Ausprobiert: LTE-Funkzelle mit bis zu 225 MBit/s im Live-Netz von O2

Die hohe Übertragungsleistung der von O2 betriebenen Funkzelle in München basiert auf der Technik von Huawei. Konkurrent Vodafone nutzt für den Test von LTE-Advanced am Standort Dresden ebenfalls die Hardware des chinesischen Herstellers.

Durch Bündelung der Frequenzen um 800 und 2600 MHz will die Telefónica-Tochter Datenraten von bis zu 225 MBit/s erzielen. Laut O2-Pressesprecher Markus-Oliver Göbel liefert das 2,6-GHz-Band 150 Mbit/s, die restlichen 75 MBit kommen aus dem 800-MHz-Band.

Momentan dominieren in Deutschland noch LTE-Geräte nach Cat3 bis 100 MBit/s im Download. Jüngste Smartphones unterstützen schon Cat4 bis 150 MBit/s. O2 und Huawei haben seit 14.11.2013 in München auch schon Cat6 im Testbetrieb. LTE-Geräte mit 8 MIMO-Antennen versprechen in Zukunft sogar 3 GBit/s im DL und 1,5 GBit/s im UL (Zahlenquelle: 3GPP / Grafik: Harald Karcher)

Da es zurzeit noch gar keine derart schnellen Smartphones, Tablets, Laptops, Datensticks oder Router aus der Serienfertigung gibt, die LTE-Advanced unterstützen, nutzt Telefónica als Endgerät vorerst noch handgeschraubte Prototypen der LTE-Gattung 3GPP Release 10 Categorie 6 in der Größe einer Zigarrenkiste, ebenfalls vom chinesischen Mobilfunk-Hersteller Huawei. Smartphones, die LTE-Advanced nutzen können, dürfte es nächstes Jahr geben, wenn entsprechende Chips mit LTE Cat 6, die kompatibel zu LTE-Advanced sind, ausgeliefert werden. Qualcomm hat einen solchen Prozessor bereits angekündigt. Der Snapdragon 805 unterstützt Geschwindigkeiten von bis zu 300 MBit/s bei Einsatz von LTE Cat 6.

Der LTE-Cat6-Prototyp von Huawei hat vorne, rechts und links außen, zwei MIMO-Antennen-Ausgänge für LTE-800 und hinten zwei weitere MIMO-Ausgänge für LTE-2600, die zusammen bis zu 225 MBit/s aus der LTE-Luft holen können. Über das weiße Ethernetkabel sind die Internet-Verbraucher, also die Testrechner, angekoppelt. Das in diesem Prototypen steckende LTE-Know-How von Huwaei wird wohl im ersten Halbjahr 2014 in weitaus kleineren, mobilen Seriengeräten auf den Markt kommen (Foto: Harald Karcher).

Single-Carrier-LTE-800 mit Cat3

Zum besseren Verständnis skizziert ZDNet zunächst die Entwicklung von LTE in Deutschland. Seit 2010 gibt es in Deutschland LTE-Geräte der Speed-Gattung 3GPP Release 8, User Equipment Category 3, kurz LTE-UE-Cat3. In 20 MHz breiten LTE-Kanälen können diese LTE-Cat3-Geräte unter optimalen Bedingungen zwar 102 MBit/s im Download (DL) und 51 MBit/s im Upload (UL) schaffen. 20 MHz breite LTE-Kanäle gab es 2010 aber noch fast nirgendwo in deutschen Lüften, außer in einigen Testnetzen der Netzbetreiber.

Aus sozial- und wirtschafts-politischen Gründen mussten die deutschen LTE-Netzbetreiber, sprich O2, Telekom und Vodafone, anno 2010 und 2011 nämlich erst einmal das reichweitenstarke LTE-800 auf dem Lande ausrollen, bevor sie LTE auch in die lukrativen Großstädte bringen durften. Im reichweitenstarken 800-MHz-Spektrum haben die drei Netzbetreiber im Mai 2010 bei der Bundesnetzagentur aber nur 10 MHz breite Kanäle ersteigert. Deshalb konnten und können sie LTE-800 in deutschen Lüften nicht voll bis 100 MBit/s ausreizen, sondern nur „halb“ bis circa 50 MBit/s.

