Rückblick: So war UMTS besser als GSM
Rückblick: So war UMTS besser als GSM
Foto: Image licensed by Ingram Image, Grafik/Montage: teltarif.de
UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) wird rückblickend als die dritte
Generation des Mobilfunks (3G) bezeichnet. Das erste Mobilfunknetz in Deutschland
war das 1958 eingeführte und längst eingestellte A-Netz. Es wurde in den 1970er
Jahren durch das B-Netz abgelöst, dem in den 1980er Jahren das C-Netz folgte. Auch
dieses, Ende 2000 eingestellte analoge Netz der Deutschen Telekom (ehemals Deutsche Bundespost)
zählt noch zur ersten Generation des Mobilfunks.
Die zweite Generation sind die auf dem GSM-Standard basierenden digitalen Mobilfunk-Netze, die auch mit der Einführung des UMTS-Standards sowie der Nachfolge-Techniken LTE (4G) und 5G weiter in Betrieb blieben. Die UMTS-Netze hingegen wurden im Lauf des Jahres 2021 abgeschaltet.
Rückblick: So war UMTS besser als GSM
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TDMA und WCDMA - Die Carrier-Technologien von GSM und UMTS
Damit sich die vielen verschiedenen Mobilfunkgeräte eines Netzes nicht gegenseitig stören, gibt es unterschiedliche Verfahren, die Geräte auseinander zu halten. Das einfachste Verfahren wird beim analogen Radio verwendet. Alle Sender arbeiten auf verschiedenen Frequenzen. Um einen bestimmten Sender zu hören, wählt man einfach die jeweilige Empfangsfrequenz. Der Nachteil dieses Verfahrens, das auch Frequenzmultiplex genannt wird: Man braucht für jede mögliche Frequenz einen eigenen Sender. Eine Basisstation, die zehn Handys bedienen soll, müsste folglich auch über zehn getrennte Sende- und Empfangsteile (Transceiver) verfügen. Dies ist aufwändig und teuer.
In einem GSM-Netz wird vorwiegend der Zeitmultiplex (TDMA - Time Division Multiple Access) verwendet. Das bedeutet, dass auf einer Frequenz nacheinander verschiedene Geräte senden. Jedes Gerät hat für seine Daten- oder Sprachübertragung jeweils nur einen bestimmten kurzen Zeitschlitz zur Verfügung. Hierzu ein Beispiel: Ein Sender überträgt Daten in Zeitschlitzen, die jeweils 1/100 Sekunde lang sind. Die erste 1/100 Sekunde werden dann Daten zum Handy 1 übertragen. Die nächste 1/100 Sekunde ist Handy 2 dran, usw. Nach ca. fünf bis acht Handys beginnt dann die Rotation von vorne, damit jedes Handy mehrfach pro Sekunde versorgt wird.
UMTS hingegen basierte auf dem so genannten WCDMA-Verfahren (Wideband Code Division Multiple Access), das sich stark vom bisher eingesetzten Zeitmultiplex-Verfahren unterschied. Die Basisstation teilte jedem Handy in ihrem Sendegebiet einen unterschiedlichen Code zu, mit dem das Handy die für sich bestimmten Nutzdaten aus dem Gesamtdatenstrom herausfiltern konnte. Analog erhielten die Handys auch unterschiedliche Codes, um jeweils ihre Daten zurück zur Basisstation zu senden. Ähnlich wie bei GPRS teilten sich die Teilnehmer automatisch die insgesamt zur Verfügung stehende Bandbreite der Funkzelle. Damit ließ sich die Übertragungsgeschwindigkeit erhöhen, und die Netzressourcen konnten optimal genutzt werden. Weiterer Pluspunkt des Verfahrens: Der Teilnehmer war immer online. Nachteil des Verfahrens: Die maximale Übertragungsrate sank mit dem Abstand des Handys zum Funkmast und mit der Geschwindigkeit, mit welcher das Handy (zum Beispiel im Auto oder Zug) bewegt wurde.
