UMTS Glossar UMTS

UMTS
Glossar
UMTS
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Index UMTS
3GPP, third generation partnership project
IMT, international mobile telecommunications
3GPP2, third generation partnership project 2
for the year 2000
3,5. Generation
LA, location area
4. Generation
LTE, long term evolution
4G-Schichtenmodell
MExE, mobile execution environment
4G layered model
MIN, mobile identification number
ALCAP, access link control application part
Mobilfunk
AMC, adaptive modulation and coding
MSRN, mobile station roaming number
Chiprate
NBAP, node B adaption protocol
CPCH, common packet channel
RAB, radio access bearer
C-RNTI, cell radio network temporary identity
RANAP, radio access network application part
DPCCH, dedicated physical control channel
RIP, radio interface protocol
EMS, enhanced messaging service
RLC, radio link control
EUCH, enhanced uplink channel
RNC, radio network controller
Handover
Roaming
HARQ, hybrid automatic repeat request
RRC, radio resource control
HSDPA, high speed downlink packet access
RSS, received signal strength
HSPA, high speed packet access
SC-FDMA, single carrier frequency division
HSPA+, high speed packet access plus
multiplex access
HSUPA, high speed uplink packet access
Spreizcode
I-HSPA, Internet high speed packet access
Standortverzeichnis
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UMTS
TD-SCDMA, time division synchronous code
division multiple access
TDD, time division duplex
TSG, technical specification group
UICC, universal integrated chip card
UMTS-Handy
UMTS-Netz
UMTS-Standard
UMTS, universal mobile telecommunications
system
UMTS-Stick
UMTS-Übertragungsrate
USIM, universal subscriber identity module
UTRA, UMTS terrestrical radio access
UTRAN, UMTS terrestrial radio access network
VLR, visitor location register
WCDMA, wideband code division multiple
access
Impressum
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UMTS
3GPP, third generation
partnership project
Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ist eine Standardisierungsinitiative, die
zwischen verschiedenen regionalen Standardisierungs-Organisationen aus Europa, den USA
und Asien mit dem Ziel geschlossen wurde, die technischen Spezifikationen für Mobilfunknetze
der 3. Generation voranzutreiben. Das 3GPP-Projekt, an dem auch Industriekonsortien und
Unternehmen mitarbeiten, wurde 1998 ins Leben gerufen und soll das Funkzugangsnetz
(UTRA) und das GSM-Netz weiterentwickeln. Das von 3GPP definierte Mobilfunksystem gehört
zu IMT-2000. Ein weiteres Projekt von 3GPP ist Long Term Evolution (LTE).
Die 3GPP-Spezifikationen, die von Technical Specification Groups (TSG) erarbeitet werden,
beschreiben die Kommunikationsprotokolle innerhalb des Funkzugangsnetzes und die luSchnittstellen. Diese Protokolle sind oberhalb der ATM-Anpassungsschicht (AAL) angesiedelt.
Sie bilden die Steuerungsebene zur Signalisierung und dem Verbindungsaufbau.
3GPP arbeitet eng mit der ITU und ETSI zusammen, die 3GPP-Entwicklungen als Standards
übernehmen. http://www.3gpp.org
3GPP2, third generation
partnership project 2
Das Third Generation Partnership Project 2 (3GPP2) zielt im Gegensatz zu 3GPP auf den
nordamerikanischen und asiatischen Mobilfunkmarkt. Unter der Bezeichnung 3GPP2 werden die
Spezifikationen für die Mobilfunknetze der 3. Generation (3G) entwickelt. Die Vereinbarung
wurde 1998 zwischen asiatischen und nordamerikanischen Telekommunikationsverbänden
getroffen. Dazu gehören ARIB aus Japan, CCSA aus China, TIA aus den Nordamerika, TTA aus
Südkorea und TTC aus Japan.
Mittels 3GPP2 sollen globale Funknetze entwickelt werden, die auf IMT-2000 resp. CDMA2000
basieren. Eines der Projekte von 3GPP2 ist Ultra Mobile Broadband (UMB).
Die Entwicklung der globalen Spezifikationen für die Funktechniken werden unterstützt und
standardisiert von der ANSI, TIA und EIA. http://www.3gpp2.org
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UMTS
3,5. Generation, 3.5G,
3.5 generation
Die Mobilfunktechniken sind in Generationen untergliedert. Die 3. Generation (3G) steht für
UMTS und die 4. Generation (4G) für UMTS Terrestrical Radio Access (UTRA), Long Term
Evolution (LTE) und andere. Zwischen diese Technologien hat man nachträglich die 3,5.
Generation eingefügt.
Bei der 3,5 Generation (3.5G) handelt es sich um die paketvermittelten Techniken High Speed
Downlink Packet Access
(HSDPA) und High Speed
Uplink Packet Access
(HSUPA), die für UMTS
entwickelt wurden. Unter
3.5G fallen aber auch
WiBro und WiMAX,
ebenso Digital
Multimedia Broadcast
(DMB) mit ihren
terrestrischen und
satellitengestützten
Varianten T-DMB und SDMB.
Nach der Einführung der
3G-Mobilfunksysteme,
die im Wesentlichen von
4. Generation, 4G
fourth generation
Die verschiedenen Generationen an Mobilfunknetzen
UMTS geprägt sind,
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UMTS
wurden die Systeme der vierten Generation konzipiert und realisiert. Sie stehen unter der
Zielprojektion „Always best connected“, „Beyond 3G“ und Mobiles Breitband.
Mit den 4G-Systemen werden den Endanwendern Bandbreiten von bis zu 1 Gbit/s im
Nahbereich und bis zu 100 Mbit/s im Fernbereich sowie eine verbesserte Leistungsfähigkeit
zur Verfügung gestellt. Systeme der vierten Generation basieren dabei auf einem Kernnetz
und einer gemeinsamen IP-gestützten Plattform für den Medienzugang. 4G-Netze sind All-IPNetze mit niedriger Latenz und flacher Architektur, die mobiles Breitband mit schnellem
Zugang auf das Internet unterstützen. Die Netzarchitekturen sind für die
Datenpaketvermittlung optimiert, nutzen als Funkschnittstelle OFDMA zur Gewährleistung der
hohen Geschwindigkeiten und von vielen Nutzern pro Funkzelle und die MIMO-Technik zur
Verbesserung der Empfangsbedingungen.
Zu den Mobilfunksystemen der 4. Generation gehören WLANs nach 802.11n, Broadband
Wireless Access (BWA) nach 802.16m, Mobile WiMAX, Ultra Mobile Broadband (UWB), High
Capacity - Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA), iBurst und Evolution Data Optimized
(EVDO).
4G Mobilfunksysteme arbeiten über horizontales und vertikales Handover, das bedeutet
system- und schichtenübergreifend. Ziel der 4G-Aktivitäten ist es, allen Benutzern weltweit
die gesamte Dienstvielfalt netzübergreifend anzubieten.
Die 4G-Aktivitäten werden von den weltweit größten Mobilfunkanbietern unter der
Bezeichnung Next Generation Mobile Network (NGMN) vorangetrieben. Zu den
Gründungsmitgliedern der NGMN-Initiative gehören T-Mobile, Vodafone, Orange, China Mobile,
KPN und NTT DoCoMo.
http://www.ngmn.org
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UMTS
4G-Schichtenmodell
4G layered model
Das Mobilfunkkonzept der 4. Generation setzt auf einer gemeinsamen IP-gestützten Plattform
für den Medienzugang und einem Kernnetz auf. Das Handover wird sowohl die Weitergabe an
andere Sendeeinrichtungen als auch an andere Netze unterstützen. Das Ziel der 4GAktivitäten ist es, die Dienstvielfalt weltweit uneingeschränkt zur Verfügung zur stellen.
Für 4G wurde ein Schichtenmodell konzipiert, das diese Anforderungen erfüllen soll. Das
Modell umfasst fünf Schichten und setzt auf der festverdrahteten Schicht auf. Diese Schicht
bietet statische Verbindungen von physikalischen Medien. Dies können Kabel, aber auch
drahtlose Verbindungen in WLL-Netzen sein.
Der darüber liegende Personal Network Layer dient der Anbindung von Endgeräten über kurze
Distanzen mittels drahtloser Übertragungstechnik. Hier sind die Verfahren Bluetooth, HomeRF
und DECT zu nennen über die Telefone, PADs, Notebooks oder Palmtops angebunden werden
können; aber auch intelligente Sensoren von Haushaltsgeräten.
Der Hot Spot Layer, der sich über dem Personal Network Layer befindet, unterstützt
individuelle Links und ist für Anwendungen mit sehr hohen Übertragungsraten gedacht. Der
Hotspot umfasst WLAN-Systeme wie 802.11 und HiperLAN und ermöglicht die Kommunikation
auf größeren Arealen wie Flughäfen, Messegeländen, Firmenarealen usw.
Der darüber liegende zellulare Layer bietet hohe Übertragungsraten und globales Roaming und
der Distribution Layer soll breitbandige Übertragungssysteme für Broadcast unterstützen, u.a.
Digital Audio Broadcast (DAB), Digital Video Broadcast (DVB) und Satellitensysteme.
ALCAP, access link
control application part
Access Link Control Application Part (ALCAP) ist ein Protokoll auf der Transportschicht von
UMTS. Das ALCAP-Protokoll reagiert auf die Anforderungen der Funknetzschicht zur
Einrichtung, Pflege und Freigabe von permanenten virtuellen Verbindungen (PVC) über ATM.
