4. Technologien im Umfeld von UMTS

GSM: More than a technology... it's a way of life.
-GSM Association

4.1 Anwendungen und Dienste mit 3G

UMTS-Netze sollen bei langsam bewegten Endgeräten Datenverbindungen mit bis zu 2MBit/s und mobil mit bis zu 384kBit/s ermöglichen. Damit ist erstmals auch mobiler Zugriff auf umfangreiche Datenmengen möglich; multimediale Inhalte wie Video und Musik sollen drahtlos auf Geräte übertragen werden, die nicht größer sein werden als heutige Mobiltelefone.

An Beispielen zu Anwendungsmöglichkeiten fehlt es den beteiligten Firmen dabei nicht, es werden alle möglichen Anwendungen von "Ansehen des Trailers schon auf dem Weg zum Kino" über die "Benachrichtigung über die Happy Hour in der Kneipe um die Ecke" bis hin zu Videokonferenzen zwischen Mitgliedern einer Arbeitsgruppe genannt - es sind aber auch viele Anwendungen dabei, die auch ohne UMTS nicht ganz unmöglich erscheinen. So wäre das Einchecken zu einem Flug auch mit heutiger Technik möglich oder die Navigation per Handy (in Verbindung mit GPS oder Geräteortung durch die Mobilfunkmasten) denkbar.

Langfristig peilen die Anbieter mit den 3G-Technologien die "Wireless Information Society" an: vor allem im privaten Bereich soll UMTS die bestehenden Kommunikationssysteme ersetzen, also existierende Telefon- und Datenanschlüsse überflüssig machen. Die Kommunikation mit anderen Geräten wie dem stationären PC Zuhause kann dabei ebenfalls kabellos erfolgen: mit Bluetooth steht die passende Technik dazu schon bereit.

4.2 Kurze Mobilfunk-Historie

Analoge Netze - die erste Generation
Bundeseinheitliche Mobilfunknetze existieren in Westdeutschland, seitdem das A-Netz 1959 eingeführt wurde. Diese analogen Mobilfunksysteme werden als "Erste Mobilfunkgeneration" bezeichnet und boten ausschließlich Dienste, wie man sie von einem analogen Telefonanschluss kennt. Das erste Netz, in dem den die Nutzer unter einer bundesweit einheitlichen Vorwahl erreichbar waren, war das 1985 in Betrieb genommene C-Netz. Dieses für seine Zeit sehr erfolgreiche Netz (im Jahr 1993 850 000 Kunden) erreichte nahezu 100% Flächenabdeckung und ermöglichte auch erste Datendienste wie Faxübertragungen. Außerdem ebnete es der Gerätetechnik den Weg: 1992 stellte Nokia das erste Gerät vor, das mit unter 500 Gramm Gewicht wirklich mit einer Hand getragen werden konnte - bald waren mehrere Kilogramm schwere Mobilgeräte endgültig passé.
In Deutschland wurde die Ära der analogen Mobilfunknetze mit der Abschaltung des C-Netzes zum 01.01.2001 besiegelt; doch weltweit sind noch viele analoge Netze in Betrieb. So nutzen etwa drei Viertel der US-Amerikanischen Mobilfunkkunden noch Telefone nach dem analogen AMPS-Standard. AMPS ist durch den Standard ANSI-136 definiert und zu keinem europäischen System kompatibel.
In Brasilien investierte Mannesmann noch 1997 in den Neuaufbau eines Systems, welches dem ehemaligen deutschen B-Netz entspricht.

