LTE steht für Long Term Evolution und bezeichnet einen Mobilfunkstandard der vierten Generation, der oft als 4G vermarktet wird. Die Technologie ermöglicht drahtlose Breitband-Internetverbindungen mit deutlich höheren Geschwindigkeiten als die Vorgängertechnologien UMTS und HSPA. LTE nutzt moderne Funkverfahren wie OFDMA und MIMO, um Daten effizienter zu übertragen und mehrere Nutzer gleichzeitig zu versorgen. In der Praxis erreichen LTE-Verbindungen Download-Geschwindigkeiten zwischen 10 und 300 Mbit/s, je nach Ausbaustufe und Netzauslastung. Für Privatkunden ist LTE nicht nur als mobile Internetlösung im Smartphone relevant, sondern dient zunehmend auch als vollwertiger Festnetzersatz, besonders in ländlichen Gebieten ohne Glasfaser- oder Kabelanschluss. Die Technologie arbeitet in verschiedenen Frequenzbereichen zwischen 800 MHz und 2600 MHz, wobei niedrigere Frequenzen größere Reichweiten erzielen, höhere Frequenzen dagegen mehr Kapazität bieten. Obwohl mittlerweile 5G als Nachfolger verfügbar ist, bleibt LTE die wichtigste Breitband-Funktechnologie für Millionen Haushalte und mobile Nutzer.
Technische Funktionsweise von LTE
LTE basiert auf einem paketorientierten IP-Netzwerk und nutzt ausschließlich Datenpakete für sämtliche Kommunikation, einschließlich Telefonie über VoLTE (Voice over LTE). Die Funkübertragung erfolgt mittels OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) im Downlink und SC-FDMA (Single Carrier Frequency Division Multiple Access) im Uplink. Diese Verfahren teilen die verfügbare Bandbreite in viele schmale Unterträger auf, die gleichzeitig genutzt werden können. Dadurch lassen sich Störungen besser kompensieren und die Spektrumseffizienz steigt erheblich. MIMO-Technologie (Multiple Input Multiple Output) verwendet mehrere Sende- und Empfangsantennen gleichzeitig, um den Datendurchsatz zu vervielfachen. Moderne LTE-Stationen arbeiten mit 2x2-, 4x4- oder sogar 8x8-MIMO-Konfigurationen. Die Basisstationen, eNodeB genannt, kommunizieren direkt mit dem Kernnetz ohne zusätzliche Controller-Ebene, was die Latenzzeiten auf typisch 20 bis 50 Millisekunden senkt. Die Modulation passt sich dynamisch an die Funkbedingungen an, von robustem QPSK bei schlechtem Empfang bis zu effizientem 256-QAM bei optimalen Bedingungen.
LTE-Kategorien und Geschwindigkeitsstufen
LTE existiert in verschiedenen Ausbaustufen, die als Kategorien bezeichnet werden. LTE Cat 3 unterstützt bis zu 100 Mbit/s im Download, LTE Cat 4 erreicht 150 Mbit/s und ist in den meisten Smartphones Standard. LTE Cat 6, oft als LTE Advanced vermarktet, ermöglicht durch Carrier Aggregation bis zu 300 Mbit/s, indem mehrere Frequenzbänder gebündelt werden. Höhere Kategorien wie Cat 12 bis Cat 16 schaffen theoretisch 600 bis 1000 Mbit/s, erfordern aber entsprechende Netzinfrastruktur und Endgeräte. Die Upload-Geschwindigkeiten liegen typischerweise bei 10 bis 50 Mbit/s, je nach Kategorie auch höher. Für stationäre Internetlösungen werden meist spezielle LTE-Router eingesetzt, die externe Antennen unterstützen und mehrere Geräte per WLAN oder LAN versorgen. Die tatsächlich erreichbare Geschwindigkeit hängt stark von der Entfernung zum Sendemast, der Netzauslastung, dem genutzten Frequenzband und möglichen Volumenbegrenzungen des Tarifs ab. In Stoßzeiten kann die verfügbare Bandbreite deutlich sinken, da sich alle Nutzer einer Funkzelle die Kapazität teilen.
