Mobile Kommunikation/Technische Neuerungen von LTE - Versionsgeschichte

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	{{Display}}		{{Display}}
			[[en:Mobile_Communications/Technical_Innovations_of_LTE]]

Guenter am 1. März 2021 um 14:08 Uhr

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Guenter am 1. März 2021 um 13:09 Uhr

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	Ein MIMO–System weist gegenüber  "Single Input Single Output"  $\rm (SISO$, nur eine Sende– und eine Empfangsantennen$)$  Vorteile auf.  Man unterscheidet je nach Kanal zwischen mehreren Gewinnen:		Ein MIMO–System weist gegenüber  "Single Input Single Output"  $\rm (SISO$, nur eine Sende– und eine Empfangsantennen$)$  Vorteile auf.  Man unterscheidet je nach Kanal zwischen mehreren Gewinnen:
	*$\text{Leistungsgewinn}$  gemäß der Anzahl an Empfangsantennen:   <br>Kombiniert man die über mehrere Antennen eintreffenden Funksignale in geeigneter Weise  (englisch:   [https://de.wikipedia.org/wiki/Maximal-ratio_combining "Maximal-ratio Combining"]), so erhöht man die Empfangsleistung und verbessert so die Funkverbindung.  Mit einer Verdoppelung der Antennen erreicht man einen Leistungsgewinn von maximal  $\text{3 dB}$.<br>		*$\text{Leistungsgewinn}$  gemäß der Anzahl an Empfangsantennen:   <br>Kombiniert man die über mehrere Antennen eintreffenden Funksignale in geeigneter Weise  (englisch:   [https://en.wikipedia.org/wiki/Maximal-ratio_combining "Maximal-ratio Combining"]), so erhöht man die Empfangsleistung und verbessert so die Funkverbindung.  Mit einer Verdoppelung der Antennen erreicht man einen Leistungsgewinn von maximal  $\text{3 dB}$.<br>

	*$\text{Diversitätsgewinn}$  durch Raumdiversität (englisch:   [https://en.wikipedia.org/wiki/Antenna_diversity Spatial Diversity]):   <br>Verwendet man mehrere räumlich getrennte Empfangsantennen in einer Umgebung mit starker Mehrwegeausbreitung, so ist das Fading an den einzelnen Antennen meist unabhängig voneinander und die Wahrscheinlichkeit, dass alle Antennen gleichzeitig von Fading betroffen sind, ist sehr gering.<br>		*$\text{Diversitätsgewinn}$  durch Raumdiversität (englisch:   [https://en.wikipedia.org/wiki/Antenna_diversity Spatial Diversity]):   <br>Verwendet man mehrere räumlich getrennte Empfangsantennen in einer Umgebung mit starker Mehrwegeausbreitung, so ist das Fading an den einzelnen Antennen meist unabhängig voneinander und die Wahrscheinlichkeit, dass alle Antennen gleichzeitig von Fading betroffen sind, ist sehr gering.<br>

Guenter am 1. März 2021 um 13:09 Uhr

2021-03-01T13:09:07Z

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	Ein MIMO–System weist gegenüber  "Single Input Single Output"  $\rm (SISO$, nur eine Sende– und eine Empfangsantennen$)$  Vorteile auf.  Man unterscheidet je nach Kanal zwischen mehreren Gewinnen:		Ein MIMO–System weist gegenüber  "Single Input Single Output"  $\rm (SISO$, nur eine Sende– und eine Empfangsantennen$)$  Vorteile auf.  Man unterscheidet je nach Kanal zwischen mehreren Gewinnen:
	*$\text{Leistungsgewinn}$  gemäß der Anzahl an Empfangsantennen:   <br>Kombiniert man die über mehrere Antennen eintreffenden Funksignale in geeigneter Weise  (englisch:   [https://en.wikipedia.org/wiki/Maximal-ratio_combining Maximal-ratio Combining]), so erhöht man die Empfangsleistung und verbessert so die Funkverbindung.  Mit einer Verdoppelung der Antennen erreicht man einen Leistungsgewinn von maximal  $\text{3 dB}$.<br>		*$\text{Leistungsgewinn}$  gemäß der Anzahl an Empfangsantennen:   <br>Kombiniert man die über mehrere Antennen eintreffenden Funksignale in geeigneter Weise  (englisch:   [https://de.wikipedia.org/wiki/Maximal-ratio_combining "Maximal-ratio Combining"]), so erhöht man die Empfangsleistung und verbessert so die Funkverbindung.  Mit einer Verdoppelung der Antennen erreicht man einen Leistungsgewinn von maximal  $\text{3 dB}$.<br>

	*$\text{Diversitätsgewinn}$  durch Raumdiversität (englisch:   [https://en.wikipedia.org/wiki/Antenna_diversity Spatial Diversity]):   <br>Verwendet man mehrere räumlich getrennte Empfangsantennen in einer Umgebung mit starker Mehrwegeausbreitung, so ist das Fading an den einzelnen Antennen meist unabhängig voneinander und die Wahrscheinlichkeit, dass alle Antennen gleichzeitig von Fading betroffen sind, ist sehr gering.<br>		*$\text{Diversitätsgewinn}$  durch Raumdiversität (englisch:   [https://en.wikipedia.org/wiki/Antenna_diversity Spatial Diversity]):   <br>Verwendet man mehrere räumlich getrennte Empfangsantennen in einer Umgebung mit starker Mehrwegeausbreitung, so ist das Fading an den einzelnen Antennen meist unabhängig voneinander und die Wahrscheinlichkeit, dass alle Antennen gleichzeitig von Fading betroffen sind, ist sehr gering.<br>

Guenter am 1. März 2021 um 13:07 Uhr

2021-03-01T13:07:13Z

← Nächstältere Version		Version vom 1. März 2021, 15:07 Uhr
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	== Mehrantennensysteme==		== Mehrantennensysteme==
	<br>		<br>
	Verwendet ein Funksystem mehrere Sende– und Empfangsantennen, so spricht man von  ''Multiple Input Multiple Output''  $\rm (MIMO)$.  Dabei handelt es sich nicht um eine LTE–spezifische Entwicklung.  So nutzt beispielweise auch WLAN diese Technologie.		Verwendet ein Funksystem mehrere Sende– und Empfangsantennen, so spricht man von  "Multiple Input Multiple Output"  $\rm (MIMO)$.  Dabei handelt es sich nicht um eine LTE–spezifische Entwicklung.  So nutzt beispielweise auch WLAN diese Technologie.

