Mobilfunk 08.08.2003, 18:26 Uhr

Tücken der UMTS-Technik: „Das Netz lebt“

Die UMTS-Technik ist komplexer, als es sich viele vorgestellt haben. Den VDI nachrichten haben Experten Details verraten.

Vodafone D2 schließt einen späteren UMTS-Start nicht mehr aus. „Wir werden dann an den Start gehen, wenn wir es verantworten können“, das erklärte der Vorsitzende der Geschäftsführung, Jürgen von Kuczkowski, vor wenigen Tagen.
Marktführer T-Mobile geht es nicht anders. Man wolle die Kunden nicht zu „Versuchskaninchen“ machen, argumentiert Timotheus Höttges, Chef von T-Mobile Deutschland.
Beide wissen, was E-Plus-Chef Uwe Bergheim deutlicher formuliert: „UMTS ist die komplexeste aller Techniken im Mobilfunk.“
Was jedoch sind genau die technischen Herausforderungen bei der dritten Mobilfunkgeneration? Hinter den Kulissen wissen Techniker, wo die Probleme beim Netzaufbau und bei den Geräten liegen.
Die verschiedenen Standards
UMTS ist kein globaler Standard, sondern einer von fünf verschiedenen Unterstandards des Oberstandards IMT2000 (International Mobile Telecommunication). Während UMTS sich vorwiegend in Europa durchgesetzt hat, wird z.?B. in Amerika die so genannte CDMA2000-Variante verfolgt.
Auch die Frequenzbänder sind nicht harmonisiert. In den USA wird um 1 GHz gesendet, in Europa dagegen bei 2 GHz. Gemeinsam ist den Varianten das gleiche Zugriffsverfahren, nämlich CDMA (Code Division Multiple Access), das sich grundsätzlich von dem im GSM-Standard genutzten TDMA (Time Division Multiple Access) unterscheidet. Das Gerät ist dabei nicht mehr auf definiert kurze Zeitschlitze begrenzt, sondern kann die gesamte Frequenzbreite nutzen. Die Übertragungsrate ist flexibel, dynamisch änderbar und lässt sich frei bestimmen.
Wolke statt Zeitschlitze
Bei der klassischen GSM-Technik wird die Information über Zeitschlitze übertragen. Von acht Handytelefonierern erhält jeder einen für ihn bestimmten Zeitschlitz. Der Nachteil: Eine Menge an Frequenzen wird benötigt. Zudem ist man auf die in einem oder mehreren Zeitschlitzen angebotene Übertragungsrate festgelegt.
Ganz anders in der CDMA-Technik. Hier wird in einer breiten „Wolke“ gesendet, die in Europa eine Bandbreite von 5 MHz hat. Entscheidend ist, dass die jeweilige Information mit einem einmaligen Code versehen wird. Der Empfänger kann den jeweils für ihn bestimmten Code heraushören. Bildlich heißt das: In einem Raum, der Zelle, reden alle verschiedene Sprachen: englisch, spanisch, italienisch. Technische Herausforderung Nr. 1: Handy und Basisstation müssen erkennen, welche Sprache sie verstehen.
Dennoch hat das Vorteile: Da alle Basisstationen mit der gleichen Frequenz betrieben werden können, wird Netzplanern die Frequenzplanung erspart. Basisstationen können demzufolge überall aufgestellt werden.
Kommunikation im Raum
Die „Wolke“ hat aber auch Nachteile: Da alle Handys auf der gleichen Frequenz senden, kann jemand, mit dem kommuniziert wird, im nächsten Augenblick auch ein Störer sein.
Herausforderung Nr. 2: Alle Geräte, die von einer Basisstation bedient werden, müssen in der gleichen „Lautstärke“ mit ihr „sprechen“. Übersetzt auf UMTS heißt das: Die Leistung aller Geräte an der Basisstation muss gleich sein. Wie hoch die auszusendende Leistung ist, teilt die Basisstation dem Handy ständig mit. Doch Achtung: Eine noch so gute Basisstation nutzt nichts, wenn ein „schlechtes“ Handy im Raum funkt. Was bei Experten unter dem Stichwort Powercontrol läuft, ist technisch keine Trivialität – das wissen auch die Gerätehersteller.