Das ALCAP-Protokoll kommuniziert wie das Node B Adaption Protocol (NBAP) ausschließlich
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UMTS
zwischen der Basisstation und dem Radio Network Controller (RNC) während des
Verbindungsaufbaus.
AMC, adaptive
modulation and coding
Adaptive Modulation and Coding (AMC) ist eine alternative Verbindungstechnik in
Mobilfunknetzen der 3. Generation. Die AMC-Technik bietet eine hohe Flexibilität um die
Modulationstechniken an die mittleren Kanaleigenschaften anzupassen, und zwar für jeden
einzelnen Benutzer. Mit AMC wird die Leistung des übertragenen Signals während eines
Frame-Intervalls konstant gehalten, was durch die Änderung der Modulationstechniken und
Codeformate erreicht wird.
Chiprate
c/s, chips per second
Bei Code Division Multiple Access (CDMA) und Wideband Code Division Multiple Access
(WCDMA) spricht man bei der Übertragungsgeschwindigkeit von der Chiprate oder auch
Symbolrate. Je höher die Chiprate ist, desto größer ist die Übertragungsrate und die
resultierende Bandbreite des übertragenen Signals. Die Chiprate und die Datenrate sind über
den Spreizcode miteinander verknüpft: Datenrate (bit/s) gleich Chiprate (c/s) geteilt durch
den Spreizcode. Bei WCDMA resp. UMTS ist die Chiprate fest und beträgt bei dem
Frequenzband von 5 MHz 3,84 MChips/s. CDMA arbeitet hingegen mit 1,25 MHz breiten
Frequenzbändern, die eine Chiprate von 1,2288 MChips/s ermöglichen. Da in CDMA mit
Mehrträgertechnik mit bis zu drei Frequenträgern gearbeitet werden kann, erhöht sich die
Chiprate somit auf 3,6864 MChips/s und entspricht damit annähernd der von W-CDMA.
CPCH, common packet
channel
Der Common Packet Channel (CPCH) ist im UMTS-Standard verankert und dient der
paketbasierten Datenübertragung. Die Datenrate des CPC-Kanals ist abhängig von den
übertragenen Daten und beträgt ein Vielfaches von der des Dedicatet Channel (DCH).
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UMTS
C-RNTI, cell radio
network temporary
Die Cell Radio Network Temporary Identity (C-RNTI) ist eine in UMTS temporär zugeteilte 16
Bit lange Identifikationsnummer. Mit dieser Nummer kann innerhalb einer Funkzelle ein Handy
identity
eindeutig identifiziert werden. Beim Wechsel von einer Funkzelle in eine anderer wird dem
Teilnehmer eine neue C-RNTI zugewiesen. Die C-RNTI dient der Zuweisung von Datenpaketen
zum richtigen Mobilgerät.
DPCCH, dedicated
physical control channel
Bei UMTS gibt es zwei Uplink-Kanäle, den Dedicated Physical Control Channel (DPCCH) und
den Dedicated Physical Data Channel (DPDCH), wobei über den DPCCH-Kanal
Kontrollinformationen vom den Benutzergeräten zur Funkbasisstation (BTS) übertragen
werden. Der DPCCH-Kanal hat immer auf dem Code 0 einen Spreizfaktor von 256.
EMS, enhanced
Enhanced Messaging Service (EMS) ist ein erweiterter SMS-Standard, der die Übermittlung von
messaging service
multimedialen Objekten einschließt. Er wurde von namhaften Mobilfunkunternehmen ins Leben
gerufen. Die Grundlagen des EMS-Standards wurde von dem Partnerschafts-Projekt der dritten
Mobilfunkgeneration 3GPP definiert, einem Standardisierungs-Gremium, das auch maßgeblich
zur Vereinheitlichung der GSM- und SMS-Plattformen beigetragen hat. EMS ergänzt SMS um
neue Funktionen; die SMS-Textnachrichten können mit einfachen Bildern, Tönen und
Animationen bereichert werden. Die Standardgröße für Bilder und Animationen beträgt 96 x 32
Pixel. Der Empfang von EMS-Nachrichten setzt ein EMS-kompatibles Handy voraus.
EUCH, enhanced uplink
channel
Die Bezeichnung Enhanced Uplink Channel (EUCH) steht für die gesteigerte Datenrate von
HSUPA im Uplink. Dabei handelt es sich um eine 3,5G-Technologie, mit der UMTS-Netze im
Up- und Downlink eine höhere Datenrate übertragen.
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UMTS
Handover
HO, handover
Das Handover (HO) ist ein Übergabeverfahren in Zellularnetzen und in WLANs, das bei aktiver
Kommunikation angewandt wird und dann in Funktion tritt, wenn das Handy von einer
Funkzelle in eine benachbarte wechselt. Sobald das Empfangsgerät den Sendebereich einer
Basisstation verlässt und in den der nächsten Basisstation eintritt, tritt das Handover in
Funktion. Die Kommunikation wird unterbrechungsfrei weitergeführt, obwohl die Sender der
ersten und der folgenden Basisstation auf unterschiedlichen Frequenzen senden. Ausgelöst
wird das Handover, wenn die Feldstärke an der Mobilstation oder dem WLAN-Client keine
einwandfreie Übertragung zulässt. Der Zeitpunkt für die Umschaltung wird sowohl über die
empfangene Feldstärke ermittelt als auch über die Auswertung eines 4-kHz-Pilottons.
Die Übergabeprozedur erfolgt innerhalb von 5 ms bis 10 ms und kann von der Basisstation aus
erfolgen, aber auch von der Mobilstation aus. Bei GSM erfolgt das Handover von der
Basisstation aus, man spricht
dann von einem zentralen
Handover; bei DECT wird ein
dezentrales Handover
angewendet, das von der
Mobilstation gesteuert wird.
Dieses Verfahren wird auch
als Mobile Controlled
Handover (MCHO) bezeichnet.
Das Handover kann innerhalb
einer Funkzelle stattfinden
(Intracell-HO), durch
Handover eines Handys beim Wechsel in eine andere Funkzelle
Umschaltung auf eine andere
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UMTS
Funkfrequenz, oder zwischen zwei benachbarten Funkzellen (Intercell-HO), die von einer
Basisstation aus gesteuert werden. Darüber hinaus kann das Handover zwischen Funkzellen
erfolgen, die von der gleichen oder von verschiedenen Funkbasissteuerungen (BSC) verwaltet
werden, die wiederum mit verschiedenen Mobilfunkvermittlungsstellen (MSC) verbunden sind.
Neu spezifiziert, aber noch nirgends realisiert, ist das Inter-PLMN-HO, also das Handover
zwischen verschiedenen Netzbetreibern.
HARQ, hybrid automatic
repeat request
Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) wird bei High Speed Downlink Packet Access
(HSDPA) und bei Mobile-WiMAX zur Effizienzsteigerung benutzt. Die HARQ-Technik dient der
fehlerfreien Übertragung von Datenpaketen und kann fehlerhaft empfangene Datenpakete
erneut anfordern. Dabei wird das als fehlerhaft erkannte Datenpaket gespeichert und nach
dem erneuten Senden wird es decodiert und in Verbindung mit den vorher empfangenen
Paketkopien betrachtet.
HARQ arbeitet in einem Stop-and-Wait-Mechanismus, der auf Bestätigungen und negativen
Rückmeldungen basiert, bei der die Empfangsstation über einen Kanal mit der Sendestation
kommuniziert. Im Falle von High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) und High Speed
Uplink Packet Access (HSUPA) ist es der E-HICH-Kanal mit der Sendestation mit der
Empfangsstation kommuniziert.
HSDPA, high speed
High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) und High Speed Uplink Packet Access (HSUPA)
downlink packet access
sind Erweiterungen des UMTS-Standards hin zu höheren Übertragungsgeschwindigkeiten.
HSDPA für das Downlink, HSUPA für das Uplink.
Die von 3GPP definierte HSDPA-Technik arbeitet mit paketbasiertem Datendienst in WCDMA,
dem von der ETSI standardisierten breitbandigen Zugangsverfahren für Mobilfunknetze der 3.5
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UMTS
Generation (3.5G). Die Datenrate für
die Downlink-Übertragung liegt
zwischen 8 Mbit/s und 10 Mbit/s; für
Multiple Input Multiple Output
(MIMO) sogar bei 20 Mbit/s bei
HSDPA und HSUPA für den Down- und Uplink im UMTS-Netz
einem 5 MHz breiten
Übertragungskanal. Die Architektur
von HSDPA hat eine parallele
Struktur, die einen hohen
Datendurchsatz bei niedrigen
Taktraten ermöglicht. HSDPA
arbeitet mit einer verbesserten
Modulationstechnik, einer Kombination aus Quadratur-Phasenumtastung (QPSK) und
Quadraturamplitudenmodulation (QAM16), mit der in Verbindung mit einer speziellen
Kompression, dem so genannten Turbo Codec, Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis
zu 21,6 Mbit/s erreicht werden. Zur Erhöhung der Datenrate werden auch Diversitäts-Verfahren
eingesetzt, so als Antennen- oder Receiver-Diversität. Darüber hinaus zeichnet sich HSDPA
durch extrem kurze Antwortzeiten aus, die bei 2 ms liegen kann.