	{{GraueBox\|TEXT= [[Datei:P ID2277 Mob T 4 2 S5a v1.png\|right\|frame\|Der Unterschied zwischen SISO und MIMO\|class=fit]]		{{GraueBox\|TEXT= [[Datei:P ID2277 Mob T 4 2 S5a v1.png\|right\|frame\|Der Unterschied zwischen SISO und MIMO\|class=fit]]
	$\text{Beispiel 1:}$  Das Prinzip der Mehrantennensysteme wird in der folgenden Grafik am Beispiel von 2×2–MIMO  (zwei Sende– und zwei Empfangsantennen)  verdeutlicht.<br>		$\text{Beispiel 1:}$  Das Prinzip der Mehrantennensysteme wird in der folgenden Grafik am Beispiel von 2×2–MIMO  (zwei Sende– und zwei Empfangsantennen)  verdeutlicht.<br>

	*Das Neue an LTE ist nicht die eigentliche Nutzung von  ~~<i>~~Multiple Input Multiple Output~~</i>~~, sondern die besonders intensive, nämlich 2×2–MIMO im Uplink und maximal 4×4–MIMO im Downlink.		*Das Neue an LTE ist nicht die eigentliche Nutzung von  "Multiple Input Multiple Output", sondern die besonders intensive, nämlich 2×2–MIMO im Uplink und maximal 4×4–MIMO im Downlink.
	*Beim Nachfolger  [[Mobile_Kommunikation/LTE%E2%80%93Advanced_%E2%80%93_eine_Weiterentwicklung_von_LTE\|LTE–Advanced]]  ist die Nutzung von MIMO noch ausgeprägter, nämlich &bdquo;4×4” im Uplink und &bdquo;8×8” in Gegenrichtung.}}		*Beim Nachfolger  [[Mobile_Kommunikation/LTE%E2%80%93Advanced_%E2%80%93_eine_Weiterentwicklung_von_LTE\|LTE–Advanced]]  ist die Nutzung von MIMO noch ausgeprägter, nämlich &bdquo;4×4” im Uplink und &bdquo;8×8” in Gegenrichtung.}}


	Ein MIMO–System weist gegenüber  ''Single Input Single Output''  $\rm (SISO$, nur eine Sende– und eine Empfangsantennen$)$  Vorteile auf.  Man unterscheidet je nach Kanal zwischen mehreren Gewinnen:		Ein MIMO–System weist gegenüber  "Single Input Single Output"  $\rm (SISO$, nur eine Sende– und eine Empfangsantennen$)$  Vorteile auf.  Man unterscheidet je nach Kanal zwischen mehreren Gewinnen:
	*$\text{Leistungsgewinn}$  gemäß der Anzahl an Empfangsantennen:   <br>Kombiniert man die über mehrere Antennen eintreffenden Funksignale in geeigneter Weise  (englisch:   [https://en.wikipedia.org/wiki/Maximal-ratio_combining Maximal-ratio Combining]), so erhöht man die Empfangsleistung und verbessert so die Funkverbindung.  Mit einer Verdoppelung der Antennen erreicht man einen Leistungsgewinn von maximal  $\text{3 dB}$.<br>		*$\text{Leistungsgewinn}$  gemäß der Anzahl an Empfangsantennen:   <br>Kombiniert man die über mehrere Antennen eintreffenden Funksignale in geeigneter Weise  (englisch:   [https://en.wikipedia.org/wiki/Maximal-ratio_combining Maximal-ratio Combining]), so erhöht man die Empfangsleistung und verbessert so die Funkverbindung.  Mit einer Verdoppelung der Antennen erreicht man einen Leistungsgewinn von maximal  $\text{3 dB}$.<br>

Guenter am 1. März 2021 um 13:00 Uhr

2021-03-01T13:00:18Z

← Nächstältere Version		Version vom 1. März 2021, 15:00 Uhr
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	Anders als die bisherigen Mobilfunkstandards unterstützt LTE nur eine paketorientierte Übertragung.  Für die Sprachübertragung wäre jedoch eine verbindungsorientierte Übertragung mit fester Reservierung der Ressourcen besser, da eine &bdquo;gestückelte Übertragung” – wie es beim paketorientierten Verfahren der Fall ist – relativ kompliziert ist.<br>		Anders als die bisherigen Mobilfunkstandards unterstützt LTE nur eine paketorientierte Übertragung.  Für die Sprachübertragung wäre jedoch eine verbindungsorientierte Übertragung mit fester Reservierung der Ressourcen besser, da eine &bdquo;gestückelte Übertragung” – wie es beim paketorientierten Verfahren der Fall ist – relativ kompliziert ist.<br>

	Das Problem der Einbindung von Sprachübertragungsverfahren war eine der großen Herausforderungen bei der Entwicklung von LTE, denn die Sprachübertragung ist für die Netzbetreiber weiterhin die größte Einnahmequelle.  Es gab einige Ansätze, wie dem Internet–Artikel  [Gut10]<ref name='Gut10'>Gutt, E.: ''LTE – eine neue Dimension mobiler Breitbandnutzung''. [http://www.ltemobile.de/uploads/media/LTE_Einfuehrung_V1.pdf PDF-Dokument im Internet], 2010.</ref>  entnommen werden kann.<br>		Das Problem der Einbindung von Sprachübertragungsverfahren war eine der großen Herausforderungen bei der Entwicklung von LTE, denn die Sprachübertragung ist für die Netzbetreiber weiterhin die größte Einnahmequelle.  Es gab einige Ansätze, wie dem Internet–Artikel  [Gut10]<ref name='Gut10'>Gutt, E.:  LTE – eine neue Dimension mobiler Breitbandnutzung.  [http://www.ltemobile.de/uploads/media/LTE_Einfuehrung_V1.pdf PDF-Dokument im Internet], 2010.</ref>  entnommen werden kann.<br>

