Grundlagen UMTS-Netz

1. Einleitung

UMTS - Universal Mobile Telecommunications System - ist in aller Munde seit im Herbst des Jahres 2000 sechs Telekommunikationsfirmen 98,8 Milliarden DM für die UMTS-Frequenzen bezahlten. Doch was steht hinter diesen vier Buchstaben, das den Einsatz solcher Geldmengen rechtfertigt? Außer den vielseits zitierten Stichwörtern, wie "UMTS - der Mobilfunkstandard der dritten Generation" oder "UMTS eröffnet neue Multmedia- Welten" ist allgemein nur wenig bekannt. Nach Ansicht der Telekommunikationsfirmen wird UMTS aber schon in wenigen Jahren aus dem gesellschaftlichen Leben nicht mehr wegzudenken sein, da es die Grundlagen für eine schnellere und effizientere mobile Datenübertragung liefert und dies zu Konditionen, die nicht nur für Unternehmen sondern auch für Privatkunden sehr verlockend sein sollen.

Die nun folgenden Seiten sollen einen kurzen Überblick über das Thema UMTS vermitteln, ohne dabei zu genau auf Details eingehen zu wollen und zu können, da viele Details des zukünftigen Standards auch noch gar nicht abschließend geklärt sind.

2. Visionen der Telekommunikationsbranche

Schenkt man den Worten der an der Versteigerung erfolgreichen Telekommunikationsfirmen Glauben, so werden die zukünftigen Geräte Alleskönner sein. Sie können im Internet surfen, die Termine und Texte ihrer User verwalten, Musik und Video online abspielen, Bildtelefonieren und Video-Mails senden, interaktive Spiele ermöglichen ... - und dies alles mobil!

Abb. 1: Designstudie von UMTS-Geräten von Siemens und Alcatel

Das GSM-Handy mit der maximalen Übertragungsrate von 9.600 Bit/s wird schon als Auslaufmodell betrachtet, da trotz der geplanten oder bereits in Betrieb genommenen technischen Erweiterungen von GSM, wie GPRS (General Packet Radio Service; vgl. Vortrag Stefan Link) mit 172.800 Bit/s oder auch HSCSD (High-Speed-Circuit-Switched-Data) mit 57.600 Bit/s, diese Geräte den UMTS Geräten nicht gewachsen sein werden. Denn die anvisierten Übertragungsraten von UMTS sprechen für sich. UMTS soll bis zu 32 mal schneller sein als ISDN - und das auf Basis mobiler Kommunikation! Innerhalb der sogenannten Hotspots in Innenstädten oder Gewerbegebieten soll die maximale Übertragungsrate 2.097.152 Bit/s und in sonstigen Bereichen 384.000 Bit/s betragen.

Ein kleines Beispiel zur Verdeutlichung der Geschwindigkeitsunterschiede: Zum Download eines Bildes mit 2,8 MB benötigt:

• GSM: 27 Minuten
• HSCSD: 7 Minuten
• GPRS: 2.5 Minuten
• UMTS: 11 Sekunden (in den Hotspots)

Daraus lässt sich ablesen, dass UMTS - sollte es die dargestellten Erwartungen erfüllen - durchaus einen Quantensprung in der mobilen Telekommunikation bedeuten würde. Aufgrund der hohen Übertragungsraten würden Dienste ermöglicht, die in alle Bereiche des gesellschaftlichen Lebens vordringen würden.

2.1 Der private Bereich

Im privaten Bereich soll UMTS seinen Siegeszug vor allem mit Unterhaltungsdiensten antreten. Neben dem Zugriff auf Internetseiten spielt dabei die Bild-Telefonie eine zentrale Rolle. Daraus folgt dass bequeme Bild-Telefonate, Video-Kontaktanzeigen oder Short-Video-Service, statt Short-Message-Service (SMS), ermöglicht werden. UMTS soll auch die Spielewelt revolutionieren: Dank der hohen Übertragungsraten werden interaktive Gameshows und Online-Spiele möglich.

