Was ist LTE: Wie es funktioniert und warum es wichtig ist

Wir alle haben schon von 4G und 5G in der Netztechnologie von Mobilfunk gehört. Aber vielleicht haben Sie auch den Begriff "4G LTE" gesehen und sich gefragt, wofür LTE steht? Die kurze Antwort ist, dass LTE für "Long Term Evolution" steht und am häufigsten im Zusammenhang mit 4G verwendet wird, dem globalen Mobilfunkstandard der vierten Generation, der erstmals 2008 definiert wurde.

Mit der Einführung von 5G auf der ganzen Welt gibt es viele Fragen zur Netztechnologie und zur Terminologie. Wird zum Beispiel 4G verschwinden? Wird 4G LTE abgeschafft? Und wenn ja, wann?  
 
In diesem Blog geben wir einen kurzen Überblick über den Hintergrund von LTE. Wir betrachten seine Rolle in der Kommunikation Mobilfunk , seine Beziehung zu 5G - der nächsten Generation der Netztechnologie Mobilfunk - und wie lange 4G LTE und 5G nebeneinander bestehen werden.
 

Was ist LTE Long-Term Evolution

4G LTE-Konzept
Das Konzept von LTE wirft eine Reihe von Fragen auf. Was ist LTE? Was sind LTE-Daten? Und ist LTE dasselbe wie 4G? Kurz gesagt: LTE ist zwar technisch nicht derselbe als 4G, seine Entwicklung hat in 4G-Netzen stattgefunden. LTE-Daten werden schneller und mit geringerer Latenz übertragen, wie wir in diesem und im nächsten Abschnitt untersuchen werden.
 
Die meisten Verbraucher haben wahrscheinlich zum ersten Mal von "LTE" gehört, als sie diese Buchstaben in der Ecke des Bildschirms ihres Smartphones sahen und sich fragten: "Was bedeutet LTE auf meinem Telefon? Bei Mobiltelefonen bedeutet es einfach, dass das Telefon mit dem 4G-LTE-Netz des Betreibers verbunden ist.
 
Industriell IoTBei Digi konzentrieren wir uns auf die kommerziell und industriell Anwendungsfälle von 4G LTE und 5G, da unsere Kunden in den Bereichen Unternehmen, Industrie, Transport, Behörden und Medizin tätig sind. Der Rest dieses Artikels ist daher der Diskussion über die Bedeutung von LTE und den Ausblick in diesem Kontext gewidmet.
 
Wenn Long-Term Evolution (LTE) wurde erstmals 2008 eingeführt und definiert ein neues Mobilfunk Zugangsnetz mit hoher spektraler Effizienz, hohen Spitzendatenraten, kurzer Umlaufzeit sowie Flexibilität bei Frequenz und Bandbreite. Es steht für ein sich entwickelndes Leistungsniveau, da die Fähigkeiten der Mobilfunk Hardware, Software und Netzwerktechnologie - wie Geschwindigkeit, Latenz, Batterieverbrauch und Kosteneffizienz - mit der Zeit optimiert und verbessert werden. Als eine Branchenbeobachter zu LTE: "Es handelt sich weniger um eine Technologie als um den Weg, den wir gehen, um 4G-Geschwindigkeiten zu erreichen.
 
Es ist wichtig zu wissen, dass bei der Einführung von Nachfolgegenerationen der Mobilfunk Technologie die vorherige(n) Generation(en) in Betrieb bleiben und oft für ein Jahrzehnt oder länger mit der neueren Technologie koexistieren.
 


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Für diejenigen, die heute LTE-Technologie kaufen und einsetzen, bedeutet LTE, dass sie eine breite Palette von Geräten in einem LTE-Netz einsetzen können, und zwar in der Gewissheit, dass ihr Einsatz noch viele Jahre lang möglich sein wird. Dies ist besonders wichtig, da ältere 2G- und 3G-Netze auslaufen, damit das Spektrum effizienter genutzt werden kann. Betrachtet man LTE im Vergleich zu 3G, so müssen diejenigen, deren Geräte auf Vor-4G-Netzen basieren, unverzüglich auf 4G oder 5G umsteigen. Wenn Sie bereits über 4G verfügen, sind Sie während der gesamten Lebensdauer Ihrer Produkte zukunftssicher.

