4G LTE 3GPP Rel 8 Cat 3: Warum kommen keine 100 MBit/s?

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1. Dezember 2012:  LTE-Geräte vom Baujahr 2012 versprechen 100 MBit/s im Download und 50 MBit/s im Upload, etwa das Apple iPhone 5, das HTC One XL, das Samsung Galaxy S3 LTE, der Sony VAIO S13A sowie alle LTE-Router der Gattung 3GPP Rel 8 Cat 3. Doch die vollen 100 MBit/s aus dem LTE-Netz kommen fast nie auf den Endgeräten an. LANCOM Systems Chef Ralf Koenzen erklärt im Interview, von welchen Faktoren der LTE-Speed in der Praxis ausgebremst wird.

LTE steht für Long Term Evolution. Der schnelle UMTS-Nachfolger wird von vielen Herstellern schon als Vierte Generation des Mobilfunks, kurz 4G, bezeichnet. In Deutschland wird LTE in den Frequenz-Bändern bei 800, 1800 und 2600 MHz ausgerollt. Die deutsche High-Tech-Schmiede LANCOM Systems gehört mit ihrem Business-Router „LANCOM 1781-4G“ schon seit Frühling 2012 zu den LTE-Geräte-Pionieren in Deutschland. Der 4G-Router aus Würselen bei Aachen verstand vom Start weg bereits alle drei deutschen LTE-Frequenzen, im Gegensatz zu allen anderen faktisch lieferbaren LTE-Routern von AVM, Huawei, o2, Telekom und Vodafone, die auch per Ende November 2012 je nach Modell erst ein oder zwei deutsche Bänder beherrschten.

Ralf Koenzen, Gründer und Geschäftsführer der LANCOM Systems GmbH: „Wir freuen uns über das iPhone 5, denn Apple zeigt damit einem breiten Publikum, wie flott sich LTE tatsächlich anfühlt.“ (Foto: LANCOM Systems).

Als zweites LTE-Gerät bestach der Sony VAIO S13A Laptop im Sommer 2012 nicht nur mit seinem pfeilschnellen RAID-SSD-Verbund, sondern auch mit allen drei deutschen LTE-Frequenzen. Zwei Sony-Notebook-Mitbewerber aus Asien, Fujitsu und Lenovo, kommunizierten ihre ersten LTE-Laptops in Germany derweil noch über die PR-Texte ihrer PR-Agenturen. Harte LTE-Testberichte aus deutschen 4G-Netzen waren von diesen letztgenannten Phantom-Laptops aber kaum irgendwo zu finden.

Am 21. September 2012 bescherte Apple der LTE-Szene den bis dato vielleicht größten Paukenschlag und Marketing-Gefallen, mit einem Handy aus dem kalifornischen Cupertino, das zwar kein LTE-800 und auch kein LTE-1800 in deutschen Netzen versteht, zumindest aber auf den LTE-1800-MHz-Wellen der Deutschen Telekom meist sehr flott surft, solange und sofern die neuen 4G-Netze noch so schön leer sind:

Harald Karcher: Herr Koenzen, bekommen Sie als LTE-Geräte-Hersteller mit dem iPhone 5 jetzt mehr Konkurrenz?

Ralf Koenzen: Nein, ganz im Gegenteil: Wir freuen uns über das iPhone 5 mit LTE, denn Apple spricht damit eine große Zielgruppe an und beweist mit seinem jüngsten Handy einem breiten Publikum, wie flott sich LTE tatsächlich anfühlt. Bei mobilen Pingzeiten um die 30 Millisekunden macht jede Internet-Anwendung gleich viel mehr Spaß! Vom Online-Gaming über Video-Streaming bis hin zum Business-Cloud-Computing.

Was den LTE-Speed befeuert

Harald Karcher: Im Jahre 2004 hat UMTS in Deutschland mit 0,384 MBit/s Download-Speed gestartet. Seit 2010 funkt der UMTS-Nachfolger LTE mit bis zu 100 MBit/s durch deutsche Lüfte. Teilt man 100 MBit/s durch 0,384 MBit/s, dann ist das immerhin der 260-fache Speed-Zuwachs in nur sechs Jahren. Wie war das möglich?

Ralf Koenzen: Eine immer intelligentere Mischung aus den drei Turbo-Techniken OFDM-Multiplexing, QAM-Modulation und MIMO Antennen-Technik hat im Wesentlichen den Speed-Zuwachs von UMTS über HSPA zu LTE ermöglicht. Just diese drei Beschleunigungs-Techniken haben auch schon beim WLAN-Funk die Geschwindigkeit von 11 MBit/s anno 2000 auf 450 MBit/s in 2012 gesteigert. Dabei hat sich der WLAN-Durchsatz in zehn Jahren um den Faktor 40 gesteigert. Mit WLAN-11ac kommt 2013 dann grob gesagt eine weitere Verdoppelung hinzu. Mit der WLAN-Technik hat ein großer Teil unserer LANCOM-Entwickler schon mehr als zehn Jahre Erfahrung. Dieses tiefgehende Wireless-Know-How hilft uns auch in der Entwicklung innovativer LTE-Produkte. Viele physikalische Grundprinzipien sind beim WLAN-Funk und beim LTE-Funk doch gar nicht so weit auseinander.

Harald Karcher: Warum findet man bei LTE in der Praxis so viele verschiedene Geschwindigkeiten?

