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UMTSDie Übertragung von Musik- oder Videodaten (Bildtelefon) sowie derHigh-speed-Internet-Zugriff fordern jedoch eine höhere Datenübertragungsrate alsdie 9,6 kbit/s, die derzeit im GSM-Mobilfunksystem möglich sind. Und sowird seit längerem schon nach Lösungen gesucht, wie die derzeit weltweitverbreiteten Mobilfunknetze (der zweiten Generation) eine Erweiterung - vor allemim Hinblick noch höherer Übertragungsraten - erfahren können. Deshalb wird alsNachfolger der heute installierten Mobilfunksysteme der zweiten Generation dasUMTS (Universal Mobile Telecommunications System) endgültig standardisiertund soweit technisch vorangebracht, daß es in Europa und wahrscheinlich globalim oder ab dem Jahre 2002 eingeführt werden kann. Der Begriff UMTSwurde übrigens vom Europäischen Standardisierungs-Institut ETSI (EuropeanTelecommunications Standards Institute) festgelegt; die ITU (InternationalTelecommunications Union) verwendet dafür den Begriff IMT-2000. In den USAsind ähnliche Bemühungen im Gange, allerdings unter einem anderen Namen,und zwar "cdma2000". In den USA und im fernöstlichen Raum laufen derartigeEntwicklungen unter dem Überbegriff UWC-136. Doch welche Bezeichnung auchimmer in den verschiedenen Regionen gewählt wird: Eine weltweiteHarmonisierung für die dritte Generation der Mobilfunksysteme wird angestrebt,deshalb schlossen sich auch die Standardisierungsgremien aus Europa,Amerika, Korea und Japan zusammen, um ein wirklich weltweit nutzbaresKonzept zustandezubringen. Und trotz der unterschiedlichen Namensgebungenfür die dritte Mobilfunkgeneration wird weltweit an der Übernahme desUMTS-Standards gearbeitet.
Weil man sich jedoch noch nicht über die exakte Festlegung derNetzwerk-Architekturen einigen konnte, wird man in den Anfangstagen, also etwaab dem Jahr 2002 (in Japan will man schon 2001 beginnen) noch die
bestehenden Netz-Infrastrukturen benutzen. Man wird übrigens wegen der
bestehenden Abwärtskompatibilität hier bei uns die jetzt in Betrieb befindlichen
GSM-Handys weiter benutzen können.
1998 wurde ein Rahmenstandard ausgearbeitet. Darin enthalten sind sowohl die
angestrebten Ziele bei der Verwirklichung des Projektes als auch ein Zeitplan bis
zur Einführung des Systems.
- Höhere Kapazität und Bandbreite:
- mindestens 144 kbit/s (Ziel 384 kbit/s) bei einer maximalen Geschwindigkeit
von 500 km/h in ländlichen Gebieten (rural outdoor)
- mindestens 384 kbit/s (Ziel 512 kbit/s) bei einer maximalen Geschwindigkeit von
120 km/h in suburbanen Gebieten (suburban area)
- mindestens 2 Mbps bei quasistationärem Betrieb bis 10 km/h in städtischen Gebieten
- Dienste:
Das UMTS soll ein breites Spektrum von Sprach-, Video- und sowohl leitungs- als auch
paketvermittelten Datendiensten für Multimedia-Anwendungen und Internet-basierte Dienste
über die Funkschnittstelle erlauben. Als Beispiele sind hier neben den gewohnten Sprach-,
Paging-, und E-Mail-Diensten dann auch Multimedia-Dienste für Video-Mails, Musik- und
Fernsehübertragung, Bildtelefonie und Datenbankabfragen als Implementation denkbar.
- Universelle Funkschnittstelle:
Eine einheitliche Luftschnittstelle (UMTS Terrestrial Radio Access, UTRA) für die
schnurlose Telefonie, Satellitenfunk, den Mobilfunk und den drahtlosen Ortsanschluß
(DECT) soll die Konvergenz der Netze fördern.
