LTE

Für bessere Randbedingungen

21. Juli 2011, 11:46 Uhr | Helmut Nast, Funkwerk Dabendorf

LTE verspricht Datenvolumen bis zu 100 MBit/s, womit sich nahezu zehnmal schneller surfen ließe als über eine DSL-Leitung. Doch schon am Rande einer Netzzelle baut das Signal deutlich ab. Ebenso wenig gelangt es verlustfrei dorthin, wo es benötigt wird: ins Innere von Gebäuden. Wäremschutzverglasung oder Stahlbetonmauern tun ihr Übriges. Hilfe verspricht die passende Antennentechnologie.

Die Antennentechnologie hat einen starken Einfluss auf die LTE-Datenübertragung. Der neue Mobilfunkstandard verwendet das Multiple-Input-Multiple-Output-Verfahren (Mimo), mit dessen Hilfe die Datenrate verbessert werden kann. Die Bezeichnung Mimo bedeutet, dass mehrere Sendeantennen in den Übertragungskanal (Luft) einspeisen und mehrere Empfangsantennen dem Übertragungskanal Leistung entnehmen. Bei LTE wird gegenwärtig 2x2-Mimo im Downlink verwendet, das heißt zwei Sendeantennen auf der Basisstationsseite und zwei Empfangsantennen auf der Enduser-Seite. Jede Sendeantenne schickt zur gleichen Zeit ein eigenes OFDMA-Signal (Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing). Auf diese Weise kann die Datenrate im Downlink-Betrieb im Idealfall verdoppelt werden. Im Uplink Mimo zu verwenden würde bedeuten, dass zwei Sendeverstärker auf der Enduser-Seite eingesetzt werden müssten. Dies würde den Hardwareaufwand wesentlich vergrößern und die Akku-Standzeit drastisch reduzieren. Darüber hinaus werden die hohen Datenraten vorwiegend im Downlink- und nicht im Uplink-Betrieb benötigt.

Der Übertragungskanal wird als 4-Port-Element aufgefasst und als Übertragungsmatrix definiert. Die beiden unterschiedlichen Sendesignale (Eingangssignale) werden durch je eine Trainingssequenz kenntlich gemacht. Da der Empfänger weiß, welche Trainingssequenz von welcher Sendeantenne stammt, kann die Übertragungsmatrix des Kanals nach Amplitude und Phase bestimmt werden. Die Elemente der Übertragungsmatrix sind dabei h00, h01 (Signalanteile von Sendeantenne 0 und Sendeantenne 1 an der Empfangsantenne 0) und h11, h10 (Signalanteile von Sendeantenne 0 und Sendeantenne 1 an der Empfangsantenne 1). Da angenommen werden kann, dass die Trainingssequenzen und die unbekannten Signale drum herum der gleichen Beeinflussung innerhalb der Symboldauer unterliegen, können die beiden Datensignale getrennt demoduliert werden. Der Mimo-Betrieb erfolgt, so lange keine relevante Korrelation zwischen beiden Trainingssequenzen besteht. Ist das jedoch der Fall, sendet das Enduser-Gerät ein Feedback zur Basisstation und der Mimo-Betrieb wird eingestellt.

Positiv wird dieser Prozess noch dadurch unterstützt, indem die Empfangsantennen räumlich voneinander getrennt werden – was allerdings seine Grenzen hat, vor allem bei einem LTE-Stick – oder dadurch, dass die beiden Empfangsantennen unterschiedliche Polarisation besitzen – orthogonal zueinander, zum Beispiel um 45 Grad gedreht.