Schon damals ermöglichte der chinesische Hersteller Huawei aus Shenzhen den frühen Rollout von LTE-800 in Deutschland. Die traditionellen Schwergewichte der Mobilfunk-Ausrüster hatten nämlich gar kein passendes LTE-800-Endgerät für die deutsche „Digitale Dividende“ im 800-MHz-Band parat: weder die Münchener Siemens AG, noch die damalige Nokia Siemens Networks alias NSN, noch Alcatel Lucent alias ALU und auch nicht der Mobilfunk-Equipment-Marktführer Ericsson aus Schweden. Auch der kalifornische Mobilfunk-Spezialist Qualcomm aus San Diego konnte keine passenden LTE-Chips für 800-MHz-Router liefern.

Nur Huawei aus China hatte damals einen LTE-800-Chipsatz aus seiner HiSilicon-Schmiede in Shenzhen griffbereit und pflanzte diesen in den LTE-800-Router Huawei B390s-2. 2011 wurde das Modell dann auch als O2-LTE-Router, Telekom Speedport LTE sowie Vodafone B1000 hierzulande vermarktet.

Immerhin konnte die Berliner Firma AVM gegen Ende 2011 auch einen ersten LTE-Router aus deutschen Landen namens AVM FRITZ!box 6840 LTE liefern, der neben LTE-800 auch LTE-2600 verstand. Die Berliner hatten ihre erste LTE-Box 6840 zwar schon im Dezember 2010 in einem O2-LTE-800-Test-Netz im ländlichen Forsting-Pfaffing bei Ebersberg demonstriert, aber der israelische Chip-Zulieferer konnte die Dual-Band-Funk-Module für 800 und 2600 MHz erst ein knappes Jahr später als geplant liefern. Dadurch konnte Huawei den LTE-800-Router-Markt in Deutschland zunächst alleine absahnen, während AVM auf seiner fertigen Fritzbox 6840 im Labor saß und auf LTE-Chips aus Israel für den Massenvertrieb warten musste.

Single-Carrier-LTE-2600 mit Cat3

Im 2600-MHz-Band haben die drei deutschen Netzbetreiber O2, Telekom und Vodafone tatsächlich 20 MHz breite Kanäle ersteigert. Deshalb können LTE-Router wie die AVM Fritzboxen 6840, 6810 oder 6842 im LTE-2600-Betrieb unter optimalen Bedingungen tatsächlich 100 MBit/s im DL und 50 MBit/s im UL aus deutschen Lüften ziehen. Die AVM-Grafik auf Basis des 3GPP-Gremiums zeigt, welche weiteren Bedingungen erfüllt sein müssen, um die Peaks von Download 100 und Upload 50 MBit/s tatsächlich zu bekommen. Unter anderem müssen die Endgeräte dazu mindestens die 2×2-MIMO-Antennen-Technik unter der Haube haben.

Single-Carrier-LTE mit Cat4

Dreht man an mehreren Schräubchen der LTE-Technik, dann entstehen Endgeräte der Gattung UE-Cat4 mit Peakraten bis 150/50 MBit/s (Download/Upload). Das erste in Deutschland lieferbare UE-Cat4-Smartphone war das Huawei Ascend P2. Das Gerät lieferte in einem Test in einer Cat4-fähigen Vodafone-LTE-2600-Funkzelle in München immerhin 121 MBit/s netto im Download. Im Herbst 2013 folgten dann weitere Cat4-fähige Smartphones wie das Sony Xperia Z1, das LG G2, das Google Nexus 5 aus LG-Fabrikation sowie das neuerdings auf Cat4-aufgebohrte Samsung Galaxy S4 LTE+. Grundsätzlich können diese Cat4-Geräte in Deutschland sowohl bei 1800 als auch bei 2600 MHz die vollen 150 MBit/s erreichen. Entsprechend breitbandige 150-MBit/s-Zellen funken von der Telekom und von Vodafone bereits in mehreren Städten.