Die LTE-Technologie hat weltweit zahlreiche Vorteile mit sich gebracht:

  • LTE-Konnektivität ist fast überall auf der Welt sowohl für Verbraucher als auch für gewerbliche/industrielle Anwendungen verfügbar.
  • LTE bietet langfristige Netzkontinuität, während ältere Netze wie 2G und 3G auslaufen.
  • In Regionen, in denen 5G erst in einiger Zeit verfügbar sein wird, wird die 4G LTE-, 4G LTE Advanced- und 4G LTE Advanced Pro-Technologie den Migrationsbedarf von 2G/3G noch über Jahre hinweg unterstützen.
  • LTE bietet höhere Geschwindigkeiten sowie erhebliche Vorteile für stromsparende Anwendungen und einfachere, kostengünstige Geräte - und damit eine einheitliche Technologiegrundlage für eine Vielzahl von Anwendungsfällen.

Wie funktioniert LTE?

LTE-Technologie
LTE verbessert die Funktionalität und Leistung älterer Netze. Diese kurze LTE-Beschreibung von Keven Sookecheff bietet einen ausgezeichneten LTE-Überblick, um zu verstehen, wie LTE funktioniert:
 
LTE ist eine Neugestaltung des 3G-Standards, um der Nachfrage nach Datenübertragungen mit geringer Latenzzeit gerecht zu werden. Die Neugestaltung umfasst Folgendes:

  • Ein auf IP-Adressen basierendes Kernnetz
  • Eine vereinfachte Netzarchitektur
  • Eine neue Funkschnittstelle
  • Ein neues Modulationsverfahren
  • Funkgeräte mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (MIMO) für alle Geräte

Im Folgenden finden Sie einige wichtige Fakten zur Funktionsweise von LTE auf hohem Niveau:

  • LTE bietet geringere Latenzzeiten und einen höheren Durchsatz im gesamten Netz, was die Leistung des 3G-Netzes erheblich verbessert.
  • LTE arbeitet in einem anderen Spektrum als 3G-Netze und erfordert neue Hardware.
  • LTE bietet schnelle Daten-Download-Geschwindigkeiten von mehreren 100 Megabit pro Sekunde (Mbit/s) im Vergleich zu mehreren 10 Mbit/s bei 3G, was bedeutet, dass LTE 5-10 Mal schneller ist als 3G.
  • LTE kann Daten, Sprache (VoLTE), Instant Messaging und Video auf Smartphones und Tablets über eine einzige Schnittstelle unterstützen. Bei 3G geschah dies über verschiedene Systeme, und in einigen Netzen schlossen sich Sprache und Daten gegenseitig aus.

 Als sich 4G aus seinem 3G-Vorgänger entwickelte, gab es in der eigentlichen Netzarchitektur nur kleine schrittweise Änderungen. Das folgende Diagramm aus unserem 5G-Netzwerkarchitektur Blog zeigt, wie LTE aus Sicht der Architektur funktioniert:
4G-LTE-Netzarchitektur
Quelle: 3GPP

In 4G LTE verbindet sich das User Equipment (UE), wie Smartphones oder Mobilfunk , über das LTE Radio Access Network (E-UTRAN) mit dem Evolved Packet Core (EPC) und dann weiter mit externen Netzwerken, wie dem Internet. Der Evolved NodeB (eNodeB) trennt den Nutzerdatenverkehr (user plane) vom Verwaltungsdatenverkehr des Netzes (control plane) und speist beide getrennt in den EPC ein.
 

