Was ist 4G LTE und warum ist es wichtig?

Haben Sie sich schon einmal gefragt, was der Grund für die Ablösung jeder Mobilfunkgeneration war, egal wie revolutionär sie anfangs erschien? Es war die ständig steigende Nachfrage der Nutzer nach mehr Geschwindigkeit und Kapazität, die das damalige Mobilfunknetz nicht mehr erfüllen konnte. Die Bereitstellung hoher Geschwindigkeiten, großer Kapazitäten und geringer Verzögerungen war seit der Einführung der 1G-Netze stets die oberste Priorität eines jeden Netzbetreibers. Heute erlebt die Welt die erstaunlichen Datengeschwindigkeiten und Breitbanddienste der 4G-LTE-Netze, die sich vor zwei Jahrzehnten noch niemand vorstellen konnte. Das 4G-LTE-Mobilfunknetz hat den Weg für einige der wichtigsten Technologien der Zukunft geebnet 5G und darüber hinausgehende Netzwerke, einschließlich MIMO-Technologie, LPWAN und IoT.

In diesem Artikel erfahren Sie alles über 4G LTE, seine Funktionen, Anwendungen und den technischen Fortschritt, den es mit sich bringt. Also, fangen wir an:

Was ist 4G LTE?

Das 4G-Netz wurde von der International Telecommunication Union (ITU) im Jahr 2008 mit dem Ziel, im Vergleich zum 3G-Netz höhere Datenraten und Breitbandfähigkeiten zu erreichen. LTE, auch bekannt als Long Term Evolution, ist die Schlüsseltechnologie hinter 4G, die einzigartige Codierungsschemata, Protokolle und Funktechniken anwendet, um eine hohe Spektrumseffizienz und einen hohen Netzdurchsatz zu erreichen. LTE wurde im Rahmen des 3rd Generation Partnership Project entwickelt (3GPP), um einen weltweiten drahtlosen Hochgeschwindigkeitszugang zu ermöglichen. Dadurch wurde das 4G-LTE-Netz zu einem globalen Erfolg mit 6,6 Milliarden Abonnements (gemäß dem Bericht der Global Mobile Suppliers' Association vom Januar 2022).

1. Merkmale von 4G LTE

Das 4G-LTE-Netz bietet seinen Kunden die folgenden Funktionen:

• Hohe Datenrate: 4G LTE bietet eine höhere Datenrate als die vorherigen Generationen mit einer maximalen Geschwindigkeit von 100 Mbit/s in der Theorie und 15 Mbit/s in der Praxis.
• Höhere Bandbreite: Mit 4G LTE können Sie jederzeit und überall schnell auf Netzwerkanwendungen zugreifen, Online-Spiele spielen und Echtzeitdienste nutzen. Die höhere Bandbreite von 4G LTE wird durch die Carrier-Aggregation-Funktion erreicht, die bis zu 100MHz Bandbreite über 5 Komponententräger mit jeweils 20MHz addiert.
• Geringere Latenzzeit: 4G LTE bietet eine sehr geringe Latenzzeit, sodass Sie zeitkritische Anwendungen ohne Verzögerung oder Ruckeln ausführen können.
• IP-basierte Architektur: Die Netzarchitektur von 4G LTE basiert auf dem Internetprotokoll (IP), das Ihnen den Zugang zu IP-Diensten über das Internet ermöglicht. Es bietet eine starke drahtlose Internetverbindung je nach Ihrem Standort.
• VoLTE: VoLTE steht für Voice-over-LTE. Mit dieser Funktion können Sie hochwertige Sprach- und Videodienste über 4G LTE nutzen.
• Hohe Download- und Upload-Geschwindigkeit: Mit 4G LTE können Sie schnellere Upload- und Download-Geschwindigkeiten nutzen. Im Jahr 2021 wurde weltweit eine durchschnittliche LTE-Download-Geschwindigkeit von 17 Mbit/s und eine Upload-Geschwindigkeit von 12 Mbit/s angeboten.

2. 4G-Technologien

4G LTE ist mit drei modernen Technologien ausgestattet, die im Folgenden erläutert werden:

• OFDMA: OFDMA steht für Orthogonal Frequency Division Multiple Access (orthogonaler Frequenzmultiplex-Vielfachzugriff) und ist eine Mehrfachzugriffstechnik, die in LTE-Netzen für Downlink-Übertragungen eingesetzt wird. Bei dieser Technik wird ein ganzes Frequenzband in mehrere orthogonale Unterträger mit hohen Spitzenraten für die Datenübertragung aufgeteilt. OFDMA ermöglicht 4G LTE eine hohe Frequenzflexibilität, Robustheit gegenüber Kanalschwund, einfache Entzerrung und hohe spektrale Effizienz.
• MIMO: MIMO, auch bekannt als multiple-input-multiple-outputMIMO ist eine Technologie, bei der mehrere Antennen eingesetzt werden, um die Signalübertragungsleistung und die spektrale Effizienz des 4G-LTE-Netzes zu verbessern. Bei MIMO verfügen sowohl der Sender als auch der Empfänger über mehrere Antennen, die die Mehrweg-Signalausbreitung nutzen, die in allen drahtlosen Kommunikationssystemen vorhanden ist, um die Datenrate und das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern.
• SC-FDMA: SC-FDMA, auch bekannt als Single Carrier FDMA, ist eine Mehrfachzugriffstechnik, die in einem 4G-LTE-System für Uplink-Übertragungen eingesetzt wird. SC-FDMA ist eine sehr nützliche 4G-Netztechnik, die verschiedene Merkmale unterstützt, darunter eine hohe Datenrate, kostengünstige Leistungsverstärker, hohe Robustheit gegen Spektrumsnullen und einen niedrigen PAPR-Wert. Es ermöglicht mehreren Nutzern die gleichzeitige Nutzung der Communication-Ressourcen.