Ralf Koenzen: LTE ist zwar ein komplexes, aber auch ein sehr flexibles Daten-Kommunikations-System: Man kann an vielen Schräubchen drehen und das System so an die unterschiedlichsten Bedarfe und Situationen aller Länder dieser Welt anpassen. Ein besonders starker Hebel ist die sehr flexible Wahl der Kanal-Bandbreite von 1,4 bis 20 MHz. Oder die Wahl des Modulations-Verfahren bis hinauf zu 64QAM. Oder die Anzahl der Antennen bis hin zu 4x4-MIMO-Systemen. Das ist auch einer der Gründe, warum für LTE so viele scheinbar widersprüchliche Speed-Angaben kursieren. Dreht man alle Schräubchen, sprich alle LTE-Technik-Parameter, so weit wie möglich auf, dann entsteht mit LTE Release 8 ein LTE-Endgerät der Kategorie 5: Das schafft dann, unter perfekten Randbedingungen, Download-Spitzen bis 300 MBit/s und Upload-Spitzen bis 75 MBit/s. Die bislang typischen LTE-Geräte, so auch unser LTE-Business-Router, entsprechen aber der LTE-Kategorie 3: Damit lassen sich unter optimalen Bedingungen 100 MBit/s Download und 50 MBit/s Upload über die Luftstrecke erzielen. 

 Wie schon beim WLAN, so hat auch beim Mobilfunk ein raffinierter Mix aus OFDM, QAM und MIMO den effektiven Datendurchsatz erheblich gesteigert (Grafik: LANCOM Systems).

Was den LTE-Speed behindert

Harald Karcher: Viele iPhone-5-User machen dieser Tage erstmals die Erfahrung, dass die versprochenen 100 MBit/s von LTE im echten Leben nur äußerst selten oder gar nie kommen. Was kann man denen sagen?

Ralf Koenzen: Ob die vollen 100 MBit/s bei LTE-SmartPhones, -Tablets, -Laptops oder auch bei LTE-Routern tatsächlich kommen, hängt von vielen Faktoren ab: Zum Beispiel von der Zahl der aktiven LTE-Geräte in einer LTE-Funkzelle, von der Entfernung zur Basisstation, Frequenz, Kanalbreite, oder von Funkhindernissen wie etwa Stahlbeton. Nur wenn alle Faktoren gleichzeitig optimal ausfallen, kommen die vollen 100 MBit/s. Ansonsten ist die Netto-Datenübertragungsrate zum Teil erheblich geringer. Wir können nicht für das iPhone 5 sprechen, das LTE in Deutschland sowieso nur bei 1800 MHz unterstützt. Aber wir können die komplexen Zusammenhänge sehr gerne ganz konkret an unserem eigenen LTE-Router „LANCOM 1781-4G“ erklären, der alle drei deutschen LTE-Frequenz-Bereiche bei 800, 1800 und 2600 MHz lückenlos versteht.

Shared Medium: Speed gerecht auf alle User verteilen

Harald Karcher: Kurz nach Verkaufsstart des iPhone 5 hatte ich in der Münchener Innenstadt noch sehr erfreuliche LTE-Durchsatzraten bis 74 MBit/s. Ein paar Wochen später kam erstmals fast gar kein Durchsatz mehr per LTE. Sind derweil schon zu viele LTE-Smartphones im LTE-Netz unterwegs? Legen die vielen High-Speed-iPhones jetzt schon die ersten LTE-Zellen zeitweise lahm? Wie verhalten sich die LTE-Zellen, wenn viele LTE-User gleichzeitig auf das Internet zugreifen?

Ralf Koenzen: Grundsätzlich ist LTE, genau wie WLAN, ein so genanntes Shared Medium. Das heißt, die Gesamt-Kapazität einer Funkzelle wird mehr oder weniger gerecht auf alle aktiven User verteilt. Dabei können die LTE-Betreiber ihren Usern allerdings unterschiedliche Speed-Prioritäten zuweisen, was sich im Preis der verschiedenen LTE-Tarife widerspiegelt.

Diese „künstliche“ Begrenzung der verfügbaren Bandbreiten seitens der Netzbetreiber ist technisch und ökonomisch sinnvoll, um allen Teilnehmern insgesamt eine höhere Verlässlichkeit anbieten zu können. Gerade im LTE-800-Band geht es in der ersten Rollout-Phase ja darum, einer möglichst großen Zahl von bislang unterversorgten Usern auf dem Lande per LTE eine Grundversorgung zu geben, zum Beispiel mit 6 MBit/s. Hier dient LTE ganz klar als Ersatz für einen nicht vorhandenen DSL-Basis-Anschluss.

Laden gleichzeitig zehn LTE-Router oder zehn Smartphones in der gleichen 100-MBit/s-Zelle nonstop große Datenmengen aus dem Internet herunter, dann bekommt, ohne weitere Priorisierungs-Mechanismen, im Prinzip jedes Gerät nur noch einen Datenstrom von 10 MBit/s. An verkaufsstarken Samstagen kann man sich auch 100 aktive LTE-Smartphone-User in einer einzigen LTE-Zelle in der Innenstadt vorstellen. Rein rechnerisch bekommt dann jeder nur noch 1 MBit/s Datendurchsatz, und das auch nur, wenn er sich in der Nähe der Basis-Station aufhält.

