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Definition Was ist LTE Advanced Pro (LTE-AP / 4,5G)?

LTE Advanced Pro, auch 4,5G genannt, ist eine Erweiterung des LTE-Standards und ein Zwischenschritt auf dem Weg zu 5G-Mobilfunknetzen. Die Technik ermöglicht dank Features wie Carrier Aggregation, MIMO und 256QAM Übertragungsraten im Gigabitbereich und reduziert die Latenzzeiten.

Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
Die wichtigsten IT-Fachbegriffe verständlich erklärt.
(Bild: © aga7ta - stock.adobe.com)

4,5G ist keine offizielle Bezeichnung einer Mobilfunktechnik. Das Kürzel steht für die Erweiterung des Mobilfunkstandards der vierten Generation (4G). Der Name der Erweiterung lautet LTE Advanced Pro. 4,5G verdeutlicht den fließenden Übergang von der 4G- auf die 5G-Mobilfunktechnik und stellt einen Zwischenschritt auf dem Weg dorthin dar.

Genormt ist LTE Advanced Pro vom 3rd Generation Partnership Project (3GPP). Ab dem 3GPP-Release 13 wird die Technik üblicherweise als LTE Advanced Pro bezeichnet. Eine häufig verwendete Abkürzung lautet LTE-AP. Technisch bringt 4,5G einige Neuerungen und Verbesserungen wie Carrier Aggregation (CA), 256QAM oder MIMO-Mehrantennentechnik mit. Diese ermöglichen Übertragungsraten im Gigabitbereich und reduzieren die Latenz auf Zeiten von nur noch circa zehn Millisekunden.

LTE Advanced Pro ist abwärtskompatibel zu LTE und LTE Advanced. Mobilfunkbetreiber können die Technik mit relativ geringem Aufwand durch Anpassung ihrer vorhandenen LTE-Technik und durch Softwareerweiterungen einführen. Endgeräte, die die Möglichkeiten von 4,5G nutzen sollen, müssen einer bestimmten Gerätekategorie wie CAT12 entsprechen.

Aktuell (Stand 2019) haben in Deutschland bereits mehrere Provider 4,5G aktiv im Einsatz. Schon heute unterstützt die Technik viele Merkmale der zukünftigen Mobilfunknetze der fünften Generation (5G). Typische Anwendungsbereiche sind datenintensive mobile Anwendungen, Virtual Reality, autonomes Fahren, Vehicle-to-Vehicle- und Vehicle-to-Everything-Kommunikation oder das Internet der Dinge (Internet of Things, IoT).

Die Bedeutung der LTE-Release-Versionen und Gerätekategorien

Seit der Einführung von LTE hat sich der Standard kontinuierlich weiterentwickelt. Es handelt sich bei Long Term Evolution nicht um einen einmalig festgeschriebenen Standard, sondern um eine stetig verbesserte mobile Kommunikationstechnik. Die Normierung von LTE erfolgt über die so genannten LTE-Release-Versionen, die von dem 3GPP-Gremium veröffentlicht werden. Übliche LTE-Mobilfunknetze, wie sie ab dem Jahr 2010 auch in Deutschland installiert wurden, erfüllten LTE-Release-Versionen wie Release 8. Ab dem Release 10 wird LTE auch als LTE Advanced bezeichnet. LTE Advanced Pro beginnt ab dem Release 13. Die Releases 14 und 15 bringen LTE immer näher an die Mobilfunktechnik der fünften Generation heran und sorgen für einen möglichst nahtlosen Übergang.

Für die Unterstützung der verschiedenen Standards LTE, LTE Advanced und LTE Advanced Pro durch die Endgeräte ist die so genannte Gerätekategorie von Bedeutung. Geräte der Kategorie CAT3 und CAT4 unterstützen die ersten LTE-Versionen bis Release 8. Ab LTE Advanced sind Geräte der Kategorie CAT6 notwendig. Endgeräte der Kategorie CAT12 sind in der Lage, Leistungsmerkmale von LTE Advanced Pro zu nutzen. Erfüllt ein Gerät die notwendige Kategorie nicht, ist es dennoch im LTE-Netz nutzbar, fällt aber auf das Leistungsvermögen eines niedrigeren LTE-Releases zurück.

