UMTS


UMTS
UMTS-PC-Card für Notebooks

Universal Mobile Telecommunications System, besser bekannt unter der Abkürzung UMTS, steht für den Mobilfunkstandard der dritten Generation (3G), mit dem deutlich höhere Datenübertragungsraten (384 kbit/s bis 7,2 Mbit/s) als mit dem Mobilfunkstandard der zweiten Generation (2G), dem GSM-Standard (9,6 kbit/s bis 220 kbit/s), möglich sind.

Inhaltsverzeichnis

Standardisierung

Die ITU hatte UMTS für IMT-2000 ausgewählt; es ist somit einer der Standards der dritten Generation für Mobilfunk. Ursprünglich hatte das ETSI (Europäisches Institut für Telekommunikationsnormen) UMTS standardisiert; heute pflegt das 3GPP (3rd Generation Partnership Project) es weiter. Der Standard wird ständig erweitert, beispielsweise erhöhte HSDPA die maximal mögliche Empfangs-Datenrate (Downlink); für die Sende-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

Im Juli 2007 gab es 180 3G-Netze weltweit. Etwa 200 Millionen Teilnehmer, das sind 7 % aller Mobilfunkteilnehmer, nutzten zu diesem Zeitpunkt ein 3G-Netzwerk. Europa lieferte mit 48 % aller 3G-Teilnehmer den größten Beitrag, dicht gefolgt von Asien mit 45 %.[1] Stärkstes Land in Europa ist Italien, wo die drei stärksten 3G-Netzbetreiber Europas angesiedelt sind: Allein 3 Italien, Vodafone Italien und TIM hatten zusammen fast 20 Millionen 3G-Teilnehmer.[2]

In Österreich gab es im 2. Quartal 2007 bereits 2,1 Millionen genutzte 3G-SIM-Karten, davon 350.000 Verträge für mobiles Breitband per UMTS.[3]

Für Deutschland meldete der Branchenverband BITKOM Ende 2008 15,9 Millionen UMTS-Kunden.[4]

Geschichte

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Durch die Versteigerung der UMTS-Lizenzen im Juli/August 2000 nahm die Bundesrepublik Deutschland 98,8 Milliarden DM (ca. 50 Milliarden Euro) ein. Dies veranlasste den damaligen Finanzminister Hans Eichel sogar zum Ausspruch, UMTS stehe für „Unerwartete Mehreinnahmen zur Tilgung von Staatsschulden“[5][6]. Es wurden sechs Lizenzen zu je ca. 16 Milliarden DM 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. Zwei Lizenzen wurden später aufgegeben: Die MobilCom Multimedia GmbH hat Ende 2003 freiwillig ihre Lizenz an die RegTP zurückgegeben und auf die Ausübung der Lizenz- und Frequenznutzungsrechte verzichtet; Group 3G verlor ihre Lizenz mit dem Ausstieg aus dem deutschen Markt (Oktober 2002), da die Lizenz nicht verkauft werden durfte.

Die mit den hohen Lizenzgebühren begründeten hohen Kosten für den Endkunden waren einer der Hauptgründe für den schleppenden Durchbruch von UMTS im Massenmarkt. Die Kosten für die ersteigerten Lizenzen in Deutschland lagen weltweit an der Spitze. Die Mobilfunkbetreiber müssen rein rechnerisch Lizenzkosten in Höhe von 614 Euro pro Einwohner amortisieren. Zum Vergleich: In Spanien wurden die Lizenzen für 13 Euro pro Einwohner vergeben, in der Schweiz ca. 7 Schweizer Franken (knapp 5 Euro) pro Einwohner.[7]

Anfang Februar 2007 kündigte die Bundesnetzagentur an, im Jahr 2008 im 2,6-GHz-Bereich weitere UMTS-Frequenzblöcke zu versteigern.[8]

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.

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 Mobilgerät, 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 selben 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 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 in Deutschland bisher kommerziell nicht verfügbar. In Tschechien hat T-Mobile CZ seit 2005 ein Netz mit UMTS-TDD-Technik in Betrieb, welches sich derzeit nur auf Prag beschränkt und später auch in anderen, größeren Städten angeboten werden soll.

Protokollschichten (Strata)

Man unterscheidet Access-Stratum und non-Access-Stratum, also eine Zusammenfassung derjenigen Protokollschichten, die den Funkzugang betreffen, beziehungsweise derjenigen, die nicht den Funkzugang (sondern die Dienste und die Teilnehmerverwaltung im Kernnetz) betreffen.

