UMTS = © Chris + Renate + Gerald 2003

UMTS - Universal Mobile Telecommunications System UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) steht für die europäische Vision eines Mobilfunksystems der 3.Generation. Es soll den weltweiten Erfolg des europäischen Mobilfunksystems der 2.Generation (GSM-Global System for Mobile Communications) fortsetzen, das im Dezember 1998 zirka 100 Millionen Teilnehmer und 300 Netzbetreiber zählte. © Chris + Renate + Gerald 2003

Netzentwicklung Die Entwicklung von UMTS hat zwei Aspekte, das Funknetz und das Trägernetz. Unter Funknetz ist die Mobilstation (Handy), die Basisstation (Sendeempfänger und dazugehörige Steuereinrichtung) und die Funkübertragung (Funkschnittstelle) zwischen beiden zu verstehen. Das Trägernetz eines Mobilfunknetzes besteht aus Verbindungsknoten, die durch ein Netz miteinander verbunden sind. Dieses Netz verbindet die Funkübertragungseinrichtungen (Basisstationen) untereinander und mit anderen Netzen (ISDN, Internet, u.a.). Das Trägernetz von UMTS ist eine evolutionäre Weiterentwicklung des bestehenden GSM-Trägernetzes. Das Funknetz, insbesondere die Methode der Funkübertragung (Funkschnittstelle) von UMTS ist revolutionär neu. Das UMTS-Funknetz wird keine Weiterentwicklung des GSM-Funknetzes sein. Daneben wird aber das GSM-Funknetz weiterentwickelt und noch weiterverwendet. Dies bedeutet, daß es ein gemeinsames Trägernetz, aber zwei getrennt nebeneinander bestehende Funknetze für UMTS und GSM geben wird. Das UMTS-Funknetz wird dank der größeren Bandbreite der Frequenzkanäle (5MHz statt 200kHz bei GSM) und eines neuen Übertragungsverfahrens (CDMA-Code Division Multiple Access) Multimediaanwendungen ermöglichen. Multimedia in UMTS heißt, daß Sprache, Daten, Text, Bilder, Audio und Video mit einer maximalen Datenrate von 2Mbit/s übertragen werden können. Reine Sprachübertragung (ohne Multimedia) wird zu einem großen Teil weiterhin über GSM abgewickelt werden (kostengünstiger); jedenfalls in den Anfangsjahren nach der Einführung von UMTS ca. 2002. © Chris + Renate + Gerald 2003

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Hierarchische Zellstruktur UMTS wird eine globale Funkversorgung besitzen und weltweites Roaming ermöglichen. Zu diesem Zweck wird das Funknetz von UMTS (UMTS Radio Access Network - URAN) hierarchisch in Versorgungsebenen aufgebaut werden. Die jeweils höhere Hierarchieebene versorgt geografisch ein größeres Gebiet als die nächstniedrigere. In der höchsten Hierachieebene werden Satelliten eine globale Versorgung ermöglichen, die darunterliegenden Hierarchieebenen bilden das erdgestützte Funknetz (UMTS Terrestrial Radio Access Network - UTRAN). Sie unterteilen sich in Makro-, Mikro- und Pikoebene. Jede Ebene ist zellular aufgebaut. Je niedriger die Hierarchieebene ist, desto kleiner sind die Zellradien. Kleinere Zellen erlauben eine größere Teilnehmerdichte. Daher werden Makrozellen zur flächendeckenden Grundversorgung, Mikrozellen zusätzlich in dicht besiedelten (städtischen) Gebieten und bei Bedarf Pikozellen in Gebäuden und für sogenannte "hot spots" (z.B. Flughafen, Bahnhofshallen) verwendet. © Chris + Renate + Gerald 2003

Datenrate Die maximale Datenrate und die größtmögliche Teilnehmergeschwindigkeit sind in jeder Hierarchieebene unterschiedlich. In der Makroebene sollen mindestens 144kibt/s bei einer Geschwindigkeit von maximal 500km/h übertragen werden können. In der Mikroebene werden 384kbit/s bei einer Geschwindigkeit von maximal 120km/h möglich sein. Die Pikoebene stellt dem Teilnehmer bis zu 2Mbit/s bei einer Höchstgeschwindigkeit von 10km/h zur Verfügung. Bitfehlerrate und Verzögerungszeit der gesendeten Daten werden in gewissen Grenzen vom Teilnehmer aushandelbar sein. Für Echtzeitanwendungen mit konstanter Verzögerung (Sprachübertragung, Videokonferenz) kann die Bitfehlerrate zwischen 10-3 und 10-7, die maximale Verzögerung kann zwischen 20ms und 300ms liegen. Für Nicht-Echtzeitanwendungen (E-Mail, SMS u.a.) mit variabler Verzögerung kann die Bitfehlerrate zwischen 10-5 und 10-8 liegen. Die maximale Verzögerung kann 150ms und mehr betragen © Chris + Renate + Gerald 2003

