Inf.- und Kommunikationstechnik
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Elektrotechnik
LTE – Der nächste Leistungssprung im Mobilfunk
ep11/2010, 4 Seiten
Aktuelles LTE ist eine Weiterentwicklung der bisher angebotenen Mobilfunktechnologien GSM und UMTS. LTE (Bild ) ermöglicht mobile Datenübertragungsgeschwindigkeiten ähnlich dem heutigen Festnetz-Internet, die in Zukunft Grundlage für neue Dienste wie Videotelefonie, Musik- und Videostreaming, Spiele und andere Angebote sein wird. Die erforderlichen Endgeräte sind voraussichtlich ab Frühjahr 2011 verfügbar. Die Auktion der dafür notwendigen Mobilfunkfrequenzen fand im Mai statt. Die Deutsche Telekom, E-Plus, Telefónica O2 und Vodafone ersteigerten Frequenzblöcke für insgesamt 4,38 Milliarden Euro, die an den Bund gezahlt werden. Die durch die Digitalisierung des terrestrischen Rundfunks frei geworden Frequenzen aus der so genannten Digitalen Dividende waren besonders heiß umkämpft. Sie eignen sich besonders gut für eine Versorgung dünn besiedelter Regionen mit Breitband-Internet. In diesem Frequenzbereich sicherten sich die Unternehmen Deutsche Telekom, Telefónica O2 und Vodafone jeweils zwei Frequenz-Blöcke. Bald ist also Schluss mit den sogenannten weißen Flecken. Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 11 955 LTE - Der nächste Leistungssprung im Mobilfunk Long Term Evolution, kurz LTE ist die Basis für die Mobilfunknetze der nächsten, der 4. Generation (4G). Diese neuen LTE-Netze ermöglichen mobile Datenübertragungsgeschwindigkeiten von 100 Mbit/s. Die dafür notwendigen Frequenzen wurden im Mai versteigert, die ersten Sendemasten im September in Betrieb genommen. Welche Vorteile der neue Mobilfunkstandard hat und wie er funktioniert, zeigt dieser Beitrag. LTE-Sendemast Quelle: Telekom Jetzt bestellen! Kommentar mit Anwendungsempfehlungen zur Leitungsanlagen-Richtlinie (MLAR/LAR/RbALei) Firma/Name, Vorname Branche/Position z. Hd. Telefon Fax E-Mail Straße, Nr. Postfach Land/PLZ/Ort Datum Unterschrift 1011 ep Ich bestelle zur Lieferung gegen Rechnung zzgl. Versandspesen zu den mir bekannten Geschäftsbedingungen beim huss-shop HUSS-MEDIEN Gmb H 10400 Berlin KUNDEN-NR. (siehe Adressaufkleber oder letzte Warenrechnung) Preisänderungen und Liefermöglichkeiten vorbehalten TIPP Expl. Bestell-Nr. Titel /Stück 586 881 4 Kommentar mit Anwendungsempfehlungen und Praxisbeispielen zur Leitungsanlagen-Richtlinie (MLAR/LAR / RbALei) 96,00 HUSS-MEDIEN Gmb H 10400 Berlin Direkt-Bestell-Service: Tel. 030 42151-325 · Fax 030 42151-468 E-Mail: bestellung@huss-shop.de www.huss-shop.de Enthält den Richtlinientext der MLAR und den Hinweis zu den abweichenden Richtlinientexten der baurechtlich eingeführten Leitungsanlagen-Richtlinien (LAR/RbALei) in den Bundesländern Die Kommentierung bezieht sich auf die einzelnen Absätze mit Praxisempfehlungen und die grafische Interpretation durch Zeichnungen und Maßangaben. Ausführliche Praxisempfehlungen und Praxisbeispiele helfen die Leitungsanlagen-Richtlinien bei bundesweiten Baustellen in die Praxis umzusetzen. Lippe/Wesche/Rosenwirth, Kommentar mit Anwendungsempfehlungen und Praxisbeispielen zur Leitungsanlagen-Richtlinie (MLAR/LAR/RbALei) 3., akt. u. erw. Aufl. 2007, 260 S., mit zahlr. Abb. u. Tab., Broschur, Bestell-Nr. 586 881 4, 96,00 Die Geltungsbereiche: - Leitungsanlagen in Flucht-und Rettungswegen - Leitungsdurchführungen durch feuerwiderstandsfähige Wände und Decken - Deckenabschottungsprinzip für Leitungsanlagen und Bodenabläufe - Installationsschachtprinzip nach DIN 4102-4 und -11 - Elektrischer Funktionserhalt