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Universal Mobile Telecommunications System

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UMTS-Mobiltelefon von Nokia

Universal Mobile Telecommunications System, besser bekannt unter der Abkürzung UMTS, steht für den Mobilfunkstandard der dritten Generation (3G), mit dem deutlich höhere Datenübertragungsraten als mit dem GSM-Standard möglich sind. Die rasche Datenübertragung und die Unabhängigkeit durch Mobilität sind die Eckpfeiler der dritten Generation. Die konkreten Vorteile liegen in den gänzlich neuen Anwendungsmöglichkeiten.

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 wurde beispielsweise die maximal mögliche Datenrate im Downlink durch HSDPA erhöht, für die Upload-Datenrate ist mit HSUPA eine vergleichbare Technik verfügbar.

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 Mobilfunkkunden 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-Mobilfunkbenutzer. Im Dezember zählte die BITKOM rund 47,3 Mio. Benutzer, davon macht Japan mit 47% bzw. 22.4 Mio Benutzern[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 Benutzern[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-Kunden 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]. In Russland werden im April 2007 die ersten UMTS-Lizenzen vergeben.

Netzabdeckung

die Netzabdeckung ist in Deutschland von der Fläche her gering: Vodafone [2] T-Mobil [3]

Geschichte

Durch die Versteigerung der UMTS-Lizenzen im Juli/August 2000 nahm die Bundesrepublik Deutschland ca. 50 Milliarden Euro ein. Dies veranlasste den damaligen Finanzminister Hans Eichel sogar zum Ausspruch UMTS stehe für "Unerwartete Mehreinnahmen zur Tilgung von Schulden"[4]. 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 waren einer der Hauptgründe für den schleppenden Durchbruch von UMTS im Massenmarkt.

Anfang Februar 2007 kündigte die Bundesnetzagentur an, im Jahr 2008 im 2,6-GHz-Bereich weitere UMTS-Frequenzblöcke zu versteigern.[5]

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.

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 Benutzer beispielsweise gleichzeitig telefonieren und E-Mails empfangen.

Im FDD-Modus (Frequency Division Duplex) 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 bei 384 kbit/s für den Downlink in R99. Das Verfahren ist für die großflächige Funknetzabdeckung gedacht.

Im TDD-Modus (Time Division Duplex) 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 kommerziell nicht verfügbar. In Tschechien hat T-Mobile CZ seit 2005 ein Netz mit UMTS-TDD-Technologie in Betrieb, welches sich derzeit nur auf Prag beschränkt und später auch in anderen, größeren Städten angeboten werden soll.

Protokollschichten (Strata)

Man unterscheidet Access-Strata und non-Access-Strata, also eine Zusammenfassung derjenigen Protokollschichten die entweder Nutzen vom UMTS-Kanal machen oder aber auf „alte“ Technologien wie GSM zurückgreifen.

Technische Daten

FDD-Modus

  1. 1.920 MHz – 1.980 MHz (Uplink)
  2. 2.110 MHz – 2.170 MHz (Downlink)
  • Kanalabstand: 5 MHz
  • Chip-Rate bei FDD: 3,84 Mcps
  • 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 (Marke Quam)
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 Austria 1.930,1 MHz – 1.944,9 MHz 2.120,1 MHz – 2.129,9 MHz 1,91 Mrd. ATS (139 Mio. €)
ONE 1.944,9 MHz – 1.959,7 MHz 2.139,7 MHz – 2.149,7 MHz 1,65 Mrd. ATS (120 Mio. €)
3G Mobile (100% Tochter der Mobilkom) 1.959,7 MHz – 1964,7 MHz ?
T-Mobile Austria 1.964,7 MHz – 1.979,7 MHz 2.154,7 MHz – 2.164,7 MHz 2,35 Mrd. + 1,56 Mrd. ATS (171 Mio. + 113 Mio.€)

TDD-Modus

  1. 2.010 MHz – 2.025 MHz
  2. 1.900 MHz – 1.920 MHz

Erweiterungen

Seit 2006 bieten alle Netzbetreiber außer E-Plus High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) für deutlich höhere Datenraten im Downlink an. Eplus plant die Einführung dieser Technik im Sommer 2007. 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 ist jedoch aufgrund der Fehlerkorrektur und von Interferenzen niedriger und beträgt zur Zeit 1,4 Mbit/s für Downlink. Zukünftig sollen Datenraten von bis zu 5,1 Mbit/s erreicht werden.


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). Diese Geschwindigkeiten sind bislang in Deutschland in großen Teilen des UMTS-Netzes verfügbar. Die Einführung der HSDPA-Category 8 mit maximal 7.2 Mbit/s ist für Mitte 2007 in Deutschland angekündigt. In einigen Gebieten in Österreich ist diese Ausbaustufe bereits seit Anfang 2007 verfügbar.

Im Zuge des Ausbaus von 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. Wiederum in Österreich wurden im April 2007 bereits erste Basisstationen mit dieser Technik ausgerüstet. Um die deutlich höhere Uplinkgeschwindigkeit zu nutzen benötigt man ein Endgerät, welches HSUPA unterstützt.

Die Planungen sehen High Speed OFDM Packet Access (HSOPA) als darauf folgende Ausbausstufe im Rahmen von Next Generation Mobile Networks (NGMN) bis zum Jahre 2010 vor.

Systemarchitektur

Schematische Darstellung der UMTS-Systemarchitektur

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

Siehe auch

Literatur

Quellen

  1. ↑ a b c d e f g golem.de: Analyse der Deutschen Bank Research April 2006 hier im PDF-Format
  2. ↑ vodafone umts-netzabdeckung
  3. ↑ t-mobil umts-netzabdeckung
  4. ↑ teletarif.de Streit über UMTS-Vergabepraxis
  5. ↑ Meldung auf tagesschau.de vom 6. Februar 2007

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