Der Vorteil von HSDPA gegenüber dem schnelleren WiMAX liegt in der Infrastruktur. HSDPA ist
für mobile Anwendungen ausgelegt und benötigt bei Handys lediglich einen SoftwareDownload, bei Notebooks zusätzlich HSDPA-Karten um in den vorhandenen UMTS-Netzen
arbeiten zu können, WiMAX hingegen benötigt eine vollkommen neue Infrastruktur.
Für HSDPA, das in die Standards von 3GPP eingegangen ist, wurde die 3.5 Generation (3,5G)
der Mobilfunknetze definiert.
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UMTS
HSPA, high speed
packet access
High Speed Packet Access (HSPA) ist eine Weiterentwicklung von UMTS. Es verwendet die
gleichen Frequenzbänder wie UMTS und kennt die drei Übertragungstechniken High Speed
Downlink Packet Access (HSDPA), High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) und High Speed
OFDM Packet Access (HSOPA). Diese übertragungstechnischen Aufrüstungen setzen auf der
UMTS-Technik auf und benutzen deren Infrastruktur.
Ziel von High Speed Packet Access (HSPA) ist die Erhöhung der Datenrate, die Ausweitung der
Netzwerk-Kapazität und die Beschleunigung des Zugriffs auf Datendienste. Mit dieser Technik
können Mobilfunkbetreiber paketvermittelte Hochgeschwindigkeitszugänge im Uplink und
Downlink realisieren. Die
HSPA-Technik kommt all
jenen zugute, die in beiden
Übertragungsrichtungen
hohe Datenraten und eine
schnelle Interaktion
zwischen Downlink und
Uplink benötigen. Dazu
gehören beispielsweise
Videokonferenzen,
Internettelefonie und Mobile
Office. Die Datenraten
Die Entwicklung der Datenraten von UMTS, HSPA und LTE
erreichen im Downlink zum
Endgerät 14,4 Mbit/s, im
Uplink 5,76 Mbit/s.
Zu den von HSPA benutzten
13
UMTS
Techniken gehört u.a. das schnelle Datenübertragungsprotokoll Hybrid Automatic Repeat
Request (HARQ), bei dem der Empfänger fehlerhaft empfangene Datenpakete direkt neu
anfordert. Die Anforderungszeit ist mit 2 ms wesentlich kürzer als die von UMTS, wo sie 10 ms
beträgt.
HSPA nutzt den UMTS-Übertragungsrahmen mit einer Länge von 10 ms und 15 Zeitschlitzen.
Es werden lediglich Subframes von je 2 ms und 3 Zeitslots eingeführt.
Als leistungsfähigere Variante von HSPA hat 3GPP HSPA+ standardisiert.
HSPA+, high speed
packet access plus
High Speed Packet Access Plus (HSPA+) ist eine leistungsfähigere Variante von HSPA, die von
3GPP standardisiert wurde. Im Gegensatz zu HSPA, das im Downlink als HSDPA Datenraten
bis zu 10 Mbit/s bietet, bringt es der Downlink von HSPA+ auf 28 Mbit/s und der Uplink auf 11
Mbit/s, anstelle von 1,5 Mbit/s bei HSUPA. Die höheren Datenraten von HSPA+ wirken sich in
einer verkürzten Pingzeit aus und sind ideal für alle datenintensiven mobilen Anwendungen.
Mit HSPA+ wird ein kontinuierlicher Übergang von der Mobilfunknetzen der 3,5. Generation zu
denen der 4. Generation mit Long Term Evolution (LTE) geschaffen.
HSPA+, das ebenso wie HSPA die UMTS-Infrastruktur benutzt, arbeitet mit einem
Mehrantennensystem nach dem MIMO-Verfahren und verwendet als Codierung die
Quadraturamplitudenmodulation, im Downlink als QAM64 und im Uplink als QAM16.
HSUPA, high speed
High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) ist eine Ergänzung von UMTS mit der das Third
uplink packet access
Generation Partnership Project (3GPP) die Übertragungsraten für den Upstream in UMTSNetzen erhöht. Die Datenraten von HSUPA liegen mit 1,0 Mbit/s bis 1,5 Mbit/s unter denen
der Downstream-Technik HSDPA. Sie können aber mit speziellen Techniken wie dem Enhanced
Uplink (EUL), dessen Übertragungskanal mit Enhanced Uplink Channel (EUCH) bezeichnet
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UMTS
wird, auf Übertragungsraten bis zu 5,76 Mbit/s erhöht werden.
HSUPA hat einen Enhanced Uplink Channel für Daten, E-DCH, mit drei weiteren
Signalisierungskanälen für das Downlink, die die erhöhte Datenrate von HSUPA unterstützen:
In dem E-HICH, E-DCH HARQ Indicator Channel, wird die Übertragung von dem UMTS-Handy
in dem E-DCH zu bestätigt. Der E-AGCH, der E-DCH Absolute Grant Channel, zeigt der UMTSMobilstation die mögliche Datenrate im Uplink an und die zulässige Sendeleistung. Über den
dritten Signalisierungskanal E-RGCH, was für E-DCH Relative Grant Channel steht, kann die
Uplink-Datenrate erhöht oder reduziert werden.
Ziel der HSPA-Aktivitäten ist es die beiden Dienste HSDPA und HSUPA in UMTS-Netzen zu
kombinieren. Damit könnten dann Anwendungen realisiert werden, die in beiden
Übertragungsrichtungen hohe Datenraten benötigen, wie Videokonferenzen oder E-Mails mit
großem Anhang.
Generell sind für HSDPA und HSUPA entsprechende UMTS-Handys mit Datenkarte erforderlich.
I-HSPA, Internet high
speed packet access
Internet HSPA (I-HSPA) ist eine kombinierte High-Speed-Technik für den reinen Datentransfer.
Diese Technik soll in UMTS-Netzen die Kosten für den Transfer von großen Datenmengen im
Backhaul reduzieren. Bei I-HSPA handelt es sich um eine vereinfachte Technik von High Speed
Downlink Packet Access (HSDPA) und High Speed Uplink Packet Access (HSUPA), die über
UMTS-Netze mit den gleichen Endeinrichtugen betrieben wird. Der Datenstrom wird allerdings
von der Basisstation aus an diversen UMTS-Knoten für die Vermittlung und Signalisierung
vorbei, direkt ins Internet geführt wird. Bei I-HSPA, das HSDPA und HSUPA nutzt, werden
breitbandige Datenübertragungsstrecken im Uplink und Downlink aufgebaut.
Der Vorteil liegt in der Kostenreduzierung für das Backhaul und darüber hinaus in der
Vermeidung einer Überdimensionierung der vermittelnden Netzknoten.
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UMTS
Technisch wird I-HSPA durch ein Upgrade der UMTS-Basisstationen realisiert. Die I-HSPATechnik, die keine Sprachkommunikation unterstützt, sondern ausschließlich
Datenkommunikation, ist besonders interessant für Datenendgeräte wie PDAs, Notebooks,
Spiele-Computer und Musik-Terminals.
IMT, international
mobile
telecommunications for
the year 2000
IMT-2000
IMT-2000 ist ein von der ITU verabschiedeter Standard für den Mobilfunk der 3. Generation
(3G) im Frequenzbereich um 2.000 MHz, resp. 2 GHz. Die Zahl 2000 bezieht sich dabei auf die
Jahreszahl.
Um den Anforderungen aller Nationen gerecht zu werden, hat die ITU unter dem ITM-2000Standard mehrere Einzelstandards gegliedert. Dadurch können Netzbetreiber bereits
bestehende Infrastrukturen der 2. Generation (2G) in die Netze der 3. Generation
implementieren. Die IMT-2000-Familie besteht aus den Mobilfunksystemen UMTS und
CDMA2000, die allerdings unterschiedliche Übertragungsverfahren wie CDMA oder TDMA
benutzen.
Im IMT-2000, dem Nachfolgekonzept von Future Public Land and Mobile Telecommunication
System (FPLMTS), werden hohe Datenübertragungsraten realisiert, wofür IMT-2000
verschiedene Service-Profile für unterschiedliche Anwendungen und Übertragungsraten
definiert. Eine Realisierung von IMT-2000 ist UMTS.
IMT-2000 bietet Time Division Duplex (TDD) und Frequency Division Duplex (FDD) für
asymmetrische und symmetrische Datendienste. In Europa werden WCDMA und TD-CDMA
eingesetzt. IMT-2000 bietet auch eine Option für Satellitenübertragung. Die
Übertragungsbereiche für IMT-2000 liegen zwischen 1,985 GHz und 2,025 GHz sowie zwischen
2,110 GHz und 2,200 GHz.
16
UMTS
LA, location area
Aufenthaltsbereich
Die Location Area (LA) ist der Ort, an dem sich die Mobilstation gerade befindet. Dieser
Bereich, der die logische Zusammenfassung mehrerer benachbarter Funkzellen bildet, wird in
GSM-Systemen von der VLR-Datenbank überprüft und kann einen oder auch mehrere
Funkzonen umfassen. Die Größe der Location Area ist abhängig von der Verkehrsdichte und
der Kapazität des Besucher-Registers. Die Größe sollte so sein, dass die Teilnehmerdaten bei
lokalen Bewegungen der Mobilstation nicht ständig aktualisiert werden müssen. Große
Aufenthaltsbereiche können bis zu 4.000 qkm groß sein.
