sprachdienst. Der LTE Nutzer hat damit die Sicherheit, dass ihm auch bei verstärkter Nachfrage des Sprachdienstes die Bandbreite nicht beschnitten wird. Dieses Phänomen tritt bisher beispielsweise häufig bei Großveranstaltungen, an Tagen wie Sylvester oder zu Stoßzeiten in Ballungsgebieten auf.

LTE bietet hohe Datenübertragungsraten von bis zu 100-150 Mbit/s im Download und bis zu 50-75 Mbit/s im Upload. Der Schlüssel dazu sind OFDM Techniken (Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing), mit einer dynamisch Zuweisung der aktuell besten Resourcen, sowie die Antennentechnologie MIMO (Multiple-Input-Multiple-Output), die mehrere Sende- und Empfangsantennen nutzt.

Mit SC-FDMA (Single Carrier-Frequency Division Multiple Access) für den Uplink, wird ein OFDMA ähnliches Verfahren eingesetzt, das sich durch eine geringere Peak-to-Average-Power-Ratio (PAPR) auszeichnet. Durch PAPR wird eine bessere Balance zwischen Leistungsaufnahme und maximaler Datenrate erreicht, wodurch der Energieverbrauch der Endgeräte gesenkt wird.

Zusätzlich verkürzt sich auf Grund einer vereinfachten Netzarchitektur die Latenzzeit (Durchgangszeit von Signalen) erheblich. Wobei Latenzzeiten von unter 10 Millisekunden erreicht werden. Das erlaubt eine »flüssigere« Datenübertragung, was sich speziell bei zeitkritischen Anwendungen wie zum Beispiel IP-Telefonie oder Videoübertragung bemerkbar macht.

	Download/Downlink	Upload/Uplink
LTE-Netz	100 MBit/s	50 MBit/s
UMTS-Netz mit HSPA+	28 MBit/s	11,5 MBit/s
UMTS-Netz mit HSDPA & HSUPA	7,2 MBit/s	5,76 MBit/s
UMTS-Netz	384 kBit/s	128 kBit/s
GSM-Netz mit EDGE	220 kBit/s	110 kBit/s

Bei der Entwicklung von Long Term Evolution hat das 3rd Generation Partnership Projekt (3GPP) nicht nur auf die neue Funktechnik E-UTRAN gesetzt, sondern auch die Architektur des Kernnetzes EPC (Evolved Packet Core) optimiert um bessere Latenzzeiten zu erreichen. Dazu wurden die Netzelemente reduziert und mehr Intelligenz in die Basisstation, genannt eNodeB, verlagert.

In einer Basisstation sind sämtliche funkspezifischen Funktionen integriert. Wurde bei UMTS die Basisstation (NodeB) noch durch den Radio Network Controller (RNC) gesteuert, übernimmt diese Aufgabe jetzt der eNodeB selbst. Die Basisstationen können direkt miteinander kommunizieren, was zum Beispiel bei der Übergabe eines Mobiltelefons an einen benachbarten eNodeB notwendig ist. Technisch gesehen agiert der eNodeB als physikalische Brücke zwischen dem User Equipment (UE), also dem mobilen Endgerät und dem LTE Kernnetz – EPC.

Gegenüberstellung der Netzarchitekturen

Die Benutzerverwaltung bei LTE bleibt weiter in zentraler Hand. Das dafür zuständige Netzelement wird als Mobility Management Entity (MME) bezeichnet und stellt das wichtigste Steuerungselement im LTE Kernnetz dar. Die MME übernimmt dieselben Aufgaben, die bisher der Serving GPRS Support Node (SGSN) inne hatte.
Im Gegensatz dazu ist die MME nicht für die Übertragung der Nutzdaten zuständig, wodurch ein weiteres Netzelement auf dem Weg der Datenübertragung eingespart wird.

Meldet sich ein Mobilfunk Teilnehmer mit seinem Endgerät am Netz an, greift die zuständige MME auf die Teilnehmerdatenbank, den Home Subscriber Server (HSS) zu, führt die Authentifizierung durch und weist dem Nutzer einem Serving Gateway (S-GW) zu.