Pro LTE-Smartphone haben Sie in der Regel ja nur einen einzigen mobilen User. Bei einem stationären LTE-Business-Router ist es aber normal, dass eventuell mehrere Dutzend User „hinter“ dem Router per LAN-Switch oder per WLAN-Hotspot angeschlossen sind. Wenn Sie dann jedem User in der Firma das ungehinderte Video-Streaming oder gar File-Sharing gestatten, dann bekommt der einzelne User keine erfreulichen Datenraten mehr. Deshalb hat unser LTE-Business-Router einen optionalen Internet Content Filter für bis zu 100 Nutzer, mit dem Sie im Bedarfsfalle die Verbrauchs-Prioritäten gestalten können.

LTE ist ein Shared Medium, wie man das auch von WLAN kennt: Fordert nur ein einziger Verbraucher einen Downstream in der LTE-Funkzelle ab, und steht er zudem in der Nähe der LTE-Antennen, dann kann er mit einem LTE-Cat-4-Gerät bis zu 150 MBit/s bekommen. Sind es mehrere User, dann müssen diese sich die verfügbare Bandbreite teilen. Entfernen sich die User von der Antenne, dann geht der Daten-Durchsatz ebenfalls herunter (Grafik: LSTI-Forum).

Speed-Drosselung nach Erschöpfung des Volumen-Kontingentes

Harald Karcher: Mein iPhone 5 hat schon nach einer Woche LTE-Tests den Speed-Level von zweistelligen MBit/s-Werten auf zweistellige KBit/s-Werte, also auf ISDN-Niveau, herunter geschaltet, und zwar für den Rest des Monats. Am 1. Oktober 2012 kam dann der zweistellige MBit/s-Speed wieder zurück. Kann das so ähnlich auch einer ganzen Firma mit einem LTE-Router passieren?

Ralf Koenzen: Grundsätzlich Ja: Gehen wir mal davon aus, dass der LTE-Router Ihnen bei optimaler LTE-Anbindung knapp 50 MBit/s nonstop netto aus dem Internet heranschafft. Nach einer Stunde Videostreaming oder Filesharing hätten Sie dann schon deutlich über 20 GByte heruntergeladen, nach etwa zweieinhalb Stunden über 50 GByte. Das übersteigt bereits das monatliche Volumen-Kontingent der teuersten LTE-Verträge für Endkunden. Je nach Provider werden Sie dann für den Rest des Monats entweder auf UMTS- oder auf ISDN-Geschwindigkeit herunter gedrosselt. Es empfiehlt sich also ein sehr bewusster und halbwegs sparsamer Umgang mit LTE. Gerade wegen der hohen Geschwindigkeiten können Sie sehr schnell an das Volumen-Limit Ihres LTE-Vertrages stoßen. Die nach wie vor recht teuren Tarife wirken einer vorschnellen Überlastung der LTE-Netze entgegen.

Der Business-Router „LANCOM 1781-4G“ beherrscht LTE bei 800, 1800 und 2600 MHz. Findet er überhaupt kein LTE-Netz, dann schaltet er auf GPRS, EDGE, UMTS, HSPA oder HSPA+ zurück. Das erhöht die Ausfallsicherheit bei Engpässen in einzelnen Funknetz-Bändern, weil der Router dann sofort auf einen anderen Funkmodus umschalten kann (Foto: Harald Karcher). 

Wenn viele User über den LTE-zu-LAN-Router gleichzeitig nonstop auf bandbreitenhungrige Internet-Anwendungen wie Video-Streaming und File-Sharing zugreifen, bleibt für den einzelnen User nur noch ein schmaler Datenstrom übrig. In diesem Falle kann die Beschränkung der Zugriffsrechte über einen Internet Content Filter sinnvoll sein, um das Netz nicht durch Power-User zu verstopfen (Grafik: LANCOM Systems).

Speed ist nicht alles: Auch die Pingzeit zählt

Harald Karcher: Wer mit dem iPhone 5 in einer optimalen LTE-Zelle surft, spürt sofort die schnellen Reaktionszeiten unter den Fingern, etwa beim Surfen, oder bei der 3D-Navigation. Wie lässt sich das erklären?

Ralf Koenzen: Die guten Pingzeiten bei LTE sind genauso wichtig wie die hohen Download- und Upload-Raten: Mit der Kombination von HSDPA und HSUPA, kurz HSPA, hat man die Pingzeiten, Latenzzeiten oder Round-Trip-Times der Datenpakete im Mobilfunk erstmals unter 100 Millisekunden gebracht. LTE bringt eine weitere Verbesserung auf 60 bis 20 Millisekunden. Letzteres taugt sogar für schnelles Online-Gaming. Doch auch das ganz normale Surfen fühlt sich mit so rasanten Reaktionszeiten sehr flüssig an. Voraussetzung ist natürlich ein guter Funk-Kontakt zur nächsten LTE-Basisstation.

Die Pingzeit der reinen Luftstrecke vom LTE-Handy zur Basisstation und wieder zurück kann in optimalen Fällen um die 10 Millisekunden liegen. Die komplette Rundreisezeit eines Datenpaketes vom Endgerät zu einem entfernten Server im Internet und wieder zurück kann im besten Falle bei 20 Millisekunden liegen (Grafik: LSTI-Forum).