In der Location Area wird der Mobilfunkteilnehmer durch den Location Area Code (LAC)
identifiziert.
LTE, long term evolution
Den verschiedenen Mobilfunktechniken werden Generationen zugeordnet. So gehört der GSMStandard der 2. Generation (2G) an, UMTS der dritten (3G) und HSDPA wird der 3,5.
Generation zugeordnet. Long Term Evolution (LTE) ist als Nachfolgetechnik von UMTS und High
Speed Downlink Packet Access (HSDPA) anzusehen. Sie hat daher die chronologische
Einordnung als 3,9. Generation (3.9G). Alle Highspeed-Technologien konkurrieren um den
Markt des Mobile Broadband und des Mobile Internet. Long Term Evolution wird dabei von den
großen Betreibern der UMTS-Netze priorisiert, die sich weltweit zur LTE-Technologie bekannt
haben. Die LTE-Technologie ist damit weltweit der erste einheitliche Mobilfunkstandard
überhaupt.
Die Standardisierung der LTE-Technik ist in 3GPP als Release 8 definiert. Diese Technik kann in
Verbindung mit Multiple Input Multiple Output (MIMO) und Orthogonal Frequency Division
Multiplexing Access (OFDMA) Spitzendatenraten von 100 Mbit/s im Downlink empfangen.
Neben der höheren Datenrate nutzt die LTE-Technik den zur Verfügung stehende
Frequenzbereich effizienter aus. Im Uplink werden Datenraten von 50 Mbit/s vom Mobilgerät
17
UMTS
zur Basisstation erreicht. Die hohen Datenraten werden durch Zuweisung von verschiedenen
Bandbreiten erzielt. So können Bandbreiten von 1,25 MHz, 1,6 MHz, 2,5 MHz, 3 MHz, 5 MHz,
10 MHz, 15 MHz und 20 MHz flexibel zugewiesen werden.
Weiterhin steigert die in LTE angewandte MIMO-Technik den Antennengewinn und erhöht die
Empfangsleistung, weil bei dieser Technik mehrere Antennen in Gruppen zusammengefasst
werden. Jede Verdoppelung der Antennenzahl verursacht einen um 3 dB höheren
Empfangspegel, wenn die Antennensignale miteinander verknüpft sind und eine
Wellenüberlagerung
erfolgt. Ein 4x4-AntennenArray hat somit eine um 3
dB höhere
Empfangsleistung als ein
2x2-Antennen-Array.
Darüber hinaus bietet das
MIMO-LTE-Konzept eine
verbesserte Unterdrückung
von Interferenzen und eine
bessere
Verbindungsqualität.
Übertragungsfrequenzen
von Long Term Evolution
Für LTE-Mobilfunk stehen
Die Entwicklung der Datenraten von UMTS, HSPA und LTE
in Deutschland zwei
Frequenzbereich zur
18
UMTS
Verfügung: der eine Frequenzbereich liegt im UHF-Bereich zwischen 790 MHz und 862 MHz.
Das ist der Frequenzbereich, der durch die Digitale Dividende bei der Umstellung auf DigitalTV frei wurde. Dieser Frequenzbereich wurde zwischen den Netzbetreibern Telekom (DTAG),
Vodafone und O2 aufgeteilt. Er ist besonders interessant für den funktechnischen Anschluss
von Smartphones an das mobile Internet. In diesem Frequenzbereich gibt es zwischen den
Uplink-Frequenzen und denen für das Downlink eine Frequenzlücke zwischen 823 MHz und 832
MHz. Diese Frequenzlücke wird als Mittenlücke bezeichnet und wurde für Drahtlossysteme und
Funkmikrofone freigegeben. Der zweite Frequenzbereich, der wie der erste von der
Bundesnetzagentur
versteigert
wurde, liegt
zwischen 2,5
GHz und 2,69
GHz. In
diesem
Frequenzbereich
sind
verschiedene
Frequenzbänder
Frequenzbereiche von Long Term Evolution (LTE) in Deutschland
den
Netzbetreibern
Telekom,
Vodafone,
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UMTS
E-Plus und O2 zugeordnet. Long Term Evolution (LTE) arbeitet auf der physikalischen Ebene im
Downlink mit OFDM als Zugangsverfahren, diese Technik wird auch als High Speed OFDM
Packet Access (HSOPA) bezeichnet. Im Uplink kommt das Zugangsverfahren Single Carrier
Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) zum Einsatz. Long Term Evolution ist so
konzipiert, dass es als Upgrade von vorhandenen Mobilfunktechnologien angesehen werden
kann, so von CDMA2000 und EVDO. Als Nachfolgetechnologie von LTE wird von 3GPP bereits
Long Term Evolution Advanced (LTE-A) ausgearbeitet.
Die ersten Pilotprojekte starteten 2010 und sendeten in ländlichen Bereichen in dem aus der
digitalen Dividende stammenden Frequenzbereich bei 800 MHz.
MExE, mobile execution
environment
Das Mobile Execution Environment (MExE) ist eine funktional erweiterte WAP-Technologie, die
auf Java basiert. MExE ist Teil der Spezifikationen von 3GPP und definiert eine flexible und
sichere Anwendungsumgebung für mobile GSM- und UMTS-Handys oder PDAs. Es verfügt über
mehr Funktionen als das WAP-Protokoll und hat auch mehr Einsatzmöglichkeiten.
Es gibt verschiedene MExE-Versionen:
MExE Class Mark 1 basiert auf dem WAP-Protokoll und eignet sich für mobile Endgeräte mit
eingeschränkten Funktionen und einem kleinen Display für Textanzeigen.
MExE Class Mark 2 unterstützt leistungsfähigere Anwendungen, die eine höhere
Prozessorleistung haben, einen größeren Speicher und ein größeres Display für grafische
DArstellungen.
MExE Class Mark 3 unterstützt Java-Anwendungen und basiert auf Java 2 Micro Edition (J2ME).
MExE Class Mark 4 basiert auf einer Common Language Infrastructure - Compact Profile (CLI
CP). Es kann mit vielen mobilen Endgeräten und diversen Programmiersprachen eingesetzt
werden.
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UMTS
MIN, mobile
identification number
Die Mobile Identification Number (MIN) entspricht der International Mobile Subscriber Identity
(IMSI) im GSM-Standard. Es ist eine 34 Bit lange Kennzeichnung, die aus der Telefonnummer
erzeugt wird. Sie ist Bestandteil der Electronic Serial Number (ESN), die die Rufnummer für
Nicht-GSM-Handys bildet.
Bei analog arbeitenden Zellularnetzen der 1. Generation (1G) wird die Mobile Identification
Number für das Routing des Anrufs benutzt. In den meisten Netzen der 2. Generation (2G)
benutzt das Mobilfunksystem eine temporär zugeteilte Nummer für das Routen.
Mobilfunk
cellular radio
Der Mobilfunk bildet die übertragungstechnische Seite der Mobilkommunikation. Man
unterscheidet von der Anwendung her im Mobilfunk die Bereiche des Flugfunks, des Seefunks
und des Landfunks sowie von der Art der Übertragung her die Analog- und Digitalübertragung.
Darüber hinaus wird zwischen verschiedenen Mobilfunkarten unterschieden: dem Mobilfunk für
Sprachkommunikation mit den zellularen Mobilfunknetzen, dem Datenfunk, dem SatellitenMobilfunk und dem Bündelfunk, der mit Frequenzbündeln arbeitet.
Die Entwicklung des Mobilfunks reicht zurück bis zu Beginn dieses Jahrhunderts, als erstmals
Schiffe funktechnisch erreicht werden konnten. In den frühen zwanziger Jahren wurden die
Möglichkeiten der Mobilkommunikation auf Kraftfahrzeuge übertragen, um beispielsweise
Polizei-Autos direkt mit der Zentrale zu verbinden. Es folgten Systeme für die Eisenbahnen.
Bereits 1950 gab es in Deutschland die ersten Inselnetze für Mobilfunk, die im 30-MHzBereich sowie im 80-MHz-Bereich arbeiteten. Mitte der sechziger Jahre nimmt AT&T das erste
zellulare Mobilfunknetz in Betrieb. Vor allem in den skandinavischen Ländern wurden bereits
1970 erste Mobilfunknetze installiert.
1971 folgte in Deutschland mit dem A-Netz, dem damals weltweit größten
zusammenhängendem Mobilfunknetz, das allerdings noch handvermittelt war. Es folgte ein
21
UMTS
Jahr später das B-Netz, analog wie das A-Netz, aber mit vollautomatischer Vermittlung. Die
auf analoger Technik basierenden Sprachnetze gehören zu den Mobilfunksystemen der 1.
Generation (1G). 1985 folgte dann das C-Netz, ein vollautomatisches, zellulares Netz, das im
450-MHz-Bereich arbeitet. 1988 ist dann mit Inmarsat die erste kommerzielle, mobile
Satellitenübertragung in Betrieb.
Es folgen 1992 die ersten GSM-Netze, die zu den Mobilfunknetzen der 2. Generation (2G) zu
zählen sind und
bereits 1993 die
ersten DCS-Netze.
Mit dem Aufbau und
Ausbau der
Sprachdienste,
Kurzmitteilungsdienste,
Datendienste und
Fax-Dienste sowie
der Inbetriebnahme
des
satellitengestützten
Iridium-Systems im
September 1998 hat
Mobilkommunikationstechniken, deren Mobilität und Datenrate
der Mobilfunk der
Mobilkommunikation
neue Einsatzbereiche
erschlossen.