	'''(1)'''   Eine sehr einfache und nahe liegende Methode ist  "Circuit Switched Fallback"  $\rm (CSFB)$.  Hier wird für die Sprachübertragung eine leitungsgebundene Übertragung verwendet.  Das Prinzip ist:		'''(1)'''   Eine sehr einfache und nahe liegende Methode ist  "Circuit Switched Fallback"  $\rm (CSFB)$.  Hier wird für die Sprachübertragung eine leitungsgebundene Übertragung verwendet.  Das Prinzip ist:
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	*$\rm TDD$  wurde für ungepaarte Spektren konzipiert.  Zwar benötigt man nun für Uplink und Downlink nur noch ein einziges Band.  Sender und Empfänger müssen sich nun allerdings bei der Übertragung abwechseln.  Das Hauptproblem von TDD ist die erforderliche Synchronität der Netze.<br><br>		*$\rm TDD$  wurde für ungepaarte Spektren konzipiert.  Zwar benötigt man nun für Uplink und Downlink nur noch ein einziges Band.  Sender und Empfänger müssen sich nun allerdings bei der Übertragung abwechseln.  Das Hauptproblem von TDD ist die erforderliche Synchronität der Netze.<br><br>

	Mit Hilfe der Methoden FDD und TDD kann also LTE sowohl in gepaarten, als auch in ungepaarten Frequenzbereichen betrieben werden.  In der Grafik sind die Unterschiede zwischen FDD und TDD zu erkennen.  Man sieht, dass man bei TDD beim Wechsel von Downlink zu Uplink  (bzw. umgekehrt)  eine  ''Guard Period''  einfügen muss, damit es nicht zu einer Überlagerung der Signale kommt.<br>		Mit Hilfe der Methoden FDD und TDD kann also LTE sowohl in gepaarten, als auch in ungepaarten Frequenzbereichen betrieben werden.  In der Grafik sind die Unterschiede zwischen FDD und TDD zu erkennen.  Man sieht, dass man bei TDD beim Wechsel von Downlink zu Uplink  (bzw. umgekehrt)  eine  "Guard Period"  einfügen muss, damit es nicht zu einer Überlagerung der Signale kommt.<br>

	Obwohl FDD in der Praxis voraussichtlich stärker genutzt werden wird  (und die FDD–Frequenzen für die Provider auch sehr viel teurer waren), gibt es durchaus auch einige Gründe, die für TDD sprechen:		Obwohl FDD in der Praxis voraussichtlich stärker genutzt werden wird  (und die FDD–Frequenzen für die Provider auch sehr viel teurer waren), gibt es durchaus auch einige Gründe, die für TDD sprechen:

Guenter am 1. März 2021 um 12:54 Uhr

2021-03-01T12:54:52Z

← Nächstältere Version		Version vom 1. März 2021, 14:54 Uhr
Zeile 57:		Zeile 57:
	== Bandbreitenflexibilität ==		== Bandbreitenflexibilität ==
	<br>		<br>
	LTE lässt sich durch die Verwendung von  [[Modulationsverfahren/Allgemeine_Beschreibung_von_OFDM#Das_Prinzip_von_OFDM_.E2.80.93_Systembetrachtung_im_Zeitbereich_.281.29 \|$\rm OFDM$]]  (''Orthogonal Frequency Division Multiplex'') mit relativ wenig Aufwand an unterschiedlich breite Frequenzbänder anpassen.  Diese Tatsache ist eine aus verschiedenen Gründen – siehe  [Mey10]<ref name='Mey10'>Meyer, M.: ''Siebenmeilenfunk.'' c't 2010, Heft 25, 2010.</ref>  – wichtige Eigenschaft, insbesondere für die Netzbetreiber:		LTE lässt sich durch die Verwendung von  [[Modulationsverfahren/Allgemeine_Beschreibung_von_OFDM#Das_Prinzip_von_OFDM_.E2.80.93_Systembetrachtung_im_Zeitbereich_.281.29 \|$\rm OFDM$]]  ("Orthogonal Frequency Division Multiplex") mit relativ wenig Aufwand an unterschiedlich breite Frequenzbänder anpassen.  Diese Tatsache ist eine aus verschiedenen Gründen – siehe  [Mey10]<ref name='Mey10'>Meyer, M.:  Siebenmeilenfunk.  c't 2010, Heft 25, 2010.</ref>  – wichtige Eigenschaft, insbesondere für die Netzbetreiber:
	*Abhängig von den gesetzlichen Vorgaben in verschiedenen Ländern können die Frequenzbänder für LTE unterschiedlich groß sein.  Auch der Ausgang der staatenspezifischen Versteigerungen der LTE–Frequenzen  (getrennt nach FDD und TDD)  hat die Breite der Spektren beeinflusst.<br>		*Abhängig von den gesetzlichen Vorgaben in verschiedenen Ländern können die Frequenzbänder für LTE unterschiedlich groß sein.  Auch der Ausgang der staatenspezifischen Versteigerungen der LTE–Frequenzen  (getrennt nach FDD und TDD)  hat die Breite der Spektren beeinflusst.<br>

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	*Eigentlich könnten die Bandbreiten mit einem Feinheitsgrad von bis zu  $\text{15 kHz}$  (entsprechend einem OFDMA–Unterträger)  gewählt werden.  Da dies jedoch unnötig Overhead produzieren würde, hat man als kleinste adressierbare LTE–Ressource eine Dauer von  $\text{einer Millisekunde}$  und eine Bandbreite von  $\text{180 kHz}$  festgelegt.  Ein solcher Block entspricht zwölf Unterträgern  $\text{(180 kHz}$  geteilt durch   $\text{15 kHz)}$.<br><br>		*Eigentlich könnten die Bandbreiten mit einem Feinheitsgrad von bis zu  $\text{15 kHz}$  (entsprechend einem OFDMA–Unterträger)  gewählt werden.  Da dies jedoch unnötig Overhead produzieren würde, hat man als kleinste adressierbare LTE–Ressource eine Dauer von  $\text{einer Millisekunde}$  und eine Bandbreite von  $\text{180 kHz}$  festgelegt.  Ein solcher Block entspricht zwölf Unterträgern  $\text{(180 kHz}$  geteilt durch   $\text{15 kHz)}$.<br><br>

