3GPP LTE Release 12 (4.5G)

Alles zur Rel. 12 und CAT 11 bis CAT15


LTE, die Mobilfunk-Technik der vierten Generation, entwickelt sich immer weiter und erlaubt immer schnellere Geschwindigkeiten. Waren zum Start von LTE im Jahr 2010 noch 100 Mbit/s im Downlink das absolute Maximum, so ist man seit Ende 2014 schon bei 300 Mbit/s über LTE-Advanced angelangt. Doch damit ist noch lange nicht Schluss: mit dem 3GPP Release 12 wurden nun fünf neue LTE Geräte-Kategorien festgelegt, welche LTE-Advanced noch schneller machen und das vorhandene Funkspektrum noch effektiver ausnutzen können.

LTE Kategorie 11 bis 15

Bislang war LTE der Kategorie 10 (CAT10), welches im 3GPP Release 11 spezifiziert wurde, die modernste Ausführung von LTE-Advanced. Mit LTE CAT10 sind Geschwindigkeiten von bis zu 450 Mbit/s im Downlink und bis zu 100 Mbit/s im Uplink möglich. Nutzt der Netzbetreiber das gleiche Funkspektrum und ändert nichts an der Antennen-Technologie, so sind mit LTE CAT11 bzw. LTE CAT12 in der gleichen Funkzelle schon 600 Mbit/s im Download möglich. Erreicht wird diese Steigerung der Geschwindigkeit durch eine höhere Modulation. Release-Versionen ab 12 werden übrigens umgangssprachlich in den Medien auch als "4.5G" bezeichnet, was nummerisch eine Art Übergang von LTE hin zu 5G andeuten soll.

256QAM Modulation ab LTE CAT11

Bisher ist bis LTE CAT10 im Downlink eine Modulation von bis zu 64QAM verfügbar, was zu einer Datenrate von bis zu 150 Mbit/s je 20 MHz breitem Träger führt. Ab LTE CAT11 wird die Modulation im Downlink auf 256QAM gesteigert, sodass je 20 MHz Träger bis zu 200 Mbit/s möglich sind, eine Steigerung um 33%. Da LTE CAT11 und LTE CAT12 die Bündelung von bis zu 3x 20 MHz (Carrier Aggregation) ermöglichen, erreicht man die erwähnte maximale Geschwindigkeit von bis zu 600 Mbit/s.

Allerdings gilt zu beachten, dass die höchste Modulation von 256QAM nur unter sehr guten Bedingungen erreicht werden kann. Ist man zu weit von der Basisstation entfernt oder gibt es andere Faktoren, welche die Funkverbindung stören, so schaltet die Basisstation recht schnell auf 64QAM oder gar 16QAM Modulation zurück. Daher bringen LTE CAT11 bis LTE CAT15 vor Allem im Nahbereich der Mobilfunk-Zelle Vorteile. Auch für Small-Cell Umgebungen wie zum Beispiel in Fußball-Stadien, in Bahnhöfen oder in Einkaufszentren ist 256QAM sehr gut geeignet.

Release-Klassen und Gerätekategorien 12-13 im Überblick:

LTE Downlink Kategorien 12 & 13

alle Eigenschaften der Release-Stufen 12 & 13 samt Hardwarekategorien | klicken zum vergrößern


LTE Uplink Kategorien 12 & 13



Carrier Aggregation und MIMO Technologie

Die LTE Endgeräte-Kategorien 11 und 13 unterscheiden sich nur dadurch, dass bei LTE CAT11 bis zu 3 Träger á 20 MHz gebündelt werden können und bei LTE CAT13 maximal zwei Träger. Im Uplink ist kein Carrier Aggregation möglich, d.h. hier ist das Spektrum maximal 20 MHz breit. Anders sieht es bei LTE CAT12 bzw. LTE CAT14 aus: die Betreiber haben hier die Möglichkeit, Carrier Aggregation auch im Uplink zu schalten, d.h. bis zu 2 Träger zu bündeln und so ein Uplink-Spektrum von 40 MHz zu erreichen. Damit sind mit 16QAM Modulation Geschwindigkeiten von bis zu 100 Mbit/s im Uplink möglich.