22
UMTS
Die Mobilfunksysteme der 3. Generation (3G) sind im wesentlichen von UMTS geprägt.
Mit „Beyond 3G“ wurden zwei weitere Generationen definiert: 3.5G und 3.9G, von denen
letztere in der 4. Generation aufging. Beide setzen auf der UMTS-Infrastuktur auf und
zeichnen sich durch wesentlich höhere Datenübertragungsraten aus. 3.5G arbeitet mit HighSpeed-Access HSDPA und HSUPA und erreicht Datenraten von ca. 20 Mbit/s und 4G benutzt
Long Term Evolution (LTE) oder Ultra Mobile Broadband (UMB) und kommt auf Datenraten von
100 Mbit/s. Die Techniken der 4. Generation zeichnen sich ab, sie sind aber noch nicht
festgeschrieben. Bei dieser Technik-Generation geht es um Hochgeschwindigkeiten von 100
Mbit/s und höher, um Mobilität und die ständige Verbindung zum Netz: „Always connected“.
Zu diesen Technologien gehören EVDO, Mobile-WiMAX, iBurst, Ultra Mobile Broadband (UWB)
und Long Term Evolution (LTE).
Mobilfunk kennzeichnet die funktechnische Übertragung von einem stationären oder auch
mobilen Sender zu einem mobilen Empfänger. Beim Sender spricht man von der Basisstation,
beim Empfänger von der Mobilstation. Je nach funktechnischer Ausrichtung ist das
Sendegebiet ein regional begrenztes Gebiet von einigen wenigen Kilometern Ausdehnung. Die
Größe des Sendegebietes wird im Wesentlichen durch das Mobilfunkkonzept definiert und ist
direkt abhängig von der Sendeleistung. Gliedern sich die einzelnen Sendegebiete als
abgegrenzte Gebiete aneinander, spricht man von einer zellularen Struktur; die Sendegebiete
nennt man Funkzellen. Im Gegensatz dazu steht die Versorgung eines Sendebereiches mit
einem Bündel von Frequenzen.
MSRN, mobile station
roaming number
Aufenthaltsnummer
Die MSRN-Nummer (Mobile Station Roaming Number) ist die Aufenthaltsnummer des
Mobilfunkteilnehmers. Diese Nummer dient der Rufweiterleitung und dem Routen der
Verbindung hin zum Aufenthaltsort der Mobilstation. Die MSRN-Nummer beinhaltet die
23
UMTS
Kennziffer des Landes, des Netzes und der zugehörigen Vermittlungsstelle des aktuellen
Aufenthaltsortes und wird zum Adressieren der Mobilfunkvermittlungsstelle genutzt, für den
Zugriff auf das Besucherverzeichnis und zum Umlenken der Gespräche.
NBAP, node B adaption
Node B Adaption Protocol (NBAP) ist das Protokoll auf der UMTS-Funknetzschicht, das die
protocol
Signalisierung auf der Steuerebene über die lu-Schnittstelle (lub) hinweg gewährleistet und
die Kommunikation zwischen der Basisstation und Radio Network Controller (RNC) ermöglicht.
RAB, radio access
bearer
Funkzugangskanal
Der Radio Access Bearer (RAB) ist ein UMTS-Service für die Einhaltung der Dienstgüte (QoS).
Über diesen Funkzugangskanal wird die Dienstgüte bei der Kommunikation auf
Teilnehmerebene zwischen dem Teilnehmergerät (UE) und dem Kernnetz sichergestellt. Der
Radio Access Bearer Service prüft dabei beim UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN)
ob dieses entsprechende Ressourcen hat um die angeforderte Dienstgüte zu realisieren. Dazu
wird auch geprüft, ob noch freie Kanäle vorhanden sind.
RANAP, radio access
Beim UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) erfolgt die Signalisierung zwischen
network application part
UTRAN und dem Kernnetz über die lu-Schnittstelle mit Radio Access Network Application Part
(RANAP). RANAP umfasst die Steuerprozeduren und die Steuerinformationen für die
Funknetzsteuerung (RNC) und kann auch auf die Funktionen des Mobile Switching Center
(MSC) oder der Serving GPRS Support Node (SGSN), beides Komponenten des Kernnetzes,
Einfluss nehmen. RANAP kennt verschiedene Prozedurklassen.
RIP, radio interface
protocol
Das Radio Interface Protocol (RIP) ist ein Protokoll, das in UMTS für die Einrichtung und
Verwaltung der Funkdienste benutzt wird. Das Protokoll unterstützt die Funktionen der auf
24
UMTS
den Schichten 2 und 3 angesiedelten Funkdienste.
RLC, radio link control
Das Radio Link Control Protocol (RLC) ist ein Funkverbindungs-Steuerungsprotokoll, das in
UMTS die Segmentierung und den Rücktransport der Nutz- und Signalisierungsdaten
unterstützt. Die RLC-Instanzen werden so konfiguriert, dass sie entweder in einem
transparenten oder in einem nichttransparenten Modus arbeiten.
Zu den RLC-Funktionen gehören das Mapping mit der Aufteilung von Protokoll-Dateneinheiten
(PDU) und logischen Kanälen. Drüber hinaus die Verschlüsselung und die Segmentierung. Bei
der Segmentierung werden größere Protokoll-Dateneinheiten in kleinere Nutzdaten-Einheiten
verpackt.
Die RLC-Services umfassen den Datentransfer, die Einstellung der Dienstgüte (QoS) und das
Fehler-Reporting, bei dem das RLC-Protokoll die übergeordneten Schichten über Fehler
informiert, die es nicht korrigieren kann.
RNC, radio network
controller
Der Radio Network Controller (RNC) ist eine Komponente des UMTS- und des ModacomNetzes. Sie ist in ihrer Funktionalität vergleichbar der MSC in GSM-Netzen und steuert und
Funknetzsteuerung
überwacht die Mobilstationen. In UMTS-Netzen ist der RNC eine Komponente von UTRAN. In
Modacom-Netzen können in einer Region maximal vier Controller bis zu 64 Basisstationen
steuern.
Die Radio Network Controller kommunizieren untereinander und können selbstständig den
Handover zwischen geografisch getrennten Funkzellen durchführen.
Für die Kommunikation des Radio Network Controller mit anderen Radio Network Controllers
oder anderen Komponenten gibt es verschiedene I-Schnittstellen sowie eine Mur-Schnittstelle.
Von den I-Schnittstellen übernimmt die In-Schnittstelle die Verbindung zwischen dem Radio
25
UMTS
Network Controller und dem Kernnetz, die Inb-Schnittstelle ist die Verbindung zwischen dem
RNC und einem weiteren Knoten, die Iu-Schnittstelle stellt die Verbindung zur
Mobilfunkvermittlungsstelle (MSC) dar, und die Iur-Schnittstelle ist Verbindung zwischen zwei
Radio Network Controllern.
Das Management-Interface wird durch die Mur-Schnittstelle gebildet, die den Radio Network
Controller (RNC) mit dem Network Management Centre (MSC) verbindet.
Roaming
Damit eine mobile Station innerhalb eines Mobilfunksystems ohne Unterbrechung der
Mobilkommunikation von Funkzelle zu Funkzelle wandern kann, muss zwischen den Funkzellen
ein spezielles Übergabeverfahren eingeführt werden; dieses wird Roaming genannt. Der
Teilnehmer kann sich im gesamten Versorgungsbereich eines Mobilfunknetzes bewegen, ohne
seine Kommunikation einschränken zu müssen. Auch wenn der Bereich, in dem sich der
Teilnehmer befindet, nicht durch seinen Betreiber versorgt wird, kann er ohne Einschränkungen
das Netz benutzen. Das Roaming kann auch grenzüberschreitend erfolgen, nämlich dann,
wenn der Betreiber im Ausland ein entsprechendes Abrechnungsabkommen mit dem
nationalen Betreiber hat. Man spricht dann vom International Roaming.
Bei WLANs tritt dieses Problem in gleicher Weise auf wie bei Mobilfunksystemen. Wandert
eine Mobilstation von einer Funkzelle zur nächsten, wechselt sie von einem LAN-Segment des
lokalen Netzwerks in ein anderes. Um vom Sender zur mobilen Station zu gelangen, müssen
die Datenpakete nun einen anderen Weg nehmen als zuvor. Das automatische und
unterbrechungsfreie Re-Routing der Datenpakete in das neue Segment ist in den Protokollen
für drahtgebundene Netzwerke nicht vorgesehen und muss darum in drahtlosen lokalen
Netzwerken speziell realisiert werden.
Das Verwalten der Standorte der einzelnen Stationen durch die Zugangspunkte eines
26
UMTS
Mehrzellen-Netzes ist eine Möglichkeit, den Datenverkehr zwischen Stationen, die sich in
unterschiedlichen Funkzellen befinden, zu regeln und abzuwickeln. Jeder Zugangspunkt muss
periodisch die Stationen innerhalb seiner Funkzelle ermitteln und in einer Tabelle nachführen.
Datenpakete, die für Stationen bestimmt sind, die sich nicht innerhalb dieser Funkzelle
befinden, werden nicht durchgelassen. Bewegt sich eine Station von einer Funkzelle zur
anderen, wird sie an der Zellengrenze von zwei Access Points gleichzeitig empfangen. In
diesem Fall müssen die Access Points unter sich die Übergabe-Prozedur, das so genannte
Handover-Verfahren, aushandeln und abwickeln.