von Leitungsanlagen - Systemböden-Richtlinie - Elt Bau-Verordnung für elektrische Betriebsräume In Alpirsbach, Munderkingen und Ochsenhausen hat die Telekom im Oktober erste LTE-Standorte aufgebaut. Im September wurde die erste 4G-Basisstation in Kyritz/Brandenburg (Bild ) ihrer Bestimmung übergeben. Ab 2011, wenn die Endgeräteindustrie entsprechende Geräte an den Markt bringt, können Kunden dann von der drahtlosen Internetanbindung für zuhause profitieren. Mit dem Aufbau des 4G-Netzes sorgt die Telekom zusammen mit Technologiepartnern in großen Schritten für die Breitbandversorgung bisher unzureichend abgedeckter Regionen. Die neue Technik bietet Bürgern und Unternehmen über Mobilfunk Bandbreiten von mindestens 2 Mbit/s. In Kyritz kam zum ersten Mal die LTE-Technik für die Nutzung der digitalen Dividende im 800-MHz-Bereich zum Einsatz. Damit ist eine effiziente Breitbandversorgung ländlicher Räume mit vergleichsweise wenigen Mobilfunk-Basisstationen möglich, denn die Reichweite der LTE-Masten beträgt 10 km. Daneben ergänzt LTE auf Basis der höheren Frequenzen optimal UMTS/HSPA, den Mobilfunkstandard der dritten Generation (3G), und wird die maximal erreichbaren Bandbreiten netzweit nochmals erhöhen. Auch Telefónica O2 Germany startete in diesem Jahr zwei städtische LTE-Netze in München und Halle. Auf Basis der 2,6-GHz-Frequenz wird dabei die nächste Mobilfunkgeneration für mobiles Hochgeschwindigkeitsinternet in einem Pilotbetrieb angeboten. Zusätzlich nutzt das Unternehmen wie die Telekom Frequenzen der sogenannten Digitalen Dividende (800 MHz) für zwei weitere LTE-Piloten. Für die neuen Mobilfunknetze werden bestehende Basisstationen umgerüstet, neue Standorte sind nicht geplant. Auch Vodafone begann mit den Ausbau des LTE-Netzes, schon im Dezember will Vodafone mehr als 1000 deutsche Gemeinden mit dem neuen Mobilfunkstandard versorgen. Entwicklung der Mobilfunknetze Die mobile Kommunikation hat sich in wenigen Jahrzehnten mit ungeheurer Rasanz entwickelt. Im Zeitalter der Digitalisierung sind Sprache, Bilder und Programme Daten in Form von Nullen und Einsen. Diese Entwicklung hat vor allem in den letzten beiden Jahrzehnten immer leistungsfähigere Mobilfunknetzte hervorgebracht. Immer noch in Betrieb sind die GSM-Netze, die AUS DER PRAXIS Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 11 956 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 # C OK Endgerät Makrozellen Node B ATM/IP RNC MSC SGSN GGSN Internet PSTN lu CS lu PS lub UTRAN Node B - Basisstation im UMTS-Netz RNC - Radio Network Controller, Funknetzsteuerung MSC - Mobile Switching Center, mobile Vermittlungsstelle SGSN - Serving GPRS Support Node, Vermittlungsstelle für Datendienste GGSN - Gateway GPRS Support Node, Schnittstelle zu Datennetzen ATM/IP - Asynchronous Transfer Mode / Internet Protocol PSTN - Public Switched Telephone, Telefonfestnetz UTRAN - UMTS Radio Access Network lub, lu CS, lu PS, Gn, Gi - Schnittstellen für Datentransport und Steuerung Telekom-Chef Rene Obermann eröffnet LTE-Anlage in Kyritz/Brandenburg Quelle: Telekom Signalverarbeitung Signalverarbeitung Basisstation 1 Basisstation 2 Datenterminal 1 Datenterminal 2 Datenstrom 1 Datenstrom 2 Datenstrom 1 Datenstrom 2 Kanalrückmeldung Kanalrückmeldung Statusinformationen (CSI) Zelle 1 Zelle 2 H11 H11, H12, H21, H12: Kanalübertragungsfunktionen H21 H12 H22 x1 x2 Virtual MIMO Netzarchitektur LTE Prinzipschema UMTS-Netz in Europa die Frequenzbereiche um 900 MHz (D1: T-Mobile, D2: Vodafone) und 1800 MHz (E1: Eplus, E2: O2) nutzen. Als Modulationsverfahren wird GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) verwendet, der Datentransport erfolgt im Zeitmultiplex (TDMA = Time Division Multiple Access). Ab der 2. Mobiltelefoniegeneration werden Gespräche digital übertragen. Damit stehen auch der Übermittlung von Daten aller Art zusätzlich zur Sprache oder anstelle der Sprache keine prinzipiellen Schwierigkeiten im Weg. Bei Standard-GSM war die Übertragungsrate mit 9600 bis 14400 bit/s auf einem Sprechkanal für multimediale Anwendungen natürlich zu niedrig. Als evolutionäre Stufe (2,5G: 2,5te Generation) zwischen GSM und UMTS ist EDGE (Enhanced Data for GSM Evolution) gedacht. Durch Verwendung einer höherwertigen Modulation (8PSK) und Bündelung mehrere Zeitschlitze ist ein Vielfaches der Datenraten (theoretisch 473 kbit/s) von GPRS möglich. Der EDGE-Ausbau begann in Deutschland 2006 durch T-Mobile erst relativ spät. Die Netzanbieter setzten stattdessen auf den direkten Übergang zu UMTS (Universal Mobile Telecommunications System), das in Deutschland ab 2004 kommerziell verfügbar war. Die zu erwartende schnelle Verfügbarkeit der 4. Mobilfunkgeneration LTE wird die Bedeutung von EDGE als Zwischentechnologie schwinden lassen. UMTS bringt die im Standard maximal vorgesehenen 1,92 Mbit/s nicht flächendeckend, sondern nur im Bereich der kleinsten Netzzellen (Pikozellen) mit weniger als 100 m Ausdehnung für ruhende Teilnehmer (je höher die Teilnehmergeschwindigkeit, desto geringer die Datenrate) und das nur, wenn nicht mehr als ein Anwender darin funkt. Die Pikozelle ist also ein Flaschenhals, der nur durch kostspielige Feinstsegmentierung des Netzes und Nutzung mehrerer Frequenzen aufzuweiten ist. UMTS beruht auf WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access), einer adaptiven Modulations-und Codierungstechnik. Im sogen. FDD-Modus (Frequency Division Multiplex) ermöglicht UMTS Datenübertragungsraten im Downlink von 384 kbit/s. Mit der abwärtskompatiblen UMTS-Aufsatztechnologie HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) sind in entsprechend aufgerüsteten UMTS-Netzen Downlink-Datenraten von 2 bis 3 Mbit/s möglich. Seit Ende 2007 wird in Deutschland HSDPA auch mit 7,2 Mbit/s angeboten, wenn auch noch nicht flächendeckend. Obwohl HSDPA noch erhebliche Datenratenreserven hat, leidet der Nutzer unter einer erheblichen Abhängigkeit der Datenrate von der Netzauslastung und seinem Standort in der Funkzelle. Das UMTS-Netz (Bild ) besteht im Wesentlichen aus einem Kernnetz (Core Network) und dem UMTS-Funkzugangsnetz (UTRAN, UMTS Radio Access Network), das über Basisstationen (Node B) die Sektor-Zellantennen speist. LTE - Der Weg zur 4. Generation LTE (Long Term Evolution, etwa: langfristige Entwicklung) erlaubt den Bau zellularer Hochgeschwindigkeits-Funknetze für Echtzeitanwendungen. Die Zusammenschaltung der Funktionsblöcke und der Datentransport im Netz beruht jetzt ausschließlich auf dem Internetprotokoll. Das erlaubt bezüglich der örtlichen Anordnung der wichtigen Komponenten nahezu unbegrenzte Freiheiten und vermeidet überflüssige Technologie-und Protokollbrüche. Ein wesentlicher Ansatz bei LTE besteht darin, die Netzarchitektur zu vereinfachen. Das gelingt durch die Verlagerung von Funktionen in den Node B (Bild ), der deshalb in LTE-Netzen eNode B (evolved Node B, weiterentwickelte Basisstation ) heißt. Die eNode Bs kommunizieren über schnelle Datenleitungen miteinander (X2) und mit den Einheiten für Mobility Management (MME, Mobility Management Entity) und Serving Gateway (S-GW), über das die Nutzdaten ausgetauscht werden. Das ergibt eine hohe Übertragungsgeschwindigkeit und extrem kurze Signallaufzeiten zwischen Absender und Empfänger (Latenzzeit). So werden neue Applikationen wie Videostreaming, Spiele,standortbezogene Dienste (LBS, Location Based Services) usw. möglich,bei zugleich geringeren Anschaffungskosten und Betriebsausgaben. Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 11 957 DIN UVV DIN EN BGB Ein Service der Fachzeitschrift ELEKTRO PRAKTIKER Das Zusatzpaket im Internet monatlich aktuelle Fachinformationen mit der Zeitschrift ELEKTROPRAKTIKER 4.700 Fachbeiträge von 1999 bis zur aktuellen Ausgabe im Online-Gesamtarchiv Überblick über 6.000 Regelwerke und ihre Zuständigkeit Aktualisierungsmeldung bei Normenänderungen jährlich 6 Ausgaben der Zeitschrift ep Photovoltaik Jetzt anmelden und gratis testen! www.elektropraktiker.de VDE BSich V BGV Mehr Elektropraxis geht nicht! Kooperative Übertragung Ein leistungslimitierender Faktor bei heutigen Mobilfunknetzen ist die Interferenz zwischen benachbarten Funkzellen. Diese ist in deren Randgebieten naturgemäß am stärksten ausgeprägt. Eine Möglichkeit zur Verringerung von Interferenzen ist „Virtual MIMO“ (Bild ). Anders als bei herkömmlichen MIMO-Systemen (Multiple Input Multiple Output), die an der Basisstation und am mobilen Endgerät mit mehreren Antennen arbeiten, wird hier die Kommunikation über mehrere breitbandig gekoppelte Basisstationen mit je einer Antenne derart abgewickelt, dass die Auswirkungen von Interferenzen für den aktiven Anwender so gering wie möglich sind. Man formt gewissermaßen die Interferenzen durch großflächig verteilte Antennensysteme und Relaisstationen. In Funkzelle 1 befindet sich Datenterminal T1, in Funkzelle 2 das Datenterminal T2. Die Basistationen in den Zellen senden beide zwei Datenströme D1 und D2 aus. D1 ist für T1 und D2 für T2 bestimmt. Die Terminals senden nun an die jeweiligen Basisstationen die Information, wie stark sie ihr Signal aus der eigenen und aus der Nachbarzelle empfangen. Die Basisstationen tauschen diese Informationen aus und erzeugen Ausstrahlungen, die am Ort von T1 einen Einbruch des mit D2 modulierten HF-Signals D2 und bei T2 einen Einbruch des mit D1 modulierten HF-Signals bewirken. Diese verteilte, kooperative Übertragung wird als „distributed joint transmission concept“ bezeichnet. Sie unterdrückt am Ort des Empfängers Störsignale aus der eigenen oder aus den Nachbarzellen. Natürlich ist die Technik und Mathematik dahinter hoch kompliziert und nur mit leistungsfähiger digitaler Echtzeit-Signalverarbeitung zu realisieren. Dieser Ansatz zur Verringerung der Interferenzeffekte kann durch ein abgestimmtes wiederholtes Aussenden der gestörten Symbole über benachbarte Basisstationen (cooperative retransmission) ergänzt werden. Ein solches kooperatives Vielpunktkonzept (CoMP: Cooperative Multi Point) bewirkt deshalb als zentrale Komponente für die aktuellen Entwicklungen der 4. Mobilfunknetztechnologie geringe Latenzzeiten von weniger als 5 ms, die Erhaltung einer hohen Übertragungsrate (theoretisch bis zu 300 Mbit/s im 20-MHz-Kanal) auch in den Grenzbereichen einer Zelle und eine beträchtliche sende- und empfangsseitige Energieeinsparung. Vorteile der LTE-Technologie im Überblick LTE ist skalierbar, d.h. erlaubt die Verwendung eines skalierbaren Rasters von Kanälen mit 1,4, 3, 5, 10, 15 und 20 MHz Bandbreite. Damit und mit vielen weiteren Stellschrauben ist LTE optimal an die lokalen Gegebenheiten (Nutzerdichten, Topographie) anpassbar. LTE kann mit GSM und UMTS sowie W-LAN (IEEE 802 b/g) und WiMAX (IEEE 802.16) zusammenarbeiten. LTE (Bild ) mit seiner All-IP-Technologie