Dual-Carrier-LTE mit Cat6

Alle bisher beschriebenen LTE-Gattungen nutzen nur die Single-Carrier-Technik. Durch die Bündelung mehrerer Kanäle aus mehreren Frequenzbändern, etwa aus LTE-800 und aus LTE-2600, kann man die maximalen Übertragungsraten jedoch „zusammenaddieren“. Setzt man zusätzlich noch raffiniertere Modulations-Verfahren ein und erhöht gleichzeitig die Antennentechnik auf 8×8 MIMO-Ströme, dann entsteht die 3GPP-Endgeräte-Gattung Release 10 Cat8: Sie verspricht 3 GBit/s im Download und 1,5 GBit/s im Upload. LTE hat also noch mächtige Speed-Reserven. Fragt sich nur, ob man zu diesem Zwecke acht (!) Mobilfunk-MIMO-Antennen in ein mobiles Endgerät verbauen will. Bei stationären LTE-Routern wäre das eher vorstellbar. Da spielen Platzbedarf, Gewicht und Stromverbrauch eine kleinere Rolle als bei mobilen Geräten.

In der schnellsten LTE-Funkzelle Deutschlands bündelt Telefónica O2 in München das 10 MHz breite LTE-800 bis 75 MBit/s und das 20 MHz breite LTE-2600 bis 150 MBit/s zu einer Gesamt-Bandbreite von 30 MHz zusammen. Mit einem derart breiten Band lassen sich in Summe 225 MBit/s im Downlink erzielen (Foto: O2).

Mit der Ankündigung von O2 und Vodafone, ihre Netze auf LTE-Advanced auszubauen, ist der nächste Entwicklungsschritt der LTE-Technik erreicht: Wie bereits erwähnt gibt Huawei wieder den Vorturner: Die Chinesen beherrschen schon längst die erforderliche Netztechnik und können wohl auch bald die passenden Serien-Endgeräte dafür liefern.

Laut 3GPP schafft Cat6 bis zu 300 MBit/s im Download und 50 MBit/s im Upload. Tatsächlich realisieren O2 und Vodafone zurzeit eine abgespeckte Variante, in der sie auf dem Träger LTE-800 bei 10 MHz Bandbreite maximal 75 MBit/s und im 2600er-Band maximal 150 MBit/s transportieren können. So ergeben sich in Summe zwar noch keine 300, sondern „nur“ 225 MBit/s bei der Bündelung beider Träger. Bei einer alternativen Bündelung von LTE-1800 mit 150 MBit/s und LTE-2600 mit ebenfalls 150 MBit/s könnte man in Summe tatsächlich 300 MBit/s im Download erzielen. Die besten Voraussetzungen für eine solche 300-MBit/s-Cat6-Variante hätte übrigens die Deutsche Telekom, weil sie LTE-1800 schon wie kein anderer bereits in über 100 deutschen Städten mit 150 MBit/s ausgerollt hat. Ob der rosarote Riese diese 300-MBit/s-Option tatsächlich realisieren wird, ist bisher aber noch nicht bekannt.

Auf dem Dach des O2-Gebäudes am Georg-Brauchle-Ring funkt gleichzeitig LTE-800 bis 75 MBit/s und LTE-2600 bis 150 Mbit/s. Ein Huawei-LTE-Cat6-Endgerät im Erdgeschoss versteht bereits die Bündelung beider LTE-Gattungen und kann daher schon bis zu 225 MBit/s aus der Luft empfangen (Foto: O2).