2.1 Der geschäftliche Bereich

Erste Nutzer der neuen Technologie werden die Unternehmen sein. Durch Telearbeit spielt es schon heute keine Rolle mehr, wo sich die Mitarbeiter befinden. Mit mobilen Videokonferenzen über das UMTS-Telefon ist persönlicher Kontakt aber stets garantiert.

Hochgeschwindigkeits-Datenverbindungen erlauben von überall aus den Zugriff auf das firmeneigene Intranet, wo wichtige Daten ohne lähmende Ladezeiten auf Abruf bereitstehen. UMTS erschließt den Firmen auch neue Einnahmequellen. Werbebanner könnten zukünftig ständig über das Display laufen um so werbefinanziertes Telefonieren zu ermöglichen.

2.3 Der automobile Bereich

Insbesondere unterwegs ist Information und Unterhaltung durch mobiles Internet von großem Nutzen. In (schneller) Bewegung werden nach heutigem Kenntnisstand zwar nur 144.000 Bit/s zur Verfügung stehen. Doch dies ist absolut ausreichend für ein umfassendes Navigationssystem, das mittels UMTS ganze Landkarten ins Auto überträgt oder aber über das Internet die Reiseplanung von unterwegs aus durch Aufruf von Stadtinformationsdiensten kurz vor der Ankunft ermöglicht. Auch E-Mail, Web-Bedienung, Musik aus der persönlichen Internet-Datenbank runden das Angebot für die Mitfahrer ab.

Alles in allem sind die Zukunftsaussichten für die mobile Datenkommunikation rosig. Man darf allerdings gespannt sein, ob die geplanten Übertragungsraten und mit ihnen die genannten Dienstleistungen auch wirklich realisiert werden können, denn dazu müssen noch etliche technische Hürden überwunden werden.

3. Die Versteigerung der Frequenzen

3.1 Was wurde versteigert?

Insgesamt konnten von den Telekommunikationsfirmen in der ersten von zwei festgelegten Versteigerungen eine Frequenzbandbreite von 60 Megahertz (MHz) ersteigert werden. Diese 60 MHz wurden von der Regulierungsbehörde für Telekommunikation (Ausrichter der Auktion) unterteilt in zwölf gepaarte 5 MHz Blöcke. Damit bestand ein zu kaufender Frequenzblock aus insgesamt 10 MHz, wobei diese jeweils aufgeteilt sind in Frequenzen für den Up- und den Downlink. Uplink steht hierbei für die Frequenzen die zur Übertragung von Daten vom Mobilgerät zur Basisstation benötigt werden, während der Downlink die Rückrichtung bezeichnet. Jeder Bieter konnte mindestens zwei, maximal aber drei 5 MHz Blöcke ersteigern, so dass mindestens vier und höchtens sechs Firmen zum Zuge kommen sollten.

In der zweiten Versteigerungsrunde wurden fünf Zusatzpakete mit je 5 MHz ungepaart versteigert. Diese Zusatzfrequenzen sollen Kapazitätsengpässe verhindern und waren den Firmen vorbehalten, die bereits in der ersten Runde erfolgreich waren.

Die vergebenen Frequenzen liegen alle im Bereich 1900 - 2025 MHz und 2110 - 2200 MHz, wobei diese Frequenzbereiche global (vgl. Kap. 4.2) als UMTS bzw. IMT-2000 (andere Bezeichnung für UMTS) Standardfrequenzen reserviert sind.

3.2 Das Ergebnis der Versteigerung

Die erste Versteigerung endete mit zwei großen Überraschungen: Die maximale Anzahl von sechs Lizenznehmern erhielten eine Lizenz und mit einem Auktionserlös von 98,8 Milliarden DM übertraf die UMTS-Auktion alle Erwartungen. Um die Höhe des Erlöses der Auktion ungefähr einordnen zu können ein kleines Zahlenbeispiel: Der Betrag von 100 Milliarden DM umgelegt auf die Einwohner von Deutschland entspricht einem Betrag von 1200 DM pro Person. In Österreich lag der umgerechnete Versteigerungserlös gerade einmal bei 210 DM pro Kopf.

