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Mit Highspeed ins mobile Internet - Die Evolution von GSM bis HSDPA
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| Mobilfunk im Wandel |
Der Mobilfunk befindet sich gegenwärtig in einer Umbruchphase. Das altbewärte GSM-Netz wird langsam aber sicher zum Auslaufmodell. Denn längst haben die Mobilfunkanbierte Ihre Netze sukzessive auf den Nachfolger - UMTS umgerüstet. Wo einerorts noch am flächendeckenden UMTS-Netz gearbeitet wird, sind anerorts bereits Upgrades auf HSDPA in Planung.
Hier kann man als Endverbraucher schnell den Überblick verlieren. Im folgenden wird diese Entwicklung einmal genauer betrachtet.
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| GSM, HSCSD und GPRS |
Im herkömmlichen GSM-Standard können Daten mit einer maximalen Übertragungsgeschwindigkeit von 9600 Bit/s bzw. rund 960 Zeichen (Bytes) übertragen werden. Dies ist für Text völlig ausreichend. Um jedoch multimediale Inhalte zu versenden bedarf es einer wesentlich höheren Übertragungsrate. Dies soll durch den Einsatz von High Speed Circuit Switiched Data (HSCSD) sowie General Packet Radio System (GPRS) erreicht werden.
HSCSD verwendet für die Übertragung von Daten mehrere GSM-Kanäle und erreicht somit einen höheren Datendurchsatz. Theoretisch stehen 8 Zeitschlitze für eine GSM-Funkfrequenz zur Verfügung. Um die Frequenz jedoch nicht völlig zu blockieren, werden maximal vier Kanäle belegt. Somit wird bei einer Übertragungsrate von 9,6 kbit/s eine Geschwindigkeit von 34,8 kbit/s erreicht. Bei maximaler Auslastung eines Zeitschlitzes von 14,4 kbit/s werden sogar Geschwindigkeiten von 57,6 kbit/s erreicht. Das entspricht der Übertragungsgeschwindigkeit eines analogen Modems auf dem neuesten technischen Stand (V90/56K). HSCSD ist aufgrund seiner leitungsvermittelten Technik sehr unwirtschaftlich, da die Zeitschlitze auch dann belegt sind, wenn keine Daten übertragen werden. Netzbetreiber müssen für diese Art der Datenübertragung lediglich ein Softwareupdate durchführen. Handys hingegen können in der Regel nicht mit einer neuen Software aktualisiert werden. Deshalb kann diese Technologie erst mit dem Einsatz von neuen Mobilfunkgeräten erfolgen. HSCSD wird als erster Schritt in Richtung der dritten Mobilfunkgeneration angesehen.
GPRS dagegen schlägt einen anderen, wirtschaftlicheren Weg ein. Daten werden, wie das Wort Packet schon sagt, paketvermittelt. Dies ist sehr ressourcenschonend, da Leitungen nur dann benutzt werden, wenn auch tatsächlich Daten übertragen werden. Die Übertragung basiert auf einem dynamischen Verfahren, das entsprechend dem Anwendungsbedarf, Kapazitäten vergibt.
GPRS verwendet bis zu acht Übertragungskanäle mit verschiedenen Übertragungsgeschwindigkeiten (Coding Schemes). Diese werden abhängig von der Anwendung bestimmt. Die maximale Bandbreite für GPRS liegt bei 171,2 kbit/s, was in der Praxis jedoch sehr unrealistisch ist. Bei den ersten GPRS-Anwendungen ist mit einer Übertragungsrate von ca. 50 kbit/s zu rechnen. GPRS hat gegenüber HSCSD den entscheidenden Vorteil, dass der Nutzer permanent online ist und Gebühren nicht nach Zeit sondern nach dem übertragenen Datenvolumen berechnet werden.
GPRS und UMTS basieren auf der Paketdatenübertragung. Deshalb kann die bereits eingesetzte Technik teilweise für den Betrieb von UMTS verwendet werden. GPRS ist somit ein wichtiger Zwischenschritt hin zur Aufrüstung der mobilen Datenfunknetze in Richtung des Mobilfunkstandards der dritten Mobilfunkgeneration.
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| EDGE |
Das Enhanced Data Rates for Global Evolution (EDGE) ist ein Verfahren, das durch eine geänderte Modulation höhere Datenraten von bis zu 48 kbit/s pro Zeitschlitz erreicht. Das ergibt bei voller Auslastung aller 8 zur Verfügung stehenden Zeitschlitze eine Bandbreite von 384 kbit/s. EDGE eignet sich sowohl für GSM-Netze als auch für TDMA-Netze , die in der USA benutzt werden. Es wird vor allem dort zum Einsatz kommen, wo der Aufbau eines eigenständigen UMTS-Netz aufgrund der geringen Bevölkerungsdichte nicht rentabel ist. EDGE wird deshalb vornehmlich in Teilen der USA eingesetzt werden und in Europa Datendienste unterstützen, die eine geringe Bandbreite benötigen. Netzanbieter, die keine UMTS-Lizenz erworben haben, könnten mit dieser Technik Mobilfunkdienste der dritten Generation anbieten. UMTS-Netzanbieter werden diesen Zwischenschritt aufgrund der hohen Investitionskosten auslassen.
