Universal Mobile Telecommunications System

aus Wikipedia, der freien Enzyklopädie

Du hast neue Nachrichten (Unterschied zur vorletzten Version).

Dieser Artikel oder Abschnitt bedarf einer Überarbeitung. Näheres ist auf der Diskussionsseite angegeben. Hilf bitte mit, ihn zu verbessern, und entferne anschließend diese Markierung.

UMTS-Mobiltelefon von Nokia

Das Universal Mobile Telecommunications System, besser bekannt unter der Abkürzung UMTS, ist ein Mobilfunkstandard der dritten Generation (3G).

[Bearbeiten] Standardisierung

UMTS wurde von der ITU für IMT-2000 ausgewählt und ist somit einer der Standards der dritten Generation für Mobilfunk. Ursprünglich wurde UMTS vom ETSI standardisiert und wird heute von 3GPP (3rd Generation Partnership Project) weiter gepflegt. Der Standard wird ständig erweitert, so sollen beispielsweise zukünftig die maximal möglichen Datenraten im Downlink durch HSDPA und im Uplink durch HSUPA erhöht werden.

[Bearbeiten] Dienste

UMTS umfasst erweiterte multimediale Dienste sowie satelliten- und erdgestützte Sendeanlagen. Folgende Dienste können über UMTS angeboten werden:

Zwischenmenschliche Kommunikation (Audio- und Videotelefonie)
Nachrichtendienste (Unified Messaging, Video-Sprach-Mail, Chat)
Informationsverteilung (Internetzugang ->z.B.World Wide Web browsing, Informationsdienste, öffentliche Dienste)
Standortbezogene Dienste (persönliche Navigation, Fahrerunterstützung)
Geschäftsdienste (Prozessmanagement, Mobilität in geschlossenen Räumen)
Massendienste (Bankdienste, e-Commerce, Überwachung, Beratungsdienste)

[Bearbeiten] Verbreitung

Momentan beanspruchen die breitbandigen Mobilfunknetze der dritten Generation nur einen Bruchteil der Mobilfunknutzer für sich. Im Oktober 2004 gab es weltweit 82 3G-Netze. Ende August 2005 gab es weltweit 32 Mio., im April 2006 47 Mio. ^[1] 3G-Mobilfunknutzer. Im Dezember zählte die BITKOM rund 47,3 Mio. Nutzer, davon macht Japan mit 47% bzw. 22.4 Mio Nutzern ^[1] den weitaus größten Teil aus. In Europa ist Italien am stärksten mit UMTS-Endgeräten ausgerüstet (9 Mio. Nutzer ^[1]), Deutschland nimmt weltweit Platz 4 mit 2,3 Mio Nutzern ^[1] hinter Großbritannien mit 4,8 Mio. Nutzern ^[1] ein. Zusammen mit Frankreich entsprechen diese fünf Länder rund 84% der weltweiten UMTS-Teilnehmer. Dennoch ist der Gebrauch im Vergleich zu den 2 Milliarden GSM-Nutzer verschwindend klein, jedoch rechnet man bis Ende 2006 mit 100 Mio. verkauften UMTS-Geräten ^[1]. Bis 2010 erwartet man in Westeuropa einen Marktanteil von 60 Prozent ^[1].

[Bearbeiten] Geschichte

Das weltweit erste UMTS-Netz wurde 2001 durch die Manx Telecom auf der Isle of Man in Betrieb genommen.

Die österreichische Mobilkom Austria startete am 25. September 2002 das erste nationale UMTS-Netz Europas, jedoch noch ohne entsprechende UMTS-Mobiltelefone in größerer Stückzahl für Endkunden anbieten zu können. Der erste Anbieter mobiler Videotelefonie über ein UMTS-Netz im deutschsprachigen Raum, der auch über entsprechende Stückzahlen von geeigneten Mobiltelefonen verfügte, war der österreichische Anbieter Hutchison 3G Austria im Mai 2003.

In Deutschland gab es erste Probeläufe im Jahr 2003. Diese waren jedoch beschränkt auf einige wenige Firmenkunden, die zudem auch nur Datenkarten nutzen konnten. Seit 2004 ist UMTS auch in Deutschland kommerziell verfügbar, daher gibt es nun auch entsprechende Mobiltelefone in ausreichender Stückzahl, die auch Endkunden angeboten werden. Durch die Versteigerung der UMTS-Lizenzen im Juli/August 2000 nahm die Bundesrepublik Deutschland über 49 Milliarden Euro ein. Es wurden sechs Lizenzen zu je ca. acht Milliarden Euro an die folgenden Mobilfunkanbieter vergeben: T-Mobile Deutschland GmbH, Vodafone D2 GmbH, MobilCom Multimedia GmbH, Auditorium Investments Germany S.à.r.l. (ursprünglich ein Konsortium aus E-Plus und Hutchison, später umfirmiert in E-plus 3G Luxemburg S.à.r.l.), O₂ (Germany) GmbH & Co. oHG und Group 3G (ein Konsortium aus der spanischen Telefónica und der finnischen Sonera). Die Lizenzen wurden am 6. Oktober 2000 erteilt. Die MobilCom Multimedia GmbH hat Ende 2003 freiwillig ihre Lizenz an die RegTP zurückgegeben und auf die Ausübung der Lizenz- und Frequenznutzungsrechte verzichtet. Die mit den hohen Lizenzgebühren begründeten hohen Kosten für den Endkunden sind einer der Hauptgründe für den noch immer nicht erfolgten Durchbruch von UMTS im Massenmarkt. Dies führt dazu, dass einige der für UMTS geplanten Services (Nachrichten- und Videoservice) inzwischen an UMTS vorbei mit anderen Technologien (DMB, DVB-T) realisiert werden.