Die zweite Versteigerung dauerte nur einen Tag und erbrachte einen Erlös von 561 Mio. DM, da Viag Interkom auf ein Zusatzpaket verzichtete.

Die Firmen (bei vielen handelt es sich um internationale Konsortien, da die Finanzlast alleine nicht tragbar wäre) die UMTS Frequenzpakete ergattern konnten: Mannessman/Vodaphone, T-D1/Telekom, 3G (Telefónica, Sonera), Mobilcom (Mobilcom/France Télécom), e-plus (KPN/NTT/Hutchinson) und Viag Interkom (Viag Interkom/British Telecom).

3.3 Gewinner und Verlierer der Auktion

Als Gewinner lässt sich zweifellos der Staat klassifizieren, da mit einem solch hohen Erlös keiner gerechnet hatte.

Auch der Kunde wird von Fachleuten als Gewinner betrachtet, da er in Zukunft die neue Technik von sechs unterschiedlichen Unternehmen beziehen kann und somit ein Wettbewerb entsteht, der für den Kunden nur positive Auswirkungen haben kann. Außerdem wird aufgrund der hohen Investitionen jedes Unternehmen bemüht sein, möglichst schnell sein Netz aufzubauen.

Ob die Unternehmen, die Lizenzen ersteigert haben, Gewinner oder Verlierer sind wird die Zukunft zeigen. Die Kompensation der entstandenen Kosten wird nicht leicht sein, da UMTS Schätzungen zufolge erst 2010 Gewinne erbringen wird und bis dahin große Investitionen für den Aufbau der neuen UMTS Netzinfrastruktur getätigt werden müssen (ca. 8-10 Milliarden DM je Firma).

Eindeutige Verlierer sind Telekom und Mannessmann, da sie größere Frequenzpakete kaufen wollten, dies aufgrund der hohen Preise aber nicht konnten und dadurch mit einer starken Konkurrenz konfrontiert sind. Doch was ist mit den Unternehmen, die keine Lizenz ersteigern konnten. Sind sie noch zukunftsfähig? Für diese Firmen ist das Mobilfunkverfahren EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) gedacht. Damit lassen sich auf Basis der heutigen GSM-Netze, jedoch mit neuer Technik, Übertragungsraten bis zu 384 Kbit/s realisieren. EDGE und UMTS haben technisch vieles gemeinsam, wodurch Dualmode Geräte denkbar sind die den Betrieb eines Gerätes in beiden Netzen ermöglichen.

4. Technik

4.1 So funkt UMTS

Damit UMTS die zuvor erwähnten Übertragungsraten erreicht, stützt sich UMTS auf die bisherigen Errungenschaften der bereits existierenden oder im Aufbau befindlichen Netze und baut diese weiter aus. So vereint UMTS in seinem Kernnetz das Prinzip der Circuit Switched Data (CSD) für kanalvermittelte Dienste (Basis von GSM) und das Prinzip des Packet Switched Data (PSD) für paketvermittelte Dienste (Basis von GPRS vgl. Stefan Link). Der kanalvermittelte Dienst zeichnet sich dadurch aus, dass die Betriebsmittel bei Verbindungsaufbau belegt und erst bei Verbindungsende wieder freigegeben werden. Bei PSD sind die Teilnehmer dagegen permanent online. Jedes Datenpaket hat eine Empfängeradresse und wird vom Endgerät aus dem Datenstrom herausgefiltert. UMTS nutzt CSD für Sprach- und Textübertragungen während PSD für größere Datenmengen wie Bildübertragungen oder Multimediaanwendungen gedacht ist.

Außerdem verwendet UMTS eine andere Art der Datenübermittlung. Während die Mobilfunkstandards der zweiten Generation (GSM, GPRS...) jeden Kanal in Zeitschlitze aufteilen (vgl. Vortrag Jens Pflüger) verwendet UMTS den Code Division Multiple Access (CDMA)-Standard zur Übertragung der Daten.