	Um die Komplexität und den Aufwand bei der Hardwarestandardisierung möglichst gering zu halten, hat man sich zudem auf eine ganze Reihe zulässiger Bandbreiten zwischen  $\text{1.4 MHz}$  und  $\text{20 MHz}$  geeinigt.  Die folgende Auflistung – entnommen aus  [Ges08]<ref name='Ges08'>Gessner, C.: ''UMTS Long Term Evolution (LTE): Technology Introduction.'' Rohde&Schwarz, 2008.</ref>  – gibt die standarisierten Bandbreiten, die Anzahl der verfügbaren Blöcke sowie den &bdquo;Overhead” an:		Um die Komplexität und den Aufwand bei der Hardwarestandardisierung möglichst gering zu halten, hat man sich zudem auf eine ganze Reihe zulässiger Bandbreiten zwischen  $\text{1.4 MHz}$  und  $\text{20 MHz}$  geeinigt.  Die folgende Auflistung – entnommen aus  [Ges08]<ref name='Ges08'>Gessner, C.:  UMTS Long Term Evolution (LTE): Technology Introduction.  Rohde&Schwarz, 2008.</ref>  – gibt die standarisierten Bandbreiten, die Anzahl der verfügbaren Blöcke sowie den &bdquo;Overhead” an:
	*$6$  verfügbare Blöcke in der Bandbreite  $\text{1.4 MHz}$   ⇒   relativer Overhead  ca. $\rm 22.8\%$,<br>		*$6$  verfügbare Blöcke in der Bandbreite  $\text{1.4 MHz}$   ⇒   relativer Overhead  ca. $\rm 22.8\%$,<br>

Guenter am 1. März 2021 um 12:49 Uhr

2021-03-01T12:49:03Z

Guenter am 1. März 2021 um 12:34 Uhr

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← Nächstältere Version		Version vom 1. März 2021, 14:34 Uhr
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	== Zur Sprachübertragung bei LTE ==		== Zur Sprachübertragung bei LTE ==
	<br>		<br>
	Anders als die bisherigen Mobilfunkstandards unterstützt LTE nur eine ''paketorientierte Übertragung''.  Für die Sprachübertragung wäre jedoch eine verbindungsorientierte Übertragung mit fester Reservierung der Ressourcen besser, da eine &bdquo;gestückelte Übertragung” – wie es beim paketorientierten Verfahren der Fall ist – relativ kompliziert ist.<br>		Anders als die bisherigen Mobilfunkstandards unterstützt LTE nur eine paketorientierte Übertragung.  Für die Sprachübertragung wäre jedoch eine verbindungsorientierte Übertragung mit fester Reservierung der Ressourcen besser, da eine &bdquo;gestückelte Übertragung” – wie es beim paketorientierten Verfahren der Fall ist – relativ kompliziert ist.<br>

	Das Problem der Einbindung von Sprachübertragungsverfahren war eine der großen Herausforderungen bei der Entwicklung von LTE, denn die Sprachübertragung ist für die Netzbetreiber weiterhin die größte Einnahmequelle.  Es gab einige Ansätze, wie dem Internet–Artikel  [Gut10]<ref name='Gut10'>Gutt, E.: ''LTE – eine neue Dimension mobiler Breitbandnutzung''. [http://www.ltemobile.de/uploads/media/LTE_Einfuehrung_V1.pdf PDF-Dokument im Internet], 2010.</ref>  entnommen werden kann.<br>		Das Problem der Einbindung von Sprachübertragungsverfahren war eine der großen Herausforderungen bei der Entwicklung von LTE, denn die Sprachübertragung ist für die Netzbetreiber weiterhin die größte Einnahmequelle.  Es gab einige Ansätze, wie dem Internet–Artikel  [Gut10]<ref name='Gut10'>Gutt, E.: ''LTE – eine neue Dimension mobiler Breitbandnutzung''. [http://www.ltemobile.de/uploads/media/LTE_Einfuehrung_V1.pdf PDF-Dokument im Internet], 2010.</ref>  entnommen werden kann.<br>

	'''(1)'''   Eine sehr einfache und nahe liegende Methode ist  ~~<i>~~Circuit Switched Fallback~~</i>~~  $\rm (CSFB)$.  Hier wird für die Sprachübertragung eine leitungsgebundene Übertragung verwendet.  Das Prinzip ist:		'''(1)'''   Eine sehr einfache und nahe liegende Methode ist  "Circuit Switched Fallback"  $\rm (CSFB)$.  Hier wird für die Sprachübertragung eine leitungsgebundene Übertragung verwendet.  Das Prinzip ist:
	*Das Endgerät meldet sich im LTE–Netz an und parallel dazu auch noch in einem GSM– oder UMTS–Netz.  Bei eingehendem Anruf erhält das Endgerät von der  ~~<i>~~Mobile Management Entity~~</i>~~  (MME, Kontrollknoten im LTE–Netz zur Nutzer–Authentifizierung)  eine Nachricht, woraufhin eine leitungsgebundene Übertragung über das GSM– oder das UMTS–Netz aufgebaut wird.		*Das Endgerät meldet sich im LTE–Netz an und parallel dazu auch noch in einem GSM– oder UMTS–Netz.  Bei eingehendem Anruf erhält das Endgerät von der  "Mobile Management Entity"  (MME, Kontrollknoten im LTE–Netz zur Nutzer–Authentifizierung)  eine Nachricht, woraufhin eine leitungsgebundene Übertragung über das GSM– oder das UMTS–Netz aufgebaut wird.
	*Ein Nachteil dieser Lösung (eigentlich ist es nur eine &bdquo;Problemverschleierung”) ist der stark verzögerte Verbindungsaufbau.  Außerdem verhindert CSFB die komplette Umstellung des Netzes auf LTE.		*Ein Nachteil dieser Lösung (eigentlich ist es nur eine &bdquo;Problemverschleierung”) ist der stark verzögerte Verbindungsaufbau.  Außerdem verhindert CSFB die komplette Umstellung des Netzes auf LTE.