Dass ein spezieller Router diese Funktion wahrnimmt, stellt eine andere Möglichkeit dar.
Dieser Router erfüllt zentral die Funktionen der Access Points. Dies hat den Vorteil, dass die
Access Points weniger Intelligenz und Rechenkapazität benötigen und darum billiger
hergestellt werden können.
Die WiFi-Allianz hat für das WLAN-Roaming den Standard WISPr veröffentlicht, der für viele
weitere Spezifikationen und Standards als Grundlage dient.
RRC, radio resource
Das Radio Resource Control Protocol (RRC) ist ein Protokoll für die Steuerung der
control
funktechnischen Ressourcen in UMTS. RRC ist auf der dritten Schicht angesiedelt und sorgt für
die Signalisierung zwischen dem Teilnehmergerät (UE) und UMTS Terrestrial Radio Access
Network (UTRAN). Zu den Funktionen des RRC-Protokolls gehören der Verbindungsaufbau und
-abbau sowie der Betrieb und die Kontrolle der Verbindung zwischen den genannten
Komponenten. Um eine geforderte Dienstgüte (QoS) zu unterstützen, können gleichzeitig
mehrere Funkverbindungen zu einem Teilnehmergerät aufgebaut werden. Darüber hinaus
bietet das RRC-Protokoll Paging, Broadcast und Nachrichten zwischen UTRAN und
Teilnehmergerät, eine Kontrolle der Übertragungsleistung und der Verschlüsselung.
27
UMTS
RSS, received signal
strength
Received Signal Strength (RSS) ist eines von mehreren Hochfrequenz-basierten
Ortungsverfahren, das auf der Messung der Feldstärke basiert. Die empfangene Feldstärke
(RSS) ist abhängig von der Entfernung, die der Empfänger vom Sender hat. Sie ändert sich
somit von Ort zu Ort.
Da die Feldstärke einer elektromagnetischen Welle bei isotroper Abstrahlung mit dem Quadrat
der Entfernung vom Sender abnimmt, kann man aus dem gemessenen RSS-Wert Rückschlüsse
auf die Entfernung zwischen Empfänger und Sender ziehen, vorausgesetzt man kennt die
abgestrahlte HF-Leistung. Bei isotroper Abstrahlung der Hochfrequenz haben alle in einer
bestimmten Entfernung vom Sender kreisförmig angeordneten Punkte die gleiche Feldstärke.
Damit allein ist keine Ortung möglich, diese kann erst über die Messung der
Empfangsfeldstärke von zwei oder mehr Basisstationen realisiert werden. Bei zwei
Basisstationen ist noch eine Doppeldeutigkeit des Ortes gegeben.
SC-FDMA, single carrier
frequency division
multiplex access
Das Zugangsverfahren Single Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) wird im
Uplink der LTE-Technik (Long Term Evolution) verwendet. Das Verfahren vereint einen
niedrigen Crest-Faktor eines Einzelträgersystems mit der flexiblen Frequenzzuweisung und
den langen Symbolzeiten von OFDM. Diese Technik wird in Kombination mit einer vielstelligen
Quadraturamplitudenmodulation (QAM64) eingesetzt.
Spreizcode
Die Spreizbandtechnik ist eine Technik zur besseren Ausnutzung des zur Verfügung stehenden
spreading code
Frequenzbandes. Statt die Signale mit Frequenz- oder Zeitmultiplex zu übertragen, können sie
ebenso mit Code-Spreizung über die Funkfrequenzen übertragen werden. Verschiedene
Mobilfunktechniken setzen entsprechende Techniken ein, so WCDMA, 802.11, das GPS-System
und auch UMTS in den Uplink-Kanälen.
28
UMTS
Beim Spreizcode handelt es sich um einen Code, der von einem speziellen Codegenerator
generiert wird und aus einer hochbitratigen Codesequenz besteht. Die kleinsten
Informationseinheiten innerhalb der Codesequenz werden als „Chips“ bezeichnet; zur
Unterscheidung von Bits. Die Übertragungsrate wird in Chips/s angegeben.
Standortverzeichnis
HLR, home location
register
Das Home Location Register (HLR)
ist eine Komponente des Switching
Subsystems (SSS) des GSM-Netzes.
Die HLR-Datenbank ist die zentrale
Datenbank innerhalb der GSMArchitektur. In ihr werden alle
Informationen über die
Mobilfunkteilnehmer gespeichert,
die einem bestimmten stationären
Bereich zuzuordnen sind.
Diese Teilnehmerdaten dienen u.a.
dem Verbindungsaufbau und der
Diensteführung. Je nach Netzgröße,
Teilnehmerzahl und
Netzorganisation können in einem
GSM-Netz auch mehrere HLRRegister vorhanden sein.
Ein HLR-Register kann mehrere
Semipermanente und temporäre Daten des HLR
100.000 Teilnehmer verwalten. Die
29
UMTS
Teilnehmerrufnummer zeigt an, zu welchem GSM-Netz der Teilnehmer gehört und in welchem
Home Location Register sich seine Daten befinden.
TD-SCDMA, time division
synchronous code
Time Division Synchronous Code Division Multiple Access (TD-SCDMA) ist ein von Siemens IC
Mobile und der China Academy of Telecommunications Technology entwickeltes UMTS-
division multiple access
Übertragungsverfahren, das von der ITU herausgegeben wurde und international innerhalb des
UMTS-Standards gleichberechtigt neben den anderen Technologien Frequency Division Duplex
(FDD) und Time Division Duplex (TDD) für UMTS benutzt wird.
Beim TD-SCDMA-Verfahren handelt es sich um eine Kombination des Code Division Multiple
Access (CDMA) und des Time Division Multiple Access (TDMA), wobei das »S« auf den
Synchron-Modus hinweist. Bei diesem Verfahren arbeiten alle Basisstationen synchron. Der
TD-SCDMA-Standard erlaubt eine besonders gute Ausnutzung des Frequenzspektrums und
übertrifft konkurrierende Technologien hinsichtlich Servicequalität und Funkreichweite. Das
Verfahren eignet sich auch für ungepaarte Übertragungskanäle.
Für die TD-SCDMA-Technik stehen diverse Frequenzbänder 1,85 GHz und 2,01 GHz zur
Verfügung; der Kanalabstand beträgt 1,6 MHz. Der Medienzugriff kann mit CDMA oder TDMA
erfolgen, als Modulation verwendet TD-SCDMA Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) und
Offset Quadrature Phase Shift Keying (OQPSK). Die Datenraten liegen in der Spitze bei 2
Mbit/s.
Die Akzeptanz von TD-SCDMA ist sichergestellt, da das Verfahren nicht nur mit den UMTSÜbertragungsverfahren FDD und TDD arbeitet, sondern auch mit GSM.
TDD, time division
duplex
Beim Time Division Duplex (TDD) handelt es sich um ein Zeitmultiplex (TDM) für
Funkübertragungen. Mit dieser Funktechnik werden die Funkkanäle von Uplink und Downlink
30
UMTS
zwischen Empfangsund Basisstation
getrennt. Beim TDDVerfahren benutzen
der Uplink und der
Downlink die gleichen
Übertragungsfrequenzen
im Zeitmultiplex mit
periodischer
TDD-Betrieb mit Zeitmultiplex in einem Übertragungskanal
Umschaltung. Damit
der Uplink- und Downlink-Verkehr sauber getrennt werden, werden sowohl zwischen den
einzelnen Rahmen als auch zwischen den Sende- und Empfangsdaten Schutzzonen
eingerichtet.
Bei TDD kann die zur Verfügung stehende Bandbreite effizient genutzt, allein dadurch, dass
die Datenrate während des Betriebs im zeitlichen Übertragungsrahmen variiert werden kann.
Dadurch können dem Up- und Downstream Bandbreiten zugeordnet werden. TDD kann somit
symmetrisch und auch asymmetrisch betrieben werden.
Das TDD-Verfahren wird u.a. bei der schnurlosen Telefonie (CT), bei UMTS und Bluetooth
angewendet. Das Alternativ-Verfahren für den Duplex-Betrieb von Funkkanälen ist das FDDVerfahren mit Frequenzmultiplex.
TSG, technical
specification group
Beim Third Generation Partnership Project (3GPP) werden die Arbeitsgruppen, die die
Spezifikationen ausarbeiten Technical Specification Group (TSG) genannt. Sie setzen sich aus
Spezialisten der einzelnen 3GPP-Mitglieder zusammen, die die Ergebnisse in der ITU zur
31
UMTS
Sprache bringen. Es gibt fünf TSG-Gruppen für das Kernnetz (TSG-CN), das Funkzugangsnetz
(TSG-RAN), für Services und Systemaspekte (TSG-SA), für Endgeräte (TSG-T) und für GSM/
EDGE Radio Access Networks (TSG-GERAN).
UICC, universal
Die Universal Integrated Chip Card (UICC) ist eine von der ETSI standardisierte Chipkarte für
integrated chip card
UICC-Karte
Handys und den mobilen elektronischen Handel. E-Commerce. Die UICC-Karte bietet eine
Multi-Applikations-Plattform auf der mehrere Anwendungen parallel betrieben werden können.