4.1.1 Der CDMA Standard

Der Unterschied zwischen Time Division Multiple Acces (TDMA) wie in GSM und CDMA bei UMTS lässt sich anschaulich mit Hilfe einer Analogie darstellen

• Im GSM Netz funktioniert Kommunikation wie in der Schule: Der Lehrer erteilt das Wort und man spricht nacheinander, nicht zeitgleich.
• Der UMTS-Datenaustausch läuft dagegen ab wie in einer internationalen Kneipe: Alle unterhalten sich zeitgleich, doch an jedem Tisch in einer anderen Sprache.

CDMA weist jedem eingehenden Signal einen speziellen Code (eine eigene Sprache) zu anhand dessen der Empfänger des Signals dieses erkennen und decodieren kann.

Im Unterschied zu TDMA bzw. FDMA (Frequency Division Multiple Access) ist CDMA auch eine Breitbandtechnik, d.h. jeder Teilnehmer nutzt beim Datentransfer das gesamte Frequenzspektrum und nicht nur rasch aufeinanderfolgende Zeiteinheiten bzw. kleine Frequenzausschnitte (vgl. Abb. 4.1).

Abb. 4.1: Unterschiede der Frequenzunterteilung bei CDMA, TDMA und FDMA

Ein UMTS-Kanal hat eine Bandbreite von 5 MHz, während ein GSM-Kanal nur 0,2 MHz umfasst. CDMA realisiert die Nutzung der vollen Bandbreite des Kanals mit einem auf dem DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) basierenden Multiplexverfahren (mehrere physikalische Kanäle werden auf einem Übertragungsmedium dargestellt). Bei DSSS wird das zu übertragende Nachrichtensignal mit einer periodischen binären Pulsfolge multipliziert, deren Taktrate höher ist als die der Nutzdaten. Die Pulsfolge stellt den Code dar, der nur Sender und Empfänger bekannt ist und mit Hilfe von Pseudozufallszahlen generiert wird. Die Pulse des Codes werden auch "Chips" genannt.

Diese Multiplikation findet dabei nicht auf dem binären Strom aus Nullen uns Einsen statt, sondern dieser wird vorher auf die Zustände 1 bzw. -1 abgebildet. Eine Multiplikation hier entspricht also einer XOR-Operation (exclusive or) auf dem Originalstrom. Diese Transformation wird vorgenommen, da man zum Senden eine Schwingung zwischen -1 und 1 braucht und nicht zwischen 0 und 1.

Das Ergebnis der Multiplikation ist jetzt ein Sendesignal mit der höheren Bitrate der Codesequenz. Das Frequenzspektrum des Nachrichtensignals hat eine codeindividuelle Spreizung erfahren und benötigt für seine Übertragung eine entsprechend größere Bandbreite.

Die gespreizten Signale werden auf einem gemeinsamen Kanal übertragen und am Ende der Übertragung vom Empfänger durch digitale Filterung unter Einsatz des Codes aus dem Signalgemisch herausgefiltert und wieder entspreizt (decodiert).

Abb. 4.2: Vereinfachte Darstellung der Spreiztechnik bei CDMA

Doch wie erkennt der Empfänger aus der Masse der Signale das für ihn bestimmte Signal. Bei TDMA wissen Sender und Empfänger in welchem Zeitschlitz sich die Signale befinden und können dieses somit von allen anderen Signalen innerhalb der Frequenz unterscheiden. Man bezeichnet dies als Orthogonalität der Zeitschlitze.

Geht man davon aus, dass sich die Signalstärken der einzelnen Teilnehmer nicht wesentlich unterscheiden und die Signalbits im selben Frequenzspektrum zur gleichen Zeit übertragen werden, so kann man die Signale nur dann auseinanderhalten, wenn durch Codierung die logische 1 des einen Teilnehmers anders aussieht als die 1 aller anderen Teilnehmer.