Duplex-Verfahren

FDD-Modus

  1. 1920–1980 MHz (Uplink)
  2. 2110–2170 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 Preis
Vodafone 1920,3–1930,2 MHz 2110,3–2120,2 MHz 16,47 Mrd. DM (8,42 Mrd. €)
unbelegt 1930,2–1940,1 MHz 2120,2–2130,1 MHz 16,45 Mrd. DM an Group 3G (Marke Quam)
E-Plus 1940,1–1950,0 MHz 2130,1–2140,0 MHz 16,42 Mrd. DM (8,39 Mrd. €)
unbelegt 1950,0–1959,9 MHz 2140,0–2149,9 MHz (16,37 Mrd. DM an Mobilcom; später zurückgegeben)
O2 1959,9–1969,8 MHz 2149,9–2159,8 MHz 16,52 Mrd. DM (8,45 Mrd. €)
T-Mobile 1969,8–1979,7 MHz 2159,8–2169,7 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 Preis
Mobilkom Austria (A1) 1920,3–1930,1 MHz 2110,3–2120,1 MHz 2,36 Mrd. ATS (171 Mio. €)
Hutchison 3G Austria ("3") 1930,1–1944,9 MHz 2120,1–2129,9 MHz 1,91 Mrd. ATS (139 Mio. €)
Orange Austria (ehemals ONE) 1944,9–1959,7 MHz 2139,7–2149,7 MHz 1,65 Mrd. ATS (120 Mio. €)
3G Mobile (100 % Tochter der Mobilkom Austria) 1959,7–1964,7 MHz 2149,7–2154,7 MHz 2,36 Mrd. ATS (171 Mio. €)
T-Mobile Austria 1964,7–1979,7 MHz 2154,7–2164,7 MHz 2,35 Mrd. + 1,56 Mrd. ATS (171 Mio. + 113 Mio.€)

Ursprünglich wurden sechs und nicht nur fünf Frequenzbänder vergeben. Tele.ring bekam den Zuschlag für das Frequenzband von 1939,9–1949,7 MHz im Uplink und 2129,9–2139,7 MHz im Downlink für 1,56 Mrd. ATS (113 Mio. €), welches bis zur Abschaltung des Tele.ring-UMTS-Netzes auch in Verwendung war. Eine Auflage für den Kauf von Tele.ring durch T-Mobile Austria war der Verkauf dieser Frequenzen an die Konkurrenten one und Drei.

TDD-Modus

  • Nutzfrequenzen:
  1. 2010 MHz – 2025 MHz
  2. 1900 MHz – 1920 MHz

Erweiterungen

Mittlerweile bieten alle deutschen Netzbetreiber High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) für deutlich höhere Empfangs-Datenraten (sog. „Downlink“) an. 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 Empfangs-Datenrate ist jedoch aufgrund der Fehlerkorrektur und von Interferenzen niedriger und beträgt zur Zeit 1,4 Mbit/s. 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 Sende-Datenrate (sog. „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 diese deutlich höhere Geschwindigkeit zu nutzen, benötigt man ein Endgerät, welches HSUPA unterstützt.

Die Planungen sehen High Speed OFDM Packet Access (HSOPA) als darauf folgende Ausbaustufe im Rahmen von Next Generation Mobile Networks (NGMN bzw. 4G) 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)

Quellen

  1. UMTS-Forum: Up to speed: HSPA subscriber numbers climb, 17. Juli 2007 (englisch)
  2. UMTS-Forum: Top Ten Operators Ranked by WCDMA Connections
  3. RTR: RTR Telekom Monitor, 30. November 2007
  4. Bitkom: 16 Millionen UMTS-Anschlüsse in Deutschland, 15. Februar 2009
  5. teltarif.de Streit über UMTS-Vergabepraxis
  6. teltarif.de UMTS-Auktion beendet
  7. http://www.bakom.admin.ch/dokumentation/medieninformationen/00471/index.html?lang=de&msg-id=2245 Medieninformation des Bundesamtes für Kommunikation vom 6. Dezember 2000. Lizenzpreise: ab 50 Mio. CHF, Bevölkerungsstand Ende 2000: 7,2 Mio.
  8. Meldung auf tagesschau.de vom 6. Februar 2007

Siehe auch

Literatur

  • Thorsten Benkner: Christoph Stepping: UMTS, J. Schlembach Fachverlag, Weil der Stadt 2002, ISBN 3-935340-07-9
  • Thorsten Benkner: Grundlagen des Mobilfunks, J. Schlembach Fachverlag, Wilburgstetten 2007, ISBN 978-3-935340-44-1
  • Martin Sauter: Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme. Vieweg, 2008, ISBN 978-3-8348-0397-9
  • Robert Brunner (Hrsg.): Mehr Spaß und Infos mit UMTS. Industrial-Media-Verl., Augsburg 2006. ISBN 3-00-017877-5
  • Bernhard Walke: Mobilfunknetze und ihre Protokolle. Bd 1. Stuttgart 2001. ISBN 3-519-26430-7
  • Bernhard Walke, Marc P. Althoff, Peter Seidenberg: UMTS - ein Kurs. Schlembach-Fachverl., Weil der Stadt 2002. ISBN 3-935-34022-2
  • Christian Lüders: Mobilfunksysteme. Grundlagen, Funktionsweise, Planungsaspekte. Vogel, Würzburg 2001. ISBN 3-8023-1847-1
  • Martin Wuschke: UMTS. Paketvermittlung im Transportnetz, Protokollaspekte, Systemüberblick. Teubner-Verlag, Wiesbaden 2003. ISBN 3-519-00465-8

Weblinks


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