Die Entwicklung der LTE-Technologie

3G, 4G und 5G Entwicklung
Ungefähr alle zehn Jahre wird der Funkkommunikationssektor der Internationale Fernmeldeunion (ITU-R) und ihre Partner legen eine neue Generation von Anforderungen an Geschwindigkeit, Konnektivität und Frequenzen für die weltweiten Mobilkommunikationssysteme fest. Ältere Technologiegenerationen werden in regelmäßigen Abständen ausgemustert, damit mehr Daten über das gleiche Spektrum übertragen werden können und mehr Geräte das verfügbare Spektrum gemeinsam nutzen können.
 
Die ITU-R-Normen spiegeln den technologischen Fortschritt wider, und die Fristen für ihre Annahme werden so festgelegt, dass sie den neuen Anforderungen der Anwendungen und der Industrie entsprechen. Eine andere Organisation, das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) nimmt die ITU-R-Anforderungen und schreibt technische Spezifikationen, die in einer Reihe von Dokumenten gebündelt werden. veröffentlicht.
 
Zeitplan für die Veröffentlichung von LTE, LTE Advanced und LTE Advanced Pro
Die Zeitleiste der 3GPP-Veröffentlichungen zeigt die wichtigsten Meilensteine in der Entwicklung der LTE-Technologie. Quelle: Qualcomm
 
Im Folgenden finden Sie eine kurze Chronologie der wichtigsten Meilensteine der LTE-Entwicklung und der entsprechenden LTE-Technologie:

  • 3G wurde 1998 eingeführt und kann als technologische Grundlage für LTE angesehen werden, da sich LTE speziell auf Leistungsmerkmale bezieht, die über 3G hinausgehen. 3G war die erste Technologie mit Datengeschwindigkeiten im Mbit/s-Bereich.
  • 4G-Geschwindigkeits- und Verbindungsstandards wurden von der ITU-R im März 2008 festgelegt. Die 4G-Norm für Mobiltelefone, einschließlich Smartphones und Tablets, sah vor, dass jedes Produkt oder jeder Dienst, das bzw. der sich 4G nennt, Verbindungsgeschwindigkeiten von mindestens 100 Mbit/s in der Spitze und mindestens 1 Gigabit pro Sekunde (Gbit/s) für stationäre Anwendungen aufweisen muss. Als die Normen festgelegt wurden, waren diese Geschwindigkeiten jedoch noch nicht möglich. Daher erlaubte die ITU-R, Produkte und Technologien als "4G LTE" zu bezeichnen, wenn sie eine wesentliche Verbesserung gegenüber der 3G-Technologie darstellten.
  • LTE Advanced (LTE-A) ist eine verbesserte Version von LTE, die schnellere Geschwindigkeiten und höhere Stabilität als normales LTE bietet, aber immer noch nicht so schnell ist wie "echtes" 4G. Es wurde im Jahr 2011 standardisiert. LTE-A erreicht höhere Geschwindigkeiten durch die Bündelung von Kanälen, sodass Nutzer Daten von mehreren Quellen gleichzeitig herunterladen können.
  • Die Spezifikationen fürLTE Advanced Pro (LTE-AP) wurden in den Jahren 2016 und 2017 veröffentlicht. LTE Advanced Pro umfasst drei wichtige technische Neuerungen: 1) Trägeraggregation, die Frequenzen aus verschiedenen LTE-Trägerbändern nutzt, 2) Modulation höherer Ordnung, die das verfügbare Spektrum effizienter nutzt, indem sie mehr Datenbits überträgt, und 3) MIMO-Antennen (Multiple Input-Multiple Output), die Daten mit höherer Geschwindigkeit parallel senden und empfangen. Die MIMO-Technologie verbessert die Netzabdeckung und den Durchsatz, insbesondere in städtischen Gebieten. LTE der Gigabit-Klasse, eine Form von LTE Advanced Pro, ist theoretisch in der Lage, Download-Geschwindigkeiten von mehr als 1 Gbit/s zu erreichen, auch wenn die meisten Nutzer nicht mit so hohen Geschwindigkeiten rechnen können. LTE der Gigabit-Klasse ist eine attraktive Wahl für Anwendungen im Einzelhandel, im Transportwesen und in anderen Branchen, die Hochgeschwindigkeitslösungen mit hohen Bandbreiten benötigen.
  • 5G ist der neueste Standard, der 2019 und 2020 eingeführt wird. 5G wird derzeit auf der ganzen Welt eingeführt. Wenn die 5G-Netze vollständig implementiert sind, werden sie Geschwindigkeiten von bis zu 10 Gbit/s, geringere Latenzzeiten, einen niedrigeren Energiebedarf und eine praktisch unbegrenzte Datenkapazität bieten.