Entfernung von der LTE-Basis-Station

Harald Karcher: Die vollen 100 MBit/s Download bei 20 Millisekunden Pingzeit bekommt man aber sicher nur in unmittelbarer Nähe zur Basis-Station?

Ralf Koenzen: So perfekte Werte bekommen Sie am ehesten bei einer direkten Sichtverbindung und bei einer kurzen Entfernung von wenigen hundert Metern zwischen Endgerät und Basisstation. Mit zunehmender Entfernung sinkt der Datendurchsatz und die Pingzeiten steigen. Am Rande der LTE-Funkzelle reißt die Verbindung irgendwann ganz ab. In einer völlig flachen Gegend kann eine LTE-800-Zelle einen Radius von 10 Kilometern oder mehr versorgen, eine LTE-1800-Zelle endet nicht selten bei 5 und eine LTE-2600-Zelle etwa bei einem Kilometer Radius. Die LTE-Netzbetreiber entscheiden je nach Topografie des Geländes und je nach erwarteter Verkehrsdichte in einer LTE-Zelle, wann und in welcher Entfernung ein LTE-Gerät eine Zelle verläßt und in eine benachbarte Zelle aufgeschaltet wird. 

LTE von 800 bis 2600 MHz

Harald Karcher: Wozu braucht man drei verschiedene LTE-Frequenz-Bänder?

Ralf Koenzen: Die drei Bänder haben sehr unterschiedliche Eigenschaften, die sich gegenseitig gut ergänzen: Bei 800 MHz strahlt LTE sehr weit: Damit können die Netzbetreiber sehr große Funkzellen bis über 20 Kilometer Durchmesser bauen. Damit kann man dünn besiedelte Gebiete auf dem flachen Lande mit einer relativ kleinen Zahl von LTE-800-Basisstationen versorgen. Somit eignet sich diese niedrige Frequenz vor allem als stationärer DSL-Kabel-Ersatz mittels stationären LTE-Routern in den „weißen Flecken“ der Internet-Diaspora. Zudem dringen die tiefen 800-MHz-Frequenzen besonders gut in Gebäude hinein. Insofern sind sie auch für die Indoor-Versorgung von Gebäuden in dicht bebauten Städten gut geeignet. 

Je höher die Frequenz wird, desto kürzer wird die Reichweite der Funkwellen. Deshalb überzieht beispielsweise Vodafone das Land erst einmal mit 800-MHz-Funkzellen und plant den Rollout von 2600-MHz-Zellen erst im zweiten Schritt, wenn es in den 800-MHz-Zellen eng wird. Eine Vollversorgung von ganz Deutschland mit kleinen 2600-MHz-LTE-Zellen ist aus heutiger Sicht schlicht unbezahlbar. Man wird 2600-MHz-Zellen im ersten Schritt nur an stark bevölkerten Hotspots wie Messen, Bahnhöfen und Flughäfen ausrollen. Per November 2012 gibt es LTE-2600 von Vodafone nur vereinzelt in Düsseldorf, Berlin und Heiligendamm. Auch die zwei weiteren LTE-Provider haben es mit LTE-2600 noch nicht eilig. 

LTE-1800 ist ein guter Kompromiss zwischen LTE-800 und LTE-2600. Bis Ende 2012 will die Telekom LTE-1800 in über 100 Städten ausrollen. Bei allen Frequenzen gilt: Je näher sich der LTE-User an der Basisstation befindet, desto höher sind die Datenraten und desto flotter sind die Pingzeiten. Am Rande der LTE-Zellen dagegen tendiert der Datendurchsatz gegen Null. Bei einem lückenlosen LTE-Ausbau wird der LTE-Verbraucher aber rechtzeitig aus der „schlechter werdenden“ Zelle „in die nunmehr „bessere“ Zelle übernommen. Im besten Falle merkt der LTE-User beim Hand-Over nichts von diesen Zellwechseln. Fassen wir zusammen: Die großen LTE-800-Zellen eignen sich für den raschen Rollout in ländlichen Gebieten. Die kleinen LTE-2600-Zellen dagegen sind ideal für stark bevölkerte Hotspots in Messen, Bahnhöfen, Flughäfen und Einkaufszentren. 

Harald Karcher: Wie fügt sich Ihr LTE-Router in diese deutsche Frequenz-Landschaft ein? 

Ralf Koenzen: Unser LTE-Router „LANCOM 1781-4G“ bedient alle in Deutschland relevanten Mobilfunkarten, insbesondere LTE bei 800, 1800 und 2600 MHz. Er ist ein so genanntes „User Equipment“ der Gattung „3GPP Release 8 Categorie 3“, schafft unter optimalen Messbedingungen also nominal 100 MBit/s im Download und 50 MBit/s im Upload, sofern die nationalen Netzbetreiber die dazu nötigen LTE-FDD-Kanäle auf der vollen Kanalbandbreite von 20 MHz nutzen: Das dürfen sie in Deutschland tatsächlich bei LTE-1800 und bei LTE-2600. Im 800-MHz-Bereich dagegen haben sie im Frühling 2010 bei der Bundesnetzbehörde nur Kanalbreiten von 10 MHz ersteigert. Diese schmäleren Kanäle ermöglichen mit den aktuellen LTE-Cat3-Endgeräten maximal circa 50 MBit/s im Downstream. Auf 800 MHz können wir den offiziellen LTE-Speed von 100 MBit/s also gleich wieder vergessen, da sind es eher 50 Mbit/s. 

