09.09.2003
1 UMTS stellt sich vor

1.1 Aller Anfang ist schwer: vom A-Netz über GSM zu UMTS

Mit UMTS steht uns in Europa ein neuer Mobilfunkstandard ins Haus, der sich als Teilstandard der dritten Mobilfunkgeneration (3G) versteht und somit den Anforderungen der internationalen IMT-2000 Spezifikationen (International Mobile Telecommunications at 2000MHz) entspricht. Die Mobilfunkgeschichte kann auf eine beachtlich lange Tradition zurückblicken, die bis ins Jahr 1926 zurückreicht, als bei der Deutschen Bahn auf der Strecke Berlin - Hamburg die erste erfolgreiche Mobilkommunikation aufgebaut wurde. Bis zu den ersten tragbaren Handgeräten, deren Gewicht und Kosten sich in Grenzen hielten, verging allerdings noch eine beträchtliche Zeit. Als Kuriosum sei hier das Jahr 1946 angeführt, in dem das erste tragbare Gerät mit einem Gewicht von etwa 18kg und einer Akkudauer von 2,5 Minuten verfügbar war!

Erst der GSM-Standard (Global System for Mobile Communication), der zur zweiten Mobilfunkgeneration gezählt wird und bereits eine digitale Signalübertragung bietet, löste in unserer Gesellschaft Mitte der 90er Jahre einen wahren "Handyboom" aus. Die Geräte waren nun klein und handlich genug, die Kosten hielten sich in Grenzen und vor allem die Gesprächsqualität ist mit GSM deutlich verbessert worden. Der Kurznachrichtendienst SMS trug ebenfalls zu einem Großteil zum Erfolg des GSM-Geschäfts bei. Innerhalb von 4 Jahren, von 1996 bis 2000, konnten einige Netzbetreiber ihre Kundenzahl teilweise um den Faktor 20 vergrößern.

Parallel zu der Mobilfunkentwicklung stießen auch neue Datendienste wie das Internet immer mehr auf gesellschaftliche Akzeptanz. Es war daher gegen Ende der 90er Jahre absehbar, dass Internetdienste auch im Mobilfunk zum Einsatz kommen werden. Konnte das GSM-Netz bis zum Jahr 2000 nur mit "müden" CSD-Diensten von 9,6kbit/s (Circuit Switched Data) aufwarten, so wurden 1998 zwei neue Standards für die EDV-Datenübertragung definiert, die einen Übergang von GSM zu einer neuen dritten Mobilfunkgeneration bereiten sollen. Diese Standards sind zum einen HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) und GPRS (General Packet Radio Service). HSCSD ist dabei genau so wie CSD ein leitungsorientiertes Übertragungsverfahren (CS - Circuit Switched) und GPRS ein paketorientiertes (PS - Packet Switched) Übertragungsverfahren. GPRS erfordert durch diese neue Übertragungstechnologie eine komplett eigenständige Netzstruktur im Core Network (Vermittlungsnetz), die für ein Routing (Weiterleitung) von Paketen geeignet ist. Der Vorteil von paketorientierten Datendiensten ist, dass ein logischer Übertragungskanal von mehreren Teilnehmern gemeinsam benutzt werden kann. Jeder Teilnehmer "lädt" seine Pakete auf den Kanal, wobei jedes Paket mit der Adresse des Teilnehmers gekennzeichnet werden muss.