- Interoperabilität:
Innerhalb der Netze soll der Dual-Mode/Dual-Band-Betrieb von GSM und UMTS, sowie das Roaming
zwischen GSM- und UMTS-Netzen unterschiedlicher Betreiber gewährleistet sein.
- Dienstportabilität:
Es soll ein nahtloser Diensteübergang zwischen unterschiedlichen Netzen möglich
sein und dem einzelnen Nutzer in jedem Netz seine Virtual Home Environment zur Verfügung
stehen.
- Migrationsfähigkeit:
Den Netzbetreibern soll ein "sanfter" Übergang von GSM- zu UMTS-Netzen
ermöglicht werden.
Um die Übertragungsgeschwindigkeit bei UMTS auf die oben genannten Werte steigern zu
können, bedarf es noch einigen Aufwands in der Übertragungstechnik. In der
Special Mobile Group (SMG) der ETSI hatte sich die Entscheidung auf zwei konkurrierende
Systeme zugespitzt, die zum Einsatz kommen sollen. Auf der einen Seite das von einer
Allianz von Alcatel, Bosch, Italtel, Motorola, Nortel, Siemens und Sony favorisierte
TD-CDMA-Zugriffsverfahren, das sich eng an das TDMA-Zugriffsverfahren (Time Division
Multiple Access) von GSM anlehnt und auf der anderen das von Ericsson und Nokia
propagierte WCDMA-System, das eine breitbandige Weiterentwicklung des CDMA-Verfahrens
(Code Division Multiple Access) darstellt.
Bei der ETSI hat man sich entschieden, für die Luft-Schnittstelle (also fr die
Übertragungs-/Modulationsart per Hochfrequenz) eine Kombination aus
Mehrfachzugriff im Breitband-Code-Multiplex (Wideband Code Division Multiple
Access, WCDMA) und im Zeitmultiplex-Zugriff (Time Division Multiple Access,
TD/CDMA) einzusetzen. WCDMA wird zur Versorgung größerer Gebiete und
TD/CDMA für lokale Anwendungen genutzt werden. Insgesamt verspricht das
CDMA-Verfahren eine hühere Kanalkapazität und niedrigeren Leistungsverbrauch
im Handy bei GSM-ähnlicher Sprachqualität. Gearbeitet werden wird übrigens in
Europa in zwei Frequenzbändern bei 1950 und 2150 MHz.
TD-CMDA
Entlang der Zeitachse, pro Trägerfrequenz, verwendet das TD-CMDA dieselbe Grundstruktur
wie das GSM-System. Die Bandbreite eines Trägers ist bei TD-CMDA jedoch mit 1,6 MHz
achtmal größer als die eines 200-kHz-GSM-Trägers. Dies erlaubt es, jedem
Timeslot wiederum mit bis zu acht "Kode-Schlitzen" zu füllen, von denen
wiederum jeder einen zusätzlichen Verkehrskanal definiert. Dabei wird das Sendesignal
mit einer Chiprate von 2,167 Mchips/s über die gesamte Breite des Trägers von
1,6 MHz gespreitzt. Der Vielfachzugriff auf die Funkschnittstelle besteht demnach in der
Zuordnung eines Trägers, eines Timeslots im Rahmensignal und eines zugehörigen
Codes zu einem Verkehrskanal. Insgesamt ergeben sich so 64 Sprachkanäle pro Träger.
Mit diesen 64 Kanälen kann man nun flexibel die verschiedenen Datenraten von 9,6 kbps
bis 2 Mpbs einstellen, indem man die Kanäle kombiniert.
Die identische Rahmenstruktur und Taktung vereinfacht das Zusammenwirken mit den herkömmlichen
GSM-Systemen beträchtlich. Die Handover-Prozeduren beim Wechsel von einer Funkzelle in die
Nächste sind weitgehend die gleichen wie im bestehenden GSM-System und die
Dual-Mode-Endgeräte lassen sich mit wenig Aufwand realisieren. Weiterhin läßt
sich die GSM-Technik so schrittweise erweitern und das Risiko eines Systembruchs vermeiden.