Was ist privates LTE?

Privater LTE-Anwendungsfall - Fertigung
An dieser Stelle ist es wichtig, auch "Private LTE" oder "Private Mobile Networks" zu erwähnen, die eine Einsatzmöglichkeit für die LTE-Technologie bieten. Während LTE hauptsächlich in öffentlichen Netzen eingesetzt wird, Private LTE-Netze sind kleine drahtlose Netze, die mit denselben Protokollen und Technologien wie das öffentliche LTE arbeiten und lizenzierte, unlizenzierte oder gemeinsam genutzte Frequenzen nutzen, um Handys und andere Geräte zu versorgen. Mobilfunknetzbetreiber (MNOs) können Frequenzen lizenzieren und dann ein isoliertes privates LTE-Netz auf diesen Frequenzen einrichten.
 
Private LTE-Netze sind eine erschwingliche Lösung für geografisch begrenzte Standorte wie abgelegene Ölfelder oder Bergbaustandorte oder in engen Bereichen wie in großen Fabriken oder Seehäfen. Private LTE-Netze sind auch auf Flughäfen, in Sportstadien und auf Universitäts- oder Firmengeländen zu finden. Diese verschiedenen Anwendungsfälle profitieren von der nahezu konstanten Betriebszeit, die mit Private LTE möglich ist.  
 
Citizens Broadband Radio Service (CBRS) ist eine Version des privaten LTE in den USA, die gemeinsam genutzte Frequenzen im 3,5-GHz-Band (B48) nutzt. CBRS, das ähnliche Anwendungsfälle wie Wi-Fi abdeckt, wird bei Unternehmens- und Industriekunden, die mehr Kontrolle über ihr drahtloses Netzwerk wünschen, immer beliebter. Es bietet eine kosteneffiziente Netzwerkoption für abgelegene Arbeitsstätten und ländliche Gebiete mit schlechtem oder gar keinem öffentlichen Mobilfunk Empfang.
 

Was ist der Unterschied zwischen 3G und LTE?

3G LTE 5G
Die 3G-Netze wurden ab 2002 kommerziell eingeführt und haben das frühere 2G-Netzprotokoll schrittweise ergänzt und später ersetzt. Die LTE-Funktionalität baut auf einigen der zugrundeliegenden 3G-Technologie auf und fungiert als Erweiterung von 3G.
 
Hier sind einige der wichtigsten Unterschiede zwischen 3G und LTE:

  • Geschwindigkeit: 3G ist langsamer, die Datenraten werden in Kilobit pro Sekunde (Kbps) und nicht in Megabit pro Sekunde gemessen.
  • Latenz: Die 3G-Latenzzeit (die Zeitspanne zwischen dem Senden und dem Empfangen von Daten) ist viel größer.
  • Stromverbrauch: LTE-Geräte übertragen ein größeres Datenvolumen und können daher die Batterien schneller verbrauchen als 3G-Geräte, was sich auf die Kosten und die Energieverwaltung auswirkt und von Entwicklern und Netzbetreibern berücksichtigt werden muss.
  • Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit: 3G-Netze waren bis vor kurzem besser verfügbar. Heute sind 4G-Netze fast flächendeckend verfügbar und die Unterschiede in der Zuverlässigkeit sind weitgehend verschwunden.