	'''(2)'''   Eine weitere Möglichkeit zur Integration von Sprache in ein paketorientes Übertragungssystem bietet  ~~<i>~~Voice over LTE via GAN~~</i>~~  $\rm (VoLGA)$, die auf der von  [[Mobile_Kommunikation/Allgemeines_zum_Mobilfunkstandard_LTE#3GPP_.E2.80.93_Third_Generation_Partnership_Project\| 3GPP]]  entwickelten GAN-Technologie   ⇒   [https://en.wikipedia.org/wiki/Generic_Access_Network Generic Access Network]  $\rm (GAN)$  basiert.  In aller Kürze lässt sich das Prinzip wie folgt darstellen:		'''(2)'''   Eine weitere Möglichkeit zur Integration von Sprache in ein paketorientes Übertragungssystem bietet  "Voice over LTE via GAN"  $\rm (VoLGA)$, die auf der von  [[Mobile_Kommunikation/Allgemeines_zum_Mobilfunkstandard_LTE#3GPP_.E2.80.93_Third_Generation_Partnership_Project\| 3GPP]]  entwickelten GAN-Technologie   ⇒   [https://de.wikipedia.org/wiki/Generic_Access_Network Generic Access Network]  $\rm (GAN)$  basiert.  In aller Kürze lässt sich das Prinzip wie folgt darstellen:
	* GAN ermöglicht leitungsbezogene Dienste über ein paketorientiertes Netzwerk (IP–Netzwerk), beispielsweise WLAN  (~~<i>~~Wireless Local Area Network~~</i>~~).  Mit kompatiblen Endgeräten kann man sich so im GSM–Netz über eine WLAN–Verbindung registrieren lassen und leitungsbasierte Dienste nutzen.  VoLGA nutzt diese Funktionalität, indem es WLAN durch LTE ersetzt.<br>		* GAN ermöglicht leitungsbezogene Dienste über ein paketorientiertes Netzwerk  $\rm (IP–Netzwerk)$, beispielsweise WLAN  ("Wireless Local Area Network").  Mit kompatiblen Endgeräten kann man sich so im GSM–Netz über eine WLAN–Verbindung registrieren lassen und leitungsbasierte Dienste nutzen.  VoLGA nutzt diese Funktionalität, indem es WLAN durch LTE ersetzt.<br>
	* Vorteilhaft ist die schnelle Implementierung von VoLGA, da keine langwierige Neuentwicklung und auch keine Änderungen am Kernnetz notwendig sind.  Allerdings muss dem Netz als Hardware ein sogenannter  ~~<i>~~VoLGA Access Network Controller~~</i>~~  (VANC) hinzugefügt werden.  Dieser sorgt für die Kommunikation zwischen Endgerät und der  ~~<i>~~Mobile Management Entity~~</i>~~  bzw. dem Kernnetz.<br><br>		* Vorteilhaft ist die schnelle Implementierung von VoLGA, da keine langwierige Neuentwicklung und auch keine Änderungen am Kernnetz notwendig sind.  Allerdings muss dem Netz als Hardware ein sogenannter  "VoLGA Access Network Controller"  (VANC) hinzugefügt werden.  Dieser sorgt für die Kommunikation zwischen Endgerät und der  "Mobile Management Entity"  bzw. dem Kernnetz.<br><br>

	Auch wenn VoLGA für Sprachverbindungen nicht auf ein GSM– oder UMTS–Netz zurückgreifen muss wie CSFB, wurde es auf Grund ihrer Benutzerunfreundlichkeit vom Großteil der Mobilfunkgemeinde auch nur als (unbefriedigende) Brückentechnologie betrachtet.  T–Mobile war lange ein Verfechter der VoLGA–Technologie, beendete im Februar 2011 jedoch ebenfalls die weitere Entwicklung.<br>		Auch wenn VoLGA für Sprachverbindungen nicht auf ein GSM– oder UMTS–Netz zurückgreifen muss wie CSFB, wurde es auf Grund ihrer Benutzerunfreundlichkeit vom Großteil der Mobilfunkgemeinde auch nur als (unbefriedigende) Brückentechnologie betrachtet.  T–Mobile war lange ein Verfechter der VoLGA–Technologie, beendete im Februar 2011 jedoch ebenfalls die weitere Entwicklung.<br>

	Im Folgenden beschreiben wir einen besseren Lösungsvorschlag.  Stichworte sind  ~~<i>~~IP Multimedia Subsystem~~</i>~~  $\rm (IMS)$  sowie  ~~<i>~~Voice over LTE~~</i>~~  $\rm (VoLTE)$.  Die Betreiber in Deutschland haben relativ spät auf diese Technologie umgestellt:   Vodafone und O2 Telefonica Anfang 2015, die Telekom Anfang 2016.		Im Folgenden beschreiben wir einen besseren Lösungsvorschlag.  Stichworte sind  "IP Multimedia Subsystem"  $\rm (IMS)$  sowie  "Voice over LTE"  $\rm (VoLTE)$.  Die Betreiber in Deutschland haben relativ spät auf diese Technologie umgestellt:   Vodafone und O2 Telefonica Anfang 2015, die Telekom Anfang 2016.