Vorbereitung auf den Massenmarkt: die digitalen Mobilfunksysteme
Der Nachfolger der analogen Netze wird in Deutschland Mitte 1992 eingeführt und entwickelt sich zu einem echten Massenprodukt: das volldigitale D-Netz. Basierend auf dem GSM-Standard arbeiten die Netze der Deutschen Telekom und von Mannesmann Mobilfunk im Frequenzbereich um 900 MHz und bieten gegenüber den analogen Netzen vor allem eine verbesserte Sprachqualität, aber die GSM-Technik bietet den Kunden auch Datendienste mit 9,6 kBit/s und Zusatzdienste wie den Kurznachrichtendienst SMS. Weiterhin wurde durch die vor allem in Europa einheitliche GSM-Technik und internationale Roamingabkommen unter den Anbietern in verschiedenen Ländern auch das Telefonieren im Ausland möglich. In Deutschland gehen mit E-Plus (1994) und Viag Interkom (1998) weitere zwei Anbieter in einem neuen Frequenzband um 1800 MHz an den Start.
Die auf dem digitalen GSM-Standard basierenden Systeme wurden in letzter Zeit um weitere Datendienste erweitert und werden als Netze der "Zweiten Mobilfunkgeneration" zusammengefasst. In Europa sind heute GSM 900 und GSM 1800 verbreitet. In den USA dagegen hat sich noch ein weiterer GSM-Standard mit 1900 MHz (GSM-PCS) etabliert, da die Frequenzen um 900 und 1800 MHz dort nicht verfügbar waren (militärische Nutzung).

Zukünftige Systeme: 3G
Nun steht die "Dritte Mobilfunkgeneration" vor der Tür: die Verbindung von Telefonie und Datendiensten mit hohen Übertragungsraten. Dabei ist UMTS ein Bestandteil der Vision "IMT-2000" der International Telecommunication Union bezüglich eines globalen Standards von mobilen Kommunikationssystemen der dritten Generation (3G). In den Netzen der dritten Generation sollen zu den Nutzungsmöglichkeiten der heutigen Netze hochwertige Breitbandinformationen, Handelsdienstleistungen und Unterhaltungsservices hinzukommen. Eine große Rolle spielen dabei auch Techniken, die bereits in bestehenden Netzen genutzt werden.
Für diese Systeme sind vorerst Frequenzen um 2GHz geplant; in Deutschland wurden Frequenzblöcke zwischen 1900 und 2170MHz vergeben. Die ETSI hat für eine spätere Erweiterung der UMTS-Netze drei weitere Frequenzbereiche definiert, die sich mit den heute für den Mobilfunknetzen genutzten Frequenzbereichen überschneiden - damit gibt es die Option der Nutzung von "alten" Frequenzen für Systeme der dritten Generation. Ähnlich wurde bereits in den Siebzigern vorgegangen, als in Deutschland A-Netz-Frequenzen für den Nachfolger, das B-Netz, verwendet wurden.
Für einen UMTS-Funkkanal ist eine Bandbreite von 5MHz festgelegt worden, doch diese Bandbreite wird wegen neuer Kodierungsverfahren weit besser genutzt als in bestehenden Netzen.

4.3 Technische Grundlagen

4.3.1 Leitungs- vs. Paketvermittlung

Oft genannt im Zusammenhang mit UMTS wird das Stichwort "always online", es wird auch bereits für das Marketing einiger Migrationstechnologien zu 3G genutzt. Im UMTS-System wird es verschiedene Modi geben, die die ständige Datenverbindung bieten werden.

Bei einer leitungsvermittelten Verbindung wird eine ständige Leitung zwischen zwei Teilnehmern aufgebaut - also eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung wie in der klassischen Telefonie. Vorteil hierbei ist die relativ einfache Aufbau der Technik, so ist beispielsweise kein aufwändiges Routing entlang der Strecke notwendig. Allerdings ist die Leitungsressource, im Fall der Anbindung eines Mobilfunkgerätes also die Frequenz, auch belegt, wenn keine Daten übertragen werden.

Bei der paketvermittelten Verbindung dagegen besteht kein exklusiver Übertragungskanal. Die zu transportierenden Daten werden wie im Internet-Protokoll IP in einzelne Datenpakete aufgeteilt, wobei jedes Paket Zielinformationen enthält. Einzelne Pakete können verschiedene Routen nehmen; ein Resultat ist eine bessere Ausnutzung der gegebenen Bandbreite. Mit diesem Vorgehen kann im Allgemeinen auch eine höhere Ausfallsicherheit gewährleistet werden, da ausgefallene Stationen entlang der Strecke durch Wahl einer anderen Route kompensiert werden können.