Die von den Sendern verwendeten Codiervorschriften müssen so gewählt werden, dass die Interferenzen bei den Empfängern trotz zeitgleicher Übertragung minimal bleiben und somit der Empfänger aus der Masse der ankommenden Signale das für ihn bestimmte erkennen kann. Die Anwendung eines orthogonalen Pseudo-Noise-Codes (PN-Codes) zur Modulation der zu übertragenden Informationen erfüllt diese Bedingung.

Der Empfänger, der die Codiervorschrift des Senders kennen muss, sucht das breitbandige Signal nach dem Bitmuster der PN-Sequenz des Senders ab. Hat er diese gefunden so kann sich der Empfänger auf den Codekanal des Senders synchronisieren und das Signal auf seine ursprüngliche Bandbreite reduzieren. Die jeweiligen Signale der anderen Sender, deren Code nicht mit dem des Empfängers übereinstimmt, werden nicht auf deren Originalbandbreite zurücktransformiert und tragen somit nur zum Rauschpegel des empfangenen Signals bei.

Abbildung 4.3 zeigt ein stark vereinfachtes Schema eines CDMA-Kommunikationssystems, wobei die Benutzersignalfolge mit den individuellen Spreizsequenzen (PN1, PN2,...) multipliziert und in einem gemeinsamen Kanal übertragen werden. Diese Signale werden im Empfänger mit der kanalspezifischen Sequenz multipliziert, entspreizt und durch einen Entscheider (bringt eingegangene Signale in die richtige Reihenfolge) wieder hergestellt.

Abb 4.3: Vereinfachtes CDMA-Kommunikationssystem

Insgesamt ergeben sich durch das CDMA-Verfahren eine Reihe von Vorteilen für die funktechnischen Übertragungen:

• Das Funksignal kann mit einer reduzierten Leistung gesendet werden, weil die Empfänger systembedingt eine höhere Empfindlichkeit aufweisen. Dies bewirkt, dass die Funksignale schwerer zu orten sind.
• Das Funksignal kann nur dann optimal decodiert werden, wenn die richtige Pulsfolge des Codes bekannt ist, womit ein kryptographisches Verfahren zum Schutz der übertragenen Daten im Gegensatz zu GSM entfallen kann.
• Auch bei Störungen kann das gesendete Signal durch den Empfänger wiederhergestellt werden (Robustheit gegenüber Störungen). Künstliche Störungen des Signals durch Dritte ist nahezu unmöglich, da ein Störsender in der Regel nicht über eine ausreichende Sendeleistung verfügt, um das gesamte Frequenzspektrum zu überdecken und somit die Signalübertragung gänzlich zu verhindern.

Aufgrund dieser Eigenschaften ist es nicht verwunderlich, dass CDMA keine neue entwickelte Technik ist sondern bereits seit einigen Jahren für militärische Zwecke verwendet wird.

Ein Problem des CDMA-Standards ergibt sich aus der Tatsache, dass alle beim Empfänger einfallenden Signalfolgen auf ca. 1dB genau gleichstark vorliegen müssen, sonst unterdrückt das stärkere das schwächere Signal (Near/Far Problem). Man benötigt somit eine schnelle Leistungssteuerung des Senders durch den Empfänger (Power Control). Ein systembedingter Nachteil liegt auch darin, dass Sender und Empfänger synchrone Pseudozufallszahlen generieren müssen. Von mehreren Stationen gleichzeitig übertragen, können zufällige statistische Überlagerungen dieser Zahlen auftreten, die zu Fehlern führen und somit Maßnahmen zur Fehlererkennung und -korrektur erfordern.

Die codeindividuelle Spreizung des Signals beim CDMA-Verfahren ergibt eine individuelle Bandbreite der Signale, was eine höhere Anzahl an gleichzeitig zu übermittelnden Nachrichten pro MHz ermöglicht, als dies bei jeder anderen Übertragungstechnik der Fall ist. Experten sind sich jedoch noch nicht einig wie viel mehr dies sein wird.