Frequenzbänder und Reichweite
LTE wird in Deutschland hauptsächlich in vier Frequenzbereichen betrieben. Das 800-MHz-Band (Band 20) bietet die größte Reichweite von bis zu 10 Kilometern pro Sendemast und durchdringt Gebäude gut, bietet aber weniger Kapazität. Es wurde gezielt für die Versorgung ländlicher Regionen lizenziert. Das 1800-MHz-Band (Band 3) stellt einen Kompromiss zwischen Reichweite und Kapazität dar und wird in städtischen und ländlichen Gebieten gleichermaßen genutzt. Das 2600-MHz-Band (Band 7) liefert hohe Datenraten bei geringerer Reichweite von etwa 1 bis 3 Kilometern und kommt vor allem in dicht besiedelten Gebieten zum Einsatz. Zusätzlich nutzen Netzbetreiber das 900-MHz- und 2100-MHz-Spektrum für LTE-Erweiterungen. Durch Carrier Aggregation können mehrere Frequenzbänder gleichzeitig genutzt werden, was die Geschwindigkeit multipliziert. Für optimalen Empfang in Gebäuden empfehlen sich LTE-Router mit externen Richtantennen, die gezielt auf den nächsten Sendemast ausgerichtet werden können. Die Signalstärke wird in dBm gemessen, wobei Werte über -80 dBm als gut gelten.
Praktische Einsatzszenarien und Bedeutung
Für Privathaushalte ohne kabelgebundenen Breitbandanschluss stellt LTE oft die einzige Möglichkeit dar, Geschwindigkeiten jenseits von 16 Mbit/s zu erreichen. Spezielle Homespot-Tarife bieten höhere oder unbegrenzte Datenvolumen für die stationäre Nutzung, sind allerdings meist teurer als mobile Tarife. Die Technologie eignet sich gut für Streaming, Videokonferenzen und Cloud-Anwendungen, sofern ausreichend Volumen verfügbar ist. Mobile LTE-Nutzung im Smartphone ist mittlerweile Standard und ermöglicht unterbrechungsfreies Surfen auch unterwegs. Geschäftskunden nutzen LTE als Backup-Verbindung für kritische Anwendungen oder für temporäre Standorte. Die niedrigen Latenzen machen LTE auch für zeitkritische Anwendungen wie Online-Gaming grundsätzlich geeignet, wobei die Stabilität nicht immer an kabelgebundene Verbindungen heranreicht. In ländlichen Regionen hat LTE die digitale Teilhabe erheblich verbessert und die Lücke zwischen Stadt und Land verkleinert.
Grenzen und Übergang zu 5G
Trotz der Leistungsfähigkeit hat LTE auch Einschränkungen. Die geteilte Bandbreite führt bei vielen gleichzeitigen Nutzern zu spürbaren Geschwindigkeitseinbußen, besonders abends in Wohngebieten. Volumenbegrenzungen in vielen Tarifen schränken die Nutzung ein, nach Verbrauch des Inklusivvolumens wird die Geschwindigkeit oft auf 1 bis 2 Mbit/s gedrosselt. Die Funkverbindung ist anfälliger für Störungen durch Wetter, Hindernisse oder Gebäudedämpfung als Kabelverbindungen. Bei der Anbieterwahl sollten Kunden auf die Netzabdeckung am Wohnort achten, die sich zwischen den Netzbetreibern deutlich unterscheiden kann. Verfügbarkeitskarten im Internet geben erste Anhaltspunkte, Testphasen ermöglichen eine realistische Einschätzung. Der Nachfolgestandard 5G bietet höhere Geschwindigkeiten und niedrigere Latenzen, ist aber noch nicht flächendeckend verfügbar. LTE wird noch viele Jahre parallel zu 5G betrieben und bleibt die Basistechnologie für mobile Breitbandversorgung. Für die meisten Anwendungsfälle reicht LTE vollkommen aus, während 5G vor allem für industrielle Anwendungen und besonders datenintensive Dienste relevant wird.