UMTS Grundlagen Dipl. Ing. Ulrich Borchert Fach: Mobile Computing HS Merseburg (FH)

UMTSGrundlagen

Dipl. Ing. Ulrich Borchert

Fach: Mobile Computing HS Merseburg (FH)

2UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

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.

3UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)

• Bei UMTS wird zwischen vier unterschiedlichen

ZeIlgrößen unterschieden, durch die eine

hierarchische Zellstruktur aufgebaut wird.

4UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

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.

5UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

• 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.

UMTS ▪ Mikrozelle

6UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

• 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.

UMTS ▪ Makrozelle

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• Die Satellitenzelle dient 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.).

UMTS ▪ Satellitenzelle

8UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

Universal Mobile Telecommunication System (UMTS)

9UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

UMTS Anwendungen

• Internet Informationsdienste

WWW, Buchen, Reservieren, Ticketbestellung, News-

Ticker, Wetterberichte

• Unterhaltung

E-Books, Videoclips, Netzwerkspiele

• Ortsabhängige Dienste

Navigation, Abfragen lokaler Informationen,

Ferndiagnostik

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UMTS Anwendungen

• Finanzdienste

Onlinebanking, Homeshopping, Abfrage von

Börsendiensten

• Kommunikation

Sprach- und Videotelefonie, E-Mail, SMS, Video-

Postkarten

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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]).

12UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

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.

13UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

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.

14UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

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.

15UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

Betriebsarten

• Für die Satellitenzellen sind getrennte

Frequenzbereiche (von 1980 bis 2010 MHz und von

2170 bis 2200 MHz) vorgesehen.

16UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

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.

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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.

18UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

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.

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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.

20UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

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

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Dienstgüte

• Interactive

gedacht für Internet oder auch

Datenbankanwendungen

wichtig hier niedrige Verzögerung und niedrige

Fehlerrate

22UMTS ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

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.