UMTS

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Das Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) ist ein Mobilfunkstandard der dritten Generation (3G), mit dem deutlich höhere Datenübertragungsraten (bis zu 14,4 Mbit/s mit HSDPA, sonst max. 384 kbit/s) als mit dem Mobilfunkstandard der zweiten Generation (2G), dem GSM-Standard (bis zu 220 kbit/s bei EDGE; sonst max. 55 kbit/s), möglich sind.

Standardisierung UMTS

Die ITU hatte UMTS für IMT-2000 ausgewählt; es ist somit einer der Standards der dritten Generation für Mobilfunk. Ursprünglich hatte das ETSI (Europäisches Institut für Telekommunikationsnormen) UMTS standardisiert; heute pflegt das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) es weiter. Der Standard wird ständig erweitert, beispielsweise erhöhte HSDPA die maximal mögliche Empfangs-Datenrate (Downlink); für die Sende-Datenrate ist mit HSUPA eine vergleichbare Technik verfügbar.

Dienste UMTS

UMTS umfasst erweiterte multimediale Dienste sowie satelliten- und erdgestützte Sendeanlagen. Folgende Dienste können über UMTS angeboten werden:

  • Zwischenmenschliche Kommunikation (Audio- und Videotelefonie)
  • Nachrichtendienste (Unified Messaging, Video-Sprach-Mail, Chat)
  • Informationsverteilung (Internetzugang → z. B. World-Wide-Web-Browsen, Informationsdienste, öffentliche Dienste)
  • Standortbezogene Dienste (persönliche Navigation, Fahrerunterstützung)
  • Geschäftsdienste (Prozessmanagement, Mobilität in geschlossenen Räumen)
  • Massendienste (Bankdienste, E-Commerce, Überwachung, Beratungsdienste)
  • Rückkanal für mobiles interaktives Fernsehen, IP-Datacast, DVB-H

Verbreitung UMTS

Im Oktober 2008 gab es 230 3G-Netze in 100 Ländern mit über 400 Millionen Teilnehmern, 300 Millionen nutzen UMTS, und von diesen verwenden 60 Millionen HSPA (High Speed Packet Access).[1]

Teilnehmerstärkstes Land in Europa ist Italien: Allein 3 Italien, Vodafone Italien und TIM hatten zusammen fast 20 Millionen 3G-Teilnehmer.[2]

Für Deutschland meldete der Branchenverband BITKOM Ende 2008 15,9 Millionen UMTS-Kunden.[3]

Deutschlandweit waren Mitte 2010 netzbetreiberübergreifend gut 70 % der Standorte, an denen ein Mobilfunknetz verfügbar ist, mit 3G (UMTS oder HSDPA) versorgt.[4]

In Österreich gab es Ende 2008 3.344.000 genutzte 3G-SIM-Karten, davon 812.700 Verträge für breitbandiges mobiles Internet per UMTS.[5]

Geschichte UMTS

Deutschland UMTS

Durch die Versteigerung der UMTS-Lizenzen im Juli/August 2000 nahm die Bundesrepublik Deutschland 98,8 Milliarden DM (ca. 50 Milliarden Euro) ein. Das veranlasste den damaligen Finanzminister Hans Eichel sogar zu dem Ausspruch, UMTS stehe für „Unerwartete Mehreinnahmen zur Tilgung von Staatsschulden“[6][7]. Die Ausgaben der Unternehmen für die ersteigerten Lizenzen waren in Deutschland absolut betrachtet (nicht pro Einwohner) international am höchsten.

Es wurden sechs Lizenzen zu je ca. 16 Milliarden DM an die folgenden Mobilfunkanbieter vergeben: T-Mobile Deutschland GmbH, Vodafone D2 GmbH, MobilCom Multimedia GmbH, Auditorium Investments Germany S.à.r.l. (ursprünglich ein Konsortium aus E-Plus und Hutchison, später umfirmiert in E-plus 3G Luxemburg S.à.r.l.), O2 (Germany) GmbH & Co. oHG und Group 3G (ein Konsortium aus der spanischen Telefónica und der finnischen Sonera).