1.2 UMTS- ein internationaler Standard

Wichtige Anforderungen an die dritte Mobilfunkgeneration sind also höhere Datenraten, optimale Implementierung paketorientierter Datendienste und die längst überfällige Realisierung eines weltweiten internationalen Standards. Um diese Kriterien zu erfüllen, wurde 1992 von der ITU (International Telecommunications Union) der IMT-2000 (International Mobile Telecommunications at 2000 MHz) Standard ins Leben gerufen, für den, wie der Name schon sagt, der Frequenzbereich um die 2.000 MHz international ins Auge gefasst wurde. Um allen Nationen wirtschaftlich entgegenzukommen, gliederte man in den IMT-2000 mehrere Einzelstandards ein. Das ermöglicht diversen Netzbetreibern, dass diese ihre zum Teil bereits bestehende Netzstrukturen aus der zweiten Mobilfunkgeneration in die zukünftigen 3G-Netze implementieren können. So kann z.B. für UMTS im wesentlichen das Core Network der GSM/GPRS-Netze durch Updates weiterverwendet werden, zumindest im ersten Release von UMTS (erste Netzimplementierung). In den USA und weiteren Ländern Nord- und Südamerikas kann das bestehende IS-95 2G-Mobilfunknetz in die Architektur des 3G Standards CDMA2000 integriert werden, da beide Netze im Funknetzteil bereits CDMA-Multiplexverfahren (CDMA - Code Division Multiple Access) verwenden.

Im Wesentlichen besteht IMT-2000 aus drei Systemen und zwei Kerntechnologien. Die Systeme sind UMTS, CDMA2000 und UWC-136, die Technologien beziehen sich auf das Multiplexverfahren, zu denen TDMA und CDMA gehören, also Zeit- und Codemultiplexverfahren. CDMA ermöglicht allerdings gegenüber TDMA-Systemen eine deutlich dynamischere Netzstruktur. Folgende Abbildung gibt einen Überblick über die dritte Mobilfunkgeneration IMT-2000, wobei die grünen rechten Felder die Netztechnologie darstellt:



Man sieht also, dass für IMT-2000 mehrere Standards definiert sind. Ein IMT-2000 zertifiziertes User Equipment (Beizeichnung für das UMTS-Handy) muss all diese Standards beherrschen. Das wird allerdings für die erste UMTS-Handygeneration sicher nicht der Fall sein.

Für UMTS, also primär den europäischen Raum, sind die zwei Technologien UTRA-FDD (UMTS Terrestrial Radio Access - Frequency Division Duplex) und UTRA-TDD (UMTS Terrestrial Radio Access - Time Division Duplex) relevant. Was genau hinter diesen Verfahren steckt, wird in der zweiten UMTS-Serie von UMTS-Report.com genauer unter die Lupe genommen. Der Begriff "Terrestrial" bezieht sich dabei auf die irdischen Bodenstationen, da bei IMT-2000 prinzipiell auch an Satellitenanbindungen gedacht wurde und dafür auch eigene Frequenzbereiche reserviert wurden. Die Normen für die Satellitenkommunikation sind noch nicht beschlossen, mehrere Verfahren stehen zur Diskussion:

» SW-CDMA: Satellite Wideband CMDA
» SW-CDTMA: Satellite Wideband CDMA/TDMA (Hybridverfahren)
» SAT-CDMA: Satellite CDMA
» ICO RTT: ICO Radio Transmission Technology

1.3 Auf welchen Frequenzen wird UMTS übertragen?

Die internationalen Frequenzzuweisungen der ITU haben den folgenden Frequenzbereich für UMTS vorgesehen. Die Abbildung unten zeigt, welche Frequenzen (Angabe in MHz) in Europa verwendet werden:



Unter Uplink versteht man die Kommunikationsrichtung vom Mobiltelefon zur Bodenstation und unter Donwlink den umgekehrten Weg vom Netz zum Mobiltelefon. Dabei beziehen sich die Frequenzbereiche auf folgende Mobilfunkstandards:

Frequenzbereich [MHz]Verwendungszweck
1710 - 1785DCS-1800 Uplinkband (Digital Cellular System = GSM 1800)
1805 - 1880DCS-1800 Downlinkband
1880 - 1900DECT - Digital Enhanced Cordless Telecommunications (Schnurlostelefone)
1900 - 1920UTRA-TDD (4 x 5MHz-Bänder)
1920 - 1980UTRA-FDD Uplink (12 x 5MHz Bänder für Uplink)
1980 - 2010MSS Uplink (Mobile Satellite Service)
2010 - 2020UTRA-TDD unlizenzierter Betrieb (2 x 5MHz Bänder)
2020 - 2025UTRA-TDD (1 x 5MHz Band)
2110 - 2170UTRA-FDD Downlink (12 x 5MHz Bänder für Downlink)
2170 - 2200MSS Downlink (Mobile Satellite Service)


Bei dem UTRA-FDD System besteht jedes Frequenzpaket aus einem eigenen Uplink- und einem Downlink Frequenzband von je 5MHz, sozusagen ein Band fürs "Sprechen" und ein Frequenzband fürs "Hören". Daher spricht man bei UTRA-FDD auch von "gepaarten" Frequenzpaketen, weil jedes Paket hier aus zwei 5 MHz-Kanälen besteht. Das UTRA-TDD System besteht aus nur einem einzelnen 5 MHz Frequenzpaket, über das Uplink-und Downlink-Kommunikation per Zeitmultiplex realisiert wird, und das daher als "ungepaartes" Frequenzpaket bezeichnet wird (näheres dazu in der zweiten UMTS-Serie). Fasst man die obere Tabelle ins Auge, so sind für UMTS zwei mal 60 MHz für FDD-Dienste und insgesamt 25 MHz für lizenzierte TDD-Dienste reserviert. Es können daher für die UMTS-Frequenzlizenzen genau 12 gepaarte (60 MHz/5) und 5 ungepaarte Frequenzpakete vergeben werden. Dabei sind jedoch für einen effizienten Netzbetrieb zwei gepaarte Frequenzpakete der Mindeststandard.

1.4 Das Milliardengeschäft: die Lizenzversteigerung

Um diese begrenzte Zahl von Frequenzpaketen steigerten im August 2001 die deutschen Mobilfunkbetreiber und Anwärter. Die erzielte Gesamtsumme der UMTS-Versteigerung in Deutschland betrug 99,37 Mrd. DM (entspricht etwa 50,81 Mrd. Euro). Im Überblick sieht die Frequenzverteilung in Deutschland folgendermaßen aus:

NetzbetreiberGepaarte
Pakete
Preis Mrd. DMUngepaarte
Pakete
Preis Mrd. DM
E-Plus / Hutchinson216,4210,0736
Group 3G216,4510,1227
Mannesmann Mobilfunk216,4710,121
Mobilcom216,3710,121
T-Mobil216,5810,1227
Viag Interkom216,52
SUMME1298,8150,561


Diese enormen Versteigerungssumme kamen zum einen dadurch zustande, dass sich elf Bewerber um die 6 gepaarten Frequenzpakete bewarben. Zum anderen wollten einige Bewerber unbedingt ein drittes gepaartes Frequenzpaket für den Netzbetrieb ersteigern. Diese Konstellation ließ die Gebote in die Höhe schnellen.

Im Vergleich dazu ging es in Österreich recht "preiswert" zu. Dort bewarben sich sechs Netzbetreiber um den Erwerb der Frequenzpakete. Daher standen von vornherein für jeden Netzbetreiber zwei Frequenzpakete zur Verfügung. Das wirkte sich wirtschaftlich deutlich spürbar für die Unternehmen aus. In Österreich wurden insgesamt (alle gepaarten und ungepaarten Frequenzpakete) umgerechnet nur 1,399 Mrd. Mark ausgegeben (etwa 715,30 Mrd. Euro).

NetzbetreiberGepaarte
Pakete
Preis Mio. EuroUngepaarte
Pakete
Preis Mio. Euro
Connect Austria2120 120
3G Mobile2118 118
Mannesmann Mobilfunk2113 113
Max.mobil21202171
Mobilkom Austria21212171
Hutchinson21141139
SUMME127065832


© Rudolf Riemer, http://www.umtslink.at

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