[Bearbeiten] Datenübertragungsverfahren

Es gibt mehrere Phasen von UMTS. Die erste Phase (Release 1999, kurz R99) unterscheidet sich vom Vorgängersystem GSM vor allem durch eine neue Funkzugriffstechnik Wideband CDMA, die auf CDMA basiert. Durch diese werden höhere Übertragungsraten möglich. Außerdem kann eine Mobilstation, also das UMTS-fähige Endgerät, mehrere Datenströme gleichzeitig senden, beziehungsweise empfangen. Damit können Nutzer beispielsweise gleichzeitig telefonieren und E-Mails empfangen.

Im FDD-Modus (Frequency Division Duplex, Frequenzmultiplex) senden Mobil- und Basisstation in zwei verschiedenen Frequenzbereichen: Im Uplink-Kanal sendet das Mobilteil, im Downlink-Kanal die Basisstation. Die beiden Frequenzbereiche haben je eine Breite von 5 MHz. Die einzelnen Übertragungskanäle sind durch reines CDMA realisiert. Derzeit bauen die deutschen UMTS-Netzbetreiber ihre Netze im FDD-Modus auf, die damit erzielbare Datentransferrate liegt derzeit bei 384 kbit/s für den Downlink in R99. Das Verfahren ist für die grossflächige Funknetzabdeckung gedacht.

Im TDD-Modus (Time Division Duplex, Zeitmultiplex) senden Mobil- und Basisstation im gleichen Frequenzband, jedoch zu unterschiedlichen Zeiten. Ein Frequenzträger wird dazu in 15 Timeslots unterteilt, deren Gesamtübertragungsdauer 10 ms beträgt. Jeder Timeslot ist mittels CDMA wiederum in mehrere Funkkanäle unterteilt. Das Verfahren ist technisch aufwendiger, da Timing-Probleme auftreten können, wenn sich der Sender bewegt oder weit von der Basisstation entfernt ist. Mit WCDMA im TDD-Modus soll eine Datentransferrate von bis zu 2 Mbit/s (genauer 1920 kbit/s) für den Downlink erreicht werden können. Diese Technik ist in Deutschland bisher nur in wenigen Städten (u. a. Leipzig, Frankfurt am Main, München, Berlin) verfügbar und wird zur Zeit nur von Vodafone angeboten.

[Bearbeiten] Technische Daten

Grundlegende Funk-Technologie: Wideband CDMA (WCDMA)
Nutzfrequenzen:

1.900 MHz – 1.920 MHz (TDD)
1.920 MHz – 1.980 MHz (FDD-Uplink)
2.010 MHz – 2.025 MHz (TDD)
2.110 MHz – 2.170 MHz (FDD-Downlink)

Kanalabstand: 5 MHz
Chip-Rate bei FDD: 3,84 Mcps
Nutzertrennung: Code (CDMA); Frequenz (FDMA)
maximale Sendeleistung der Mobilstation: 0,125–0,25 Watt (GSM zum Vergleich: 1–2 Watt)

Die in Deutschland verfügbaren sechs FDD-Frequenzbänder sind wie folgt vergeben:

Betreiber	Uplink	Downlink	damaliger Preis
Vodafone	1.920,3 MHz – 1.930,2 MHz	2.110,3 MHz – 2.120,2 MHz	16,47 Mrd. DM (8,42 Mrd. €)
unbelegt	1.930,2 MHz – 1.940,1 MHz	2.120,2 MHz – 2.130,1 MHz	16,45 Mrd. DM an Group 3G
E-Plus	1.940,1 MHz – 1.950,0 MHz	2.130,1 MHz – 2.140,0 MHz	16,42 Mrd. DM (8,39 Mrd. €)
unbelegt	1.950,0 MHz – 1.959,9 MHz	2.140,0 MHz – 2.149,9 MHz	(16,37 Mrd. DM an Mobilcom ; später zurückgegeben)
O₂	1.959,9 MHz – 1.969,8 MHz	2.149,9 MHz – 2.159,8 MHz	16,52 Mrd. DM (8,45 Mrd. €)
T-Mobile	1.969,8 MHz – 1.979,7 MHz	2.159,8 MHz – 2.169,7 MHz	16,58 Mrd. DM (8,48 Mrd. €)

In jedem Band lassen sich bis zu zwei Kanäle unterbringen. Die genaue Mittenfrequenz ist vom Mobilfunkbetreiber frei wählbar, sollte jedoch ein Vielfaches von 200 kHz (in Ausnahmefällen auch 100 kHz) betragen. Außerdem dürfen benachbarte Kanäle nicht gestört werden.