Die Lizenzen wurden am 6. Oktober 2000 erteilt. Zwei Lizenzen wurden später aufgegeben: Die MobilCom Multimedia GmbH hat Ende 2003 freiwillig ihre Lizenz an die RegTP zurückgegeben und auf die Ausübung der Lizenz- und Frequenznutzungsrechte verzichtet; Group 3G verlor ihre Lizenz mit dem Ausstieg aus dem deutschen Markt (Oktober 2002), da die Lizenz nicht verkauft werden durfte.

Die hohen Kosten und das geringe Angebot nutzbarer Datendienste waren einer der Hauptgründe für den schleppenden Durchbruch von UMTS im Massenmarkt: Die Unternehmen begründeten ihre unattraktiv hohen Gebühren mit den immensen Lizenzkosten, die Kunden nahmen die Angebote nur sehr zögerlich an und die Aktionäre beklagten fallende Unternehmenswerte. Im Rückblick hat der Staat dem Mobilfunkmarkt damit geschadet. Ein an sich gewollter Wettbewerb kam durch die Auktion effektiv nicht zustande, da kleinere Firmen durch die hohen Einstiegspreise am Markteintritt gehindert wurden, große Firmen verloren durch die sofort fällige Lizenzgebühr die notwendige Liquidität für einen zügigen Netzausbau und Firmenwerte gingen durch die Unveräußerbarkeit einer nicht mehr benötigten UMTS-Lizenz verloren[8][9]. Zunehmend sprach es sich schnell im Markt herum, dass ein guter UMTS-Empfang nur in wenigen Ballungsräumen gesichert war, aber abseits davon in ländlichen Gegenden bedingt durch die geringe Reichweiten der hochfrequenten Dienste, die Datendienste nicht oder nur schleppend nutzbar waren. In Deutschland gab es 2003 erste Probeläufe für einige wenige Firmenkunden, die zudem auch nur Datenkarten nutzen konnten. Seit 2004 ist UMTS in Deutschland kommerziell verfügbar und mittlerweile gibt es auch entsprechende Mobiltelefone in ausreichender Stückzahl.

Anfang Februar 2007 kündigte die Bundesnetzagentur an, die zurückgegebenen sowie weitere UMTS-Frequenzblöcke (erneut) zu versteigern, ursprünglich für 2008 geplant[10] ist die Auktion im Mai 2010 durchgeführt worden.[11]

Andere Länder UMTS

Das weltweit erste UMTS-Netz wurde 2001 durch die Manx Telecom auf der Isle of Man in Betrieb genommen.

Die österreichische Mobilkom Austria startete am 25. September 2002 das erste nationale UMTS-Netz Europas, jedoch noch ohne entsprechende UMTS-Mobiltelefone in größerer Stückzahl für Endkunden anbieten zu können. Der erste Anbieter mobiler Videotelefonie über ein UMTS-Netz im deutschsprachigen Raum, der auch über entsprechende Stückzahlen von geeigneten Mobiltelefonen verfügte, war der österreichische Anbieter Hutchison 3G Austria im Mai 2003.

Die meisten Versteigerungen der UMTS-Lizenzen in Europa wurden im Jahr 2000 durchgeführt, angeführt von Großbritannien im Frühjahr 2000. Dabei wurde ein Erlös von 22,477 Milliarden Britischen Pfund, etwa 38 Milliarden Euro, erzielt. Relativ pro erreichbarem Einwohner gesehen, liegt dieser Betrag über dem Ergebnis der deutschen Versteigerung. In Frankreich wurden die Lizenzen Ende 2000 unter Berücksichtigung der von den Anbietern zugesagten Qualitätsmerkmale (Netzabdeckung, Geschwindigkeit des Ausbaus) vergeben. Deutlich niedriger als in anderen Ländern wurden die Lizenzen an die Unternehmen in Spanien mit 13 Euro pro Einwohner und in der Schweiz mit rund 7 Schweizer Franken (knapp 5 Euro) pro Einwohner verkauft.[12]