Die UICC-Karte hat die Größe einer ID1-Karte und dient als SIM-Karte oder USIM-Karte für
Handys. Eine kleinere Version in der Größe der ID000-Karte ist als Mini-SIM-Karte in die SIMKarte eingestanzt. Während die Mini-SIM-Karte die Größe einer ID000-Karte hat, ist die MiniUICC-Karte mit 15 mm x 12 mm nur noch halb so groß und entspricht der Micro-SIM-Karte. Sie
führt die Bezeichnung 3FF, was für eine ein Drittel Form Faktor (Third Form Factor) steht. Die
Mini-UICC-Karten sind für mobile Geräte konzipiert, die keine Telefonfunktionen haben. So für
Armbanduhren, GPS-Geräte oder Digitalkameras.
Die UICC-Karten sind in dem Standard ISO 7816 in den physischen Eigenschaften, den
Abmessungen und den elektrischen Eigenschaften spezifiziert.
UMTS, universal mobile
telecommunications
system
Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) ist ein vom ETSI 1998 standardisiertes
System für die universelle Mobilfunk-Telekommunikation. Dieser Standard soll die bisherige
Mobilkommunikation über GSM, wie sie in den D- und E-Netzen angewandt wird, mit einem
erweiterten Leistungsspektrum ablösen. Vor allem im Bereich der Multimediatechnik soll UMTS
dank der hohen UMTS-Übertragungsraten leistungsfähige Multimediadienste unterstützen.
Dazu gehören neben den Sprach- und Audiodiensten die schnelle Daten-, Grafiken- und
Textübertragung sowie die Übertragung von Bewegtbildern und Video. Den Anforderungen
32
UMTS
entsprechend sind UMTS-Handys mit einer Videokamera und einem Farbdisplay ausgestattet.
UMTS integriert die Leistungsmerkmale der Leitungsvermittlung der GSM-Technik und der
Datenpaketvermittlung der GPRS-Technik und schafft dadurch die besten Voraussetzungen für
schnellen Datentransfer. Darüber hinaus enthält UMTS Spezifikationen, die den Transport von
Daten auf der Grundlage des IP-Protokolls unterstützen und so die Verwendung von UMTS für
einen funkgestützten Internet-Zugang ermöglichen.
Außerdem soll der UMTS-Standard auch für die In-House-Kommunikation genutzt werden und
als Standard für die Satellitenkommunikation, ohne die ein weltweites Netz nicht realisierbar
ist. Durch den
ergänzenden
Einsatz von
satellitengestützten
UMTSMobilfunksystemen
soll auch ohne
die Existenz
flächendeckender
terrestrischer
UMTS-Systeme
eine globale
Erreichbarkeit für
UMTS-Teilnehmer
realisiert
UMTS-Schichten
werden.
33
UMTS
Im Jahre 2000 wurden in den meisten europäischen Ländern die Lizenzen für die
Frequenzbänder vergeben. In einigen Ländern, so auch in Deutschland, erfolgte dies in Form
einer öffentlichen Versteigerung unter Federführung der Regulierungsbehörde. Die Lizenzen
gingen dabei an T-Mobile von der Deutschen Telekom, an Mannesmann Mobilfunk, Mobilcom,
Group 3G, E-Plus und Viag Interkom.
Für die Rufnummern wurden von der Regulierungsbehörde RegTP der Nummernraum 015
freigegeben. An die Lizenznehmer wurden folgende Rufnummernblöcke mit jeweils 100
Millionen elfstelligen Rufnummern reserviert: (0)1505 Group 3G, (0)1511 T-Mobile, (0)1520
Vodafone und (0)1566 Mobilcom.
http://www.umts-forum.org
UMTS-Handy
Bedingt durch das Leistungsspektrum von UMTS mit den wesentlich gesteigerten
UMTS mobile phone
Datenübertragungsraten gegenüber den anderen Mobilfunkdiensten wie High Speed Circuit
Switched Data (HSCSD) und GPRS, richten sich die Einsatzbereiche für UMTS-Handys, dem
User Equipment, auf die visuelle Kommunikation: Multimedia Messaging Service (MMS) mit
Videotelefonie und Streaming-Media von Audio und Videoclips. Dementsprechend sind UMTSHandys mit Videokameras und einem kleinen Farbdisplay ausgestattet. Bedingt durch die
äußerst kompakte Bauweise von Handys, können die eingebauten Kameras nicht mit
herkömmlichen optischen Linsen ausgestattet werden, weil dafür kein Platz vorhanden ist.
Daher haben Handy-Kameras kleine Mikrolinsen oder Flüssigkeitslinsen, deren Fokussierung
mit Electrowetting erfolgt, einer Technik mit der Flüssigkeitstropfen verformt werden können.
Die Auflösung der LCD-Displays kann der von QCIF entsprechen, also 176 x 144 Pixel, und
eine Farbtiefe von bis zu 16 Bit erreichen. Über den internen Speicher können je nach
Speicherkapazität einige hundert Bilder oder mehrere Videosequenzen gespeichert werden.
34
UMTS
UMTS-Handys unterstützen die
bekannten Telefonie-, MMS-, E-Mailund Streaming-Dienste, sie können
auch mit MP3-Playern und
Navigationssystemen ausgestattet
sein und eignen sich als KameraHandys für die Videotelefonie. Die
Weiterentwicklung hin zum TV-Handy
ist durch größere Displays und die
Empfangseinrichtungen für
terrestrisches Digital-TV geprägt.
UMTS-Netz
UMTS network
Die Leistungsfähigkeit des UMTS-Netzes wird durch eine neuartige Zellenstruktur erzielt,
wobei Zellen unterschiedlicher Größe und mit unterschiedlichen Datenraten kombiniert
werden. Innerhalb einer Funkzelle stehen allen aktiven Teilnehmern gemeinsam pro Duplex-5MHz-Frequenzband eine Bandbreite von 2 Mbit/s zur Verfügung.
Als kleinste Funkzelle mit einem Radius von unter 100 Metern gibt es die Picozelle, die für die
Versorgung im Gebäude- und Grundstücksbereich sorgt. Die Mikrozelle, die nächstgrößere
Funkzelle, kann Stadtbereiche versorgen und hat eine Ausdehnung von bis zu mehreren
Kilometern. Darüber hinaus gibt es für Vororte und ländliche Bereiche die Makrozelle, die
einen Versorgungsbereich von 20 km und mehr abdeckt. Für noch größere Flächenabdeckung
sorgen die Hyperzelle und mit einem Radius bis zu einigen hundert Kilometern die UmbrellaZellen. Die beiden Funkzellen werden in dem globalen Konzept von UMTS auch als Weltzelle
bezeichnet.
35
UMTS
Die Netz-Infrastruktur des zellularen UMTS-Netzes kennt als zentrale Zellenstation die
Basisstation, die allerdings Node „B“ genannt wird. Diese leitet die Daten an die
übergeordnete Steuereinheit weiter, den Radio Network Controller (RNC). Von dort geht es
über eine Schnittstelle, dem Media-Gateway ins Kernnetz. Der funktechnische Teil des UMTSNetzes heißt UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network).
Das UMTS-Netz wird auch für den Ausbau von High Speed Downlink Packet Access (HSDPA)
und High Speed Uplink Packet Access (HSUPA), die mit wesentlich höheren Datenraten
arbeiten, genutzt.
UMTS-Standard
UMTS standard
Der UMTS-Standard kennt mehrere verschiedene Zugangs- und Modulationsverfahren: TDMA
und WCDMA mit Frequency Division Duplex (FDD) und Time Division Duplex (TDD). TDMA soll
nur in den ersten Jahren zur Sprachübertragung verwendet werden. Demgegenüber hat
WCDMA mit FDD den Vorteil, dass mehrere Teilnehmer gleichzeitig einen Kanal benutzen
können.
UMTS sieht Datenübertragungsraten von 384 kbit/s bei mobilen Anwendungen und bis zu 2
Mbit/s bei Verbindungen zu stationären Endgeräten vor. Gesendet wird in den
Frequenzbereichen zwischen 1,900 GHz und 2,025 GHz sowie zwischen 2,110 GHz und 2,200
GHz. Der Upstream-Bereich unterteilt sich in einen 20 MHz breiten Frequenzbereich zwischen
1,900 GHz und 1,920 GHz, in dem das TDD-Verfahren eingesetzt wird und einem weiteren
Upstream-Bereich zwischen 1,920 GHz und 1,980 GHz, der für Frequency Division Duplex
(FDD) reserviert ist. Der Downstream-Bereich liegt für die TDD-Übertragung zwischen 2,010
GHz und 2,025 GHz und für FDD-Übertragung zwischen 2,110 GHz und 2,170 GHz.
Darüber hinaus ist der Frequenzbereich zwischen 1,980 GHz und 2,010 GHz für Mobile Satellite
Services (MSS) reserviert, ebenso wie der Bereich zwischen 2,170 GHz und 2,200 GHz für den
36
UMTS
UMTS-Frequenzbereiche
Satelliten-Downstream. Diese Satelliten-Frequenzbänder könnten dann benutzt werden, wenn
keine terrestrische Übertragung möglich ist. Dadurch kann UMTS auch von Global-Reisenden
weltweit benutzt werden: terrestrisch oder über Satellit.
UMTS-Stick
UMTS stick
Das Mobile Computing basiert auf Mobilfunknetzen mit höheren Datenraten, wie sie UMTSNetze oder WiMAX-Netze bieten. Da die UMTS-Infrastruktur in Ballungsgebieten gut
ausgebaut ist, können externe UMTS-Modems an die Mobilgeräte angeschlossen und darüber
der Internetzugang realisiert werden.