Denn während bei TDMA bei maximaler Kapazitätsauslastung kein zusätzlicher Benutzer mehr aufgenommen werden kann da alle Timeslots belegt sind, kann man beim CDMA-Verfahren stets zusätzliche neue Nachrichten in die Kanäle einspeisen, ohne das es zu einer Überlastung des Systems kommt. Der Grund hierfür ist, dass durch die Spreizung mit verschiedenen orthogonalen Chipsequenzen orthogonale Kanäle entstehen deren Summensignal null ist. Hierbei muss die Orthogonalität nur näherungsweise erreicht werden, wodurch beliebig viele Signale codiert und nach der Übertragung auch wieder decodiert werden können. Aber es gibt eine noch nicht genau bestimmbare Schranke ab der die Qualität der Übertragung leidet, da der beim Empfänger ankommende Rauschpegel so hoch wird, dass das eigentlich zu decodierende Signal überdeckt wird und eine fehlerfreie Übertragung nicht mehr gewährleistet ist.

Wie das GSM-System benötigt auch der UMTS-Standard immer ein Frequenz-Paar pro Kanal: die Up- und Downlinkfrequenzen (vgl. 3.1). Derzeit sieht der UMTS-Standard einen festen Abstand beider Frequenzarten (=Duplexabstand) von 190 MHz vor, d.h. zu einem Downlinkkanal von 1975-1980 MHz gehört ein Uplinkkanal von 2165-2170MHz. Damit lassen sich jedoch nicht alle vorhandenen Frequenzen optimal nutzen, weshalb die UMTS - Standardisierungsgremien über einen variablen Duplexabstand diskutieren, was allerdings eine aufwändigere Technik in den Endgeräten zur Folge hätte.

4.1.2 Die Zellatmung

Die soeben erläuterte CDMA-Technik hat einige kuriose Eigenschaften, von denen ich hier die Zellatmung kurz behandeln möchte.

Bei GSM Systemen steht jedem Teilnehmer die volle Sendeleistung der Basisstation zur Verfügung. Bei CDMA hingegen teilen sich alle Endgeräte die insgesamt zur Verfügung stehende Ausgangsleistung der Basisstation. Somit ist die maximale Sendeleistung, die eine Basisstation dem einzelnen Teilnehmer zuteilen kann, von der Anzahl der in der Zelle aktiven Teilnehmer begrenzt. Die Situation wird in Abb 4.5 dargestellt.

Abb. 4.5: Die Teilnehmer teilen sich die zur Verfügung stehende Sendeleistung  

Je mehr Endgeräte also in einer Funkzelle angemeldet sind, desto geringer wird die Reichweite der Zelle - die Zelle "schrumpft". Der Grund hierfür ist, dass bei einer Vermehrung der aktiven Endgeräte in einer Zelle das Hintergrundrauschen (Signale der verschiedenen Teilnehmer) des Kanals zunimmt und somit eine fehlerfreie Übertragung immer schwieriger wird. Um dies auszugleichen verstärkt das CDMA-System bei jedem Endgerät das Übertragungssignal (Power Control). Ist jedoch ein Gerät z.B. an den Rändern einer Zelle bereits am Maximum seiner Übertragungskapazität angelangt, kann es mit den anderen verstärkten Signalen nicht mehr mithalten, wird von diesen überlagert und ist somit nicht mehr im Empfangsbereich der Basisstation bzw. liegt nun außerhalb der Zelle.

Um nichts desto trotz die erforderliche Netzabdeckung gewährleisten zu können, muss der Netzbetreiber festlegen wie viele Verbindungen mit welcher Datenrate in der Zelle erlaubt sind.

4.2 UMTS weltweit

Der künftige Mobilfunkstandard UMTS wird gerne als globaler Standard bezeichnet, was bedeutet dass ein Benutzer eines UMTS-Handys in der Lage sein sollte von jedem beliebigen Standort der Erde aus mit einem einzigen Gerät telefonieren zu können. Doch die Realität sieht anders aus.

Einigermaßen standardisiert sind die Frequenzbereiche in denen UMTS funken soll, wobei auch hier Probleme existieren, da z.B. in der USA der Frequenzbereich bereits komplett belegt ist.

