UMTS Grundlagen
Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Soll ein Weltweit einheitlicher Standard sein, der auf dem Prinzip der Paketvermittlung beruht und eine Übertragungsrate bis zu 2Mbit/s bietet. Obwohl UMTS keine Weiterentwicklung von GSM ist werden die Dienste auch von UMTS unterstützt.
Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Bei UMTS wird zwischen vier unterschiedlichen ZeIlgrößen unterschieden, durch die eine hierarchische Zellstruktur aufgebaut wird:
Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Eine Pikozelle dient der Versorgung auf engsten Raum, typischerweise zur Versorgung eines Gebäudes (Reichweite des Senders max. 100m ). Anwendungsbereiche sind beispielsweise die Versorgung von stark frequentierten Plätzen wie Flughäfen, Bahnhofshallen oder Einkaufszentren. Bei einer Geschwindigkeit eines Teilnehmers nicht schneller als 10 Km/h sind Datenraten von 2 Mbits/s möglich
Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Mikrozelle ist für die innerstädtische Versorgung vorgesehen, wobei die Reichweite wenige km betragen kann. Bei einer Geschwindigkeit von max.120 Km/h sind Datenraten von bis zu 384 kbits/s möglich
Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Makrozelle ermöglicht eine flächendeckende Versorgung im Vorstadtbereich (Reichweite ähnlich wie GSM). Bei einer Geschwindigkeit eines Teilnehmers von 500 km/h werden Datenraten vom 144 Kbits/s erreicht.
Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) Satellitenzelle dient zur Erreichung der globalen Versorgung mit UMTS. Bei einer max. Geschwindigkeit von 1000 km/h werden Datenraten von 144 bis 384 k/bits erreicht. Die Geschwindigkeitsbeschränkungen resultieren aus dem Doppler-Effekt (wenn ein Sender sich bewegt entstehen unerwünschte Frequenzverschiebungen)
Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)
UMTS Anwendungen Internet Informationsdienste: WWW, Buchen Reservieren, Ticketbestellung News Ticker, Wetterberichte Unterhaltung: E-Books, Videoclips, Netzwerkspiele Ortsabhängige Dienste: Navigation, Abfragen lokaler Informationen, Ferndiagnostik
UMTS Anwendungen Finanzdienste: Onlinebanking, Homeshopping, Abfrage von Börsendiensten Kommunikation: Sprach- und Videotelefonie, E-Mail, SMS, Video Postkarten
Betriebsarten Die Hierarchieebenen werden gemeinsam als URAN bezeichnet (UMTS radio access network), das terrestische Funksystem (ohne Satelliten) als UTRA[N] (UMTS terrestial radio access [network]).
Betriebsarten Im terrestrischen Anwendungsbereich werden zwei Betriebsarten unterschieden: Der Frequenzduplexbetrieb (frequency division duplex FDD) ist für Mikro und Makrozellen vorgesehen. In dieser Betriebsart steht das Frequenzband von 1920 bis 1980 MHZ für die Verbindung zur Basisstation und das Frequenzband von 2110 bis 2170 für die Gegenrichtung zur Verfügung. Die Bandbreit beträgt in beiden Richtungen 60 MHz. Durch die unterschiedlichen Frequenzbereiche für Senden und Empfangen ist ein Vollduplexbetrieb möglich.
Betriebsarten Der Zeitduplexbetrieb (time division duplex, TDD) ist für die Pikozellen vorgesehen. Für diese Betriebsart werden die Frequenzbänder von 1900 bis 1920 und von 2010 bis 2025 reservien. Hier werden nicht unterschiedliche Frequenzbänder für das Senden und Empfangen reserviert, sondern es werden Zeitschlitze vorgesehen, die auch dynamisch zugeordnet werden können, wodurch asymetrische Nutzungsmuster realisiert werden können. Mit dem TDD können höhere Übertragungsraten erreicht werden, da bei Bedarf alle Zeitscheiben in eine Richtung eingesetzt werden können. Dadurch ist ein hohes Maß an Synchronisation erforderlich.
Betriebsarten Für die Satellitenzellen sind getrennte Frequenzbereiche (von 1980 bis 2010 MHz und von (2170 bis 2200 Mhz) vorgesehen.
Betriebsarten
Zugangsverfahren Durch das Zugangsverfahren verschafft sich die Mobilstation ein Senderecht. Generell wird bei UMTS zwischen drei Basisverfahren unterschieden
Zugangsverfahren
Zugangsverfahren FDMA (Frequency division multiple access). Dieses Verfahren teilt das zur Verfügung stehende Frequenzband je nach Teilnehmeranzahl in Kanäle auf, wobei jeder Teilnehmer eine exklusiven Kanal erhält. TDMA (time division multiple access) teilt die Bandbreite über Zeitschlitze den Teilnehmern zu
Zugangsverfahren CDMA (code division multiple access) Einsatz erstmalig bei Mobilfunk in UMTS. Eine Technologie die weder von Zeitschlitze noch Kanäle abhängig ist. Daten werden mit "digitalen Fingerabdruck“ versehen. Bedingungen werden vor der Übertragung ausgehandelt. Daten werden über das gesamte Frequenzspektrum übetragen. CDMA hat den Vorteile das die Station weder nach Zeitschlitzen oder freien Frequenzen suchen muß.
Zugangsverfahren Das CDMA Verfahren basiert auf Methoden zur Absicherung von Telefongesprächen im zweiten Weltkrieg. Dabei wurde ein Sprechersignal künstlich (z. Bsp. Mit Zufallszahlen) verzerrt auf die Telefonleitung geschickt um das Gespräch abhörsicher zu gestalten. Mit einem Code lässt sich beim Empfänger die Stimme emulieren. Interessant dabei das Störfrequenzen im Bereich der Menschlichen Stimme keinen Einfluss hat.
Dienstgüte UMTS erlaubt die Einstellung von DienstgüteEigenschaften. Dabei werden vier Dienstgüte - Klassen definiert . Conversational: Diese Klasse stellt die höchste Anforderung an den Übertragungskanal. Sie ist für Sprachverbindung gedacht aber auch für Videokonferenzen. In dieser Klasse muss gewährleistet sein, dass Verzögerungen in der Übertragung niedrig sind .
Dienstgüte Streaming: Hier besteht nur eine Einwegverbindung Die Anforderung an die Verzögerung ist nicht mehr so hoch. Es muss aber eine gewisse Bandbreite und eine zeitliche Konstanz des Datenflusses gewährleistet werden. Anwendung Video- und Audio Streaming
Dienstgüte Interactive: Gedacht für Internet oder auch Datenbankanwendungen. Wichtig hier niedrige Verzögerung und niedrige Fehlerrate. Background : Für Downloads großer Dateien oder das Versenden von E-Mails werden oft keine hohen Anforderungen an die Übertragung gestellt. Damit die Kommunikationsbandbreite für andere, zeitkritische Anwendungen erhalten bleibt, kann die Klasse Background verwendet werden.