Maximale Datenrate der Luftschnittstelle bei LTE

Wie errechnet sich diese eigentlich?


Bei einem LTE-Signal (OFDM), werden die Informationen auf sogenannte Unterträger verteilt. In diesem Fall sind die einzelnen Träger um 15 kHz versetzt (= [Delta]f). In einem 10 MHz breiten Kanal würden sich also 666,7 Träger (10 MHz : 15 kHz) unterbringen lassen. Da zum jeweiligen Nachbarkanal aber Schutzabstände notwendig sind, werden in einem 10 MHz breiten Kanal nur 600 Unterträger verwendet. Bei einer Kanalbandbreite von 5 MHz, ergeben sich also 300, bei 20 MHz 1.200 Unterträger. Durch den Trägerabstand von 15 kHz, lässt sich auch die sogenannte Symbolzeit ermitteln:


ts = 1/Δf = 66,7 µs

Je nach Verbindungsqualität, wird jeder Unterträger zur gleichen Zeit für jeweils eine Symbolzeit mit einem Symbol moduliert. Das Modulationsverfahren kann QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying, Vierphasenumtastung), 16 QAM (Quadrature Amplitude Modulation) oder 64 QAM sein. Bei der QPSK beträgt die Symbolbreite 2 Bit. Hier ist die Amplitude aller Unterträger gleich, es ändert sich nur die Phase. Bei 16 QAM beträgt die Symbolbreite 4 Bit, die 64 QAM hingegen schon 6 Bit.

QAM16 vs. QAM64

Mit der QAM-Modulationsart, ändert sich neben der Phase auch die Amplitude der Unterträger. Da wir hier aber von der maximal möglichen Datenrate ausgehen, ist für uns nur 64 QAM interessant (seit Ende 2017 gibt es übrigens auch QAM256 bei LTE). Wenn ein Träger in einer Symbolzeit also 6 Bit übertragen kann, ergibt sich folgende Gleichung:

600 Unterträger x 6 Bit = 3.600 Bit in 66,7 µs

Da die Angaben zu den Datenraten immer auf eine Sekunde bezogen werden, rechnen wir das zunächst auf diese Basisgröße um. Dann wissen wir, wie viele Symbolzeiten in einer Sekunde übertragen werden können:

1 s : 66,7 µs = 14.992,504

Und die maximale Datenrate ergibt sich dann:

3.600 Bit x 14.992,504 = 53.973.014,4 Bit/s = 51,5 MBit/s

Das ist also die maximal mögliche Datenrate bei LTE für einen Datenstrom in einem 10 MHz breiten Frequenzkanal. Bei Verwendung der MIMO-Technologie, wird (vorerst) noch mit 2 Datenströmen gearbeitet, die im selben Frequenzkanal aber anders codiert und anders polarisiert von der Basisstation ausgesendet werden. Somit könnte das Endgerät also ...

2 x 51,5 MBit/s = 103 MBit/s

... empfangen und verarbeiten. Abzüglich des Overheads, verursacht durch Protokolle und providerseitige Dienste (10 bis 15 %), bleiben dann 82,5 - 90,0 Mbit/s für die reine Datenübertragung übrig.


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