Die von UMTS verwendeten Übertragungstechniken werden sich jedoch in verschiedenen Regionen der Welt deutlich unterscheiden.

In Europa und Japan wird Wideband-CDMA (WCDMA) verwendet werden, das im wesentlichen nach der CDMA Technik arbeitet (vgl. 4.1.1). Zudem soll in Europa noch TD-CDMA, eine Kombination von TDMA und CDMA, die sich besser für asymmetrische Übertragungen (wie bei Multimedia-Anwendungen) eignet, zum Einsatz kommen.

In China wird eine spezielle Variante der TD-CDMA verwendet namens TD-SCDMA, die in einem besonderen Synchron-Modus arbeitet in dem alle Basisstationen synchron senden und empfangen.

In den USA sind überwiegend noch analoge Funknetze verbreitet, die nach dem TDMA-Prinzip arbeiten. Da diese Netze im Frequenzbereich um 800 MHz funken, lassen sie sich nicht auf UMTS aufrüsten. Die Betreiber müssen das EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) System verwenden, einer mit UMTS verwandten Breitband Funktechnik, die auf GSM-Frequenzen arbeitet.

Wer aber nun UMTS weltweit nutzen will, braucht somit ein Multimode-Gerät das all die zuvor genannten Übertragungsverfahren unterstützt. Einige Hersteller werden wahrscheinlich auch GSM in ihre Geräte packen, damit diese im Zeitraum des Aufbaus der UMTS-Netze in die bereits existierenden Netze roamen (überwechseln) können.

5. UMTS aus Sicht der Skeptiker

Die bisherigen Darstellungen der Ausarbeitung beruhen alle auf Prognosen und Modellen, deren reale Erprobung und Umsetzung sich noch in weiter Ferne befindet. Zudem beruhen diese Daten weitestgehend auf Aussagen der an dem neuen Standard beteiligten Organisationen, wie z.B. den verschiedenen Standardisierungsgremien (ETSI,...) oder aber den an UMTS beteiligten Telekommunikationsfirmen. Dass diese Daten mit Vorsicht zu betrachten sind, ist leicht verständlich.

Seit Anbeginn der Diskussion über die Einführung von UMTS gab es Stimmen, die besagten dass der UMTS-Standard die versprochenen Übertragungsraten nie werde erbringen können. Und diese Stimmen mehren sich. Schon 1998 wurde von Experten vorausgesagt, dass UMTS Phase 1 nicht alle ursprünglich gesetzten Ziele würde erreichen können wird. Beispielsweise wurde klar, dass die für die großflächige Funkversorgung vorgesehene UMTS-Funkschnittstelle, die mittels Frequency Division Duplex (FDD) über symmetrische Funkkanäle überträgt, nicht besonders gut zur Unterstützung asymmetrischer Dienste geeignet ist, wie sie z.B. bei der Internet-Nutzung vorliegen (kurze Anfrage veranlasst lange Datenübermittlung wodurch Hin- und Rückleitung unterschiedlich stark frequentiert werden). Seit dies bekannt wurde, versucht man mit Hilfe technischer Neuerungen diese bereits bekannten Schwächen auszumerzen, doch ob dies bis zur Markteinführung der ersten UMTS-Endgeräte auch gelungen sein wird, vermag niemand vorherzusagen.

Doch auch aus Japan werden finstere Prognosen übermittelt. In Japan ist die UMTS Entwicklung am weitesten fortgeschritten, so dass bereits im nächsten Jahr die ersten UMTS-Dienste angeboten werden können. Doch einer der Pioniere der Entwicklung der japanischen UMTS-Technik, das Telekommunikationsunternehmen NTT DoCoMo, sagt voraus, dass die europäischen Firmen Probleme haben werden die enormen Lizenzkosten wieder zurückzugewinnen. Man habe festgestellt, dass die Technologie nicht zur Übertragung großer Datenmengen geeignet sei, teilte ein Sprecher des Unternehmens mit. Lediglich als "Appetithappen" sei die Übertragung von Videoclips oder Musikstücken denkbar. Die Datenübertragung der vollständigen Anwendungen bleibe aber günstigeren und ausgereifteren Wegen überlassen.

