Reports: Branche, 22.06.2012

4G LTE: Revolution für Live-Video?

[ Baruch Altman, Director, LiveU]

Als preisgünstigere Alternative zur Satellitenverbindung konnte sich in den vergangenen zwei, drei Jahren die Übertragung von Videosignalen via Handynetz zunehmend im Markt etablieren. Als Vorreiter dieser Technik kann das israelische Unternehmen LiveU gelten. Bis dato wurden primär 3G-Netze für diese Form von Live-Video verwendet, nun ist mit der Einführung von 4G-LTE eine nächste Stufe erreicht. Baruch Altman, Director bei LiveU, geht in diesem Beitrag auf die Vor- und Nachteile der neuen Technologie ein und warnt vor zu viel 4G-Euphorie.

Zukunftstechnologie 4G-LTE

Generell heißt es, neue 4G-LTE-Netze würden beträchtliche Bandbreitenvorteile bieten, die den Verbrauchern — und hier vor allem den Smartphone-Benutzern  — komfortables, schnelles Internetsurfen und Herunterladen von Inhalten erlauben. Gilt diese Annahme auch für Live-Videoübertragungen in HD (1080, 720) oder SD über diese Art von Handynetz?

Die Antwort lautet: ja und nein. Für 3GPP und 4G LTE (nicht jedoch für LTE Advanced, dessen Verwirklichung noch eine ganze Weile auf sich warten lassen wird) ist angesichts all der Unterschiede bei den Netzbetreibern, der Geländebeschaffenheit, dem Spektrum, der Infrastruktur und den Modems, eine erheblich größere Gesamtbandbreite vorstellbar, wenn die LTE-Netze sowohl im Downlink als auch im Uplink genutzt werden. Mit LTE werden zudem kürzere Uplink-Latenzzeiten erzielt.

Theorie und Praxis

In der Praxis ist allerdings Vorsicht geboten, denn den grundsätzlichen Faktoren, die sich auf die 3G-Netze auswirken und die darüber realisierten Uplink-Videoübertragungen beeinflussen, unterliegen auch die 4G-Netze — und beliebige sonstige Mobilfunknetze. Diese Faktoren betreffen die grundsätzlichen Anforderungen an Live-TV-Übertragungen: Störfestigkeit, Stabilität und Mobilität (jederzeit und überall).

• Als erstes wäre da die Topologie zu nennen, also die Anzahl der installierten Basisstationen und Antennen, sowie deren Standorte. Die Standorte müssen hoch gelegen sein, um freie Sichtlinien zu bieten, in Städten mit Hochhäusern, wo die Signalgüte stark beeinträchtigt sein kann, müssen sie quasi an jeder Ecke vorhanden sein. Phänomene wie etwa Interferenzen beim Mehrwegeempfang sowie Multipath Fading, was beispielsweise in bebauten Gebieten auftritt, sind für 3G- und 4G-Netze gleichermaßen problematisch. Selbstverständlich bleibt auch die Entfernung zum Funkmast weiterhin von großer Bedeutung, denn sie begrenzt die momentane Leistung eines 4G-Geräts – insbesondere im Uplink.
• Zudem wirkt sich auch die verwendete Frequenz signifikant auf die Leistung aus. In weiten Teilen von Europa wurde den LTE-Netzen die Frequenz 2,6 GHz zugeteilt, während die 3G-Netze auf der Frequenz 2,1 GHz arbeiten. Dieser Abstand ist groß genug, um eine völlig neue Technologie namens »Femtozelle« zur Anwendung zu bringen, die speziell entwickelt wurde, um die Probleme mit dem Empfang und der Netzabdeckung in Gebäuden zu beseitigen.
• Drittens muss bedacht werden, dass bei 4G-LTE-Netzen nicht nur die maximale Bandbreite größer ist, sondern analog dazu auch die Bandbreitenamplitude. Das hat zur Folge, dass bei Hochfrequenzstörungen oder anderen Störeinflüssen — wenn etwa ein Lkw zwischen dem Benutzer und dem Funkmast durchfährt oder mehrere Teilnehmer dieselben Kapazitäten nutzen — ein plötzlicher, beträchtlicher  Bandbreitenabfall und/oder eine längere Latenzzeit zu verzeichnen ist. Anders ausgedrückt: Wenn ein Benutzer ein Live-Uplink mit 2 Mbps durchführt und ein plötzlicher momentaner Abfall der Uplink-Rate auf 200 kbps auftritt, ist die Übertragung gefährdet.
• Ein weiterer Faktor ist der Backhaul (Rücktransport) von der Base Transceiver Station (BTS) zurück an den Backbone des Netzwerks, der vor allem über Glasfaserleitungen oder über Richtfunk erfolgt. Um die potenzielle Steigerung der LTE-Bandbreite zu realisieren, müssen die Netzbetreiber erst in die Verstärkung des Backhaul investieren, was allem Anschein nach stufenweise geschieht. Derzeit kann man den Eindruck gewinnen, dass die Netzbetreiber beim Ausbau der Backhaul-Kapazitäten vor allem die Downlink-Leistung steigern, weil die meisten Teilnehmer Endkunden sind, die eben überwiegend Inhalte empfangen also den Downlink nutzen. Das Senden von Videos via Handynetz ist aber ein Uplink-Vorgang.