Datenübertragungsverfahren UMTS

Es gibt mehrere Phasen von UMTS. Die erste Phase (Release 1999, kurz R99) unterscheidet sich vom Vorgängersystem GSM vor allem durch eine neue Funkzugriffstechnik Wideband CDMA, die auf CDMA basiert. Durch diese werden höhere Übertragungsraten möglich. Außerdem kann eine Mobilstation, also das UMTS-fähige Endgerät, mehrere Datenströme gleichzeitig senden, beziehungsweise empfangen. Damit können Benutzer beispielsweise gleichzeitig telefonieren und E-Mails empfangen.

Protokollschichten (Strata) UMTS

Man unterscheidet Access-Stratum und non-Access-Stratum, also eine Zusammenfassung der Protokollschichten, die den Funkzugang betreffen, beziehungsweise derjenigen, die nicht den Funkzugang (sondern die Dienste und die Teilnehmerverwaltung im Kernnetz) betreffen.

Duplex-Verfahren UMTS

FDD-Modus UMTS

Im FDD-Modus (Frequency Division Duplex) senden Mobil- und Basisstation in zwei verschiedenen Frequenzbereichen: Im Uplink-Kanal sendet das Mobilgerät, im Downlink-Kanal die Basisstation. Die beiden Frequenzbereiche haben je eine Breite von 5 MHz. Die einzelnen Übertragungskanäle sind durch reines CDMA realisiert. Derzeit bauen die deutschen UMTS-Netzbetreiber ihre Netze im FDD-Modus auf, die damit erzielbare Datentransferrate liegt bei 384 kbit/s für den Downlink in R99. Das Verfahren ist für die großflächige Funknetzabdeckung gedacht.

  • Grundlegende Funktechnik: Wideband CDMA (WCDMA)
  • Nutzertrennung: Code (CDMA)
  • Duplex: FDD
  • Anbietertrennung: Frequenz (FDMA)
  • Kanalabstand: 5 MHz
  • Chip-Rate bei FDD: 3,84 Mcps
  • Maximale Sendeleistung der Mobilstation: 0,125–0,25 Watt (GSM zum Vergleich: 1–2 Watt)
  • Nutzfrequenzen:[13]
BandbezeichnungFrequenzbandUplinkDownlinkDuplexabstandRegion
I21001920-1980 MHz2110-2170 MHz190 MHzEU / APAC
II19001850-1910 MHz1930-1990 MHz80 MHzUS
III18001710-1785 MHz1805-1880 MHz95 MHz
IV17001710-1755 MHz2110-2155 MHz400 MHzUS
V850824-849 MHz869-894 MHz45 MHzUS / APAC
VI800830-840 MHz875-885 MHz45 MHzJapan
VII26002500-2570 MHz2620-2690 MHz120 MHz
VIII900880-915 MHz925-960 MHz45 MHz
IX17001749,9-1784,9 MHz1844,9-1879,9 MHz95 MHz
X17001710-1770 MHz2110-2170 MHz400 MHz
XI15001427,9-1452,9 MHz1475,9-1500,9 MHz48 MHz
XII700698-716 MHz728-746 MHz30 MHz
XIII700777-787 MHz746-756 MHz31 MHz
XIV700788-798 MHz758-768 MHz30 MHz
XVReserviertReserviert
XVIReserviertReserviert
XVIIReserviertReserviert
XVIIIReserviertReserviert
XIX830-845 MHz875-890 MHz45 MHz

Situation in Deutschland UMTS

Die in Deutschland verfügbaren sechs FDD-Frequenzbänder sind wie folgt vergeben[14]:

BetreiberUplinkDownlinkPreis 2000Preis 2010[15]
Vodafone1920,3 – 1930,2 MHz2110,3 – 2120,2 MHz16,47 Mrd. DM (8,42 Mrd. €)
Vodafone1930,2 – 1935,15 MHz2120,2 – 2125,15 MHz16,45 Mrd. DM (8,41 Mrd. €)
an Group 3G/Quam; später zurückgegeben
wurde 2010 in zwei Blöcke aufgeteilt und neu versteigert
93,757 Mio. €
E-Plus1935,15 – 1940,1 MHz2125,15 – 2130,1 MHz103,323 Mio. €
E-Plus1940,1 – 1950,0 MHz2130,1 – 2140,0 MHz16,42 Mrd. DM (8,39 Mrd. €)
E-Plus1950,0 – 1954,95 MHz2140,0 – 2144,95 MHz16,37 Mrd. DM (8,37 Mrd. €)
an Mobilcom; später zurückgegeben
wurde 2010 in zwei Blöcke aufgeteilt und neu versteigert
84,064 Mio. €
O₂1954,95 – 1959,9 MHz2144,95 – 2149,9 MHz66,931 Mio. €
O₂1959,9 – 1969,8 MHz2149,9 – 2159,8 MHz16,52 Mrd. DM (8,45 Mrd. €)
Telekom Deutschland GmbH1969,8 – 1979,7 MHz2159,8 – 2169,7 MHz16,58 Mrd. DM (8,48 Mrd. €)

In jedem Band lassen sich bis zu zwei Kanäle unterbringen. Die genaue Mittenfrequenz ist vom Mobilfunkbetreiber frei wählbar, sollte jedoch ein Vielfaches von 200 kHz (in Ausnahmefällen auch 100 kHz) betragen. Außerdem dürfen benachbarte Kanäle nicht gestört werden.

Situation in Österreich UMTS

In Österreich sind die FDD-Bänder an fünf Betreiber vergeben worden[16]:

BetreiberUplinkDownlinkPreis
Mobilkom Austria (A1)1920,3 – 1930,1 MHz2110,3 – 2120,1 MHz2,36 Mrd. ATS (171 Mio. €)
Hutchison 3G Austria (“3”)1930,1 – 1944,9 MHz2120,1 – 2134,9 MHz1,91 Mrd. ATS (139 Mio. €)
Orange Austria (ehemals ONE)1944,9 – 1959,7 MHz2134,9 – 2149,7 MHz1,65 Mrd. ATS (120 Mio. €)
3G Mobile (100%-Tochter der Mobilkom Austria)1959,7 – 1964,7 MHz2149,7 – 2154,7 MHz2,36 Mrd. ATS (171 Mio. €)
T-Mobile Austria1964,7 – 1979,7 MHz2154,7 – 2169,7 MHz2,35 Mrd. + 1,56 Mrd. ATS (171 Mio. + 113 Mio.€)

Ursprünglich wurden sechs und nicht nur fünf Frequenzbänder vergeben. Tele.ring bekam den Zuschlag für das Frequenzband von 1939,9–1949,7 MHz im Uplink und 2129,9–2139,7 MHz im Downlink für 1,56 Mrd. ATS (113 Mio. €), welches bis zur Abschaltung des Tele.ring-UMTS-Netzes auch in Verwendung war. Eine Auflage für den Kauf von Tele.ring durch T-Mobile Austria war der Verkauf dieser Frequenzen an die Konkurrenten one und Drei.