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| Mobilfunkstandard der dritten Generation (3G) - IMT-2000 |
In der heutigen Informationsgesellschaft ist die Übermittlung von Daten zu einem zentralen Aspekt geworden. Da mit einer zunehmenden Mobilität der Menschen zu rechnen ist, und Medien konvergieren, muss die Datenübermittlung zukünftig auch über mobile Endgeräte erfolgen. Die heutigen Technologien sind vornehmlich auf die Übermittlung von Sprache ausgelegt und werden deshalb der zunehmenden Datenübertragung nicht mehr gerecht. Aufgrund dieser Gegebenheiten wird eine neue, leistungsfähigere Mobilfunktechnologie unabdingbar. Dies soll mit dem Mobilfunkstandard der dritten Generation (3G) realisiert werden.
Unter 3G versteht man allgemein die digitale und breitbandige Übermittlung von Daten. Bereits seit dem Jahre 1989 arbeitet die International Telecommunication Union (ITU) an einem Projekt mit der Bezeichnung „IMT-2000“. Die ITU definiert IMT-2000 folgendermaßen:
IMT-2000 (International Mobile Telecommunications--2000) is the ITU globally coordinated definition of 3G covering key issues such as frequency spectrum use and technical standards”
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| UMTS |
In Europa hat sich für die dritte Mobilfunkgeneration neben IMT-2000 eine weitere Bezeichnung, Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) etabliert. UMTS wird vor allem mit dem GSM-Standard in Verbindung gebracht und stellt die konsequente Weiterentwicklung dieses Netzes dar.
Aufgrund der unterschiedlichen Technologien der einzelnen Mobilfunknetze kam ein einheitlicher Standard für UMTS/IMT-2000 nicht zustande. Deshalb hat sich die ITU dazu entschlossen, drei Hauptstandards unter der IMT2000-Familie zu führen:
• cdma2000 (Code Division Multiple Access 2000)
& UWC–136 / EDGE (Universal Wireless Communication–136 / Enhanced Data Rates for Global Evolution)
& W-CDMA / UMTS (Wideband Code Division Multiple Access / Universal Mobile Telecommunications Systems)
Bestehende Mobilfunknetze müssen im Zuge der Weiterentwicklung zur dritten Generation (evolving path) einem der genannten Standards entsprechen. Für das GSM-Netz bieten sich grundsätzlich zwei Entwicklungspfade an, hin zu EDGE oder W-CDMA. In Europa wird der W-CDMA-Standard bzw. UMTS mit großer Mehrheit überwiegen. Lediglich die Netzbetreiber, die keine UMTS-Lizenz ersteigern konnten, werden ihre Netze auf den EDGE-Standard bzw. UWC-136-Standard erweitern. Amerikanische Mobilfunk-Netzbetreiber werden aufgrund anderen Netztechnologien den cdma2000-Standard oder UWC-136 Standard bevorzugen.
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| Zellstruktur und Übertragungs-geschwindigkeiten von UMTS |
Durch die dritte Mobilfunkgeneration wird es erstmals möglich, weltweit mit einem Endgerät verschiedene Dienste zu nutzen. Hierfür sind sowohl erdgestützte (stationäre) Funknetze , als auch globale Satelliten-Funknetze erforderlich.
Dabei stehen dem Nutzer unterschiedliche Übertragungsraten, je nach Geschwindigkeit der Fortbewegung und der Art der Zelle bzw. Umgebung, zur Verfügung. Der IMT-2000-Standard nimmt hierfür eine Klassifizierung in Zellen und Gebiete vor:
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| Gebiet |
Zelle |
Mobilität |
Bitrate |
| Global |
Global-Zelle |
unbegrenzt |
144 kbit/s |
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Suburban
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Macro-Zelle |
bis 500 km/h |
133 kbit/s
(Ziel: 384 kbit/s) |
| Urban |
Micro-Zelle |
bis 120 km/h |
384 kbit/s
(Ziel: 512 kbit/s) |
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In-Building
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Pico-Zelle |
bis 10 km/h |
bis zu 2 Mbit/s |
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| Blick in die Zukunft: HSDPA, HSUPA und Super-3G |
Mit UMTS ist das Ende der Fahnenstange noch lange nicht erreicht. Längst wird am UMTS-Upgrade (3,5G und 4G) gearbeitet, um noch höhere Datenraten zu erreichen.
Die auf UMTS aufbauenden Übertragungsverfahren HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) und HSUPA (High Speed Upnlink Packet Access) werden theoretische Datenraten von 14,4 MBit/s bzw. 5,7 MBit/s ermöglichen. Erreicht wird dies durch eine effizientere Verteilung der Datenlast, die je nach Qualität der Verbindung die Kanalkodierung (Modulation wecheslt von 4PSK auf 16QAM) anpaßt.
Auch für die HSDPA/HSUPA-Technologie ist bereits ein Nachfolger gefunden. Dieser wird unter der Bezeichnung "Super 3G" oder 3.9G erscheinen. Mit einer Fertigstellung der entsprechenden Spezifikation wird ab Mitte 2007 gerechnet. Super 3G soll bis zu 100 MBit/s Downstream und 50 Mbit/s Upsteam ermöglichen.
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