Harald Karcher: Aber zumindest bei 1800 und bei 2600 MHz sind die aktuellen LTE-Cat3-Geräte doch im Download mit 100 MBit/s fast doppelt so schnell wie VDSL-50? Und im Upload mit 50 MBit/s fast fünfmal so schnell wie VDSL-50? 

Ralf Koenzen: Im Prinzip schon, falls Sie aktuell irgendwo noch eine völlig leere LTE-Funkzelle finden sollten, die zudem optimal per Glasfaser an das Internet angebunden ist. 

LTE-800 für große Flächen

Harald Karcher: Welche Bedeutung hat LTE-800 in Deutschland?

Ralf Koenzen: Das ist vorerst das wichtigste Frequenzband. Es wird von allen drei LTE-Netzbetreibern großflächig ausgebaut, von Telefonica o2, Telekom und Vodafone. In zwölf von dreizehn mit Breitband unterversorgten Bundesländern ist die Ausbau-Verpflichtung der Bundesnetzagentur mit LTE-800 seit Oktober 2012 bereits erfüllt. Dort können die drei Netzbetreiber ihre ersteigerten 800-MHz-Frequenzen jetzt frei nutzen, also auch in den großen Städten. Das war politisch so gewollt und völlig richtig: Zuerst das Land, danach die großen Städte mit LTE-800 zu versorgen! Auch im letzten der dreizehn mit Breitband unterversorgten Flächen-Bundesländer, in Brandenburg, wird die Versorgungsauflage bald erfüllt sein.

Harald Karcher: Mit diesem raschen Ausbau von LTE-800 kann sich Deutschland ja auch international gut sehen lassen?

Ralf Koenzen: Durchaus! Es war sogar ein echter Glücksfall, dass durch die Umstellung auf das digitale, terrestrische Fernsehen namens DVB-T entsprechende Frequenzbereiche in Deutschland genau zum richtigen Zeitpunkt für LTE frei wurden. Die können nun sehr sinnvoll für die Internet-Versorgung auf dem Land eingesetzt werden. Deshalb nennt man das 800-MHz-Band ja auch gerne die „Digitale Dividende“. Ansonsten wäre es nicht leicht gewesen, überhaupt noch genug freie Frequenzbereiche für das neue LTE zu finden. Fast alle Frequenz-Bereiche sind in Deutschland ja schon anderweitig fest vergeben, etwa für Funk, Richtfunk, Radio, Fernsehen, Radar, Rettungsdienste und vieles mehr.

Die Frequenzen für LTE-800, genannt die Digitale Dividende, waren viel „wertvoller“ als jene bei 1800, 2000 und 2600 MHz zusammen genommen. Erstere haben dem Finanzminister 3,7 von insgesamt 4,4 Milliarden Euro eingebracht (Grafik: LANCOM Systems).

LTE-800-Praxiswerte

Harald Karcher: Welchen Datendurchsatz schafft Ihr Business-Router mit LTE-800?

Ralf Koenzen: Bei guter LTE-800-Versorgungslage sind es circa 45 MBit/s im Download und gut 10 MBit/s im Upload.

Harald Karcher: Gibt es auch Messwerte aus dem fahrenden Auto?

Ralf Koenzen: Im Münchener Umland haben wir im fahrenden Auto fast identische Durchsatzwerte wie im stationären Betrieb gemessen, also über 40 MBit/s im Download und circa 10 MBit/s im Upload. Natürlich erreicht man so schöne Messwerte nicht immer und nicht überall.

LTE-800-Labor-Messwerte

Harald Karcher: Welche Messwerte erreichen Sie mit LTE-800 im Labor?

Ralf Koenzen: An unserem „R&SCMW 500 Wideband Radio Communication Tester“ von Rohde & Schwarz kommen freilich noch höhere Labor-Messwerte aus jedwedem LTE-Router als in unseren Praxis-Messungen. Solche Labor-Messwerte führen mitunter auch zum Frust, weil sie ja in keinem kommerziellen LTE-Kundennetz später mehr erzielbar sind. Wir kommunizieren diese Laborwerte nicht, um keine unrealistischen Erwartungen zu schüren. Der echte LTE-Anwender betreibt den Router in seiner Firma ja später auch nicht an einem LTE-Simulator für eine halbe Million Euro. Unsere WLAN- und LTE-Entwickler brauchen aber solche Test- und Messgeräte. Diese können unter anderem auch Basis-Stationen simulieren, bevor sie überhaupt in der Praxis aufgebaut werden.

LTE-1800 für Telekom-Städte

Harald Karcher: Welche Bedeutung hat LTE-1800 in Deutschland?

Ralf Koenzen: Im Sommer 2011 hat die Deutsche Telekom AG das erste deutsche LTE-1800-Funknetz in Köln kommerziell gestartet. Die Frequenz bei 1800 MHz hat damals noch ein bisschen überrascht, zumal es just für LTE-1800 noch wenig Endgeräte gab. LTE-1800 strahlt nicht ganz so weit wie LTE-800 und dringt auch nicht so tief in Gebäude hinein. Andererseits darf der Netzbetreiber bei LTE-1800 die volle Kanalbreite von 20 MHz nutzen, genau wie bei LTE-2600. Damit kann er bei LTE-1800 auch die volle Download-Geschwindigkeit von 100 MBit/s anbieten, genau wie bei LTE-2600. Laut Dr. Bruno Jacobfeuerborn, Technikchef der Telekom Deutschland GmbH, ist 2012 das Jahr von LTE: Die Telekom will bis Ende 2012 mehr als 100 Städte mit LTE-1800 versorgt haben. 

