LTE-Netzarchitektur

Die Erhöhung der Übertragungsraten und kurze Verbindungszeiten sind die wichtigsten Merkmale, die LTE von den Vorgängern UMTS und HSPA unterscheidet. Neben den Verbesserungen der Übertragungstechnik unterliegt auch die Netzarchitektur der Mobilfunkbetreiber einigen Änderungen. In erster Linie geht es um die Einsparungen beim Informationsaustausch zwischen Basisstation und dem Kernnetz. Außerdem erfolgte aus Kostengründen eine einfachere Integration in die bestehenden Mobilfunknetze.
Das Funkzugangsnetz und das Kernnetz wurden für LTE großteils neu konzipiert. Die Anzahl der Netzknoten und Schnittstellen wurden reduziert, um eine einfache Architektur mit sich selbst konfigurierenden Basisstationen zu bekommen.
Durch eine schlankere Architektur reduzierten sich die Signalisierungsmeldungen. Dadurch wurde der Verbindungsaufbau beschleunigt. Der Verbindungsaufbau dauerte nur noch 100 ms. Bei UMTS/HSPA waren es noch 1 bis 2 Sekunden. Außerdem wurden die Latenzzeit und Verbindungszeit verringert. Antwortzeiten zwischen Sender und Empfänger von 20 bis 30 ms und darunter wurden möglich. Das reichte auch für Echtzeit-Anwendungen.

EPS - Evolved Packet System

Die LTE-Netzarchitektur wird als Evolved Packet System (EPS) bezeichnet. Es wird in das Funkzugangsnetz Evolved UMTS Terrestrial Radio Access Network (EUTRAN) und das Kernnetz Evolved Packet Core (EPC) unterteilt. Das EPC ist vollständig paketorientiert und setzt auf das Internet Protokoll (IP).
Zu berücksichtigen ist, dass es sich bei der folgenden Beschreibung um eine stark vereinfachte Darstellung handelt.

Im EUTRAN werden die mobilen Endgeräte als User Equipment, kurz LTE UE, bezeichnet. Die Funktion der Basisstationen ist aus der UMTS-Netzarchitektur abgeleitet und tragen deshalb die Bezeichnung eNode-B. In der LTE-Netzarchitektur sind die Basisstationen mit ihren benachbarten Basisstationen und dem Kernnetz verbunden. Die Schnittstelle X2 zwischen den Basisstationen ermöglicht schnelles Handover.
Für die Anmeldung der Teilnehmer am Netz und deren Lokalisierung ist die Management Mobility Entity (MME) zuständig. Die MME greift auf den Home Subscriber Service (HSS) zu. Hat das Endgerät einen gültigen Account wird ihm ein Serving-Gateway (SGW) zugewiesen. Von dort besteht eine Verbindung zum PDN-GW, dass die Verbindung zum Internet herstellt und dem Endgerät eine IP-Adresse zuweist.
Im Kernnetz befindet sich außerdem die PCRF (Policy and Charging Rules Function). Hier werden die Leistungen, die im Tarif festgelegt sind, geregelt.

Um den wachsenden Datenverkehr im Mobilfunknetz abwickeln zu können ist eine breitbandige Anbindung der Basisstationen an das Kernnetz erforderlich. Hierfür setzt man bevorzugt Richtfunk und Glasfaser ein. Eine LTE-Basisstation mit drei Sektoren benötigt rund 240 MBit/s. Das ist ein Vielfaches dessen, was bei UMTS und GSM ausreicht. Aus diesem Grund sind die Netzbetreiber gezwungen auch ihre Glasfaserstrecken auszubauen. Auf diese Weiße rückt die Glasfaser auch im Mobilfunknetz näher zum Kunden.

LTE-Relay-Basisstation (Relay Node)

Mit LTE Advanced werden netzseitig Relay-Stationen (RelayNode) eingerichtet, die das Mobilfunksignal empfangen, dekodieren, aufbereiten und weiter übertragen. So lassen sich die Reichweiten der Basisstationen (eNodeB) erhöhen und die Netzabdeckung verbessern. Dadurch sind insbesondere an den Zellenrändern schnellere Verbindungen möglich. Zwar nehmen die Signallaufzeiten etwas zu, doch dem steht eine deutlich bessere Funkverbindung gegenüber. Die Relay-Stationen funktionieren sowohl in Downlink-, als auch in Uplink-Richtung. Für das Endgerät ist das Relay vollkommen unsichtbar.

Bei einer Relay-Basisstation handelt es sich um eine vollständige LTE-Basisstation, die über eine andere LTE-Basisstation mit dem LTE-Kernnetz verbunden ist. Mit dem Betrieb einer Relay-Basisstation erhöht sich jedoch nicht die Netzkapazität, sondern es wird ein Teil der Kapazität abgezweigt. Mit der Relay-Basisstation wird also lediglich die Kapazität einer LTE-Zelle gleichmäßiger über den Abdeckungsbereich verteilt und somit insgesamt der Empfang verbessert.

Übersicht: LTE

• LTE - Long Term Evolution
• LTE Advanced (LTE-A)
• LTE Advanced Pro (LTE-AP)
• LTE-Übertragungstechnik
• VoLTE - Voice over LTE
• LTE-U - LTE Unlicensed
• LTE-LAA - LTE License Assisted Access
• LTE C-V2X - Cellular Vehicle-to-Everything
• LTE-Cat-NB1 - NarrowBand-IoT (NB-IoT)
• LTE-Cat-M1 - Long-Term Evolution for Machines (LTE-M)

Weitere verwandte Themen:

• UMTS-Netzarchitektur
• GSM-Netzarchitektur
• SON - Self-Organizing Network
• Grundlagen Mobilfunk
• Datenübertragung im Mobilfunk
• Campusnetze / Mobile Private Networks

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