Daten in GSM-Netzen
Bei GSM war ursprünglich vorgesehen, dass sich alle Geräte die gesamte mögliche Datenübertragungsrate gleichmäßig teilen. Der einzelne Anteil wird auch als virtueller Kanal bezeichnet. Beim GSM-Standard hat dieser eine maximale Datenübertragungsrate von 9,6 kBit/s, bzw. 14,4 kBit/s im Compressed Mode mit verringerter Fehlerkorrektur. Für Sprachübertragungen ist diese Bandbreite geeignet, für Datenübertragungen hingegen quälend langsam.
Um diesen Nachteil etwas zu mildern, standen drei Technologien für GSM-Netze zur Verfügung: HSCSD (inzwischen abgeschaltet), GPRS und EDGE ermöglich(t)en es, mehrere virtuelle Datenkanäle zu bündeln, um so die Übertragungsrate zu erhöhen.
Bei HSCSD nutzte das Mobilfunkgerät bis zu vier feste Datenkanäle und ermöglichte so Übertragungsraten von insgesamt 57,6 kBit/s. Problematisch daran war, dass alle Kanäle auch dann belegt bleiben, wenn der Nutzer gerade keine Daten überträgt, zum Beispiel, weil er eine E-Mail oder eine Webseite liest. HSCSD war darum irgendwann veraltet.
Diesen Nachteil gleicht GPRS aus, indem es jedem Mobilfunkgerät dynamisch einen Anteil an den insgesamt im Netz vorhandenen Kapazitätsreserven zuteilt. GPRS arbeitet dabei paketorientiert, es werden keine festen Datenkanäle reserviert. Ein Nachteil von GPRS: Sind keine Kapazitätsreserven vorhanden, weil das Netz schon stark ausgelastet ist oder weil viele Nutzer gleichzeitig Daten übertragen wollen, sinkt die Übertragungsrate in Richtung Null. Die EDGE-Technologie ist eine Verbesserung der GPRS-Technik und nutzt optimierte Modulationsverfahren, sodass der maximal nutzbare Datendurchsatz auf bis zu 473 kBit/s steigen kann.
Daten in UMTS-Netzen
Ein weiterer Unterschied zwischen der GSM- und der UMTS-Technologie lag in der Bandbreite der genutzten Frequenzen. In den GSM-Netzen beträgt diese etwa 200 kHz. Bei UMTS hingegen waren es 5 MHz - das war der 25fache Wert. Diese großen Frequenzspektren ermöglichten die schnelleren Datenübertragungsraten bei UMTS.
Zudem zeichneten sich UMTS-Netze durch eine neuartige Zellenstruktur aus. Die kleinste Zelle war die Picozelle mit einem Durchmesser von unter hundert Metern. Mit Picozellen wurden so genannte 'hot spots', Bürogebäude, Hotels, Flughäfen, Messen u.ä, versorgt. Die Microzelle mit einer Ausdehnung von bis zu mehreren Kilometern versorgte ganze Stadtbereiche. Für Vororte gab es die Makrozelle mit einer Reichweite von über 20 Kilometern. Hyper- und Umbrella-Zellen, die im globalen Konzept von UMTS auch als Weltzellen bezeichnet wurden, konnten eine Ausdehnung von mehreren hundert Kilometern erreichen.
UMTS ohne Erweiterung konnte theoretisch Übertragungsraten bis zu 2 MBit/s ermöglichen. Durch die HSPA-Technik bzw. HSPA+ waren noch höhere Bandbreiten von bis zu 42,2 MBit/s möglich.
Abschaltung von UMTS im Jahr 2021
Nach diversen Ankündigungen entschlossen sich die drei deutschen Netzbetreiber Telekom, Vodafone und Telefónica dazu, ihre UMTS-Netze im Lauf des Jahres 2021 endgültig abzuschalten. Der wichtigste Grund dafür: Die frei werdenden UMTS-Frequenzen wurden und werden dringend für den Ausbau der beiden Nachfolgetechniken LTE und 5G gebraucht.
Im Rahmen der UMTS-Abschaltung beendete die Telekom den UMTS-Betrieb nach diversen Vorbereitungen und Feldtests auf einen Schlag am 1. Juli 2021. Vodafone schaltete sein UMTS-Netz in mehreren Wellen bis zum Spätsommer dieses Jahres ab. Telefónica beendete den UMTS-Betrieb der meisten Stationen bis Mitte November 2021, den der restlichen Stationen bis zum Jahresende.
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