LTE-Funkfrequenzen eine Übersicht

Das zellulare Mobilfunk-Übertragungsnetz beruht auf dem Prinzip elektromagnetischer Wellen und damit auf vorgegebenen Frequenzen. Der Aufbau von Funkzellen und Richtfunk ist ein wichtiger Bestandteil der stabilen Übertragung und muss bei der Wahl der Frequenzen und der Hardware mit beachtet werden. Funkzellen ermöglichen die Flächenabdeckung und werden über Frequenz und Sendeleistung räumlich definiert. Für gute Sprach- und Datenübertragungen hat sich der Bereich von 700 MHz bis 3000 MHz etabliert. Dementsprechend viel Bandbreite steht zur Verfügung, jedoch haben sich die Technologien international unterschiedlich auf den Frequenzen verteilt. Und durch die enorm gestiegene Nutzung des Mobilfunks, bei gleichbleibender Gesamt-Bandbreite, sind Lizenzen für Funkfrequenzen ein knappes, wertvolles Gut geworden. Außerdem unterliegen die Frequenzen deutlich unterschiedlichen Nutzungsszenarien, was Reichweite, Durchdringung von Hindernissen und Datenraten angeht. Hinzu kommen gesetzliche Vorgaben, die die Nutzung und den Ausbau regeln.

Die gewachsenen Ansprüche an die Chipleistung für hohe Datenraten und damit komplexere Modulationsverfahren, steigert die Grundanforderungen bei Sendern und Empfängern. Viele Geräte heute, unterstützen auch mehrere Frequenzbänder. Internationale Einsetzbarkeit und möglichst große Kompatibilität soll damit gewährleistet werden. Neue Bänder werden jedoch nur nach und nach erschlossen. Der 700 MHz Bereich ist zum Beispiel bisher nur in Deutschland für Mobilfunk von den Neztanbietern nutzbar, auch wenn bisher nur die Frequenzen versteigert wurden. Europaweit sind hier noch Einschränkungen durch DVB-T Nutzung zu beachten. Auf der Seite der Basisstationen ist oft ein Softwareupdate ausreichend, um neue Frequenzbereiche zu erschließen. Empfangseinheiten, sind aus Kosten- und Platzgründen i.d.R. nur rudimentär ausgestattet und bedürfen eher eines Austausches.

Die Ausbreitung der Netzabdeckung verläuft i.d.R. nach den Plänen der Netzbetreiber (in Deutschland: Telekom, Vodafone, Telefonica Deutschland). Diese decken zunächst die Städte und sonstige Ballungsgebiete mit hohen Nutzerzahlen ab, wenn sie neue Frequenzen zur Erschließung erworben haben. Bei dem Plan der Bundesnetzagentur (BNetzA) von 2009/10 wurde jedoch für eines der drei LTE Bänder, LTE800 ein sogenanntes “reverse roll out” vorgeschrieben. Dies geschah wegen des Reichweitenpotentials bei 800 MHz. Denn beim Ausbau der Netzabdeckung ist man auf die physikalischen Eigenschaften der elektromagnetischen Wellen angewiesen. Dabei sind zwei Eigenschaften abzuwägen, um eine effiziente und nutzerfreundliche Versorgung zu gewährleisten.

Die Höhe der Frequenz macht eine höhere Datenrate möglich (oberhalb 1800 MHz), also mehr Nutzer mit höherer Durschnitts-Datenrate. Aber sie verringert auch die Reichweite wegen der höheren Dämpfungsanfälligkeit (durch Gebäude, Bäume, Luft). Um nicht zuerst nur die kundenstarken und lukrativen, stätdtischen Bereiche zu versorgen, gab es staatliche Vorgaben für den Ausbau.

Den Anbietern wurde vorgeschrieben, dass zunächst 90 % des ländlichen Bereichs mit dem reichweitenstarken LTE800 ausgebaut werden soll. Dafür wurde ein Abdeckungsplan vorgelegt, in dem vor allem die sog. “weißen Flecken” benannt wurden. Das Abdeckungsziel wurde 2017 in allen Bundesländern erreicht. Mit LTE2100 und LTE2600 konnte direkt in den Städten begonnen werden. LTE800 kommt hier nun zusätzlich zum Einsatz. LTE700 könnte in der näheren Zukunft für 5G LTE genutzt werden. Diese Frequenzen wurden vor kurzem wieder für hohe Summen an die deutschen Anbieter verkauft.

Nach dem anfänglichen Ziel von 1 MBit/s für alle Einwohner Deutschlands von 2009, ist man nun bei einem neuen Ziel von 50 MBit/s. Dies ist vor allem dadurch realistisch geworden, dass die Netzanbieter UMTS- und LTE-Netze gut in die alten GSM-Netze integrieren konnten. Mit LTE800 können auch Lücken im Kabelnetz geschlossen werden, wo einzelne Glasfaserleitungen ineffizient wären.

Vor allem CDMA 450 oder LTE450 (452,5 … 467,5 MHz) soll zur Steuerung im intelligenten Stromnetz zum Einsatz kommen. Die Frequenz wird dafür ausdrücklich empfohlen, unter anderem vom Verband der Elektrotechnik Elektronik Informations­technik e.V. (VDE). Die niedrigen Frequenzen haben bei der Ausbreitungs-Reichweite und der Durchdringung von Hindernissen (bis in Kellerräume) große Vorteile. Außerdem liegen sie im großen Abstand zu bisher genutzten Mobilfunkbändern. Ziel sei der Aufbau eines nicht öffentlichen Funknetzes speziell für die Übertragung in Bereichen der intelligenten Anbindung von Maschinen und Anlagen. Für diese Nutzung spricht auch, dass die niedrigen Frequenzen eher für geringe Datenraten nützlich sind, die im Steuerungs- und Regelungsbetrieb ausreichen.

Bei der Investition in neue Geräte und Anlagen sollte auf die unterschiedlichen LTE-Frequenzen geachtet werden. Kostengründe können zwar gegen eine Multibandunterstützung sprechen und zum Beispiel nur LTE1800 unterstützen. Bleibt dies aber komplett unbeachtet, kann es dazu führen, dass Anlagen nicht erreichbar sind.

() = nicht in jedem Land
(https://en.wikipedia.org/wiki/LTE_frequency_bands)

Gerade auch Hardware aus dem Ausland ist möglicherweise für die dortigen Frequenz-Umgebungen gedacht. Zum Beispiel ist LTE800 nur in Europa für LTE lizenziert, in Japan wird der 850 MHz-Bereich genutzt (siehe Tabelle). Hier macht eine auch eine Anforderungsanalyse der zu verbindenden Anlagen sehr viel Sinn.

Multibandtechnik macht bei mobilen Anwendungen Sinn, da wahrscheinlich öfter die Funkzellen gewechselt werden und die Abdeckung schwankend ist. Auch ein großer Roll-Out von hunderten Geräte macht den Multibandeinsatz sinnvoll, weil die Bestimmung der Gegebenheiten vor sonst viel Zeit und Aufwand in Anspruch nehmen können.