	Dies ist auch der Grund dafür, dass der Umstieg auf LTE in Deutschland (und in Europa allgemein) schleppender verlief als in den USA.  Viele Kunden wollten nicht die höheren Preise für LTE zahlen, so lange es keine gut funktionierende Lösung für die Integration der Sprachübertragung gab.<br>		Dies ist auch der Grund dafür, dass der Umstieg auf LTE in Deutschland (und in Europa allgemein) schleppender verlief als in den USA.  Viele Kunden wollten nicht die höheren Preise für LTE zahlen, so lange es keine gut funktionierende Lösung für die Integration der Sprachübertragung gab.<br>

Guenter am 2. September 2020 um 16:36 Uhr

2020-09-02T16:36:47Z

← Nächstältere Version		Version vom 1. März 2021, 14:49 Uhr
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	== VoLTE – Voice over LTE ==		== VoLTE – Voice over LTE ==
	<br>		<br>
	Der aus heutiger Sicht (2016) erfolgversprechendste, teilweise bereits etablierte Ansatz zur Integration der Sprachdienste in das LTE–Netz ist  ~~<i>~~Voice over LTE~~</i>~~  – kurz:  $\rm VoLTE$.  Dieser offiziell von der  [http://www.gsma.com/aboutus/ GSMA]  – die weltweite Industrievereinigung von mehr als 800 Mobilfunkanbietern und über 200 Herstellern von Mobiltelefonen und Netzinfrastruktur – verabschiedete Standard ist ausschließlich IP–paketorientiert und basiert auf dem  ~~<i>~~IP Multimedia Subsystem~~</i>~~  $\rm (IMS)$, das bereits 2010 in der UMTS–Release 9 definiert wurde.  Die technischen Fakten zu IMS sind:		Der aus heutiger Sicht (2016) erfolgversprechendste, teilweise bereits etablierte Ansatz zur Integration der Sprachdienste in das LTE–Netz ist  "Voice over LTE"  – kurz:  $\rm VoLTE$.  Dieser offiziell von der  [http://www.gsma.com/aboutus/ GSMA]  – die weltweite Industrievereinigung von mehr als 800 Mobilfunkanbietern und über 200 Herstellern von Mobiltelefonen und Netzinfrastruktur – verabschiedete Standard ist ausschließlich IP–paketorientiert und basiert auf dem  "IP Multimedia Subsystem"  $\rm (IMS)$, das bereits 2010 in der UMTS–Release 9 definiert wurde.  Die technischen Fakten zu IMS sind:
	*Das IMS–Basisprotokoll ist das von  ~~<i>~~Voice over IP~~</i>~~  bekannte  [https://de.wikipedia.org/wiki/Session_Initiation_Protocol Session Initiation Protocol]  $\rm (SIP)$.  Es handelt sich dabei um ein Netzprotokoll, mit dem Verbindungen zwischen zwei Teilnehmern aufgebaut und gesteuert werden können.		*Das IMS–Basisprotokoll ist das von  "Voice over IP"  bekannte  [https://de.wikipedia.org/wiki/Session_Initiation_Protocol "Session Initiation Protocol"]  $\rm (SIP)$.  Es handelt sich dabei um ein Netzprotokoll, mit dem Verbindungen zwischen zwei Teilnehmern aufgebaut und gesteuert werden können.
	* Dieses Protokoll ermöglicht die Entwicklung zu einem vollständig  (<u>für Daten und Sprache</u>)  IP–basierten Netzwerk und bietet damit Zukunftssicherheit.<br>		* Dieses Protokoll ermöglicht die Entwicklung zu einem vollständig  (<u>für Daten und Sprache</u>)  IP–basierten Netzwerk und bietet damit Zukunftssicherheit.<br>

Zeile 37:		Zeile 37:
	*Verlässt ein Mobilfunknutzer seine LTE–Zelle und wechselt in ein Gebiet ohne 4G–Versorgung, so muss ein unmittelbarer Wechsel zum nächstbesten Standard (3G) erfolgen.<br>		*Verlässt ein Mobilfunknutzer seine LTE–Zelle und wechselt in ein Gebiet ohne 4G–Versorgung, so muss ein unmittelbarer Wechsel zum nächstbesten Standard (3G) erfolgen.<br>

	*Sprache wird hier technisch völlig anders übermittelt, nicht mehr durch viele kleine Datenpakete   ⇒   &bdquo;paketvermittelt”, sondern sequentiell in den eigens für den Teilnehmer reservierten logischen und physikalischen Kanälen   ⇒  &bdquo;leitungsvermittelt”.<br>		*Sprache wird hier technisch völlig anders übermittelt, nicht mehr durch viele kleine Datenpakete   ⇒   &bdquo;paketvermittelt”, sondern sequentiell in den eigens für den Teilnehmer reservierten logischen und physikalischen Kanälen   ⇒   &bdquo;leitungsvermittelt”.<br>

	*Diese Umsetzung muss derart schnell und problemlos verlaufen, dass der Endkunde davon nichts merkt.  Und diese Umsetzung muss für alle Mobilfunkstandards und Techniken funktionieren.<br><br>		*Diese Umsetzung muss derart schnell und problemlos verlaufen, dass der Endkunde davon nichts merkt.  Und diese Umsetzung muss für alle Mobilfunkstandards und Techniken funktionieren.<br><br>

	Nach Ansicht aller Experten wird VoLTE das mobile Telefonieren ähnlich positiv beeinflussen, wie LTE das mobile Internet seit 2011 vorangebracht hat.  Wesentliche Vorteile für die Nutzer sind:		Nach Ansicht aller Experten wird VoLTE das mobile Telefonieren ähnlich positiv beeinflussen, wie LTE das mobile Internet seit 2011 vorangebracht hat.  Wesentliche Vorteile für die Nutzer sind:
	*Eine  ~~<i>~~höhere Sprachqualität~~</i>~~, da VoLTE  [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Nachrichtentechnische_Aspekte_von_UMTS#Verbesserungen_bez.C3.BCglich_Sprachcodierung\| AMR–Wideband Codecs]]  mit  $\text{12.65 kbit/s}$  bzw.  $\text{23.85 kbit/s}$  nutzt.  Außerdem werden die VoLTE–Datenpakete für möglichst niedrige Latenzen priorisiert.<br>		*Eine  '''höhere Sprachqualität''', da VoLTE  [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Nachrichtentechnische_Aspekte_von_UMTS#Verbesserungen_bez.C3.BCglich_Sprachcodierung\| AMR–Wideband Codecs]]  mit  $\text{12.65 kbit/s}$  bzw.  $\text{23.85 kbit/s}$  nutzt.  Außerdem werden die VoLTE–Datenpakete für möglichst niedrige Latenzen priorisiert.<br>