Ist LTE-1800 der Nischen-Exot?

Harald Karcher: Zwei von drei deutschen LTE-Anbietern, nämlich o2 und Vodafone, bieten überhaupt kein LTE-1800-Funknetz an. Die Telekom wiederum funkt LTE-1800 nur in den größeren Städten, aber nicht auf dem Lande. Ist LTE-1800 damit ein Nischen-Exot?

Ralf Koenzen: Nicht mehr lange! Denn LTE-1800 ist auch weltweit im Kommen. Damit hat die Telekom, genau wie Apple, gar keine schlechte Wahl getroffen. LTE-1800 ist ein guter Kompromiss zwischen dem großzelligen LTE-800 und dem sehr kleinzelligen LTE-2600. Wenn die hohe Adoptionsrate von LTE-1800 bei Providern und Geräte-Herstellern anhält, dann könnte sich LTE-1800 bald als das weltweit einheitliche LTE-Band entwickeln.

LTE-1800-Praxis-Messwerte

Harald Karcher: Ihr LTE-Business-Router gehört zu den wenigen LTE-Endgeräten, die schon seit Vertriebsfreigabe im März 2012 unter anderem auch LTE-1800 beherrschen. Wo liegen die typischen Durchsatzwerte?

Ralf Koenzen: Im LTE-1800-Netz der Telekom wurden im März 2012, fast zeitgleich zu unserer Router-Vertriebsfreigabe, die LTE-Kanalbandbreiten von 15 auf 20 MHz erweitert. Mit beiden Kanalbreiten hat sich der „LANCOM 1781-4G“ offenbar auf Anhieb gut vertragen. Über die breiteren 20-MHz-Kanäle kamen oft Mittelwerte von über 42 MBit/s, teilweise 45 Mbit/s, im Download und 28 MBit/s im Upload bei sehr geringen Schwankungen. Besonders der Upload stellt sogar VDSL-50-Praxiswerte in den Schatten. Doch wie gesagt, die Messwerte hängen von vielen Faktoren ab und sind nicht immer gleich.

LTE-2600 für dicht bevölkerte Hotspots

Harald Karcher: Welche Bedeutung hat LTE-2600 in Deutschland? Und haben Sie zu diesem Band auch Messwerte?

Ralf Koenzen: LTE-2600 funkt mit kürzeren Wellen als LTE-800 und LTE-1800. Es eignet sich daher für kleinere Zellen in großen Städten und in sehr dicht besiedelten Regionen. Im Frequenzband um 2600 MHz haben alle drei deutschen LTE-Netzbetreiber Telekom, o2 und Vodafone 20 MHz breite Kanäle ersteigert. Damit können unter optimalen Bedingungen im Prinzip auch die vollen 100 MBit/s Download-Geschwindigkeit erreicht werden. Die kleinen, hochfrequenten LTE-2600-Zellen bringen zwar den höchsten Datendurchsatz pro Quadratmeter, machen einen flächendeckenden Rollout aber auch sehr teuer, genauer gesagt: vorerst unbezahlbar. Vermutlich wird LTE-2600 daher bis auf weiteres fast nur an Hotspots mit großen Menschenansammlungen punktuell ausgerollt, wie etwa Messen, Flughäfen oder Bahnhöfen. Bislang spielt in Deutschland LTE-800 die wichtigste Rolle. 

LTE-2600-Praxis-Messwerte

Ralf Koenzen: Kommerziell genutzte LTE-2600-Netzzugänge der drei nationalen LTE-Betreiber mit 20-MHz-Kanälen stehen in der Praxis weder uns, noch Ihnen, noch unseren Kunden in nennenswertem Umfang zur Verfügung, weil es bislang fast keine gibt. Den Luftraum bei 2600 MHz haben die Carrier zwar schon im Frühling 2010 ersteigert, besetzen ihn aber offenbar erst später mit LTE. Die Frage nach Messwerten aus der Praxis erübrigt sich mangels LTE-2600-Flächendeckung.

Fallback von LTE auf 3G und 2G

Harald Karcher: Neuerdings scheinen auch LTE-Smartphones nennenswerten Verkehr in die LTE-Netze zu bringen. Neben dem iPhone 5 gibt es hierzulande auch LTE-Handys von HTC, LG, Nokia und Samsung. An verkaufsstarken Samstagen konnte ich in der Münchener Innenstadt schon erste Engpässe in den LTE-Netzen registrieren. Die meisten LTE-Handys können dann mehr oder weniger schnell auf 3G und 2G ausweichen. Die meisten stationären LTE-Router dagegen verstehen nur LTE und sonst nichts. Wie reagiert Ihr LTE-Router in solchen Fällen?