LTE Advanced – die Grundlage für LTE Advanced Pro

LTE Advanced, abgekürzt LTE-A oder LTE+ stellt viele technische Grundlagen für LTE Advanced Pro zur Verfügung und ist dessen Vorgänger. Veröffentlicht wurden die Funktionen für LTE Advanced in der LTE-Release-Version 10 aus dem Jahr 2011. Die zugehörige Gerätekategorie ist CAT6. Mit LTE Advanced ist es erstmals möglich, Frequenzbereiche verschiedener Abschnitte des verfügbaren Spektrums zu bündeln. Diese Technik wird als Carrier Aggregation bezeichnet und ist ein elementarer Bestandteil von LTE-AP und 5G-Netzen. Die wichtigsten technischen Merkmale von LTE Advanced sind:

  • Abwärtskompatibilität zu LTE
  • Carrier Aggregation
  • MIMO-Mehrantennentechnik mit bis zu acht Sende- und Empfangseinheiten (8x8 MIMO)

Die Bedeutung von Carrier Aggregation für die 4,5G- und 5G-Mobilfunktechnik

Carrier Aggregation erlaubt in Mobilfunknetzen erstmals, mehrere unterschiedliche Frequenzbereiche zu bündeln. Dies ist sogar über spektral voneinander getrennte Bereiche verschiedener Bänder hinweg möglich. Die Träger aus den verschiedenen Bändern lassen sich logisch zu einer virtuellen Bandbreite zusammenfassen. Die nutzbare Bandbreite wird vergrößert und die maximal mögliche Übertragungsrate steigt.

LTE Advanced erlaubt bereits die Bündelung von bis zu fünf 20-MHz-Trägern zu einer aggregierten virtuellen Gesamtbandbreite von 100 MHz. Die Bündelung arbeitet dynamisch und skaliert abhängig vom jeweiligen Bedarf innerhalb von wenigen Millisekunden. Netzseitig steuern Scheduler die Verteilung der Daten auf die einzelnen Träger. Die Scheduler berücksichtigen Kriterien wie die Auslastung, Quality of Service (QoS) oder Zustände der Übertragungskanäle. LTE-AP erweitert die Möglichkeiten der Carrier Aggregation auf die Bündelung von bis zu 32 Trägern zu einer aggregierten virtuellen Bandbreite von 640 Megahertz.

Die wichtigsten technischen Merkmale von LTE Advanced Pro

Durch die Verwendung von 256QAM, MIMO-Mehrantennentechnik und Carrier Aggregation verbessert LTE Advanced Pro die spektrale Effizienz der zur Verfügung stehenden Funkfrequenzen. Die Kapazität einer 4,5G-Funkzelle wird beträchtlich gesteigert, ohne dass neue Frequenzbänder benötigt werden. 256QAM erlaubt die Übertragung zusätzlicher Bits pro Symbol und MIMO schafft die Möglichkeit, parallele Sende- und Empfangssignale für die Übertragung der Daten zu verwenden. Beamforming erlaubt zudem die räumlich gerichtete Übertragung. Darüber hinaus führt LTE Advanced Pro erstmals das Konzept des License Assisted Access für die gleichzeitige Verwendung von lizenzierten und unlizenzierten Spektren ein.

Weitere technische Merkmale von LTE Advanced Pro sind:

  • Möglichkeit der Multicast- und Broadcast-Übertragung
  • verbesserte Device-to-Device-Kommunikation
  • verbesserte Indoor-Positionierung
  • Mission Critical Push to Talk (MCPTT)

Vorteile durch den Einsatz von 4,5G für Anwender und Netzbetreiber

Die große Palette von technischen Features und verbesserten Übertragungsmethoden bringt 4,5G-Anwendern und -Netzbetreibern gegenüber herkömmlichem LTE zahlreiche Vorteile. Neben höheren Übertragungsraten und kürzeren Latenzzeiten sowie einer optimierten spektralen Effizienz bieten sich vor allem für die Machine-to-Machine-Kommunikation (M2M) und das Internet der Dinge viele erweiterte Möglichkeiten.

Mobile Geräte profitieren unter anderem von einer längeren Batterie- oder Akkulaufzeit aufgrund des verringerten Energiebedarfs. An Standorten mit hoher Auslastung und vielen in einer Funkzelle eingebuchten Endgeräten führt die MIMO-Technik mit noch mehr einzeln ansteuerbaren Antennen zu einer Vervielfachung der Zellkapazität und zu einer deutlichen Verbesserung der durchschnittlichen Übertragungsgeschwindigkeiten für die einzelnen Anwender.

Für die Netzwerkbetreiber bietet sich der Vorteil, dass 4,5G mit relativ geringem Aufwand und niedrigen Kosten auf Basis der herkömmlichen LTE-Netztechnik implementiert werden kann. Zudem ist ihr lizenziertes Frequenzspektrum wesentlich flexibler einsetzbar. Gleichzeitig wird ein möglichst nahtloser Übergang in die Mobilfunktechnik der fünften Generation geschaffen.

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