TDD und FDD LTE – Was ist das?
Was bedeuten die Abkürzungen und wodurch unterscheiden sich die Verfahren?
Dank „LTE“ (4G), gelangt man seit nunmehr 14 Jahren mit Highspeed auch unterwegs ins Internet. Was viele aber nicht wissen: Es gibt weltweit nicht nur unterschiedliche Nutzfrequenzen (über 50 Bänder), sondern auch zwei verschiedene Verfahren, wie die Frequenzbänder zum Senden und Empfangen der Daten eingesetzt werden. Im Einzelnen handelt es sich dabei um FDD und TDD LTE. Folgend erfahren Sie in unserem ausführlichen Ratgeber, was TDD LTE & FDD LTE auszeichnet und warum die Hintergründe auch für Endkunden wichtig sein können.
1. Begriffsklärung
Zunächst wollen wir kurz zeigen, was sich hinter den Abkürzungen verbirgt. Die drei Buchstaben bei „TDD“ stehen für „Time Division Duplex” – ganz simple übersetzt heißt das so viel wie “zeitversetzte Duplex-Übertragung”. „FDD“ hingegen bedeutet „Frequency Division Duplex“ – also via Frequenz getrennte Duplexübertragung.
Das klingt zunächst etwas kompliziert, ist aber eigentlich ganz einfach. Denn um Nachrichten zwischen einem Sender und Empfänger zu übertragen, kann man prinzipiell mehrere Wege beschreiten. Nutzen etwa zwei Personen ein Walky-Talky (CB-Funk), so kann immer nur gleichzeitig einer sprechen. Beim Telefonieren sind wir es hingegen gewohnt, dass beides gleichzeitig geht, man kann sich also ins Wort fallen. Hier spricht man von einem Duplexbetrieb in der Kommunikationstechnik.
Damit beim Transfer von Daten per Mobilfunk genau dieses „ins Wort fallen“ nicht passiert, kann man zwei Verfahren wählen. Einmal werden Daten zwischen Sender und Empfänger entweder auf verschiedenen Kanälen gesendet - bildlich wie eine Straße für den ankommenden und eine für den wegfahrenden Verkehr). Oder man sendet/empfängt jeweils zeitversetzt. Letzteres ähnelt dann einer Straßenbaustelle, wo eine Spur gesperrt ist und immer nur eine Fahrzeugseite passieren darf. Beides hat in der Funktechnik Vorteile und Nachteile. Zunächst widmen wir uns dem zeitversetzten Verfahren TDD.
2. Time Division Duplex LTE (TDD)
Bei LTE-Verbindungen auf Basis von TDD, handelt es sich also um einen Zeitmultiplex. Denn für den Upstream wird die gleiche Frequenz genutzt, wie für das Empfangen von Daten (Downstream). Die nötige Trennung beider Ströme erfolgt durch periodische Umschaltung – anders ausgedrückt, die Signale werden zeitlich versetzt übertragen. Das geht natürlich so schnell, dass der Nutzer davon nichts mitbekommt. Wohl aber sinkt die hypothetisch maximal erreichbare Datenrate gegenüber einem frequenzbasierten Duplex. Da, um bei der Autobahn-Metapher zu bleiben, auf zwei "Spuren" pro Zeiteinheit natürlich mehr Autos durchpassen, als auf einer Spur abwechselnd jede Richtung.
2.1 Vorteile und Nachteile von TDD
TDD nutzt vorhandenes Funkspektrum besser aus, da nicht je ein Band zum Senden und Empfangen zwischen Sendemast und Endnutzereinheit (UE) benötigt wird. Besonders für den Mobilfunkprovider ist dies äußerst interessant. Denn freie Funkfrequenzen sind stets Mangelware und teuer. Beim TDD-Betrieb kann das vorhandene Spektrum besser ausgenutzt werden. Oder aber die Unternehmen sparen Geld, da weniger Bandbreite in Bieterverfahren ersteigert werden müssen. Die letzte Auktion fand im Sommer 2015 statt und erlöste rund 5 Mrd. Euro.
Rein netztechnisch gibt es auch im Betrieb Vorteile – besonders in solchen Situationen, wo der Kunde entweder vorrangig mehr sendet als empfängt und umgedreht. Im Fachjargon spricht man auch von Asymmetrie. Beispielsweise beim Download einer großen Datei, wo beim Nutzer der Downstream stark dominiert oder dem Senden einer Fotosammlung in den eigenen Cloud-Space (Upstream dominiert). Sollen gleichzeitig viele Daten in beide Richtungen fließen (eher synchron), wäre theoretisch FDD die elegantere Funktechnik.
Nachteile bei TDD: Leider birgt der Betrieb auf den gleichen Frequenzen auch erhebliche Probleme aus funktechnischer Sicht. Prinzipiell könnten sich benachbarte Funkzellen/Masten, die ebenfalls auf derselben Frequenz mit TDD senden, gegenseitig stören und beeinflussen. Daher muss der Netzbetreiber dies bei der Planung mit einbeziehen. Dies ist wohl auch ein Grund, warum bei uns in Deutschland nach wie vor fast ausschließlich auf die Alternative FDD gesetzt wird.