	*Ein enorm  ~~<i>~~beschleunigter Verbindungaufbau~~</i>~~ innerhalb von einer oder zwei Sekunden, während es bei  ~~<i>~~Circuit Switched Fallback~~</i>~~ (CSFB) unangenehm lange dauert, bis eine Verbindung steht.<br>		*Ein enorm  '''beschleunigter Verbindungaufbau''' innerhalb von einer oder zwei Sekunden, während es bei  "Circuit Switched Fallback" (CSFB) unangenehm lange dauert, bis eine Verbindung steht.<br>

	*Ein  ~~<i>~~niedriger Akkuverbrauch~~</i>~~, deutlich geringer als bei &bdquo;2G” und &bdquo;3G” und damit verbunden eine längere Akkulaufzeit.  Auch gegenüber den gängigen VoIP–Diensten ist der Energiebedarf bis zu  $40\%$  geringer.<br><br>		*Ein  '''niedriger Akkuverbrauch''', deutlich geringer als bei &bdquo;2G” und &bdquo;3G” und damit verbunden eine längere Akkulaufzeit.  Auch gegenüber den gängigen VoIP–Diensten ist der Energiebedarf bis zu  $40\%$  geringer.<br><br>

	Aus Sicht der Provider ergeben sich folgende Vorteile:		Aus Sicht der Provider ergeben sich folgende Vorteile:
	*Eine  ~~<i>~~bessere Spektraleffizienz~~</i>~~:   Es sind doppelt so viele Gespräche im gleichen Frequenzband möglich als bei &bdquo;3G”.  Anders ausgedrückt:   Bei gleichem Gesprächsaufkommen steht für Datendienste mehr Kapazität zur Verfügung.<br>		*Eine  '''bessere Spektraleffizienz''':   Es sind doppelt so viele Gespräche im gleichen Frequenzband möglich als bei &bdquo;3G”.  Anders ausgedrückt:   Bei gleichem Gesprächsaufkommen steht für Datendienste mehr Kapazität zur Verfügung.<br>

	*Eine einfache Implementierung von  [https://de.ryte.com/wiki/Rich_Media Rich Media Services]  $\rm (RCS)$, etwa für Videotelefonie oder zukünftige Anwendungen, durch die neue Kunden geworben werden können.<br>		*Eine einfache Implementierung von  [https://de.ryte.com/wiki/Rich_Media '''Rich Media Services''']  $\rm (RCS)$, etwa für Videotelefonie oder zukünftige Anwendungen, durch die neue Kunden geworben werden können.<br>

	*Eine  ~~<i>~~bessere Akzeptanz~~</i>~~  der höheren Bereitstellungskosten durch LTE–Kunden, wenn man nicht zum Telefonieren in ein &bdquo;~~niederwertiges~~” Netz wie &bdquo;2G” oder &bdquo;3G” ausgelagert werden muss.<br><br>		*Eine  '''bessere Akzeptanz'''  der höheren Bereitstellungskosten durch LTE–Kunden, wenn man nicht zum Telefonieren in ein &bdquo;niederwertigeres” Netz wie &bdquo;2G” oder &bdquo;3G” ausgelagert werden muss.<br><br>

	== Bandbreitenflexibilität ==		== Bandbreitenflexibilität ==

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	== LTE–Kernnetz: Backbone und Backhaul ==		== LTE–Kernnetz: Backbone und Backhaul ==
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	Das LTE–Kernnetz  <i>Evolved Packet Core</i>  (EPC) eines Netzbetreibers – in der Fachsprache  <i>Backbone</i>  – besteht aus verschiedenen Netzwerkkomponenten. Das EPC ist mit den Basisstationen über das  <i>Backhaul</i>  (englische Bezeichnung für <i>Rücktransport</i>) verbunden. Darunter versteht man die Anbindung eines vorgelagerten, meist hierarchisch untergeordneten Netzknotens an einen zentralen Netzknoten.<br>		Das LTE–Kernnetz  <i>Evolved Packet Core</i>  $\rm (EPC)$  eines Netzbetreibers – in der Fachsprache  <i>Backbone</i>  – besteht aus verschiedenen Netzwerkkomponenten.  Das EPC ist mit den Basisstationen über das  <i>Backhaul</i>  (englische Bezeichnung für <i>Rücktransport</i>) verbunden.  Darunter versteht man die Anbindung eines vorgelagerten, meist hierarchisch untergeordneten Netzknotens an einen zentralen Netzknoten.<br>

	Momentan besteht das  <i>Backhaul</i>  zum Großteil aus Richtfunk und sogenannten E1–Leitungen. Diese sind Kupferleitungen und erlauben einen Durchsatz von ca. 2 Mbit/s. Für GSM– und UMTS–Netzwerke waren diese Verbindungen noch ausreichend, aber bereits für großflächig konzipertes  [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Weiterentwicklungen_von_UMTS#High.E2.80.93Speed_Downlink_Packet_Access\| HSDPA]]  reichen solche Datenraten nicht mehr. Für LTE ist ein solches  <i>Backhaul</i>  komplett unbrauchbar:		Momentan besteht das  <i>Backhaul</i>  zum Großteil aus Richtfunk und sogenannten  $\rm E1$–Leitungen.  Diese sind Kupferleitungen und erlauben einen Durchsatz von ca.  $\text{2 Mbit/s}$.  Für GSM– und UMTS–Netzwerke waren diese Verbindungen noch ausreichend, aber bereits für großflächig konzipertes  [[Beispiele_von_Nachrichtensystemen/Weiterentwicklungen_von_UMTS#High.E2.80.93Speed_Downlink_Packet_Access\| HSDPA]]  reichen solche Datenraten nicht mehr.  Für LTE ist ein solches  <i>Backhaul</i>  komplett unbrauchbar:
	*Das langsame Kabelnetzwerk würde die schnellen Funkverbindungen ausbremsen; insgesamt wäre kein Geschwindigkeitszuwachs festzustellen.<br>		*Das langsame Kabelnetzwerk würde die schnellen Funkverbindungen ausbremsen; insgesamt wäre kein Geschwindigkeitszuwachs festzustellen.<br>

