Technik: So funktionieren UMTS-Netze optimal
UMTS und PWLAN

MobileMobilfunk

Sowohl ein zu weitmaschiges als auch ein zu enges UMTS-Netz schafft Probleme. Wie die Funkübertragung bei UMTS am besten funktioniert, zeigt unser Workshop.

Qualität der UMTS-Übertragung

Technik: So funktionieren UMTS-Netze optimal

Während E-Plus und O2 versuchen, mit vergleichsweise wenigen UMTS-Zellen die wichtigsten deutschen Städte mit UMTS-Diensten abzudecken, haben T-Mobile und Vodafone bereits ein besonders dichtes Netz an Zellen aufgebaut. Doch auch eine quasi zu gute Netzabdeckung kann dazu führen, dass die Qualität der UMTS-Übertragung hinter den legitimen Erwartungen des Nutzers zurückbleibt. »Überlappen sich an einem Ort zu viele Zellen, dann stören diese das UMTS-Gerät des Kunden. Dieses kann nämlich bislang nur drei Zellen im so genannten Active Set korrekt verwalten«, erklärt Marc Althoff, Chef von P3 Solutions.


P3 Solutions
liefert an alle großen Mobilnetzbetreiber Messwerte zur Qualität der UMTS- und GPRS-Datenübertragung und zur jeweiligen Netzabdeckung. Vodafone ist dank seines sehr eng geknüpften Netzes besonders gut auf schnell wachsende Nutzerzahlen eingerichtet, aber in diesem Netz sind auch am ehesten Probleme durch Überlappung zu erwarten.

Bei T-Mobile sind hingegen noch nicht in allen Zentren großer deutscher Städte UMTS-Dienste auch in Gebäuden verfügbar. Wer sich für einen UMTS-Vertrag mit E-Plus und O2 interessiert, sollte deshalb vor Vertragsabschluss genau prüfen, ob an den von ihm oft frequentierten Orten tatsächlich bereits UMTS in befriedigender Qualität zur Verfügung steht. Dabei sollten Nutzer ein besonderes Augenmerk auf die Verfügbarkeit im Gebäudeinneren legen: Hier besteht am ehesten die Gefahr von Mängeln bei der Funkübertragung.

O2, T-Mobile und Vodafone D2 bieten unterschiedliche UMTS-Tarife zum Surfen mittels PCMCIA-Steckkarte an. Momentan stellen T-Mobile und Vodafone D2 eine Bandbreite von maximal 384 KBit/s (sechsfache ISDN-Geschwindigkeit) bereit. Das reicht für zügiges Surfen am Notebook, hochwertige Videostreams erscheinen aber lediglich in Handy-Displaygröße. O2 setzt die Höchstgeschwindigkeit nicht wie die Mitbewerber auf 384 KBit/s, sondern vorerst auf nominell 128 KBit/s fest. 384 KBit/s sind für einen späteren Termin vorgesehen. E-Plus will seinen Kunden das Surfen per UMTS im Sommer ermöglichen.

Gegenüber dem heutigen GSM-Mobilfunk (um 900 und um 1800 MHz) stehen für die dritte Mobilfunkgeneration neue Funkfrequenzen (1900 bis 2200 MHz) mit einer 25-mal breiteren Kanalbandbreite zur Verfügung (5 MHz statt 200 KHz). Diese Datenraten werden vor allem durch die neue Funktechnik erzielt. Diese ist für Datenanwendungen optimiert und beherrscht auch paketorientierte Übertragungen (PS, Packet Switched).


Neue Funkübertragung bei UMTS

Technik: So funktionieren UMTS-Netze optimal

Die neue Funkübertragung bei UMTS basiert auf dem so genannten W-CDMA-Verfahren (Wideband Code Division Multiplexing Access), das sich von dem bisher bei GSM eingesetzten Zeitmultiplex-Verfahren (TDMA = Time Division Multiplex Access) unterscheidet. Der alte GSM-Standard gibt jedem Teilnehmer nur innerhalb eines starren Zeitschlitzes die Möglichkeit zu senden und zu empfangen. Oft wird dabei aber das Zeitfenster nicht voll ausgenutzt und wertvolle Kapazitäten werden verschenkt.

Bei UMTS hingegen senden alle Teilnehmer zur gleichen Zeit durchgehend auf einem wesentlich verbreiterten Frequenzband. Dabei werden die einzelnen Datenpakete mit einem speziellen Code versehen, den nur der Empfänger entschlüsseln kann und damit die für ihn bestimmten Pakete aus dem Datenstrom herausfiltert. UMTS kann so die vorhandenen Kapazitäten wesentlich wirtschaftlicher ausschöpfen, ungenutzte Bandbreite steht anderen Nutzern zur Verfügung.

Beim Aufbau einer Internet-Verbindung via UMTS wird zunächst nach einer Identitätsprüfung eine verschlüsselte Verbindung zum nächstgelegenen Funkmast hergestellt, der bei UMTS Node B heißt. Solche Funkmasten sind über RNCs (Radio Network Controller) miteinander verbunden, die unter anderem die Übergabe des Teilnehmers an einen anderen Masten bei Bewegungen ausführen (Hand-over).

Die nächste Station auf dem Weg ins Internet ist der Mobile Services Switching Center (MSC). Dieser stellt sicher, dass die Funkverbindung bestehen bleibt, indem er über die RNCs und die Funkmasten die Verbindungs-Nachführung koordiniert, sobald sich der Teilnehmer bewegt. Der MSC ist an Datenbanken angeschlossen, die die Standorte aller Teilnehmer speichern, so kann bei einem eingehenden Telefonanruf die Verbindung in die richtige Funkzelle weitergeleitet werden.

Ein Sonderfall des MSC speziell für Datendienste ist der Serving GPRS Support Node (SGSN), der zunächst via Kundendatenbank-Abfrage sicherstellt, wer welche Dienste nutzen darf. Ist der User zum Zugriff auf das Internet berechtigt, weil er einen entsprechenden Tarif gebucht hat, wird der Dienst auf Anfrage aktiviert und die Verbindung zum GGSN (Gateway GPRS Support Node) geöffnet. Dieser stellt nun die Verbindung zu den paketorientierten Netzen wie dem Internet her. In den GGSN ist in der Regel zusätzlich eine Firewall integriert.

Mit der Aktivierung des Internet-Dienstes erhält der mobile Teilnehmer eine IP und einen IP-Tunnel für die Datenpakete. Zusätzlich wird ausgehandelt, welche Qualität der Dienst haben soll. Videostreaming benötigt beispielsweise eine höhere Qualität als reines Websurfen. Angeforderte Datenpakete aus dem Internet werden dann vom GGSN Richtung Empfänger in den IP-Tunnel geschickt und über den SGSN zum RNC weitergeleitet. Dieser stellt über den entsprechenden Node B den Funkkontakt zum Nutzer sicher ? die Internet-Verbindung steht.