Bei verschiedenen Anwendungen muss "always on" gegeben sein, die ständige Erreichbarkeit ohne vorherigen Nutzereingriff hat zum Beispiel zum Erfolg des SMS-Systems beigetragen. Ein weiterer Vorteil ist der Zugang zu verschiedenen Daten und Diensten ohne eine Verzögerung durch vorherige Einwahl. Dies dient nicht nur der Bequemlichkeit, sondern ist für Anwendungen wie die Authentifizierung beim Bezahlen von Waren erfolgsentscheidend - bei solchen Diensten könnte schon eine Verzögerung im Bereich von 20 Sekunden die Akzeptanz eines neuen Systems verhindern.

Entsprechend der technischen Vorgabe der ständigen Verbindung werden sich auch die Abrechnungsmodelle für verschiedene Dienste ändern: die übertragene Datenmenge zählt, nicht die Zeit, in der eine Verbindung aufrechterhalten bleibt (Airtime). Allerdings führen beispielsweise die Deutsche Telekom und T-Online vor, wie wenig technische Gegebenheiten mit den Entgelten zu tun haben müssen: für das T-DSL-Angebot, also eine Standleitung über Kupferadern, ist auch die Berechnung im Minutentakt möglich.

Die für UMTS verwendete Übertragungs- und Vermittlungstechnik wird auf ATM (Asynchronous Transfer Mode) basieren, obwohl ATM ursprünglich für kabelgebundene Netze entwickelt wurde. ATM ist durch die International Telecommunication Union standardisiert und für verschiedene Leitungen definiert. Nutz- und Steuerinformation werden gemeinsam in Zellen mit einer festen Größe von 53 Byte übertragen. Dabei wird eine asynchrone Übertragung verwendet: die einzelnen ATM-Zellen eines Datenstroms können ähnlich wie bei TCP/IP verschiedene Routen nehmen und werden erst beim Empfänger wieder zusammengesetzt.

4.3.2 Symmetrische vs. Asymmetrische Übertragungen

Bei einer Verbindung eines PCs ins Internet, bei Recherchen in Datenbanken oder bei Broadcast-Anwendungen werden von den Endgeräten meist mehr Daten empfangen als gesendet. Daher wurden Techniken entwickelt, die dem "Upstream", also dem Weg hin zur Gegenstelle, weniger Bandbreite einräumen als dem "Downstream". Solche Verfahren werden bei Analogmodems (33,6kBit/s Upstream, max. 56kBit/s Downstream) oder dem T-DSL-Angebot der Deutschen Telekom (128kBit/s Upstream, 768kBit/s Downstream) verwendet. Ein Resultat der asynchronen Übertragungsraten ist die bessere Auslastung der Bandbreite in Hinsicht auf den Dienst.

Symmetrische Übertragung ist dagegen sinnvoll für (typischerweise leitungsvermittelte) Sprach- oder Bildtelefonverbindungen - UMTS wird voraussichtlich beide Übertragungsmodi bieten.

4.3.3 Optimale Nutzung der Frequenzen durch Zellen und Kodierungen

Die Luftschnittstelle ist eine begrenzte Ressource; dies wurde nicht zuletzt bei den Lizenzversteigerungen deutlich, bei denen sich die meisten Regierungen als "Besitzer" der Frequenzen dieselben quasi vergolden ließen - anders als noch in den achtziger Jahren, als die Frequenzen für private Radio- und Fernsehsender kostenlos vergeben wurden. Ein besonderer Punkt hierbei, der in der Berichterstattung um die Frequenzvergaben nicht deutlich hervortrat: die Gewinner der deutschen Auktionen haben nur ein Nutzungsrecht für die nächsten zwanzig Jahre, und das verbunden mit verschiedenen Auflagen. So müssen die Netzbetreiber beispielsweise bis 2005 mindestens 50 Prozent der Bevölkerung UMTS anbieten können.

Die Knappheit der verfügbaren Frequenzen führte schon bei früheren Funknetzen zur Anwendung von verschiedenen Techniken, die die Ausnutzung der verfügbaren Kanäle verbessern.