2.2 Fazit zu TDD
Prinzipiell nutzt also LTE auf Basis von Time Division Duplex das Spektrum im Vergleich viel besser. Dennoch dominiert in Europa, Deutschland, den USA und Skandinavien Frequency Division Duplex als Verfahren. Zeitbasierte Duplex kommt bei LTE vor allem im asiatischen Raum zum Einsatz. Hier sind nämlich freie Funkbänder noch weit rarer und wertvoller, so dass man kaum eine andere Wahl hat als TDD zu präferieren.
3. Frequency Division Duplex LTE (FDD)
Hierbei handelt es sich um das hierzulande (und europaweit) vorherrschende Verfahren in den LTE-Datennetzen. Wie schon angedeutet, werden hier Informationen auf Basis eines Frequenz-Multiplex übermittelt. Funkkanäle für Up- und Downlink werden demnach getrennt eingesetzt. Bildlich gesprochen, steht zum Senden und Empfangen von Daten je eine eigene Autobahn zur Verfügung. Die Datenpakete werden also zeitgleich auf verschiedenen, meist benachbarten Frequenzbändern, übermittelt und kommen sich so funktechnisch „nicht ins Gehege“.
Der offensichtliche Nachteil ist, man ahnt es schon, es wird mehr von der kostbaren Ressource im Funknetzspektrum benötigt. Schauen wir uns beispielhaft einmal das populäre Band bei 800 MHz an. Hier funken viele LTE-Anbieter besonders im ländlichen Raum. Die Telekom hat 2010 folgende Ressourcen ersteigert: Für den Upstream kann das Band von 811 MHz bis 821 MHz genutzt werden. Beim Downstream lautet der Frequenzabschnitt 852 MHz – 862 MHz.
3.1 Vorteile & Nachteile von FDD
Prinzipiell eignet sich FDD besser bei einer eher synchronen Nutzweise, also wenn zur gleichen Zeit viele Daten gesendet und empfangen werden. Denn beide Datenströme können hier ja über einen eigenen Kanal abgewickelt werden.
4. Globale Unterschiede
Für den Nutzer spielt das alles nur auf den zweiten Blick eine Rolle. Erst wer Fernreisen tätigt oder aus dem Urlaub ein Smartphone mitbringt, könnte eine böse Überraschung erleben. Zwar ist das Gerät aus Fernost vielleicht LTE-fähig, aber ins deutsche Netz kommt man damit trotzdem nicht bzw. nicht überall. Warum? Wie schon angedeutet, teilt sich die Welt grob in zwei Lager auf. In der östlichen Hemisphäre dominiert TDD, in westlich geprägten Nationen eher FDD, wobei es hier natürlich auch Überschneidungen gibt. In immer mehr Ländern werden sogar beide Verfahren parallel eingesetzt wie z.B. in Kanada oder Schweden.
Ende 2023 betrieben gut 816 Provider weltweit ein LTE-Netz. Dabei kommen fast 30 verschiedene Frequenzbänder zum Einsatz. Führend ist dabei nach wie vor Band 3 bei 1800 MHz FDD (68,2 %), gefolgt von 2100 MHz FDD Band 1 (60,2%) und 2600 MHz Band 7 (58,3%). FDD Netze überwiegen dabei deutlich. Devices mit TDD-Support kommen auf einen Anteil von rund 48,1 Prozent. Man meisten wird dann auf Band 40, 41 und 38 gesetzt. [Quelle: GSA 2023]
4.1 Neue Wege: FDD- und TDD Bündelung per Carrier Aggregation
Lange Zeit galten beide Betriebsarten als unvereinbar. Doch neuere Techniken versprechen endlich eine elegante Lösung – praktisch die harmonische Fusion beider durch Carrier Aggregation (CA), auch Trägerbündelung genannt. Normaler Weise werde mit CA nur verschiedene Bänder einer Betriebsart zusammengefasst – möglich ist dies seit LTE-Advanced und der Gerätekategorie 6 (CAT6). Qualcomm gab 2014 bekannt, man arbeite mit Ericsson an Verfahren, die auch Frequenzbänder in unterschiedlichen Betriebsmodi bündeln. Dies hätte enorme Vorteile für die Provider, welche dadurch z.B. schnellere Tarife anbieten könnten und mehr Kunden gleichzeitig bedienen.
Ohnehin liegt in Deutschland das meiste an teuer ersteigerten TDD-Bändern noch brach. Vodafone kündigte schon Mitte 2015 an, die Technik bald in eigenen Netzen einsetzen zu wollen. Erstmals unterstützten die Qualcomm 810 Chips FDD/TDD-Trägerbündelung.
Weiterführendes zum Thema
» Wie schnell ist eigentlich LTE?» LTE Tarife vergleichen - jetzt schneller mobil surfen
» Ratgeber: LTE Empfang verbessern
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