In den LTE Kategorien 11 bis 14 ist sowohl 2x2 MIMO als auch 4x4 MIMO möglich, also zwei bzw. vier Antennen für das Senden und das Empfangen von Daten. Dabei liegt die Geschwindigkeit bei 4x4 MIMO doppelt so hoch wie bei 2x2 MIMO. Die Erfahrung der letzten Jahre zeigt aber, dass die Netzbetreiber nur ungern ihre Antennen-Technologie ändern, daher ist zu erwarten, dass auch bei LTE CAT11, CAT12, CAT13 und CAT14 fast ausschließlich 2x2 MIMO eingesetzt wird.

LTE CAT15: Theoretisch bis 4 GBit/s

Das 3GPP Release 12 beinhaltet zusätzlich noch LTE CAT15, die derzeit schnellste LTE-Advanced Endgeräte-Kategorie. LTE CAT15 ist eine Weiterentwicklung von LTE CAT8, wurde jedoch um 256QAM in der Downlink-Modulation ergänzt.  Mit LTE CAT15 sind bis zu 4 Gigabit pro Sekunde im Downlink und bis zu 1,5 GBit/s im Uplink möglich – sofern alle technischen Möglichkeiten ausgenutzt werden. Um solch hohe Datenraten zu erreichen, müsste der Netzbetreiber nicht nur 100 MHz an Funkspektrum bündeln (5-faches Carrier Aggregation), sondern gleichzeitig auch Antennen einsetzen, die 8x8 MIMO nutzen.

In der Realität wird man LTE CAT15 in dieser Form wohl nie im Einsatz sehen, denn kein Netzbetreiber verfügt über 100 MHz an Funkspektrum nur für LTE. Außerdem ist der Einsatz von 8x8 MIMO, insbesondere in den Endgeräten, eine enorme Herausforderung. Zur Verdeutlichung: derzeit ist 2x2 MIMO, also zwei Antennen für das Senden und Empfangen von Signalen, der Standard in den meisten LTE-Smartphones. Schon 4x4 MIMO, also eine Verdoppelung der Anzahl der Antennen, wird derzeit als sehr kritisch betrachtet, da der Platzbedarf enorm ist und das Geräte-Design dadurch sehr schwierig wird. Gleichzeitig steigt der nötige Rechenaufwand zur Steuerung und Codierung der Signale exponentiell. 8x8 MIMO ist für Smartphones, mit den Antennen wie wir sie heute kennen, also quasi unmöglich. Etwas anders sieht es bei LTE-Routern aus, hier ist zumindest der Einsatz von 4x4 MIMO realistisch.

Ausblick für Deutschland

In Deutschland werden die neuen Endgeräte-Kategorien des 3GPP Release 12 ganz sicher schon bald eine wichtige Rolle spielen. Insbesondere LTE CAT12 oder LTE CAT14 passt perfekt zum deutschen Mobilfunk-Markt, da von Seiten der Netzbetreiber der Aufwand zur Implementierung dieser Standards recht gering ist. So ist LTE CAT14 lediglich eine geringfügige Weiterentwicklung von LTE CAT6, welches schon jetzt im Einsatz ist. Die vorhandenen 2x2 MIMO Antennen können weiter verwendet werden und zur zweifachen Carrier Aggregation im Downlink (derzeit LTE1800+LTE2600 bei der Deutschen Telekom bzw. LTE800+LTE2600 bei Vodafone) kommt noch die zweifache Carrier Aggregation im Uplink hinzu. Die Modulation wird auf 256QAM gesteigert.

Auch der Einsatz von LTE CAT12 ist in Deutschland realistisch, da auch dreifaches Carrier Aggregation im Downlink mit dem aktuellen Funkspektrum durchaus möglich wäre. So könnte die Deutsche Telekom zum Beispiel LTE800, LTE1800 und LTE2600 bündeln. Nur der Einsatz von LTE CAT15 in Deutschland kann – aus oben genannten Gründen - vorerst ausgeschlossen werden.


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