09.09.2003
4 Internationales Konzept und Dienste

4.1 FDD-Gepaarte Frequenzpakete

4.1.1 DS-Direct Spread

Gepaarte Frequenzpakete bestehen aus zwei 5 MHz-Frequenzbändern, eines für den Uplink (für die Sprache des Mobilteilnehmers) und eines für den Downlink (hören). Man spricht hier von Frequenzduplex oder englisch von FDD-Frequency Division Duplex, da die Trennung von Sprachkanal und Hörkanal über die Frequenztrennung realisiert ist. Mit UMTS wird in Europa für die gepaarten Frequenzpakete FDD-DS verwendet (FDD-Direct Spread, manchmal wird DS auch als Direct Sequence interpretiert, was gleichbedeutend ist), womit gemeint ist, dass die Übertragungssignale durch ein einziges 5 MHz-breites Band übertragen wird. Dadurch lassen sich pro Sekunde 3,84 Millionen Symbole übertragen, wobei jedes Symbol 2 Chips auf einmal überträgt. Unter einem Chip versteht man ein durch WCDMA kodiertes binäres Muster, ähnlich dem Bit, nur dass es sich jetzt um einkodiertes bzw. gespreiztes Signal handelt (siehe auch Kapitel 5). Was man unter dem Begriff Symbolrate versteht, wird in einem der nächsten Kapitel über das 4-PSK Modulationsverfahren erklärt.



Abbildung 1: FDD-DS-Schema


4.1.2 MC-Multi Carrier

Im Gegensatz zu Europa wird im amerikanischen Raum das CDMA2000 verwendet, das einer 3G-Evolution aus dem dort etablierten IS-95 Standard entspricht, der bereits ein digitaler Mobilfunkstandard der 2. Generation ist und CDMA als Multiplexverfahren verwendet. IS-95 verwendet nur 1,25 MHz breite Frequenzbänder, was letztlich auch der Grund dafür ist, dass man bei UMTS den Begriff W-CDMA für "Wideband"-CDMA geprägt hat, um der größeren Bandbreite von 5 MHz gerecht zu werden. Um Daten in das 5 MHz-Format anzupassen, werden jetzt drei 1,5 MHz breite Frequenzbänder auf ein 5 MHz-Band abgebildet. In jedem 1,5 MHz-Band befindet sich ein 1,25 MHz-Band, das bereits bei IS-95 verfügbar ist. Wie die Abbildung unten zeigt, haben die drei Frequenzbänder dadurch einen gewissen Sicherheitsabstand voneinander, wodurch sich gegenseitige Beeinflussung durch Überlagerungen minimieren lässt. Dieses Verfahren nennt man FDD-MC (FDD Multi Carrier), da hier drei Trägersignale (Carrier) verwendet werden. Mit FDD-MC lässt sich mit drei Trägerfrequenzen eine Symbolrate von 3,6864 Millionen Symbole pro Sekunde erreichen - also fast so viel, wie bei FDD-DS von UMTS. Die untere Abbildung zeigt diese Mehrträger-Technik, wobei festzuhalten ist, dass ein bestimmtes Teilnehmersignal gleichmäßig auf alle drei Träger aufgeteilt ist.



4.2 TDD - ungepaarte Frequenzen

Bei den ungepaarten Frequenzen von UMTS wird nur ein einziges Frequenzband von 5 MHz verwendet, wobei Uplink und Downlink ähnlich einem Funkgerät in zeitlich kurzen Abständen abwechselnd hintereinander übertragen werden. Bei UMTS ist ein Signal zeitlich in sogenannte Zeitrahmen bzw. Zeitschlitze eingeteilt. Ein Zeitrahmen entspricht dabei einer zeitlichen Dauer von 10ms und besteht aus 15 Zeitschlitzen. Ist ein Zeitrahmen übertragen, folgt der nächste. Der Zeitrahmen ist bei TDD so konfigurierbar, das einige Zeitschlitze für den Uplink und die restlichen Zeitschlitze des Zeitrahmens für den Downlink definiert werden. Das Bild unten zeigt, dass 3 Zeitschlitze (rot) für Uplinkdienste und die restlichen 12 (blau) für Downlinkdienste konfiguriert wurden.



Diese Einteilung ist willkürlich und kann dem Datendienst angepasst werden. Bereits hier fällt auf, dass das Verhältnis zwischen Up- und Downlink stark asymmetrisch eingestellt werden kann. Das ist besonders für Datendienste wie z.B. Internetzugriff sehr vorteilhaft, da hier wesentlich mehr Daten aus dem Internet heruntergeladen (Downlink) werden als in umgekehrter Übertragungsrichtung in das Internet geschickt wird(Uplink). Meistens sendet man an das Internet bei Aktivierung eines Links ja nur eine Anfrage für eine neue Internetseite, was einer sehr kleinen Datenmenge entspricht. Die Übertragungskapazität muss also für Internetzugriffe im Downlink stärker konfiguriert werden, was gleichbedeutend mit vielen Zeitschlitzen für den Downlink ist. Dieser Sachverhalt lässt sich bei UMTS sehr gut mit TDD-Bändern realisieren - also mit ungepaarten Frequenzbändern. Diese ungepaarten Frequenzpakete werden für Pikozellen oder als zusätzliche Frequenzressource für die Mikrozellen verwendet. Mikrozellen können im Dualmode betrieben werden. Es wird also neben einem FDD-Paket noch ein zusätzliches TDD-Paket verwendet, um die Zellenkapazität zu vergrößern.