Insgesamt lassen sich die Argumente der Skeptiker zu sechs wesentlichen Standpunkten zusammenfassen:

1.      Netzzugang: der Aufbau der Netze dauert zu lange, die Technik ist erst mit großer Verspätung und dann nur in den Städten verfügbar

2.      Netzqualität: die versprochenen Datenraten lassen sich nicht realisieren, UMTS ist nur wenig schneller als GPRS und EDGE

3.      Anwendungen: spezielle UMTS Dienste sind zu langweilig oder fehlen ganz, wodurch das Kaufinteresse schwindet

4.      Endgeräte: UMTS fähige Handys kommen zu spät oder unausgereift zu überhöhten Preisen auf den Markt

5.      Gebühren: Grund- und Verbindungsgebühren sind zu hoch und die Netzbetreiber bekommen die Kosten nicht in den Griff

6.      Kundeninteresse: zu wenige Kunden wollen UMTS - aus diesem Grund ist schon das Satelliten-Mobilfunknetz Iridium gescheitert

Wessen Prognosen sich bewahrheiten werden, wird sich erst in einigen Jahren zeigen. Denn Fakt ist dass die neue Technik am Anfang auf jeden Fall ihre Tücken und Kinderkrankheiten besitzen wird, denn auch das GSM Verfahren benötigte viele Jahre bis es sich durchsetzen konnte.

6. UMTS-Nachfolger

Während die Mobilfunkbetreiber der dritten Generation gerade den Aufbau ihrer neuen UMTS-Netze planen, denken manche Ingenieure schon über noch schnellere Mobilfunksysteme nach. Dabei kristallisieren sich aus der Masse der Vorschläge einige vielversprechende Konzepte für den Mobilfunk der vierten Generation heraus.

6.1 UMTS-Plus

UMTS-Plus ist eine Weiterentwicklung des gerade verabschiedeten UMTS-Standards. Dabei werden variable Datenraten genutzt bei denen sich z.B. die Bildqualität von Videoübertragungen der im Netz aktuell verfügbaren Bandbreite anpasst. Auch die Erhöhung der maximalen Bandbreite der UMTS-Kanäle soll zu noch höheren Übertragungsraten führen.

6.2 HIPERLAN

Dieser Standard ist eigentlich für Breitband-Übertragungen in drahtlosen LANs (Local Area Network ugs. lokale Rechnernetzwerke) gedacht. Die Übertragungsrate soll bis zu 25 MBit/s betragen und somit zehn mal so schnell als UMTS sein. Allerdings ist die Reichweite auf 200 Meter beschränkt was zu wenig für Mobilfunk ist. Doch auch hierfür gibt es bereits Lösungsansätze: Die Zugangspunkte zum Netz könnten in Städten, entlang von Autobahnen und Bahnstrecken installiert werden. Damit jedoch nicht alle 200 Meter ein solcher Zugangspunkt stehen muss, benötigt nicht jeder Teilnehmer einen Zugang zur Basisstation. Möglich wäre eine Datenvermittlung von Endgerät zu Endgerät, was zur Folge hätte, dass eine Anwender auch dann Netzkontakt hat, wenn lediglich ein anderer Hiperlan Benutzer in der Nähe ist, der seinerseits eine Verbindung zum Netz hat.

Darüber hinaus gibt es noch vielfältige Studien für bestimmte spezifische Anwendungsgebiete, wie z.B. COMCAR das für Anwendungen in schneller Bewegung (Fahrzeuge) gedacht ist und die Datenübertragung über digitale Broadcast-Systeme realisiert.

Bei all diesen dargestellten Techniken muss jedoch erwähnt werden, dass es sich hierbei um Visionen handelt und noch nicht mal ansatzweise geklärt ist ob und auf welche Art und Weise diese Modelle in der Praxis technisch zu realisieren sind.