für paketorientierte Datenübertragung senkt die Übertragungskosten über die Luftschnittstelle sowie den Energieverbrauch der mobilen Endgeräte. LTE-Handys werden deshalb eine längere Betriebsdauer mit einer Akkuladung aufweisen. LTE kann für Gleichwellennetze eingesetzt werden und hat eine deshalb hohe Frequenzeffizienz bei der Verteilung von Rundfunkprogrammen. Technisch gesehen kann LTE die Aufgaben von DVB-T, DVB-H und DAB übernehmen und bietet zusätzlich noch den Vorteil der Interaktivität. LTE kann durch Nutzung der „Digitalen Dividende“ (Frequenzbereich um 800 MHz) die weißen Flecken auf der Breitband-Landkarte schließen. LTE bietet teilweise deutliche Verbesserungen bei Bandbreite, Latenzzeit, Quality of Service und Energieeffizienz. LTE-Netze lassen sich durch ausschließliche Nutzung der UMTS-Sendestandorte realisieren und parallel zu diesen betreiben. Das macht LTE kostengünstig für die Netzbetreiber und erlaubt einen sanften Generationenwechsel. LTE-Netze verwalten sich dank SON-Technologie (SON: Self Organizing Networks) weitgehend selbst. So können sich neue Mobilfunkzellen automatisch in ein bestehendes LTE-Netz integrieren und ihre Betriebsparameter ihrer neuen Umgebung optimal anpassen. LTE erlaubt wegen der hohen Datenraten und niedrigen Reaktionszeiten neue Dienste-und damit Geschäftsmodelle. So z.B. „Digital Signage“, die elektronische Variante des Plakats. Auch der Spaß am „Online-Gaming“ wird nicht mehr durch träge Reaktionen getrübt. Wie geht's weiter? Für den schnellen Erfolg von LTE ist die richtige Einführung in den Massenmarkt von größter Wichtigkeit. Parallel zum Ausbau der LTE-Funknetze müssen daher auch dem Endanwender die Vorzüge der neuen Technik nahe gebracht und die zu ihrer Nutzung erforderlichen Endgeräte und Tarife preiswert zur Verfügung gestellt werden. LTE ermöglicht eine Vielzahl neuer Geräte und Anwendungen und wird der mobilen Kommunikation einen gewaltigen Schub verleihen. AUS DER PRAXIS Elektropraktiker, Berlin 64 (2010) 11 958 T-Mobile testet das LTE-Netz Quelle: Telekom 800-MHz-eNode B Autor Karsten Jungk, Straubenhardt, ist freier Fachjournalist und Mitglied der internationalen Vereinigung für Elektronik-Fachjournalisten UIPRE. Erstmalig widmet sich Moderne Gebäudetechnik mit einer am Markt einzigartigen Sonderpublikation der wichtigen Thematik des Objektgeschäfts im öffentlichen Bereich, im Wirtschafts- und Industriebau. Vorgestellt werden Beispiel- und Referenz-Objekte aus den Bereichen Büro/Verwaltung Hotellerie/Gastronomie Bildung und Gesundheit Wohnungs- und Immobilienwirtschaft Industrie In dem Sonderheft wird beleuchtet, wie in der Modernisierung und im Neubau unter den Aspekten der Energieoptimierung, der Kosteneinsparung für Wasser, Heizung und Betrieb sowie für Hygiene- und Behaglichkeitsanforderungen Optimierungspotenziale wirksam werden. Im Teil „Grundlagen“ finden Sie Informationen, Statements, Erfahrungsberichte von und Interviews mit Experten. Anhand konkreter Beispiele werden in „Projekte“ dazu Innovationen und wirtschaftliche Lösungen vorgestellt. Und wer innovative Partner für künftige Aufträge sucht, wird bei „Firmenprofile“ fündig. HUSS-MEDIEN Gmb H Am Friedrichshain 22, 10407 Berlin huss Das Objektgeschäft Eine Sonderpublikation der Fachzeitschrift Moderne Gebäudetechnik Vorteilspreis: 24,80 zzgl. 1,80 Porto und Versand. Bestellung unter Tel.: 030 42151-212 oder per Fax: 030 42151-232 oder www.tga-praxis.de „Das Objekt“der Begierde
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- K. Jungk
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