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Was ist der Unterschied zwischen 4G und LTE?

Mobilfunk IoT und LTE-Konzept

Die Begriffe "4G" und "LTE" werden oft synonym verwendet, und "4G LTE" ist in der Fachliteratur häufig zu finden. Während das Marketing der Betreiber manchmal suggeriert, dass 4G LTE eine verbesserte Version von 4G ist, bezieht sich 4G LTE tatsächlich auf Geräte und Netze, die sich weiterentwickeln von der langsamere 3G-Standard an volle 4G-Geschwindigkeit und Durchsatzleistung. 4G LTE deckt den gesamten Bereich der Download-Geschwindigkeiten von 3G mit 10th von Mbps auf 100 Mbps von 4Gth von Mbps.
 
"4G" bezieht sich auf die Technologiegeneration, während "LTE" die Methodik für die Weiterentwicklung dieser Generation im Laufe mehrerer 3GPP-Versionen darstellt, in denen die technischen Schritte für eine bessere Leistung und mehr Funktionen ausdrücklich festgelegt sind. Dieser schrittweise Prozess sorgt dafür, dass die Geräte kompatibel bleiben und die Technologie in einem reibungslosen Übergang von einer Generation zur nächsten fortgeführt werden kann.

Warum LTE-Netze wichtig sind für IoT

LTE-Netze werden von Lösungen für das Internet der Dinge (IoT) intensiv genutzt, um Maschinen und Geräte miteinander zu verbinden und ihnen das Senden und Empfangen von Daten zu ermöglichen. Die Website IoT gab es zwar schon vor der Einführung der LTE-Konnektivität, aber die höhere Geschwindigkeit und der höhere Datendurchsatz von LTE ermöglichten es den Systemen von IoT , größere und komplexere Systeme mit größerer Präzision zu steuern.

Ladestationen für Elektrofahrzeuge
 
IoT Lösungen werden in praktisch allen Branchen eingesetzt. Im Folgenden sind einige der am weitesten verbreiteten Beispiele für LTE-fähige IoT aufgeführt:  

  • Verkehrswesen: Busse, Nahverkehrszüge und andere Formen des öffentlichen Nahverkehrs sind auf LTE-Daten und Konnektivität angewiesen, um Disponenten und Systemadministratoren Informationen über die Leistung der Fahrzeuge, die Anzahl der Fahrgäste und für Fahrgast-Wi-Fi zu liefern.
  • Intelligente Städte: Zahlreiche IoT Anwendungen, die LTE nutzen, bieten kosteneffiziente Funktionen für Kommunen, darunter intelligente Beleuchtungssteuerungen für Straßen und öffentliche Plätze, Ladestationen für Elektrofahrzeuge und Hochgeschwindigkeits-LTE-Netze zur Verbindung von Verkehrssignalen für ein adaptives Verkehrsmanagement in Echtzeit
  • Industrielle Anwendungen: IoT spielt eine wichtige Rolle bei Fabrik- und Industriebetrieben, einschließlich Prozessüberwachung und -steuerung, Fertigungsautomatisierung und vorausschauender Wartung. 
  • Präzisionslandwirtschaft: Bewässerungssysteme und andere landwirtschaftliche Infrastrukturen, die durch LTE erleichtert werden, können den Landwirten erhebliche Arbeits- und Kosteneinsparungen ermöglichen.
  • Wasser-/Abwassermanagement: IoT Anwendungen mit LTE-Konnektivität ermöglichen die drahtlose 24/7-Überwachung von Brunnen, Hebeanlagen, Abwasserkanälen und anderen Komponenten von Wasser- und Abwassersystemen
  • Einzelhandel und digitale Beschilderung: IoT Lösungen für Einzelhandelsanwendungen und digitale Beschilderung werden in einer Vielzahl von Anwendungsfällen eingesetzt, von Informationsschildern und Außenwerbung bis hin zu Point-of-Sale-Systemen, Geldautomaten, Selbstbedienungskassen und mehr.  

