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Universal Mobile Telecommunications System

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

UMTS-Handy von Nokia

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.

Dienste

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

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 4,7 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 1,5 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].

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.

A-NetzB-NetzC-NetzD-NetzE-NetzUniversal Mobile Telecommunications SystemLong Term EvolutionLTE-Advanced5G

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 deutsche Bundesregierung 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 sowie Quam GmbH. 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.

Datenübertragungsverfahren

Es gibt mehrere Phasen von UMTS. Die erste Phase (Release 1999, kurz R99) unterscheidet sich vom Vorgängersystem GSM vor allem durch eine neue Funkzugriffstechnologie 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. 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.

Im TDD-Modus (Time Division Duplex, Zeitmultiplex) senden Mobil- und Basisstation im gleichen Frequenzband, jedoch zu unterschiedlichen Zeiten. Das Verfahren ist technisch aufwändiger, vor allem wenn sich der Sender bewegt oder weit von der Basisstation entfernt ist können Timing-Probleme auftreten. Mit W-CDMA 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 bisher nicht kommerziell verfügbar.

Technische Daten

  1. 1.900 MHz – 1.920 MHz (TDD)
  2. 1.920 MHz – 1.980 MHz (FDD-Uplink)
  3. 2.020 MHz – 2.025 MHz (TDD)
  4. 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, später zurückgegeben)
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)
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. €)

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 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.

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.

Systemarchitektur

Schematische Darstellung der UMTS-Systemarchitektur

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

Literatur

Siehe auch

Mobilfunk, QR Code, Dienstgüteklassen von UMTS

Quellen

  1. ↑ a b c d e f g golem.de: Analyse der Deutschen Bank Research April 2006 hier im pdf-Format


Vorlage:Mobilfunknetze in Deutschland

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