Moderne Mobilfunknetze sind in einer Zellstruktur aufgebaut. In der Mitte jeder Zelle befindet sich ein Funkturm bzw. eine Funkantenne, die die Funkversorgung für verschieden große Bereiche sicherstellen. Durch die geografisch getrennten Zellen können die verfügbaren Frequenzen mehrfach verwendet werden. Auch UMTS-Netze werden zellular aufgebaut sein. Durch die techische Ausstattung der Funkstationen und die Größe der Zellen wird im UMTS auch die Verfügbarkeit der verschiedenen Serviceprofile bestimmt. Eine Besonderheit im neuen System ist die Aufteilung der Sendeleistung auf die Nutzer: die Funkleistung pro Teilnehmer ergibt sich aus

Gesamtleistung der Zelle/Anzahl aktiver Nutzer in der Zelle.

Dadurch ändert sich die Größe einer UMTS-Zelle abhängig von der Anzahl der aktiven Nutzer und den verwendeten Serviceprofilen. Dieser Effekt wird als Zellatmung bezeichnet.

Auf der Einteilung in Zellen aufbauend wird mit verschiedenen Kodierverfahren erreicht, dass
-mehrere Nutzer eine Frequenz gleichzeitig nutzen können und
-die dann noch gegebene Bandbreite optimal genutzt wird.

4.4 Kodierverfahren

Die in Verbindung mit den 3G-Netzen verwendeten Kodierverfahren sollen hier vorgestellt werden; sie tragen einen hohen Anteil an den IPR-Verwicklungen rund um UMTS, da in den verschiedenen UMTS-Profilen verschiedene Kodierverfahren zur Anwendung kommen und gleichzeitig die Rückwärtskompatibilität zu den Systemen der zweiten Generation gegeben sein muss. Diese verschiedenen Standards sind durch eine hohe Anzahl von essentiellen Patenten geschützt.

4.4.1 FDMA
Frequency Division Multiple Access

FDMA basiert auf der Aufteilung eines gegebenen Frequenzbandes in viele Unterkanäle. Diese Technik könnte zwar prinzipiell auch bei digitalen Systemen verwendet werden, wird aber nur bei den analogen Mobilfunksystemen benutzt. Hier kommt Frequenzmodulation zur Anwendung, um die Signale über die Funkwellen zu übertragen. FDMA gilt aus zwei Gründen als nicht effizient:
-Jeder der analogen Kanäle kann nur durch eine Verbindung zur gleichen Zeit genutzt werden; die maximale "Breite" eines Kanals und die Gesamtanzahl der Kanäle ist jedoch durch physikalische Gegebenheiten begrenzt (Übersprechen zwischen Kanälen).
-Wenn keine Daten übertragen werden, etwa in Gesprächspausen bei der Telefonie, ist die Ressource trotzdem belegt.
Aus diesen Gründen wurde FDMA bei neueren Netzen durch digitale Kodierverfahren ersetzt, die jedoch teilweise auf dem Grundprinzip der Unterteilung der Frequenzen basieren.

4.4.2 TDMA
Time Division Multiple Access

Die maximal mögliche Teilnehmerzahl der deutschen D-Netze war ursprünglich auf jeweils vier Millionen Teilnehmer begrenzt. Neben der Verdichtung der Abdeckung mit Funkmasten und der damit einhergehenden Verkleinerung der Mobilfunkzellen wurde vor allem mit der TDMA-Technik eine höhere Anzahl von Kunden möglich.

Das digitale Kodierverfahren Time Division Multiple Access ermöglicht die mehrfache Nutzung eines Frequenzkanals durch die Unterteilung in Zeitschlitze; in einem Round-Robin-Verfahren nutzen verschiedene Teilnehmer hintereinander den Funkkanal.

Unter anderem wird TDMA in den GSM-Netzen verwendet. So können im GSM gleichzeitig acht Endgeräte eine Frequenz benutzen, indem jedes Gerät für eine Dauer von 577 Mikrosekunden sendet und dann den Kanal für die siebenfache Zeitdauer anderen Teilnehmern überläßt. Im "eigenen" Timeslot werden die Daten der vergangenen acht Perioden gesendet, wodurch die begrenzte Anzahl der Frequenzen besser genutzt wird.