Für Sprachdienste oder Videotelephonie ist so ein asymmetrischer Dienst jedoch ungeeignet, da dem Sprechen und Hören gleich viel Kapazität zugeteilt werden muss. Für Videostreaming (Download von Videos) oder Audiostreaming (MP3-Dateien online hören) lassen sich TDD-Dienste hervorragend verwenden.

4.3 Neue Dienste im UMTS

Wie speziell die nächsten beiden Kapiteln zeigen werden, lassen sich im UMTS dynamische multimediale Anwendungen realisieren, die kaum Wünsche offen lassen.

Auf reges Interesse werden wahrscheinlich Locationservices stossen, die dem Teilnehmer ortsbezogene Dienste ermöglichen. So wird es in Zukunft z.B. möglich sein, dass ein Mobilteilnehmer, der sich in einer fremden Stadt verlaufen hat, per Handy nachfragen kann, wo er sich befindet. Daraufhin kann der Mobilnetzbetreiber diesen Teilnehmer exakt geographisch lokalisieren und ihm auf das Handydisplay eine Landkarte von der Aufenthaltsumgebung schicken und ihm zB. den Weg zur nächsten U-Bahnstation oder zum nahegelegensten Taxistandplatz zeigen. Ebenso können auch personenbezogene Daten mit ins Spiel gebracht werden. Jeder Teilnehmer kann so z.B. in einer Datenbank seine persönlichen Präferenzen ablegen, wodurch es z.B. möglich wird, dass der Teilnehmer in einer fremden Stadt das Wort "Hunger" in sein Handy eingibt und als Antwort wiederum eine Umgebungskarte von seinem Standort bekommt, wo genau eingezeichnet ist, wo das nächste Restaurant zu finden ist, das seinen Vorlieben entspricht (zB. Lieblingsessen=Italienisch; Preisniveau=eher günstig; Kreditkarte soll akzeptiert werden; usw.). Der Netzbetreiber hat also nicht nur persönliche Daten seiner Teilnehmer, sondern auch lokale Infrastruktur-Daten wie Restaurants, Museen, usw. zentral gespeichert. Durch Kombination dieser Daten kann dem Teilnehmer so also beispielsweise in London der Weg zur nächsten Pizzeria mit entsprechenden Leistungsmerkmalen auf dem Display gezeigt werden.

Folgende Liste gibt einen Überblick für UMTS-Dienste:

1. Information
Öffentlich zugängliche Dienste wie:
• Internet-Surfen
• Interaktives Einkaufen
• Online-Varianten von Printmedien
• Online Übersetzungen
• Ortsbezogene Broadcast-Dienste (Wetterbericht, Verkehrsnachrichten,...)

2. Bildung
• Virtuelle Schule
• Online Labor
• Online Bibliothek
• Online Wörterbuch
• Training

3. Unterhaltung
• Audio on demand (als Alternative zur CD, Kassette oder Radio)
• Spiele on demand (LAN-Partys, Gameboy-Ersatz)
• Videoclips
• Virtuelle Führungen (Museen, Kulturräume, Hotelräume, ...)

4. Dienste für Gemeinschaften
• Notfall-Dienste
• Vorgänge von Regierungen

5. Informationen für den Geschäftsbereich
• Mobileoffice: Das mobile Büro
• Narrowcast Geschäfts-TV
• Virtuelle Arbeitsgruppen
Arbeitsgruppen lassen sich direkt durch Multicastdienste gleichzeitig ansprechen

6. Kommunikationsdienste
Dedizierte Dienste zwischen zwei Personen wie:
• Videotelephonie
• Videokonferenz
• Spracherkennungungsdienste, Sprachantwortdienste
• Lokalisierung von Personen
• Emaildienste
• SMS-Dienste

7.Dienste für die Geschäftswelt
• Virtual banking
• Online bezahlen
• Universelle SlM-und Kreditkarte
• Telematikdienste für Strassentransporte bzw. Logistik
Koordinierung von Lastwägen einer Frachtfirma

8. Spezialdienste
• Telemedizin
Notversorgung z.B. auf Schiffen durch Satellitenverbindung auf das UMTS-Handy, das für Videodienste konfiguriert ist (integrierte Webcam)
• Überwachungsdienste
Webcam liefert Signal direkt auf Handydisplay (Babyphone, usw.)
• Technische Online-Betreuung durch Spezialkräfte

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

1 UMTS stellt sich vor2 Vorteile, Frequenzen und Standards3 Wie wird ein UMTS-Netz aufgebaut?4 Internationales Konzept und Dienste5 Ein interessantes Verfahren: WCDMA-Codemultiplexing6 Die Entschlüsselung: WCDMA-Dekodierung7 Der Prozessgewinn8 Quasi-Orthogonalität9 UMTS-Leistungsregulierung10 Zellensuche und Übertragungsverfahren11 UTRAN-Funktionen12 Das UMTS-Vermittlungsnetz

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