Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)

2. Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) • 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.

3. Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) • Bei UMTS wird zwischen vier unterschiedlichen ZeIlgrößen unterschieden, durch die eine hierarchische Zellstruktur aufgebaut wird.

4. UMTS ▪ Pikozelle • Eine Pikozelle dient der Versorgung auf engstem Raum, typischerweise zur Versorgung eines Gebäudes (Reichweite des Senders max. 100 m). • 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.

5. UMTS ▪ Mikrozelle • Die 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.

6. UMTS ▪ Makrozelle • Die Makrozelle ermöglicht eine flächendeckende Versorgung im Vorstadtbereich (Reichweite ähnlich wie GSM). • Bei einer Geschwindigkeit eines Teilnehmers von 500 km/h werden Datenraten von 144 kbits/s erreicht.

7. UMTS ▪ Satellitenzelle • Die Satellitenzelledient zur Erreichung der globalen Versorgung mit UMTS. • Bei einer max. Geschwindigkeit von 1000 km/h werden Datenraten von 144 bis 384 kbits/s erreicht. • Die Geschwindigkeitsbeschränkungen resultieren aus dem Doppler-Effekt (Wenn sich ein Sender bewegt, entstehen unerwünschte Frequenzverschiebungen.).

8. Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)

9. UMTS Anwendungen • Internet Informationsdienste WWW, Buchen, Reservieren, Ticketbestellung, News- Ticker, Wetterberichte • Unterhaltung E-Books, Videoclips, Netzwerkspiele • Ortsabhängige Dienste Navigation, Abfragen lokaler Informationen, Ferndiagnostik

10. UMTS Anwendungen • Finanzdienste Onlinebanking, Homeshopping, Abfrage von Börsendiensten • Kommunikation Sprach- und Videotelefonie, E-Mail, SMS, Video- Postkarten

11. 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]).

12. Betriebsarten • Im terrestrischen Anwendungsbereich werden zwei Betriebsarten unterschieden: • 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 MHz für die Gegenrichtung zur Verfügung. Die Bandbreite beträgt in beiden Richtungen 60 MHz.

13. Betriebsarten Durch die unterschiedlichen Frequenzbereiche für Senden und Empfangen ist ein Vollduplexbetrieb möglich. • Zeitduplexbetrieb (time division duplex, TDD) ist für die Pikozellen vorgesehen. Für diese Betriebsart werden die Frequenzbänder von 1900 bis 1920 MHz und von 2010 bis 2025 MHz reserviert.

14. Betriebsarten Hier werden nicht unterschiedliche Frequenzbänder für das Senden und Empfangen reserviert, sondern es werden Zeitschlitze vorgesehen, die auch dynamisch zugeordnet werden können, wodurch asymmetrische 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.

15. Betriebsarten • Für die Satellitenzellen sind getrennte Frequenzbereiche (von 1980 bis 2010 MHz und von 2170 bis 2200 MHz) vorgesehen.

16. Zugangsverfahren • Durch das Zugangsverfahren verschafft sich die Mobilstation ein Senderecht. Generell wird bei UMTS zwischen drei Basisverfahren unterschieden: • FDMA (Frequency division multiple access) Dieses Verfahren teilt das zur Verfügung stehende Frequenzband je nach Teilnehmeranzahl in Kanäle auf, wobei jeder Teilnehmer einen exklusiven Kanal erhält.

17. Zugangsverfahren • TDMA (time division multiple access) teilt die Bandbreite über Zeitschlitze den Teilnehmern zu. • CDMA (code division multiple access) Einsatz erstmalig bei Mobilfunk in UMTS. eine Technologie, die weder von Zeitschlitzen noch Kanälen abhängig ist Daten werden mit "digitalem Fingerabdruck“ versehen. Bedingungen werden vor der Übertragung ausgehandelt.

18. Zugangsverfahren Das CDMA-Verfahren basiert auf Methoden zur Absicherung von Telefongesprächen im zweiten Weltkrieg. Dabei wurde ein Sprechersignal künstlich (z. B. 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 ist, dass Störfrequenzen im Bereich der menschlichen Stimme keinen Einfluss haben.

19. Dienstgüte • UMTS erlaubt die Einstellung von Dienstgüte Eigenschaften. • 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.

20. 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

21. Dienstgüte • Interactive gedacht für Internet oder auch Datenbankanwendungen wichtig hier niedrige Verzögerung und niedrige Fehlerrate

22. Dienstgüte • 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.