Auch im D-AMPS-System, dem digitalen Nachfolger der im amerikanischen und pazifischen Raum verbreiteten AMPS-Systeme, wird das TDMA-Verfahren benutzt.

Ein Vorteil von TDMA ist die Kompatibilität zu anderen Verfahren: es lässt sich auf bestehende FDMA-Kodierungen aufsetzen, und TDMA-Netze lassen die Aufrüstung auf die Zwischentechnologie EDGE zu. Doch der wichtigste Nachteil von FDMA bleibt: die Ressource ist auch in Pausen belegt, obwohl keine Daten übertragen werden. Hinzu kommt, dass die notwendige Synchronisierung zwischen den Geräten relativ aufwändig ist.

4.4.3 CDMA
Code Division Multiple Access

Unter den vorgestellten Verfahren zur mehrfachen Nutzung einer Frequenz ist CDMA bei weitem das komplexeste. Das Grundprinzip beruht darauf, dass zwischen Stationen übertragene Datenpakete mit einer Adress-Kennzeichnung versehen werden, die den jeweiligen Empfänger bestimmt. Dadurch wird die begrenzte Bandbreite immer optimal genutzt.

Während bei FDMA alle Sender zwar zur gleichen Zeit, jedoch auf verschiedenen Frequenzen senden und bei TDMA nur eine Frequenz zu unterschiedlichen Zeiten belegt wird, senden bei CDMA alle Sender gleichzeitig. Sender und Empfänger "erkennen" sich dadurch, dass das Nutzsignal mit einem für beide Seiten bekannten Signal, dem sogenannten Pseudorauschen (PN, Pseudo Noise), multipliziert wird. Weil das Pseudorauschen eine 100- bis 1000-mal höhere Frequenz hat als das Nutzsignal, kann aus dem vermischten empfangenen Signal beim Empfänger wieder das Nutzsignal gefiltert werden.
Verglichen wird diese Technik mit Gesprächen auf einer Party: obwohl zwei Gesprächspartner von weiteren lauten Gesprächen umgeben sind können sie sich gut unterhalten, da jeder die Stimme und Sprachcharakteristik des anderen kennt und diese aus dem "Umgebungsrauschen" ausfiltern kann.

CDMA bietet eine weit bessere Ausnutzung der Luftschnittstelle als alle anderen Verfahren. Ein weiterer Vorteil ist die einfachere Erweiterung der Netze: zusätzliche Masten können im gleichen Frequenzband arbeiten, wenn durch eine einfache Verringerung der Sendeleistung die Zellen verkleinert werden. Und weil die Geräte auf weit geringere Unterschiede im Frequenzband ausgelegt sind - das Prinzip besteht schließlich in der Nutzung des Rauschsignals - können weit geringere Abstrahlleistungen genutzt werden.
Der große Nachteil von CDMA sind die damit verbundenen Kosten: die CDMA-Technik in den Geräten ist etwa doppelt so teuer wie die in den bisherigen TDMA-Handys, und bei der Funktechnik der Netzbetreiber wird mit drei- bis viermal höheren Kosten gerechnet.

CDMA ist die Grundlage von fast allen Mobilfunkstandards der 3.Generation, so auch von UMTS und den amerikanischen Standards cdmaOne und cdma2000: 1999 legte die International Telecommunications Union CDMA als Industriestandard für die 3G-Systeme fest. Das CDMA-Verfahren wurde maßgeblich von Qualcomm entwickelt.

4.4.4 Auf CDMA aufbauende Verfahren

W-CDMA / Wideband-CDMA / FDD
Wideband Code Division Multiple Access / Frequency Division Duplex
W-CDMA basiert auf dem CDMA-Verfahren, das hier auf ein sehr breites Frequenzband angewandt wird. Insgesamt erhöht W-CDMA die Nutzungskapazität eines Frequenzbandes mindestens um den Faktor 10, so dass sich mehrere hundert UMTS-Kanäle gleichzeitig ein Frequenzband von fünf Megahertz teilen können.
WCDMA gehört ebenfalls zu den im IMT-2000 für UMTS festgelegten Übertragungsstandards. Diese Technologie wird vor allem beim Übergang von GSM zu UMTS in Europa eingesetzt werden und bietet gleichzeitig relativ hohe Bandbreiten bei großer Reichweite.