Situation in der Schweiz UMTS

Die FDD-Frequenzen sind in der Schweiz wie folgt vergeben[14]:

TDD-Modus UMTS

Im TDD-Modus (Time Division Duplex) senden Mobil- und Basisstation im selben Frequenzband, jedoch zu unterschiedlichen Zeiten. Ein Frequenzträger wird dazu in 15 Timeslots unterteilt, deren Gesamtübertragungsdauer 10 ms beträgt. Jeder Timeslot ist mittels CDMA wiederum in mehrere Funkkanäle unterteilt. Das Verfahren ist technisch aufwendiger, da Timing-Probleme auftreten können, wenn sich der Sender bewegt oder weit von der Basisstation entfernt ist. Mit W-CDMA im TDD-Modus soll eine Datentransferrate von bis zu 2 Mbit/s (genauer 1920 kbit/s) für den Downlink erreicht werden können. Diese Technik ist in Deutschland bisher kommerziell nicht verfügbar. In Tschechien hat T-Mobile CZ seit 2005 ein Netz mit UMTS-TDD-Technik in Betrieb, welches sich derzeit nur auf Prag beschränkt und später auch in anderen, größeren Städten angeboten werden soll.

  • Nutzfrequenzen:
  1. 2010 MHz – 2025 MHz
  2. 1900 MHz – 1920 MHz

Situation in Deutschland UMTS

Obwohl in Deutschland kein TDD-Netz in Betrieb ist, sind die Frequenzen wie folgt vergeben worden[14]:

Die von O₂ belegten Blöcke wurden bei der Frequenzauktion 2010 durch die Bundesnetzagentur für jeweils 5,7 Mio. € versteigert[15].

Situation in Österreich UMTS

Die TDD-Frequenzen sind in Österreich wie folgt vergeben[14]:

Situation in der Schweiz UMTS

Die TDD-Frequenzen sind in der Schweiz wie folgt vergeben[14]:

Erweiterungen UMTS

Mittlerweile bieten alle deutschen Netzbetreiber High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) für deutlich höhere Empfangs-Datenraten (sog. „Downlink“) an. Unter optimalen Bedingungen sind theoretisch bis zu 14,4 Mbit/s möglich. Die praktisch erreichbare und nutzbare Empfangs-Datenrate ist jedoch auf Grund von Interferenz in der Regel niedriger.

Zudem hängt die erzielbare Datenrate auch noch von der Fähigkeit des Endgerätes ab. Es wurden verschiedene Geräte-Kategorien definiert, die sich in den unterstützten Modulationsarten (QPSK oder 16QAM), der Anzahl der gleichzeitig empfangbaren Kanäle und dem zeitlichen Mindestabstand von HSDPA-Blöcken unterscheiden. Derzeit kommerziell verfügbare Geräte arbeiten mit HSDPA-Category 12 (erlaubt maximal 1,8 Mbit/s) oder HSDPA-Category 6 (erlaubt maximal 3,6 Mbit/s). Diese Geschwindigkeiten sind bislang in Deutschland in großen Teilen des UMTS-Netzes von T-Mobile, Vodafone, E-Plus und O2 verfügbar. In Deutschland führten Mitte 2007 die ersten Provider die HSDPA-Category 8 mit maximal 7,2 Mbit/s ein und ist mittlerweile in ausgewählten Gebieten von T-Mobile, Vodafone, E-Plus und O2 verfügbar. In einigen Gebieten in Österreich ist die Ausbaustufe HSDPA-Category 8 bereits seit Anfang 2007 verfügbar.

Im Zuge des Ausbaus von HSDPA soll mittels High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) die maximal mögliche Sende-Datenrate (sog. „Uplink“) zunächst auf 1,4 Mbit/s und später auf 5,8 Mbit/s gesteigert werden. Wiederum in Österreich wurden im April 2007 bereits erste Basisstationen mit dieser Technik ausgerüstet. Auch in Deutschland wird HSUPA in manchen Regionen von T-Mobile und Vodafone angeboten. Um diese deutlich höhere Geschwindigkeit zu nutzen, benötigt man ein Endgerät, welches HSUPA unterstützt.

Die Planungen sehen High Speed OFDM Packet Access (HSOPA) als darauf folgende Ausbaustufe im Rahmen von Next Generation Mobile Networks (NGMN bzw. 4G) bis zum Jahre 2010 vor.

(Quelle Wikipedia)

UMTS