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  Long-Term-Evolution

Long Term Evolution (LTE) ist ein neuer Mobilfunkstandard der als Nachfolger des UMTS/HSDPA Standards gilt.

Begründer des LTE Standards: 3GPP
LTE wurde vom 3GPP (3rd Generation Partnership Project) entwickelt und wird seit seiner Entstehung  auch unter den Bezeichnungen 3GPP Long Term Evolution, Evolved-UTRAN, High Speed OFDM Packet Access (HSOPA) oder Super 3G geführt, da das Konzept lange Zeit unvollendet war. 3GPP wurde 1998 gegründet um, ausgehend von GSM,  neue Mobilfunkstandards zu entwickeln. Von 3GPP wurden die Standards GSM, UMTS, EDGE, UTRAN (Universal Terrestrial Radio Access Network), GPRS und FOMA erarbeitet.  3GPP besteht aus 5 Partnern (Organizational Partners): European Telecommunication Standards Institute, Alliance for Telecommunications Industry Solutions (USA), Association of Radio Industries and Businesses (Japan),  Telecommunications Technology Association (Süd Korea), Telecommunications Technology Committee (Japan). Hin zu gestossen ist die China Communications Standards Association. 

Technische Grundlagen: SIMO, MIMO
Ein Vorläufer von LTE war HSOPA von Nortel Networks (High Speed OFDM Packet Access). Darin kommt schon zum Ausdruck, dass LTE die Technologie Orthogonal Frequency Division Multiplexing oder OFDM verwendet.  Weiterhin zum Einsatz kommt eine Technologie aus der Nachrichtentechnik zur Nutzung mehrerer Empfangsantennen im Mobilfunk: MIMO (Multiple Input, Multiple Output). MIMO geht über den Effekt von SIMO hinaus. SIMO  (Smart Antennas) nutzt den Effekt der räumlichen Diversität: durch die Nutzung mehrerer Empfangskomponenten kann der negative Fading-Effekt verringert werden.

Fading
Fading entsteht bei der Ausbreitung der Mobilfunkwellen  durch Reflexionen die eine Ausbreitung der Wellen auf verschiedenen Wegen auslösen und durch destruktive Interferenzen bei der Empfangskomponente die Auslöschung von Signalen bedeuten kann. Bei Verwendung mehrerer Empfangsantennen  die räumlich getrennt sind, kann bei einer Empfangssituation mit vermehrter Mehrwegeausbreitung das Fading verringert werden, da das Fading an jeder Empfangskomponente statistisch unabhängig ist und die Wahrscheinlichkeit, dass alle Empfangskomponenten  vom Fading betroffen sind sehr niedrig ist. Dieser Diversitätsgewinn ergibt sich aus der räumlichen Diversität der Antennen (Spatial Diversity). Er ist jedoch begrenzt, da sehr schnell mit wachsender Anzahl von Antennen ein Sättigungseffekt eintritt. 

Der MIMO Effekt
Der MIMO-Effekt nutzt das Prinzip des Raummultiplex (Spatial Multiplexing): man arbeitet mit einer Kanalmatrix aus mehreren sendenden und empfangenden Kanälen die in einen resultierenden Gesamtkanal münden.  Die verschiedenen Kanäle können mit derselben Frequenz belegt werden. Dabei wird die Leistung des Senders auf die verschiedenen Antennen aufgeteilt.  In einem System mit vielen Nutzern kann ein Vielfachzufriffsverfahren eingesetzt werden um die Signale der einzelnen Nutzer voneinander zu trennen.  Wenn z.B. mehrere Sende- und Empfangseinheiten vorhanden sind, kann ein Bitstrom in entsprechend viele seperate Bitströme aufgeteilt werden, seien es z.B. 6. Diese Bitströme werden parallel übertragen und vom Empfänger als Summensignal empfangen.  Damit der Bitstrom auf der Empfangsseite decodiert werden kann muss ein lineares Gleichungssystem mit vielen Unbekannten für, in diesem Fall 6 Gleichungen, gelöst werden. Das funktioniert nur, wenn diese 6 Gleichungen linear unabhängig zu einander sind.  Für die Kanäle bedeuted dies physikalisch, dass sie unterschiedlich sein müssen. Dies ist in Mobilfunkumgebungen mit Mehrwegeausbreitung auch der Fall. Dadurch kann das Mobilfunksystem in diesem Fall die sechsfache Datenmenge  übertragen, ohne dass dies zuätzliche Bandbreite erfordert.

Vorteile von LTE
LTE unterstützt verschiedene Bandbreiten zwischen 1 und 20 MHz und kann wegen seiner geringen Latenzzeiten auch für VoIP eingesetzt werden. Durch OFDM und den Einsatz  mehrerer Unterträger ist eine einfache Skalierbarkeit der Bandbreite gegeben. Weiterhin möglich ist Videotelefonie und Online-Gaming.  Bei 20 MHz oder 1200 Unterträgern ist eine Übertragungsgeschwindigkeit von 300 Mbps im Download und 75 Mbps im Upload möglich. Die Latenzzeiten sind dabei unter 5 ms.  Die LTE Technologie wird gegen 2010/2011 verfügbar sein, in Deutschland wurden die Lizenzen bereits versteigert. Erste Implementierungen der Technologie wurden in Stockholm und Oslo durchgeführt.  LTE ist ca. um den Faktor 15 bis 20 mal schneller als das UMTS/HSDPA und damit sogar schneller als viele bestehende DSL-Anschlüsse.               
Siehe auch:    GSM   HSCSD   UMTS   HSDPA