TD-CDMA / TDD
Time Division - Code Division Multiple Access / Time Division Duplex
Zusätzlich zu WCDMA soll im UMTS auch vor allem in Europa das TDD-Verfahren eingesetzt werden. Bei TD-CDMA wird das TDMA-Verfahren mit dem Codeorientierten CDMA verbunden. Dieses äußerst komplexe Technik wird vor allem in Profilen wie "High Multimedia" zum Einsatz kommen, also dann, wenn höchste Datenraten bei niedrigen Geschwindigkeiten der Endgeräte gefordert sind.

cdmaOne
cdmaOne wird heute in Nordamerika, Korea und Japan eingesetzt und basiert auf dem CDMA-Verfahren. In den Ländern, in denen cdmaOne eingesetzt wird, lassen sich die Netze auf den Breitband-Standard cdma2000 aufrüsten.

cdma2000
cdma2000 baut auf bestehenden cdmaOne-Netzen auf und erreicht erst durch Bündelung von drei Kanälen volle UMTS-Datenraten. Diese Technik ist in einigen Ländern besonders wegen der Abwärtskompatibilität zu cdmaOne interessant.

4.5 Übergangstechnologien

Zusammenfaßt werden die Migrationstechnologien zu 3G mit der Bezeichnung '2.5G'. Zwei bereits heute verfügbare Zugangstechnologien sind HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) und GPRS (General Packet Radio Service), die von den Mobilfunkbetreibern 2001 in Deutschland eingeführt wurden.
Beide Technologien zielen auf den Bereich der Datenübertragung und basieren auf der GSM-Technik. Sie werden überwiegend durch Software-Updates der Basisstationen und Endgeräte mit neuen Funktionen realisiert. Der Geschwindigkeitsfaktor gegenüber GSM beträgt im Idealfall das zehn- bis zwanzigfache.
Neben der günstigen Erweiterung der bestehenden Netze bieten beide Techniken einen weiteren Vorteil: die Flächendeckung wird der heutigen GSM-Versorgung entsprechen.

4.5.1 HSCSD
High Speed Circuit Switched Data

Bei HSCSD wird eine Erhöhung der Datenrate durch die Bündelung von bis zu vier GSM-Kanälen erreicht - das Ergebnis sind bis zu 57,6 kBit/s, was analogen Modemverbindungen entspricht. Dazu ist seitens der Betreiber keine neue Hardware erforderlich; HSCSD kann durch Softwareupdates der Vermittlungen implementiert werden. Doch für die Nutzung sind neue Endgeräte notwendig. Highend-Telefone wie das Siemens S40 sowie Nokia 6210/6250 unterstützen diese Technik bereits; die Nutzung findet mit diesen Geräten in Verbindung mit PDAs oder angeschlossenen Notebooks statt.
Dabei ist der Stromverbrauch und die Wärmeentwicklung beim Handy immens, da gleichzeitig mehrere Verbindungen aufgebaut werden. Ein weiterer Nachteil ist die Leitungsvermittlung. Doch die Preisgestaltung der deutschen Anbieter ist interessant: HSCSD-Zugang wird in Deutschland zu normalen Gesprächspreisen bei einer nur 0,99 Euro höheren Grundgebühr angeboten.

4.5.2 GPRS
General Packet Radio Service

Im Gegensatz zu HSCSD arbeitet GPRS paketvermittelt, bietet also echte "always-on"-Funktionalität und den Betreibern "Ressource on demand". GPRS integriert IP und wird bei den Netzbetreibern ebenfalls als Erweiterung der GSM-Systeme realisiert.