Spektrum –(Frequenzen) Das Frequenzspektrum für UMTS liegt zwischen 1900MHz und 2025MHz sowie zwischen 2110MHz und 2200MHz. Für die Satellitenebene (MSS Mobile Satellite Service) ist ein eigenes Frequenzband innerhalb des UMTS-Spektrums spezifiziert (Aufwärtsstrecke 1980MHz bis 2010MHz, Abwärtsstrecke 2170MHz bis 2200MHz). Das verbleibende Spektrum für die erdgestützte (terrestrische) Anwendung wird auf zwei Betriebsarten aufgeteilt. In der Betriebsart Frequenzduplex (FDD Frequency Division Duplex) stehen zwei gleich große Frequenzbänder, eines für die Aufwärtsstrecke (1920MHz bis 1980MHz), und das andere für die Abwärtsstrecke (2110MHz bis 2170MHz) zur Verfügung. In der Betriebsart Zeitduplex (TDD Time Division Duplex) werden die Aufwärtsstrecke und die Abwärtsstrecke nicht durch verschiedene Trägerfrequenzen, sondern durch verschiedene Zeitschlitze auf derselben Frequenz realisiert. Daher benötigt man in der Betriebsart Zeitduplex kein symmetrisches Spektrum, sondern kann das verbleibende Spektrum nutzen. © Chris + Renate + Gerald 2003

Dienste Aus der Sicht des Anwenders wird der Hauptvorteil von UMTS in einem breiten Diensteangebot liegen. Geschwindigkeit, Vielfalt und Benutzerfreundlichkeit der Dienste werden im Vergleich zu GSM deutlich verbessert. Braucht man beispielsweise für das Herunterladen eines Fotos aus dem Internet mit GSM bei 9.6kbit/s noch eine Minute, so wird dies in UMTS nur mehr den Bruchteil einer Sekunde dauern. Um die Dienstevielfalt in UMTS zu erhöhen und den Wettbewerb zwischen den Netzbetreibern zu fördern, werden von der europäischen Standardisierungsbehörde ETSI (European Telecommunication Standards Institute) nur die Rahmenbedingungen vorgegeben. D.h. es werden sogenannte Trägerdienste (bearer services) spezifiziert, welche lediglich Bitrate, Bitfehlerrate und Verzögerung garantieren. Die eigentliche Anwendung (samt Benutzeroberfläche) aus der Sicht des Kunden wird Teledienst genannt. Ein Teledienst kann beliebig viele Trägerdienste aufrufen. Teledienste können von jedem Diensteanbieter (Netzbetreiber) nach eigenem Ermessen frei programmiert und im Netz angeboten werden. Ausnahme von der Regel: Vier Teledienste werden von ETSI vollständig standardisiert und vorgeschrieben, nämlich Sprachübertragung, Fax, SMS und Notruf. © Chris + Renate + Gerald 2003

Nachfolgend werden einige Beispiele von (Tele-) Diensten und Anwendungen genannt, die von UMTS unterstützt werden: Unterricht Virtuelle Schule On-line Labor On-line Bibliothek On-line Sprachlabor Training Informationsdienste WWW-Browsing Interaktives Einkaufen On-line Zeitung On-line Übersetzungen Lokale Informationsdienste Intelligente Such- und Filterfunktionen Unterhaltung Audio on Demand Spiele Videoclips Virtuelles Sightseeing Finanzdienstleistungen Virtuelle Bank On-line Verrechnung und Kontoführung Universelle USIM-Card mit Kreditkartenfunktion (Zahlung per Handy) Öffentliche Dienste Notrufdienste Verwaltungdienste (Behördenwege, basisdemokratische Prozeduren) Kommunikationsdienste Videotelefon Videokonferenz Sprachausgabe und -erkennung Persönliche Lokalisierung © Chris + Renate + Gerald 2003

Konvergenz UMTS bedeutet auch die Konvergenz von Fest- und Mobilfunknetz. Befindet sich der Teilnehmer in der Nähe eines Festnetzanschlusses, wird er automatisch im Festnetz angemeldet und telefoniert über das Festnetz (mit Festnetztarif). Sein UMTS-Handy arbeitet dann als Schnurlostelefon. Verläßt er den Versorgungsbereich des Festnetzanschlusses, wird er automatisch im Mobilfunknetz angemeldet und seine gesamte Kommunikation wird jetzt über das Mobilfunknetz geführt. Die Telefonnummer des Teilnehmers bleibt dabei immer gleich (persönliche Rufnummer). Der Begriff "Konvergenz" wird oft auch in einem anderen Zusammenhang verwendet. Im Laufe der nächsten Jahrzehnte werden Computer, Rundfunk, Fernsehen und Telekommunikation zusammenwachsen. UMTS wird in diesem Szenario Wegbereiter und mobiles Standbein sein. © Chris + Renate + Gerald 2003

nähere Informationen über : Thomas Neubauer, E-mail: Thomas.Neubauer@mobile.nt.tuwien.ac.at © Chris + Renate + Gerald 2003