Durch eine paketvermittelte Datenübertragung würde der Nutzer den Übertragungskanal
nur dann in Anspruch nehmen, wenn tatsächlich Datenpakete übertragen werden. So kann die
gesamte Bandbreite des Übertragungsweges als Pool allen Anwendern zur Verfügung gestellt
werden und somit effizienter als bei den leitungsvermittelten Übertragungsverfahren des jetzigen
GSM-Systems genutzt werden.
WCMDA
Bei diesem System sind GSM und WCMDA zwei unabhängige Systeme. Zwar stützt sich das
WCMDA-Netz in seiner Architektur auf die selben Komponenten wie die GSM-Netze, doch das
Verfahren, mit dem der Zugriff auf die Luftschnittstelle erfolgt, ist grundlegend anders. WCMA
trennt die verschiedenen Kanäle ausschließlich durch nutzerspezifische hochbitratige
Codes, sogenannten Spreizcodes, mit denen das Sendesignal multipliziert und damit in ein über
den gesamten Frequenzbereich verteiltes Rauschen transformiert wird, aus dem nur ein synchron mit
dem selben Code operierenden Empfänger es wieder herausfiltern kann. Die Träger werden
hierbei auf 5 MHz verbreitert, was eine bessere Steuerung der Sendeleistung der Mobilstation
zulässt.
Das Verfahren erlaubt sowohl paket- als auch leitungsvermittelte Dienste mit mehrfachen
Verbindungen gleichzeitig pro Sitzung. Beim Verbindungsaufbau muss nicht erst ein freier Timeslot
oder eine freie Frequenz gesucht werden und der Wechsel der Nutzerbitrate gestaltet sich
verhältnismäßig einfach. Auch müssen keine Frequenzpläne erstellt werden:
Dieselben Frequenzen können in benachbarten Zellen erneut verwendet werden. Beim GSM-System
darf wegen dem nötigen Störabstand erst in jeder 9. Zelle dieselbe Frequenz
wiederverwendet werden, bei TD-CMDA wenigstens noch in jeder dritten.
Bei diesem Verfahren muß eine kompliziertere Handover-Prozedur verwendet werden, dadurch
werden die Ressourcen von zwei Basisstationen gleichzeitig beansprucht. Zudem reagiert das
System sehr sensibel auf Schwankungen des Signalpegels, was eine aufwendige Fast Power Control
Prozedur zum Anpassen der Sendeleistung verlangt. Zudem würden die Abmessungen eines
WCMDA-Handys größer ausfallen, weil zu dem WCMDA-Modul zusätzlich ein GSM-Modul
und ein DECT-Sende- und Empfangsteil integriert werden müßte.
Da sich bisher keiner dieser beiden Vorschläge durchsetzen konnte, einigte man sich auf
einen Kompromiss, der auf ein TD/WCMDA-System hinzielt. Danach soll dort, wo die
UMTS-Schnittstelle mit Kanalpaaren im Frequenz Division Duplex für den Up- und
Downlink-Channel arbeitet, die WCMDA-Technik zum Zuge kommen; beim FDMA-Betrieb im Time Division
Duplex mit nur einem Träger für den Hin- und Rückkanal hingegen TD-CMDA.
Das Wideband-CMDA wird damit stärker an die Zeitstruktur des GSM-Systems angepasst, und
TD-CMDA kann die Aufgaben der Schnurlostelefonie und des asymetrischen Datenverkehrs
übernehmen. Ob damit das Ziel eines einheitlichen Air Interface nur noch formal aufrecht
erhalten wird oder ob es gelingt, die Stärken beider Systeme zu vereinen, bleibt abzuwarten.
Weitere Infos und Möglichkeiten zum Gedankenaustausch bietet das UMTS-Forum:
http://www.umts-forum.org