Auch hier können mehrere GSM-Kanäle gebündelt werden; die Anzahl der Kanäle ist von der freien Netzkapazität und dem Endgerät abhängig. Typischerweise wird eine asymetrische Übertragung verwendet, die Handyhersteller haben "4+2"-Geräte angekündigt, mit denen bis zu vier Kanäle für den Download (53,6kBit/s) und zwei Kanäle für den Upload (26,8kBit/s) nutzbar sein werden. Technisch machbar wären Geschwindigkeiten bis zu 384kBit/s, was schon dem zweitschnellsten UMTS-Serviceprofil "Medium Multimedia" entspräche.

Es sind wie bei HSCSD neue Endgeräte erforderlich; das erste GPRS-fähige Telefon ist das Motorola Timeport 260. Im Gegensatz zu HSCSD ist GPRS jedoch erstaunlich teuer - D2-Vodafone berechnet (ohne zusätzliche Grundgebühr) 0,351 Euro je angefangene 10 kByte Daten zuzüglich 0,016 Euro je angefangener Stunde online. Beim einer voll ausgelasteten "3+1"-Verbindung, die im Downstream 40,2kBit/s und damit über 300kByte/Minute bietet, betragen die Kosten dann satte 11 Euro pro Minute; die Anzeige der HPI-Web-Einstiegsseite würde fast 1,80 Euro kosten.

Nach einer Anpassung der Tarife wird vor allem GPRS auch noch lange nach der Einführung von UMTS interessant sein. Dafür sprechen die hohe Verfügbarkeit, die der GSM-Abdeckung entspricht, das "always-online" und die Integration der IP-Plattform. Mit der Einführung von UMTS werden dann wegen der verbesserten Übertragungstechnik zwischen Mast und Endgerät vor allem schnellere Übertragungen möglich sein.

4.5.3 EDGE / E-GPRS
Enhanced Data Rates for GSM Evolution / Enhanced GPRS

EDGE ist eine weitere Möglichkeit, die Übertragungsraten mit der bestehenden Technik zu erhöhen. Das Verfahren ist eine Erweiterung von GPRS und bietet dieselben Vorteile; es soll mit den heutigen GSM-Frequenzen arbeiten und wie GPRS mehrere Kanäle bündeln. Der Unterschied zum 'normalen' GPRS ist eine verbesserte Kodierung der zu übertragenden Daten, wodurch pro Kanal statt 14,4kBit/s wie im herkömmlichen GSM 48kBit/s übertragen werden können - eine Verdreifachung der Nutzdatenrate bei gleicher Ressourcenbelegung. In Verbindung mit der Kanalkopplung werden Datenraten von 384kBit/s möglich.

EDGE stellt die Verbindung der bisherigen GSM-Technologie mit neuen Entwicklungen zur Kanalbündelung und modernen Kodierungsverfahren von UMTS dar. Zusätzliche Hard- und Software-Investitionen sowie ein leichter Ausbau der Basisstationen ermöglichen eine maximal etwa 40-fache Steigerung der GSM-Übertragungsrate. Mit dieser recht hohen Datenübertragungsgeschwindigkeit wird sich EDGE wie GPRS auch langfristig als Ergänzung zu UMTS eignen.

Zusätzlich wird EDGE auch langfristig das Portfolio derjenigen Betreiber erweitern, die nicht im Besitz von UMTS-Lizenzen sind - in Deutschland hat sich beispielsweise debitel aus den Versteigerungen der Frequenzen zurückgezogen. Die Erweiterung auf die EDGE-Technik bietet sich für jedes TDMA-basierte Funknetz an, zum Beispiel auch für das in den USA verbreitete AMPS.

4.5.4 WAP
Wireless Application Protocol

Mit WAP sind Online-Verbindungen ins Internet möglich, wobei jedoch nur speziell aufbereitete Internet-Seiten dargestellt werden können. Zum Einsatz kommt die Markup-Sprache WML, die Inhalte müssen also speziell aufbereitet werden. Die WML-Seiten werden von speziellen Servern bereitgestellt und können über besondere Gateways (diese stehen im Allgemeinen bei den Netzbetreibern) abgerufen werden.