Im UMTS-Standard ist für mobile Anwendungen eine Datenrate von 384 kbit/s spezifiziert. Die
HSPA-Zugangstechniken HSUPA und HSDPA erhöhen diese Datenrate auf 5,76 Mbit/s (HSUPA)
bzw. 7,2 Mbit/s (HSDPA, Stufe 3). Für mobiles Internet sind diese Techniken in UMTS-Sticks,
die auch als Surfsticks bezeichnet werden, realisiert. UMTS-Sticks sind kaum von USB-Sticks
37
UMTS
zu unterscheiden, sie enthalten den UMTS-Receiver und das -Modem, und haben einen USBStecker, der in die USB-Schnittstelle des Notebooks, Netbooks oder Tablets gesteckt wird. In
den UMTS-Sticks befinden sich ein Einschubfach für die USIM-Karte, außerdem können
Informationen auf dem Flashspeicher des Sticks gespeichert werden.
UMTSÜbertragungsrate
UMTS transmission rate
Die Übertragungsgeschwindigkeit von UMTS ist einer der wesentlichen Vorteile gegenüber
allen anderen Mobilfunksystemen. Geht man bei GSM von einer typischen
Übertragungsgeschwindigkeit von 9,6 kbit/s aus, so werden bei High Speed Circuit Switched
Data (HSCSD) theoretisch 115,2 kbit/s erreicht, wobei man in der Praxis von 57,6 kbit/s bzw.
38,4 kbit/s ausgeht, bei General Packet Radio Service (GPRS) theoretisch 171,2 kbit/s, die
sich in der Praxis auf 58 kbit/s reduzieren dürften, und bei UMTS liegt der theoretische Wert
bei 2 Mbit/s bzw. einer Chiprate von 3,84 MChips/s.
Dieser Wert steht allen aktiven Teilnehmern einer Funkzelle gemeinsam in einem 5-MHz-Kanal
zur Verfügung. Weil die Bandbreite unter den aktiven Teilnehmern aufgeteilt wird, werden die
2 Mbit/s nur dann erreicht, wenn sich nicht mehr als ein aktiver UMTS-Nutzer in einer
Funkzelle befindet. Bei zwei aktiven Anwendern schrumpft die Bandbreite 384 kbit/s. Sind fünf
Anwender in einer Zelle aktiv, verfügen diese jeweils über 144 kbit/s und bei neun Anwendern
sogar nur noch über 64 kbit/s.
Die genannten Zahlen beziehen sich auf die Datenübertragung und nicht auf das Telefonieren.
USIM, universal
subscriber identity
module
USIM-Karte
Universal Subscriber Identity Module (USIM) ist eine Speicherkarte mit der UMTSAnwendungen auf einer UICC-Karte gespeichert werden. Sie ist vergleichbar einer SIM-Karte,
allerdings für UMTS bestimmt und verfügt über zusätzliche Merkmale. Auf der USIM-Karte sind
neben benutzerspezifischen Daten die Zugangsberechtigung des UMTS-Providers gespeichert.
38
UMTS
Die Karte kann die standardisierte Größe von Chipkarten haben oder sie ist in kleineren
Größen als Steckkarte für das UMTS-Mobiltelefon verfügbar.
Die auf der USIM-Karte gespeicherten Daten entsprechen denen auf der SIM-Karte, ebenso die
Prozedur mit der Einbuchung. Zur Unterstützung der Nahfeldkommunikation (NFC) wird eine
Schnittstelle standardisiert, um die USIM-Daten auslesen zu können.
UTRA, UMTS terrestrical
radio access
UMTS Terrestrical Radio Access (UTRA) ist eine terrestrische Funkzugangstechnologie, die von
3GPP spezifiziert wurde. UTRA arbeitet frequenzeffizient und unterstützt Frequency Division
Duplex (FDD) und Time Division Duplex (TDD). Diese Technologie wurde vom ITU in IMT-2000
als IMT-DS (FDD) und IMT-TC (TDD) übernommen. Das bedeutet ein nahtloses globales
Roaming. Bei UTRA stellen die Basisstationen die Funkverbindung zu den mobilen Endgeräten,
den UMTS-Handys.
UTRA-TDD belegt vier 5-MHz-Kanäle im Frequenzbereich zwischen 1,900 GHz und 1,920 GHz.
UTRA-FDD hat für das Uplink zwölf 5-MHz-Kanäle zwischen 1,920 GHz und 1,980 GHz, zwei
weitere Kanäle für den unlizenzierten Betrieb zwischen 2,010 GHz und 2,020 GHz und weiter
dreizehn Kanäle für das Downlink zwischen 2,020 GHz und 2,025 GHz und 2,110 GHz und
2,170 GHz. Der Data Link Layer der UTRA-FDD-Schnittstelle ist in die zwei Unterschichten, die
Control Plane und die User Plane, untergliedert.
UTRAN, UMTS
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) ist der funktechnische Teil eines UMTS-
terrestrial radio access
network
Netzes, in dem auch die Funkschnittstelle zur Verfügung gestellt wird. UTRAN ist eine
Komponente im mobilen Zugangsnetz und besteht aus einem Knoten, der Node B, und dem
Radio Network Controller (RNC).
Die Node B entspricht der Bodenstation; sie kann mehrere Funkzellen verwalten und findet in
39
UMTS
GSM-Netzen in der Base Transceiver
Station (BTS) ihr Äquivalent, der
Radio Network Controller (RNC)
entspricht dem Base Station
Controller (BSC) im GSM-Standard. An
einem RNC sind mehrere Node B
angeschlossen, die über die ATMbasierten lub-Schnittstellen mit
diesen verbunden sind, ebenso wie
die RNCs, die über die lurSchnittstellen miteinander
kommunizieren. Das UTRAN ist
dadurch in der Lage, Handovers
eigenständig durchführen zu können.
So dass Teilnehmer von einer
Funkzelle mittels Roaming in einen
anderen Funkzellenbereich wechseln
können.
VLR, visitor location
Das Besucherverzeichnis (VLR) ist
register
Besucherverzeichnis
eine Komponente des Switching
Subsystems (SSS) eines GSM-Netzes.
Das Switching Subsystem umfasst
unterschiedliche Datenbanken, in
UTRAN-Architektur
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UMTS
denen individuelle Teilnehmerdaten gespeichert werden. Eine dieser Datenbanken ist die HLRDatenbank, eine weitere die VLR.
Das Visitor Location Register ist eine lokale Datenbank mit wenigen Steuerungsfunktionen.
Sie beinhaltet Daten, die für Gesprächsverbindungen relevant sind. Diese Besucherdatei
enthält Daten über die Mobilstation und deren Teilnehmer, die sich in ihrem Bereich aufhalten.
Die VLR-Daten werden beim Roaming durch die Mobilstation und vom HLR dynamisch
aktualisiert. Wenn ein Besucher sich durch Einschalten seiner Mobilstation in das Netz
einbucht, so erfolgt dies in einer Funkzelle, die zu einer bestimmten Location Area gehört. Ein
Besucherverzeichnis verwaltet einen geografischen Bereich, der aus mehreren Location Areas
besteht.
Beim Einbuchen gibt der Teilnehmer seine Identität bekannt; die entsprechenden
Teilnehmerdaten können dann im HLR-Register, das sich in einem anderen GSM-Netz befindet,
angefordert werden. Auf diese Weise wird die Berechtigung des Teilnehmers überprüft und bei
Bestätigung die Verbindung zum gewünschten Teilnehmer hergestellt. Bei dem Empfang von
Gesprächen aus Fremdnetzen, mit dem die HLR angesprochen wird, wird die aktuelle VLR des
Teilnehmers abgefragt und die Verbindung in das entsprechende GSM-Netz weitergeleitet.
WCDMA, wideband code
division multiple access
Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA), Breitband-CDMA, ist ein von der ETSI
beschriebenes breitbandiges Zugangsverfahren, das Mobilfunkdienste der 3. Generation (3G)
unterstützt.
Das Verfahren kann in UMTS mit Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 2 Mbit/s
eingesetzt werden. Es zeichnet sich dadurch aus, dass die Informationen gleichzeitig in zwei
Phasen moduliert werden. WCDMA eignet sich ideal für Hochgeschwindigkeitsübertragungen,
so für Multimedia-Anwendungen mit Bewegtbildübertragung und wird auch in High Speed
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UMTS
Downlink Packet Access (HSDPA) eingesetzt.
Der UMTS-Standard WCDMA-FDD, Frequency Division Duplex (FDD), wird in verschiedenen
Regionen eingesetzt. Der Standard arbeitet im Uplink von der Mobilstation zur Basisstation im
Frequenzband zwischen 1,920 GHz und 1.980 GHz und im Downlink zwischen 2,110 GHz und
2,170 GHz. Der Kanalabstand beträgt 5 MHz, das Kanalraster 200 kHz. Im Uplink wird mit
Hybrid Phase Shift Keying (HPSK) moduliert, im Downlink mit Quadrature Phase Shift Keying
(QPSK).
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Impressum
UMTS
Urheber
Klaus Lipinski
Datacom-Buchverlag GmbH
84378 Dietersburg
ISBN: 978-3-89238-232-4
Titel: UMTS
E-Book, Copyright 2011
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