3. Anwendungen von 4G LTE (IoT und andere)

Zu den Anwendungen von 4G LTE gehören:

• IoT-Konnektivität: 4G LTE unterstützt maßgeblich die Entwicklung und Anwendung von IoT-Technologien und -Standards, darunter LPWAN (Low Power Wide Area Network), RFID (Radio Frequency Identification), SigFoxund NFC (Near Field Communication). 4G LTE bietet Hochgeschwindigkeitsverbindungen zwischen IoT-Geräten zur Verwaltung und Skalierung von Daten sowie eine robuste Leistung mit niedrigeren Latenzzeiten. LPWAN wird als Teil des IoT betrachtet Maschine-zu-Maschine (M2M)-Technologie, die durch LTE-Maschine-Typ (LTE-M)-Ko1TP14Kommunikation bedient wird und Schmalband-IoT (NB-IoT), damit WAN-Geräte mit geringem Stromverbrauch miteinander kommunizieren und M2M-Operationen durchführen können. LTE-M unterstützt eine Datenrate von etwa 1 Mbps, während NB-IoT bis zu 26 Kbps im Downlink unterstützt.
• Überwachung: Zu den wichtigsten Anwendungen von 4G LTE gehört die Videoüberwachung, die eine sorgfältige Überwachung von sensiblen Bereichen wie Flughäfen, Stadien, öffentlichen Bereichen, Einkaufszentren, Konzerthallen und Verkehrsknotenpunkten ermöglicht. In diesen Szenarien werden mehrere Kameras installiert, die Live-Bilder und -Videos über das Internet an den Kontrollraum übermitteln, was eine hohe Datenkapazität erfordert, die von 4G LTE bereitgestellt wird. Die 4G-LTE-Konnektivität spielt eine noch wichtigere Rolle bei der Bereitstellung von Konnektivität für mobile Kameras, die z. B. auf Drohnen, tragbaren Körperkameras und Polizeifahrzeugen installiert sind.
• Automatisch gesteuerte Fahrzeuge: Die hohe 4G-LTE-Geschwindigkeit ermöglicht eine verzögerungsfreie Datenübertragung für fahrerlose Transportsysteme (FTS), so dass diese ihre Position genau und schnell übermitteln können. Mit einer IoT-Konnektivität können die Roboter Daten an die Cloud übertragen, wo sie analysiert und die weitere Koordination zwischen den Robotern und FTS verarbeitet wird.

4G vs. 5G

4G LTE funktioniert in den meisten Ländern der Welt einwandfrei. Jetzt haben Dienstanbieter damit begonnen, 5G in entwickelten Ländern wie den USA, China, Japan und Europa einzuführen. Obwohl 4G LTE den Nutzern mit seiner hohen Datenkapazität und seinen Breitbandfähigkeiten erstaunliche Dienste geleistet hat, verlangen die Nutzer immer noch nach der nächsten Mobilfunkgeneration mit ultrahoher Geschwindigkeit, fortschrittlichen Techniken und verbesserter Leistung. 5G ist in der Lage, eine bis zu 100-mal höhere Geschwindigkeit als 4G LTE zu bieten und erreicht etwa 10 GBps. 5G verwendet viel höhere Frequenzen als 4G und reicht von unter 6GHz bis zu 54GHz. Außerdem wird die Latenzzeit viel niedriger sein als bei 4G und voraussichtlich bei etwa 10 ms liegen.

Antennen für 4G LTE

4G-Router und 4G-Antenne sind unverzichtbare Komponenten im 4G-System. Sie bilden ein allgegenwärtiges 4G-Netz für Sie und bieten Ihnen Hochgeschwindigkeitsdaten-Upload- und Download-Dienste. Mit der Entwicklung der MiMo-Technologie haben viele Router- und Antennenhersteller sowohl MIMO-4G-Router als auch MIMO-4G-Antennendie einen größeren Datendurchsatz und eine schnellere Datenübertragungsgeschwindigkeit als die herkömmliche SISO-Technologie bieten.

Schlussfolgerung

Hohe Datenraten und nahtloses Streaming sind die Hauptanforderungen der Nutzer, um ihre Aufgaben im Büro, im Studium oder im Privatleben zeitnah und effizient zu erledigen. 4G LTE bietet seinen Nutzern Hochgeschwindigkeitsdienste mit geringen Latenzzeiten, die es ihnen ermöglichen, IP-basierte Anwendungen, Breitbanddienste und VoLTE-Dienste zu nutzen, die die vorherigen Generationen nicht bieten konnten. Erreicht wird dies durch modernste Technologien wie OFDMA, MIMO und SC-FDMA. Aber das ist noch nicht alles, denn die Dienstanbieter haben bereits damit begonnen, das 5G-Mobilfunknetz einzurichten, um die Welt der Kommelekommunikation mit ihren fortschrittlichsten Techniken und technologischen Innovationen, die noch kein menschliches Auge gesehen hat, vollständig zu revolutionieren.