Zurück zu O2: Damit die Kanalbündelung alias Carrier Aggregation im O2-Netz funktionieren kann, muss sich das LTE-Cat6-Endgerät gleichzeitig in einer LTE-800- und in einer LTE-2600-Funkzelle befinden.

ZDNet konnte den Cat6-Prototypen von Huawei am Münchner Standort von O2 am Georg-Brauchle-Ring testen. Dort herrschen exzellente Signalstärken, weil eine LTE-2600-Antenne auf dem Dach des Gebäudes fast in direkter Sichtlinie auf den für den Test ausgewählten Konferenzraum herunter funkt. Das LTE-800-Signal dagegen kommt in diesem Raum nicht ganz so optimal an. Daher ergab der Test auch nicht die vollen 225 MBit/s, sondern „nur“ circa 200 bis 216 MBit/s.

Cat6-Prototyp mit vier MIMO-Antennen

An seiner Vorderseite verfügt der LTE-Cat6-Prototyp von Huawei rechts und links außen über zwei MIMO-Antennen-Ausgänge für LTE-800 und hinten zwei weitere MIMO-Ausgänge für LTE-2600, die zusammen maximal 225 MBit/s aus der LTE-Luft holen können. Über ein Ethernetkabel sind die Internet-Verbraucher, also die Testrechner, an das LTE-Endgerät angekoppelt.

Zwei kleine, externe LTE-800-Antennen hingen beim Test oben an den Fenstern des O2-Konferenzraumes in Richtung O2-Innenhof. Sie wurden über zwei dünne schwarze Antennenkabel mit zwei Messing-farbigen SMA-Antennenbuchsen mit dem Huawei-Gerät verbunden. Zwei weitere LTE-2600-Antennen waren an der Decke des O2-Konferenzraumes befestigt. Sie wurden ebenfalls mit zwei weiteren SMA-Buchsen mit dem Huawei-Gerät verkoppelt.

216 MBit/s LTE am frühen Abend

Beim Cat6-Praxistest hat ZDNet nonstop zehn Testdateien von einem FTP-Server auf das LTE-Endgerät von Huawei und die per Ethernet angeschlossenen Testrechner heruntergeladen. Der gleichzeitige Download von zehn Testdateien ist eine bewährte Methode, um diverse Speed-Begrenzungen des Microsoft-Betriebssystems zu überlisten. Die LTE-Cat6-Messungen fanden im Live-Netz von O2 in München statt.

Je später der Abend, desto besser wurden die Messwerte: gegen 18:35 Uhr konnte ZDNet einen Durchschnitt von 203 MBit/s und ein Maximum von 216 MBit/s registrieren (Screenshot: Harald Karcher).

Der erste Download-Test am späten Nachmittag brachte ein Maximum von 207 MBit/s. Zu der Zeit waren auch noch andere LTE-Nutzer im O2-Netz aktiv. Je später der Abend, desto besser wurden die Messwerte: Gegen 18:35 Uhr wurde im Durchschnitt eine Downloadrate von 203 MBit/s bei einem Maximum von 216 MBit/s registriert.

Wozu 225 MBit/s auf dem Handy?

Fragt sich nur noch: Wozu braucht ein normaler Mensch 225 MBit/s auf seinem Smartphone? Das ist aber die falsche Frage. Darum geht es nicht in erster Linie. Vielmehr müssen alle Netzbetreiber, nicht nur O2, schon jetzt Reserven aufbauen, um die weitere absehbare Datenexplosion der vielen Smartphone-User abzufangen. Den Mobilfunkbetreibern geht es vor allem darum, den Netzbetrieb auch künftig bei steigender Last mittels Kanalbündelung stabil zu halten oder noch stabiler zu gestalten und weniger darum, einzelnen Anwendern Spitzengeschwindgkeiten zu bieten, die in der Praxis sowieso nur sporadisch unter höchst optimalen Bedingungen zu erzielen sind.