Ralf Koenzen: Neben LTE bei 800, 900, 1800, 2100 und 2600 MHz versteht unser „LANCOM 1781-4G“ auch die älteren 2G- und 3G-Netze. Findet er überhaupt kein LTE-Netz, dann schaltet er auf GPRS, EDGE, UMTS, HSPA oder HSPA+ zurück. Fällt jedwede Funkversorgung von 2G bis 4G aus, dann versteht er auch noch ISDN oder kann per externem DSL-Modem die Verbindung zum Internet aufbauen. Das vergrößert seinen Einsatz-Radius und die Netz-Ausfallsicherheit gegenüber Geräten, die nur LTE zur WAN-Fernverbindung unter der Haube haben. Die 2G-Modi EDGE, GPRS und GSM funken in vier Bändern bei 850, 900, 1800 und 1900 MHz, die 3G-Modi bei 900 und 2100 MHz. Sie sehen, der „LANCOM 1781-4G“ versteht nicht nur die deutschen Mobilfunknetze. Er dürfte in fast allen Ländern der Welt ein brauchbares Signal zum Surfen finden.

Harald Karcher: Na dann sollte man den 800 Euro teuren Alleskönner doch gleich mal an die Kette legen?

Ralf Koenzen: Das kann nicht schaden, aber wenn unser Multiband- und Multimode-Mobilfunk-Router von seinem festen Standort gestohlen wird, dann sorgt das eingebaute GPS-Modul bei entsprechender Konfiguration für eine sofortige Sperrung aller wichtigen Router-Funktionen und VPN-Zugangsdaten: Der Dieb kann danach nicht mehr in die über den Router erreichbaren Netzwerke eindringen und mit dem gestohlenen Router nicht mehr viel anfangen.

Den schnellsten LTE-Modus erzwingen

Harald Karcher: Viele LTE-Handys, zum Beispiel auch das neue iPhone 5, fallen öfters mal von selber aus der LTE-Connection heraus. In diesem Falle können sie natürlich keinen LTE-Speed mehr bringen. Wie haben Sie das bei Ihrem LTE-Router gelöst?

Ralf Koenzen: Der Administrator kann selber entscheiden, ob er seinen „LANCOM 1781-4G“ fest und beständig in den LTE-Modus zwingen will oder lieber die automatische Wahl der Verbindungsart einstellt. Wenn der Router häufig zwischen mehreren verschiedenen Funkzellen und Funkmodi hin und herwechselt, kann es besser sein, den LTE-Modus fest zu erzwingen. Im fahrenden Auto oder im Zug mag dagegen die automatische Wahl der Verbindungsart unterm Strich den höheren Datendurchsatz bringen. Unser LTE-Router braucht im Gegensatz zum iPhone zwar ständig eine 230-Volt-Steckdose, die finden Sie aber beispielweise im Intercity unter den Sitzen. Fürs Auto gibt es entsprechende 12-zu-230-Volt-Adapter für die 12-Volt-Steckdose.

Den schnellsten LTE-Provider auswählen

Harald Karcher: Fährt man mit dem Auto oder mit dem ICE einmal quer durch Deutschland, dann findet so ein LTE-Router ja einen wahren Flickenteppich von LTE-Providern, LTE-Frequenzen und LTE-Geschwindigkeiten. Wie findet ein LTE-Kunde mit einem bundesweiten Filialnetz den für ihn besten LTE-Provider heraus?

Ralf Koenzen: Wenn Sie LTE-SIM-Karten von allen LTE-Providern haben, können Sie unseren LTE-Router je nach Standort jeweils in das beste und schnellste LTE-Netz verbinden. Die Netzliste des „LANCOM 1781-4G“ gibt wertvolle Hinweise auf alle aktuell verfügbaren Mobilfunknetze in der näheren Umgebung. Das hilft zum Beispiel bei der Auswahl des besten Providers an einem ganz bestimmten Standort. Wer mehrere Filialen quer durch ganz Deutschland vernetzen will, braucht detaillierte Standort-Analysen, bevor ein umfassender Beschaffungs- und Installationsplan erstellt wird. Eventuell wird so ein Kunde den LTE-Service dann in verschiedenen Regionen auch von verschiedenen LTE-Providern beziehen.

Glasfaser-Anbindung der LTE-Stationen

Harald Karcher: Welche Auswirkungen hat die Backbone-Anbindung der LTE-Basis-Stationen auf das Speed-Erlebnis der LTE-Endanwender?

Ralf Koenzen: Wer eine ganze Stadt auf einen Schlag mit LTE versorgen will, nimmt dazu am besten eine Glasfaser-City, denn sonst bricht der so genannte Backhaul und die Infrastruktur hinter den Antennen-Masten schnell zusammen. Aus diesem Grunde hat Vodafone die ersten größeren LTE-Versuche in Würzburg gemacht, denn dort hatte Arcor seine Glasfaser-Test-und-Vorzeige-City als Mitgift in die Vodafone-Ehe eingebracht. In Würzburg lagen genug freie Glasfaser-Reserven für den LTE-Traffic aus der Luft bereits im Boden.

