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Spektrums-Schnittchen

Um mehr Ressourcen für Nutzdaten freizuhalten, ist also eine Granulierung bis auf einen Unterträger (15 kHz Bandbreite) nicht sinnvoll. Daher hat man bei LTE als die kleinste adressierbare Ressource eine Dauer von 1 ms und eine Bandbreite von 180 kHz festgelegt; das entspricht 12 Unterträgern. Durch die Kombination dieser Einheiten bis hin zur maximal spezifizierten Bandbreite lässt sich die Datenrate in hinreichend vielen Zwischenstufen regeln.

Die letztendlich verfügbare Nutzdatenrate hängt aber noch von der eingesetzten Modulation und von der Code-Rate der Kanalkodierung ab; die Code-Rate legt den Anteil der Signalredundanz fest. Je schlechter der Kanal, desto mehr redundante Bits werden mitgesendet, um damit Übertragungsfehler zu kompensieren. LTE verwendet zur Kanalkodierung den bereits bei UMTS eingesetzten Turbo-Code. Als Modulationsverfahren stehen QPSK, 16QAM und 64QAM zur Verfügung. Pro Symbol werden also entweder 2, 4 oder 6 kodierte Bits übertragen.

Auch das Modulationsverfahren wird an die Kanalbedingungen angepasst. Bei guten Kanalbedingungen kommt ein höherwertiges Modulationsverfahren verbunden mit wenig Redundanz zum Einsatz, während bei schlechten Bedingungen das robuste QPSK und ein starker Kodierschutz eingesetzt wird. Innerhalb eines Übertragungsrahmens von 1 ms, der auch als Subframe bezeichnet wird, werden 14 OFDM-Symbole gesendet. Das bedeutet, dass sich in einem adressierbaren Block mit 1 ms Dauer und 12 Unterträgern insgesamt 168 Zeichen übertragen lassen.

Nach der Decke gestreckt

OFDM lässt sich mit wenig Aufwand an unterschiedlich breite Frequenzbänder anpassen. Diese Spektrumsflexibilität ist wichtig, weil abhängig von den regulatorischen Vorgaben die verfügbaren Frequenzbänder unterschiedlich groß sein können.

Außerdem ist LTE damit bestens für die Spektrumsmigration geeignet. So lässt sich LTE zum Beispiel zunächst mit geringer Bandbreite in einem Frequenzband betreiben, in dessen Nachbarschaft eine andere Technik funkt, die später abgeschaltet wird. Wenn das benachbarte Spektrum langsam frei wird und parallel die LTE-Netzauslastung zunimmt, kann man die Bandbreite auf den Nachbarbereich ausdehnen und damit die Kapazität schrittweise erhöhen.

Prinzipiell könnte die Systembandbreite in Stufen von 180 kHz gewählt werden. Um sich bei der Implementierung auf eine überschaubare Anzahl von Bandbreiten konzentrieren zu können und um die Komplexität der Hardware möglichst gering zu halten, hat man sich allerdings auf eine Reihe von Bandbreiten zwischen 1,4 MHz und 20 MHz geeinigt (1,4, 3, 5, 10, 15 und 20 MHz). Diese Abstufungen schließen alle wesentlichen, in der Praxis genutzten Bandbreiten ein.

Damit sich Sender und Empfänger nicht gegenseitig ins Wort fallen, hat man unterschiedliche Duplex-Verfahren entwickelt. LTE lässt sich wie W-CDMA sowohl im Frequenzduplexverfahren (Frequency Division Duplex, FDD) als auch im Zeitduplexverfahren (Time Division Duplex, TDD) betreiben. Ersteres setzt ein Band für die Übertragung in Richtung Endgerät und eines zur Übertragung in Richtung Basisstation voraus (gepaartes Spektrum). In der Regel verwendet die Basisstation das obere der beiden Bänder. Beim Zeitduplexverfahren wird nur ein Band benutzt, aber Sender und Empfänger wechseln sich bei den Übertragungen ab.

Zusätzlich kann man LTE auch mit dem Halb-Duplex-Verfahren als Mischform von FDD und TDD betreiben. Sender und Empfänger nutzen zwar wiederum je ein Band pro Richtung, wechseln sich aber wie beim Zeitmultiplex ab (siehe nebenstehende Grafik). Das stellt geringere Anforderungen an die Endgeräte, wodurch sie sich günstiger herstellen lassen.

Während für die Abwärtsstrecke, also Basisstation zum Endgerät, ein reines OFDM-Verfahren benutzt wird, nutzen die Endgeräte eine leicht abgewandelte Quasi-Einträgerübertragung (single carrier FDMA), die gleichwohl auf dem OFDM-Prinzip gründet. Diese weist geringere Leistungsschwankungen als die reine OFDM-Übertragung auf und erfordert damit weniger aufwendige Leistungsverstärker. Das schont die Batterie des Handys und erlaubt günstigere Bauteile.