Trotz einem mittlerweile recht umfangreichen Angebot dieser speziellen Seiten - beispielsweise werden Homebankingsysteme und Chats angeboten - ist das 1999 mit hohem Marketingaufwand eingeführte WAP nicht erfolgreich. Dies liegt zum Einen an den niedrigen Datenraten und hohen Gebühren, zum Anderen aber auch daran, dass die Nutzer offenbar auch normale Webseiten und -dienste nutzen wollen. Hinzu kommt ein grundlegendes Problem der verschiedenen Mobilfunk-Datendienste: die Eingabe auf einer winzigen Zehnertastatur und die Ausgabe auf einem wenige Quadratzentimeter großen Display kommt dem Nutzungskomfort nicht entgegen, es dauert den Leuten schlichtweg zu lange.

WAP könnte sich mit neuen Endgeräten trotzdem noch durchsetzen: die Nutzung von WAP ist auch über die neuen Systeme mit hohen Datenübertragungsraten möglich.

4.6 Geschwindigkeiten im UMTS

Die höchste mögliche Übertragungskapazität im UMTS ist mit 2MBit/s den GSM-Systemen um den Faktor 200 und einem ISDN-Kanal um Faktor 30 überlegen.

Die folgende Übersicht stellt einen Vergleich der mit verschiedenen Techniken möglichen Geschwindigkeiten und die für verschiedene Datenübertragungen erforderlichen Kapazitäten dar.

Ein großer Vorteil von UMTS besteht darin, dass in Abhängigkeit von der Anwendung und der Verfügbarkeit verschiedene "Service-Profile" zum Einsatz kommen werden. Diese reichen von der Übertragung von Kurznachrichten mit 14.4kBit/s bis hin zum Profil mit der höchsten Bandbreite: "High Multimedia" mit 2000kBit/s. In Abhängigkeit vom Serviceprofil kann ein leitungs- oder paketvermittelnder Übertragungsmodus verwendet werden.

Hier eine Auflistung der für IMT-2000 vereinbarten Serviceprofile:

Allerdings sind die Serviceprofile mit hohen Datenraten nur mit Einschränkungen nutzbar: 2000kBit/s werden nur in eng begrenzten Gebieten, sog. Hotspots, verfügbar sein. Hinzu kommt, dass die maximale Bewegungsgeschwindigkeit des Nutzers dann nur 6km/h betragen darf.

Für die Telefonie wird im UMTS nur eine Kapazität von 16 Kilobit/Sekunde bereitstehen. Die Sprachqualität wird aber wegen weit besserer Kodieralgorithmen als im GSM deutlich höher sein.

Wenigstens in Deutschland werden bei der Einführung von UMTS die tatsächlich verfügbaren Datenraten allerdings weit unter der technisch maximal machbaren Kapazität liegen. Die Anbieter werden zunächst nur Raten von maximal 384kBit/s anbieten - und diese auch nur für den quasistationären Betrieb.

4.7 Weitere Vorteile der 3G-Systeme

Außer den hohen Datenübertragungsraten sollen die 3G-Netze auch andere Einschränkungen der heutigen Systeme der zweiten Generation überwinden.

Weltweites Roaming
UMTS ist Bestandteil der Vision "IMT-2000". Es soll erstmalig einen einzigen weltweiten Standard in der Mobiltelefonie ermöglichen. Durch weltweit gleiche Frequenzen wird es dann möglich sein, auch außerhalb Europas mit dem eigenen Endgerät zu kommunizieren und Datendienste zu nutzen. Weiterhin werden UMTS-Endgeräte auch rückwärtskompatibel zu bestehenden Netzen sein (Multimode-Geräte) und damit auch die Nutzung etwa von heute aktiven Systemen in den USA und Asien ermöglichen. Multimode-Geräte werden auch notwendig sein, weil sich in den USA voraussichtlich der Funkstandard cdma2000, in Europa dagegen W-CDMA und TD-CDMA durchsetzen werden.

Nachrichtendienste
Ein Nachteil des Kurznachrichtendienstes SMS in den GSM-Netzen besteht in der Begrenzung auf 160 Nutzzeichen. Diese Beschränkung wird mit neuen Nachrichten- und Datendiensten in den Mobilfunksystemen der nächsten Generation überwunden.

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