Die Provider müssen den gewaltigen Traffic von den LTE-Basisstationen abtransportieren, den die vielen schnellen LTE-SmartPhones, -Tablets, -Laptops und -Router in der Luft neuerdings generieren. Strahlen zum Beispiel drei LTE-Antennen vom gleichen Mast in drei Richtungen, dann muss man den Verkehr von 3 mal 100 MBit/s abführen. Manchmal hängen auch sechs LTE-Antennen an einem Mast, dann sind es schon 6 mal 100 = 600 MBit/s. Zudem hängen meist noch weitere Antennen für GSM, GPRS, EDGE, UMTS und HSPA am gleichen Mast. Auch diesen 2G-3G-Verkehr muss man abtransportieren. Viele Basisstationen sind noch per Kupferleitung angebunden. Im UMTS-Zeitalter war das in Ordnung. Mit LTE-Antennen auf den Masten kann es aber zu Engpässen am Kupfer kommen, die der LTE-User dann als Ruckeln und Hängen an seinem LTE-Gerät spürt. Die LTE-Betreiber arbeiten deshalb mit Hochdruck daran, ihre LTE-Basisstationen so schnell und so komplett wie möglich an Gigabit-schnelle Glasfaser-Leitungen anzuschließen. Auf diesen meist sehr teuren Glasfaser-Ausbau hat der normale LTE-Kunde aber keinen Einfluss, es sei denn indirekt, durch Zahlung seiner LTE-Tarife.

Mehr Reichweite durch externe LTE-Antennen

Harald Karcher: Ihr Router hat hinten zwei SMA-Gewinde. Da kann der LTE-User die mitgelieferten 14-Zentimeter-Antennen für 2G-, 3G- und 4G-Connections aufschrauben. Alternativ kann man externe Antennen diverser Größen für den Indoor- oder Outdoor-Einsatz anschrauben. Zu diesem Zwecke haben Sie zur CeBIT 2012 auch eine externe LTE-Antenne namens „AirLancer Extender I-360-4G“ zum Preis von 79,- Euro netto vorgestellt, die wir im Gegensatz zum Router bis heute noch nicht selber testen konnten. Aktuell hat Ihre Firma auch eine externe Outdoor-Antenne „AirLancer Extender O-360-4G“ für den LTE-Router vorstellt. Was bringen solche Antennen an einem LTE-Router? Wann empfiehlt sich deren Einsatz?

Ralf Koenzen: Wenn ein LTE-User schon einen Standort mit sehr guter LTE-Versorgungslage hat, etwa mit einer kurzen Sichtlinie zur LTE-Basisstation, dann sollte er die mitgelieferten 14-Zentimeter-Antennen für 2G, 3G und 4G nutzen. Dann bringt eine gesonderte, externe Antenne keinen weiteren Vorteil.

Steht der LTE-Router dagegen in einer Wohnung, Firma oder Filiale am Rande einer LTE-Funkzelle, oder in einer schlecht ausgeleuchteten Senke, dann können Stabilität und Durchsatz der Internetverbindung durch externe Antennen drastisch verbessert werden. Der kundige Händler findet schnell den besten LTE-Antennen-Platz, an der richtigen Seite des Gebäudes, im Dachgiebel, an einem Mast über dem Dach.

Doch nicht alle LTE-Antennen werden von allen LTE-Routern erkannt. Nicht alle passen auf alle LTE-Frequenzen. Am besten legt sich der Händler ein Sortiment von LTE-Antennen ins Auto und probiert sie vor Ort aus. Hier können ITK-Händler ihr Installations- und Vernetzungs-Knowhow ausspielen und schwierige Standorte ans LTE-Netz bringen, die ohne Outdoor-Antenne gar keine ausreichende Funk-Verbindung mehr bekommen würden.

Hat der Händler und sein Kunde so den Quantensprung vom 64-KBit/s-ISDN-Anschluss ins 50.000-KBit/s-LTE-Zeitalter geschafft, dann ergeben sich auf diesem neuen Speed-Level ganz neue Möglichkeiten der Heim- und Business-Vernetzung.

Ausblick: LTE mit Gigabit-Speed

Harald Karcher: Wie geht die Speed-Entwicklung weiter? Wann kommen die vollen 100 MBit/s?

Ralf Koenzen: Das müssen Sie die LTE-Netzbetreiber und deren Netzausrüster fragen. Die reden ja schon von Labor-Versuchen mit 1000 bis 1200 MBit/s. Dabei werden allerdings vier 20-MHz-Kanäle gleichzeitig genutzt. Zusammen also 80 MHz. Das nennt man Multi-Carrier-Technik. Eine solche Verschwendung der knappen Frequenzen in der Luft ist in der Praxis dicht besiedelter Gebiete derzeit kaum realisierbar. Dazu müsste man auch weitere Frequenzen an die Netz-Betreiber versteigern. Zudem kamen in den LTE-Gigabit-Tests 4x4-MIMO-Systeme zum Einsatz. Dieses Multiple Input Multiple Output Verfahren benötigt mehrere Antennen im Endgerät und auf der Basisstation. Einen weiteren Speed-Zuwachs bringt die CoMP-Übertragung. Bei einer solchen Coordinated Multi Point Transmission kann das Endgerät die Dateien von mehreren Basisstationen gleichzeitig herunter laden. So aufwändige Endgeräte für 80MHz Kanalbreite und 4x4 MIMO sind vorerst kommerziell noch nicht verfügbar. Die Entscheidung über den Rollout neuer Mobilfunknetze und die damit verbundenen Milliarden-Investitionen fällen die Netz-Betreiber. Sobald die Provider schnellere LTE-Normen ausrollen, passen wir unseren LTE-Router an. Er ist modular aufgebaut. Im besten Falle müssen wir dann nur das Funkmodul auswechseln.

Harald Karcher: Vielen Dank für das Interview.