 


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Warum ist LTE für 5G unerlässlich?

5G in einer intelligenten Stadt
Die Aufrechterhaltung der LTE-Konnektivität ist für die reibungslose Einführung von 5G-Netzen unerlässlich. LTE- und 5G-Netze werden mindestens ein Jahrzehnt lang nebeneinander bestehen, bis die vollständige 5G-Infrastruktur aufgebaut ist, und LTE wird für die Bereitstellung von Ausweichverbindungen in Gebieten mit begrenzter 5G-Abdeckung entscheidend sein. In der Anfangsphase wird LTE für die meisten Anwendungen auch deutlich günstiger sein als 5G.
 
Aus Sicht der Infrastruktur werden fast alle 5G-Netze zunächst im "5G-Non-Standalone"-Modus (5G NSA) eingeführt. Die ersten 5G-Geräte haben ein integriertes Funkgerät, das sowohl 4G LTE als auch 5G unterstützt. Das Gerät stellt zunächst eine Verbindung zum 4G-LTE-Netz her und nutzt dann ein 5G-Netz für zusätzliche Bandbreite, sofern ein solches verfügbar ist. Mit der zunehmenden Reife der 5G-Netze werden sich die Rollen schließlich umkehren, und die Geräte werden sich nur im "5G-Standalone"-Modus (5G SA) mit dem 5G-Netz verbinden und können dann die Vorteile der 5G-Technologie voll ausschöpfen.
 
Im Folgenden finden Sie einige häufig gestellte Fragen zu den wichtigsten Aspekten der Unterstützung von 5G durch LTE:

  • Wann wird 5G 4G LTE ablösen? 5G erfordert neue Hardware sowohl für die Netzbetreiber als auch für ihre Kunden. Die Netzbetreiber müssen in all ihren Sendemasten neue Hardware installieren, was ein langwieriger, arbeitsintensiver Prozess sein wird. Die gute Nachricht ist jedoch, dass die Netzbetreiber bereits vor einigen Jahren mit dem Aufbau einer neuen 5G-Infrastruktur begonnen haben, als 5G noch in seiner endgültigen Definition war. Durch ein einfaches Software-Update ist die Infrastruktur nun in der Lage, 5G und 4G LTE gleichzeitig zu unterstützen.
  • Was ist ein LTE-Dienst? Der LTE-Dienst bietet LTE-Dienste für 4G-LTE-Endgeräte wie Router, Gateways, Telefone und Tablets.  
  • Befinden sich LTE und 5G auf getrennten Bändern? Nicht unbedingt. 5G kann das gleiche Spektrum wie 4G LTE nutzen, und zwar mit einem Ansatz namens Dynamic Spectrum Sharing (DSS). DSS ermöglicht uns eine frühere Nutzung von 5G und verlängert die Lebensdauer von 4G-LTE-Netzen und damit die Lebensdauer von 4G-LTE-Geräten. 5G nutzt jedoch auch "neue" Frequenzen wie 5G mmWave, die es nur für 5G gibt.

Darüber hinaus bietet LTE eine wesentliche physische Netzinfrastruktur für 5G. Eine Branchenexperte stellte fest, dass "frühe 5G-Netze ... eine 4G-LTE-Kontrollebene [ein Netzelement, das für das Routing des Datenverkehrs zuständig ist] benötigen, um 5G-Datensitzungen zu verwalten." 
Digi 5G Lösungen

Digi LTE- und 5G-Lösungen für zukunftssichere Implementierungen IoT

LTE ist ein wichtiger Meilenstein in der Entwicklung der drahtlosen Konnektivität, sowohl für Verbraucher als auch für kommerzielle und industrielle Anwendungen. Auch wenn Branchen und IoT Entwickler die außergewöhnlichen Möglichkeiten von 5G entdecken, ist es beruhigend zu wissen, dass die LTE-Technologie eine bewährte - und oft kostengünstigere - Brücke in diese Zukunft bietet.

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