	*Aufgrund der geringen Kapazitäten der Leitungen ~~mit~~ E1–Standard wäre auch ein Ausbau mit weiteren baugleichen Leitungen nicht wirtschaftlich.<br><br>		*Aufgrund der geringen Kapazitäten der Leitungen nach dem E1–Standard wäre auch ein Ausbau mit weiteren baugleichen Leitungen nicht wirtschaftlich.<br><br>

	Im Zuge der LTE–Einführung musste also das  <i>Backhaul</i>  neu entworfen werden. Dabei war es wichtig, Zukunftssicherheit im Auge zu behalten, stand doch die nächste Generation  ''LTE–Advanced''  bereits vor der Einführung. Schenkt man dem von Experten propagierten  <i>Moore's Law</i>  für Mobilfunkbandbreiten Glauben, so ist die teure Neuverlegung besserer Kabel der wichtigste Faktor für die Zukunftssicherheit.<br>		Im Zuge der LTE–Einführung musste also das  <i>Backhaul</i>  neu entworfen werden.  Dabei war es wichtig, Zukunftssicherheit im Auge zu behalten, stand doch die nächste Generation  ''LTE–Advanced''  bereits vor der Einführung.  Schenkt man dem von Experten propagierten  <i>Moore's Law</i>  für Mobilfunkbandbreiten Glauben, so ist die teure Neuverlegung besserer Kabel der wichtigste Faktor für die Zukunftssicherheit.<br>

	Aufgrund der rein paketorientierten Übertragungstechnik bietet sich für das LTE–Backhaul der ebenfalls IP–basierte Ethernet–Standard an, der mit Hilfe von Lichtwellenleitern realisiert wird. Die Firma Fujitsu stellte 2009 in der Studie  [Fuj09]<ref name='Fuj09'>Fujitsu Network Communications Inc.: ''4G Impacts to Mobile Backhaul.'' [http://www.fujitsu.com/downloads/TEL/fnc/whitepapers/4Gimpacts.pdf PDF–Internetdokument].</ref>  zudem die These auf, dass die momentane Infrastruktur noch für die nächsten zehn bis fünfzehn Jahre eine wichtige Rolle für das LTE–Backhaul spielen wird.<br>		Aufgrund der rein paketorientierten Übertragungstechnik bietet sich für das LTE–Backhaul der ebenfalls IP–basierte Ethernet–Standard an, der mit Hilfe von Lichtwellenleitern realisiert wird.  Die Firma Fujitsu stellte 2009 in der Studie  [Fuj09]<ref name='Fuj09'>Fujitsu Network Communications Inc.: ''4G Impacts to Mobile Backhaul.'' [http://www.fujitsu.com/downloads/TEL/fnc/whitepapers/4Gimpacts.pdf PDF–Internetdokument].</ref>  zudem die These auf, dass die momentane Infrastruktur noch für die nächsten zehn bis fünfzehn Jahre eine wichtige Rolle für das LTE–Backhaul spielen wird.<br>

	Für den Generationenwechsel hin zu einem Ethernet–basierten  <i>Backhaul</i>  gibt es zwei Ansätze:		Für den Generationenwechsel hin zu einem Ethernet–basierten  <i>Backhaul</i>  gibt es zwei Ansätze:
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	*Ethernet bietet (anders als der jetzige Standard) bisher keine  <i>End–to–End–Synchronisierung</i>, was beim Funkzellenwechsel zu starken Verzögerungen bis hin zu Dienstunterbrechungen führen kann – also eine gewaltige Einbuße der Servicequalität.		*Ethernet bietet (anders als der jetzige Standard) bisher keine  <i>End–to–End–Synchronisierung</i>, was beim Funkzellenwechsel zu starken Verzögerungen bis hin zu Dienstunterbrechungen führen kann – also eine gewaltige Einbuße der Servicequalität.
	*Im Konzept  [https://en.wikipedia.org/wiki/Synchronous_Ethernet Synchronous Ethernet]  (SyncE) wurden jedoch von der Fa. Cisco bereits Vorschläge unterbreitet, wie die Synchronisation realisiert werden könnte.<br>		*Im Konzept  [https://en.wikipedia.org/wiki/Synchronous_Ethernet Synchronous Ethernet]  $\rm (SyncE)$  wurden jedoch von der Fa. Cisco bereits Vorschläge unterbreitet, wie die Synchronisation realisiert werden könnte.<br>


	Für Ballungsgebiete wäre eine direkte Umstellung des Backhauls sicher lohnenswert, da für eine vergleichsweise hohe Zahl an neuen Nutzern nur relativ wenige neue Kabel verlegt werden müssten.		Für Ballungsgebiete wäre eine direkte Umstellung des Backhauls sicher lohnenswert, da für eine vergleichsweise hohe Zahl an neuen Nutzern nur relativ wenige neue Kabel verlegt werden müssten.

	Im ländlichen Raum ergäben sich aber durch größere Grabungsarbeiten schnell hohe Kosten. Dies ist aber genau der Bereich, der laut der  [[Mobile_Kommunikation/Allgemeines_zum_Mobilfunkstandard_LTE#LTE.E2.80.93Frequenzbandaufteilung\|getroffenen Vereinbarung]]  zwischen der Bundesregierung und den (deutschen) Mobilfunkbetreibern als erstes abgedeckt werden muss. Hier müsste (und wird wohl) der meist vorhandene Richtfunk auf hohe Datenraten erweitert werden.<br>		Im ländlichen Raum ergäben sich aber durch größere Grabungsarbeiten schnell hohe Kosten.  Dies ist aber genau der Bereich, der laut der  [[Mobile_Kommunikation/Allgemeines_zum_Mobilfunkstandard_LTE#LTE.E2.80.93Frequenzbandaufteilung\|getroffenen Vereinbarung]]  zwischen der Bundesregierung und den (deutschen) Mobilfunkbetreibern als erstes abgedeckt werden muss.  Hier müsste (und wird wohl) der meist vorhandene Richtfunk auf hohe Datenraten erweitert werden.<br>

	==Aufgaben zum Kapitel==		==Aufgaben zum Kapitel==