Das S-GW (Serving-Gateway) übernimmt die Weiterleitung der Nutzdaten von den Basisstationen (eNodeB) zum PDN-Gateway (Packet Data Network).

Die dritte Netzwerk Komponente des Kernnetzes ist das PDN-Gateway (P-GW). Es bildet die Komponente für den Übergang zum Internet oder auch zu einem Firmen Netz. Zudem ist das Gateway für die Vergabe der IP-Adressen an die Endgeräte zuständig.

LTE benutzt wie GSM und UMTS eine gemeinsame Teilnehmerdatenbank, bisher unter der Bezeichnung Home Location Register (HLR) bekannt. Für LTE wurde die Datenbank auf HSS (Home Subscriber Server) umgetauft. Für den Informationsaustausch zum HSS wird, wie bei LTE allgemein üblich, ein IP basierendes Protokoll verwendet. Eine gemeinsame Nutzung des HLR/HSS ist notwendig, um den nahtlosen Übergang zwischen den Funknetztechnologien zu gewährleisten.

Die Router-Serien C1500, C1550 und C2000 werden in Kürze mit LTE ausgestattet.
Bei dem Router C2000 sind bis zu 5 LTE Modems in einem Gerät möglich. Es ist auch möglich unsere Systeme M3000 und G5000 mit LTE auszustatten.

Auf Grund der hohen Bandbreite sind die LTE Router unter anderem optimal als Zugangs-Router mit professionellem Anspruch geeignet.

Durch Long Term Evolution ist es jetzt auch möglich mit dem »Connection Manager« breitbandige Ersatzwege (Backup) via Funkanbindung zu schalten.

Auch Fremdsysteme oder PCs können mittels des neuen, von TDT entwickelten, PCI Boards mit LTE erweitert werden.

Abkürzung	Bedeutung
3GPP	3rd Generation Partnership Projekt (Kooperation von Standardisierungsgremien, u.a. von LTE)
CS	Circuit Switched (Fallback, Sprachübertragung via GSM/UMTS)
DFTS-OFDMA	discrete Fourier transform spread-OFDM (entspricht SC-FDMA)
EDGE	Enhanced Data Rates for GSM Evolution
eNodeB	Evolved NodeB (Basisstation bei LTE)
E-UTRAN	Evolved UTRAN (LTE Funk-/Radionetz)
EPC	Evolved Packet Core (das LTE Kernnetz)
EPS	Evolved Packet System (entspricht EPC)
GGSN	Gateway GPRS Support Node
GSM	Global System for Mobile Communications (früher Groupe Spécial Mobile)
HLR	Home Location Register
HSPA	High Speed Packet Access
HSOPA	High Speed OFDM Packet Access
HSS	Home Subscription Server
IMS	IP Multimedia Subsystem (IP basierte Sprachübertragung)
IP	Internet Protocol
LTE	Long Term Evolution
MIMO	Multiple-Input-Multiple-Output
MME	Mobility Management Entity
NodeB	Basisstation im UTRAN (Basisstation bei UMTS/HSPA)
OFDM	Orthogonal Frequency-Division Multiplexing
OFDMA	Orthogonal Frequency-Division Multiplexing Access
PAPR	Peak-to-Average-Power-Ratio
PAR	Peak-to-Average-Ratio (entspricht PAPR)
PDN-GW	entspricht P-GW
P-GW	Packet Data Network Gateway
RNC	Radio Network Controler
SAE	System Architecture Evolution
SAE-GW	System Architecture Evolution Gateway (umfasst S-GW und P-GW
SC-FDMA	Single Carrier-Frequency Division Multiple Access
SGSN	Serving GPRS Support Node
S-GW	Serving Gateway
UE	User Equipment (Endgerät z.B. LTE Router, Smartphone)
UMTS	Universal Mobile Telecommunications System
UTRAN	Universal Terrestrial Radio Access Network
VoIP	Voice over IP