Was ist UMTS?

1. Einleitung

Ungefähr 10 Jahre nach Einführung von GSM wurde UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) in Österreich in Betrieb genommen. Bei UMTS handelt es sich um die Mobilnetztechnologie der dritten Generation (3G), nach den analogen Netzen (1G) und der digitalen GSM Technologie (2G).

Zu den wichtigsten Eigenschaften der 3G Netze zählen:

  • im Vergleich zu 2G eine ganz neue, digitale, code-basierende Funkschnittstelle
  • Funkkanäle mit 5 MHz Bandbreite (ein GSM Funkkanal hat nur 200 kHz)
  • hohe Datenraten bei IP Diensten.

Im Laufe der Jahre sind dann Erweiterungen dazugekommen, wie z.B. HSDPA (High Speed Downlink Packet Access), HSUPA (High-Speed Uplink Packet Access) und HSPA+ (Highspeed Packet Access).

2. Netzarchitektur

Die Architektur und auch die Funktionsweise des Netzes ist im Wesentlichen gleich wie beim GSM Netz. Mobilität, Auf- und Abbau von Sprach- und Datenverbindungen etc. müssen hier also nicht mehr erklärt werden.

UMTS verwendet aber eine komplett neue Funkschnittstelle, die dazu führte, dass die Komponenten des GSM Funknetzes nicht weiterverwendet werden konnten und durch neue ersetzt werden mussten. Sinnvollerweise hat man den Komponenten auch neue Namen gegeben, statt BTS wird NodeB, und statt BSC wird RNC verwendet (Abbildung 1).

Abbildung 1: UMTS Netzarchitektur

 

3. Funkschnittstelle

Die UMTS Funkschnittstelle (Abbildung 2) verwendet ein Frequenzspektrum, das bei 2100 MHz liegt. Ein UMTS Funkkanal hat 5 MHz Bandbreite.

Abbildung 2: UMTS Spektrum

 

Abgesehen von Frequenzdetails besteht der wichtigste Unterschied zwischen GSM und UMTS beim Übertragungsverfahren auf der Funkschnittstelle. GSM verwendet TDMA (Time Division Multiple Access) als Zugriffsverfahren auf den Funkkanal, UMTS verwendet CDMA (Code Division Multiple Access).

TDMA bedeutet, dass ein GSM Funkkanal in 8 Zeitschlitze unterteilt ist („Time Division“). Ein Sprachhandy bekommt beim Verbindungsaufbau vom BSC (Base Station Controller) einen dieser Zeitschlitze zugeteilt, auf dem die Sprach- und auch Signalisierungsbits (Netzinformationen, Funkmessungen etc.) übertragen werden. Jedes Sprachhandy überträgt und empfängt dann nur in diesem Zeitschlitz, die restliche Zeit schweigt es bzw. macht Pegelmessungen von Frequenzen benachbarter Zellen.

Bei einem UMTS Funkkanal wird ein Codeverfahren verwendet, um die Bits der einzelnen Funkkanäle unterscheiden zu können (Abbildung 3). Alle Codekanäle für Sprache und Signalisierung werden gleichzeitig übertragen. Jedes Sprachhandy bekommt einen eigenen Code, mit dem die Bits codiert werden, bevor sie übertragen werden. Gleiches gilt für Signalisierungs- und Broadcast-Kanäle. Im Broadcast Kanal sendet die Node B in der Zelle permanent Informationen über Netzbetreiber, Zellinformationen, verfügbare Dienste etc.

Der Empfänger erhält sämtliche Bits aller Informationskanäle in codierter Form, decodiert diese mit dem gleichen Code, den der Sender verwendet hat, und erhält dadurch nur die für ihn bestimmten Bits. Die Bits für die anderen Empfänger werden beim Decodieren quasi zu Null. Das CDMA wird sowohl für den Uplink als auch den Downlink verwendet.

Abbildung 3: CDMA Prinzip mit 2 Codekanälen (NB sendet an Handy Blau und Handy Grün)