2.7  Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)

Durch die enorme Steigerung der Prozessorgeschwindigkeiten bei Mobiltelefonen in den letzten Jahren wurde UMTS erst möglich. Bei der Einführung von GSM war die Prozessorgeschwindigkeit der Mobiltelefone sehr langsam. Bei UMTS wurden von Anfang an Datendienste bei der Entwicklung berücksichtigt. Für UMTS wurde ein komplett neues Zugangsnetzwerk, dem UMTS Terrestrial Radio Network (UTRAN), entwickelt. Das neue Verfahren heisst Wideband Code Division Multiple Access (W-CDMA). Die verschiedenen Benutzer werden durch individuelle Codes voneinander getrennt. Mit der neuen Technik sind Geschwindigkeiten beim Empfangen von Daten von bis zu 384 kbit/s und beim Senden von Daten von bis zu 64 kbit/s möglich. Die Basisstationen werden bei UMTS Node-B und die übergeordneten Controller Radio Network Controller (RNC) genannt. Das Mobiltelefon heisst nun User Equipment (UE). Das GSM-/GPRS-Netzwerk kann zusammen mit dem neuen UMTS-Netz betrieben werden. In Gebieten, in denen noch kein UMTS verfügbar ist wechselt das Mobiltelefon automatisch auf das alte GSM-Netz. Mit dem High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) werden durch ein neues Modulationsverfahren und Codebündelung Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 3,6 beziehungsweise 7,2 MBit/s erreicht. Theoretisch wären sogar 14,6 MBit/s möglich, durch die Kanalkodierung zur Fehlerkorrektur werden in der Praxis nur 75% erreicht. Dies ist aber auch nicht realisierbar, da die verfügbare Bandbreite auf verschiedene Nutzer verteilt werden muss. Mit dem Multiple Input Multiple Output (MIMO) Verfahren wird eine theoretische Geschwindigkeit von 21 MBit/s erreicht. Eine Funkwelle wird in verschiedene Richtungen gesendet, diese werden dann vom Endgerät analysiert.

Bei UMTS wurden die Verzögerungszeiten reduziert. Siehe auch Abbildung 2.22. Für die Datenübertragung wird ein dedizierter Kanal (Code) zwischen Teilnehmer und Netzwerk verwendet. Er wird nicht sofort geschlossen, wenn keine Daten mehr übertragen werden. Es werden in Downlink Richtung dann bis auf Kontrollnachrichten keine Daten mehr übetragen. Die Kapazität des Netzes kann von anderen Teilnehmern genutzt werden. Nach einer längeren Zeit ohne Datenübermittlung wird der Code für andere Benutzer freigegeben. Es wird dann ein Code mit einem höheren Spreizfaktor vergeben, von denen mehr zur Verfügung stehen. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit ist bei einem Code mit einem höheren Spreizfaktor geringer als bei einem Code mit einem niedrigeren Spreizfaktor. Der Spreizfaktor (Spreading Factor) sagt bei der Codierung eines Bits in mehrere Chips aus, wie viele Chips pro Bit benutzt werden. Sobald erneut Daten übertragen werden sollen funktioniert dies ohne grosse Verzögerung, da immer noch ein dedizierter Kanal zur Verfügung steht. Die Geschwindigkeit des Kanals kann jederzeit erhöht werden, indem das Netzwerk einen Code zuweist, der einen kleineren Spreizfaktor aufweist. Es ist aber auch möglich, dass dem Benutzer alle Ressourcen bei zu langer Inaktivität entzogen werden. Die logische Verbindung kann trotzdem erhalten bleiben. Dadurch wird das Netzwerk noch weiter entlastet und die Akkulaufzeit des Mobiltelefons erhöht. Bei einer weiteren Datenübertragung muss dann aber mit einer erhöhten Verzögerungszeit gerechnet werden. In Uplink Richtung wird ebenso verfahren. Bei längeren Inaktivitäten ist es empfehlenswert in den Cell-FACH Zustand zu gehen. Dadurch werden viel weniger Kontrollinformationen vom Mobiltelefon in das Netz gesendet und dem Mobiltelefon ist kein Spreizcode mehr zugeteilt. Bei einem Zellwechsel kommt es bei GPRS zu einer Unterbrechung der Datenübertragung von 1-3 Sekunden. Der Wechsel wird von der Mobilstation eigenständig durchgeführt. Beim Websurfen in Zügen und Autos ist dies unangenehm zu bemerken. Bei UMTS gibt es diese Unterbrechungen beim Zellwechsel nicht. Der Wechsel der Zelle wird vom UMTS-Netz kontrolliert. Viele Internet-Anwendungen wie Voice over IP, die in Echtzeit arbeiten, sind jetzt erst mobil realisierbar. [Sau04]