Die LTE-Netzabdeckung ist derzeit im Vergleich zu den 3G-Netzen noch sehr begrenzt. 3G-Netze haben sich schon längst weit über die Stadtzentren hinaus ausgedehnt. Mit dem Aufbau der LTE-Netze wird hingegen gerade erst den Stadtzentren begonnen. Die Vorstädte und die ländlichen Gebieten werden wegen der fraglichen Amortisation wohl noch lange auf 4G warten müssen, wenn nicht der Gesetzgeber den flächendeckenden LTE-Netzausbau vorschreibt. Unabhängig davon benötigen die TV-Sender Gewissheit, dass Videos in bester Qualität übertragen werden – und zwar völlig ungeachtet dessen, ob ein flächendeckendes 4G-Netz vorhanden ist.

Anfangs wird natürlich jedes LTE-Netz nur von wenigen Benutzern genutzt, doch die Aufteilung der verfügbaren Uplink-Kapazitäten bleibt auch weiterhin ein Thema. Noch bevor eine größere Anzahl an Benutzern oder ein Anstieg des Bandbreitenbedarfs zu verzeichnen war, wurden in der Praxis aus absolut verständlichen Gründen stabile Uplink-Geschwindigkeiten von lediglich 600 kbps (und weniger) beobachtet — was einen deutlichen Unterschied zu den veröffentlichten, theoretisch möglichen maximalen oder mittleren Geschwindigkeiten darstellt.

4G LTE: Nur im Verbundsystem für Live-Video-Upload vorteilhaft

Die genannten Aspekte sollen die Bedeutung und die Vorteile von 4G LTE keineswegs schmälern: Wenn alles optimal läuft, profitieren die Nutzer unmittelbar von einer deutlich kürzeren Latenzzeit und einer wesentlich größeren Bandbreite. Allerdings reicht unter Berücksichtigung der oben genannten Faktoren ein einzelnes LTE-Modem schlichtweg nicht aus, um jederzeit und überall eine stabile und hochwertige Uplink-Videoübertragung zu gewährleisten.

Bei Videoübertragungen geht es uns nicht um Spitzengeschwindigkeiten, ja nicht einmal um durchschnittliche Geschwindigkeiten. Beim Surfen im Internet fällt ein plötzlicher Geschwindigkeitsabfall vielleicht gar nicht auf, doch bei der Übertragung von Videos sieht dies anders aus: Deshalb benötigen wir einen äußerst stabilen Durchsatz mit einer möglichst geringen und stabilen Latenzzeit. Angesichts des Mobilfunkverhaltens, der gesteigerten Netzauslastung sowie anderer Faktoren sind Leistungsschwankungen unvermeidbar.

Multilink-Lösungen, die sowohl 4G-LTE-Netze wie auch sonstige verfügbare Mobilfunknetze nutzen, gestatten es den TV-Sendern und den professionellen Anbietern von Online-Inhalten, sowohl die Vorzüge der 4G-Netze als auch der 3G-Netze auszuschöpfen. Verbundlösungen nutzen die zusätzliche Bandbreite und die kürzere Verzögerung, die das LTE-Netz zu bieten hat, und sie bewältigen die vorhandenen LTE-Probleme durch Umschalten zwischen der 4G- und der 3G-Technologie.

Ein ordnungsgemäß konzipiertes LTE-Verbundsystem überträgt in Gebieten, in denen dies erforderlich ist, automatisch einen größeren Anteil der übermittelten Videobandbreite über die 3G-Netze, ohne beispielsweise Übertragungsstörungen in Kauf nehmen zu müssen, weil zu stark auf eine einzige LTE-Verbindung vertraut wurde.