In Österreich sind die FDD-Bänder an fünf Betreiber vergeben worden:

Betreiber	Uplink	Downlink	damaliger Preis
A1	1.920,3 MHz – 1.930,1 MHz	2.110,3 MHz – 2.120,1 MHz	2,36 Mrd. ATS (171 Mio. €)
Hutchison 3G	1.930,1 MHz – 1.939,9 MHz	2.120,1 MHz – 2.129,9 MHz	1,91 Mrd. ATS (139 Mio. €)
tele.ring	1.939,9 MHz – 1.949,7 MHz	2.129,9 MHz – 2.139,7 MHz	1,56 Mrd. ATS (113 Mio. €)
ONE	1.949,7 MHz – 1.959,7 MHz	2.139,7 MHz – 2.149,7 MHz	1,65 Mrd. ATS (120 Mio. €)
A1	1.959,7 MHz – 1.964,7 MHz	2.149,7 MHz – 2.154,7 MHz	2,36 Mrd. ATS (171 Mio. €)
T-Mobile Austria	1.964,7 MHz – 1.974,7 MHz	2.154,7 MHz – 2.164,7 MHz	2,35 Mrd. ATS (171 Mio. €)

[Bearbeiten] Erweiterungen

Ab 2006 werden die Netzbetreiber durch High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) vermehrt höhere Datenraten im Downlink anbieten und bewerben. Unter optimalen Bedingungen sind theoretisch bis zu 14,4 Mbit/s brutto (nach Codierung ca. 10,8 Mbit/s netto) möglich. Die praktisch erreichbare und nutzbare Datenrate wird jedoch aufgrund der Fehlerkorrektur und von Interferenzen weit darunter liegen.

Zudem hängt die erzielbare Datenrate auch noch von der Fähigkeit des Endgerätes ab. Es wurden verschiedene Geräte-Kategorien definiert, die sich in den unterstützten Modulationsarten (QPSK oder 16QAM), der Anzahl der gleichzeitig empfangbaren Kanäle und dem zeitlichen Mindestabstand von HSDPA-Blöcken unterscheiden. Derzeit kommerziell verfügbare Geräte arbeiten mit HSDPA-Category 12 (=maximal 1,8 Mbit/s) oder HSDPA-Category 6 (=maximal 3,6 Mbit/s). Die Einführung der HSDPA-Category 8 (=maximal 7.2 Mbit/s) ist Anfang 2007 zu erwarten.

Im Anschluss an HSDPA soll mittels High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) die maximal mögliche Datenrate im Uplink zunächst auf 1,4 Mbit/s und später auf 5,8 Mbit/s gesteigert werden. Derzeit befindet sich HSUPA bei 3GPP noch in der Standardisierungsphase.

Die Planungen sehen High Speed OFDM Packet Access (HSOPA) als darauf folgende Ausbausstufe vor.

[Bearbeiten] Systemarchitektur

siehe: Node B, Radio Network Controller (RNC), Radio Network Subsystem (RNS), UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)

[Bearbeiten] Literatur

Martin Sauter: Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme. Vieweg, September 2006, ISBN 3-8348-0199-2, http://www.cm-networks.de/
Robert Brunner (Hg.): Mehr Spaß und Infos mit UMTS. 2006. ISBN 3-00-017877-5. http://www.braumanager.com/index.php?p=35 und http://www.umts-report.de/tb_bestellen.php
Bernhard Walke: Mobilfunknetze und ihre Protokolle 1 Stuttgart 2001. ISBN 3-519-26430-7
Bernhard Walke ; Marc P. Althoff ; Peter Seidenberg: UMTS : ein Kurs. 2002. ISBN 3-935-34022-2
Christian Lüders: Mobilfunksysteme, Vogel 2001, ISBN 3-8023-1847-1

[Bearbeiten] Weblinks

http://www.umts-report.de – Täglich News zu UMTS, Mobilfunk und Internet 2006
http://www.heise.de/newsticker/meldung/11330 Heise.de Meldung über die Gewinner der deutschen UMTS-Lizenz-Versteigerung
http://www.3gpp.org – 3GPP (3rd Generation Partnership Project)
http://www.cm-networks.de/umtslinks.htm – Hintergrundinformation rund um das Thema UMTS
http://www.umtsworld.com – Neuigkeiten zu 3G-Netzen (englisch)
http://www.heise.de/newsticker/meldung/36147 Heise.de Artikel zum UMTS Start in Österreich (vom 15. April 2003)
http://www.umts-report.de/umts.php – Technische Grundlagen einfach erklärt sowie Gesundheitsfragen 2005
UMTS overview and tutorials (englisch)
http://umtslink.at/UMTS-Start.php – Überblick über UMTS-Themen