Mehr noch: Wenn viele UMTS-Nutzer in einer Zelle kommunizieren wollen, wird es immer komplizierter. Die Basisstation teilt dann den Handys mit die Leistung zu reduzieren und reagiert selbst. Das muss sehr schnell in wenigen Sekunden und in kleinen Schritten passieren. Folge: Der Radius um die Basisstation herum verkleinert sich, im Fachjargon Zell-Atmung genannt. Sind viele Teilnehmer unterwegs, ist die Zelle klein, bei wenigen ist sie groß. „Die Zelle lebt“, sagen dazu Experten. Im schlechtesten Fall kann es diese Veränderung zu Löchern im Netz führen.
Netzplaner müssen also einen Radius bei einer fiktiven Last (meist 50 % bis 70 %) als Maßstab nehmen. Sie müssen vorausplanen, was passiert, wenn z.?B. in den Zellen von Berlin Mitte ebenso wie in denen von Zehlendorf zuerst ganz wenig UMTS-Geräte senden und später sehr viele. Immer wieder muss nachjustiert werden, damit sich die Zellen leicht überlappen. Denn nur so können sie den so genannten Soft-Handover garantieren.
Verschiedene Handovers
In der herkömmlichen GSM-Technik wird beim Übergang von einer Zelle auf die nächste ein klarer Schnitt gemacht. Man wechselt von einer Frequenz auf die nächste. Bei UMTS jedoch spielt sich das Ganze in der gleichen Frequenz ab. Es muss also eine ständige Übergabe von Antennen zu Antennen geben. Das passiert bei UMTS „sanft“ im so genannten Soft-Handover. Bei einer Fahrt durch die Stadtfahrt z.?B. kommuniziert das UMTS-Gerät immer mit mehreren – bis zu fünf – Basisstationen gleichzeitig. Sukzessive entscheidet das Gerät, welche Zellen am besten für die Kommunikation geeignet sind und übergibt langsam an andere.
Around-the-Corner
Wenn eine Basisstation als sinniges Mitglied für die Kommunikation angesehen werden soll, muss sie als so genannter Neighbour registriert werden. Wer nicht eingetragen ist, gilt als Störer und kann womöglich die Kommunikation verhindern. Das muss in Windeseile und parallel im Handy und im Netz passieren. Was zunächst einfach klingt, kann durch topografische Gegebenheiten kompliziert werden, z.?B. wenn ein Handynutzer zunächst noch vor einer Mauer eine klare Verbindung zu einer Basisstation hat, dann aber abbiegt und hinter der Mauer auf die nächste Basisstation trifft.
GSM und UMTS
Im Gegensatz zu Großbritannien und Italien, wo bereits UMTS eingeführt wurde, müssen Geräte hierzulande sowohl UMTS als auch herkömmliche GSM-Technik verstehen. Wen wundert“s also, dass UMTS-Handys größer sind als aktuelle Mobiltelefone.
Doch auch netztechnisch ist dieser Dualmode-Betrieb keine Trivialität. Ein Handover von UMTS auf GSM oder sogar von GSM auf UMTS ist kompliziert. Schließlich müssen dafür die beiden Netze mit ihren unterschiedlichen Frequenzen, Protokollen und Kommunikationswegen zusammengeschaltet werden. Und Handys beide Techniken verstehen.
Bis das in Deutschland reibungslos funktioniert, dürften ein, zwei Jahre vergehen, schätzen Experten. Zumal die Netze zurzeit noch mit der ersten Hardware- und Software-Generation ausgestattet werden, die – wie bei anderen Techniken auch – noch fehlerbehaftet sein kann.
Indoor-Versorgung
Je höher die Frequenz, desto schwieriger ist es z.?B. durch eine Wand zu kommen. UMTS ist dabei mit seinen 2 GHz weitaus schwieriger zu realisieren als GSM mit 900 MHz. Experten wissen daher längst, dass z.?B. bei den bedampften Fensterscheiben der ICEs UMTS nicht funktionieren wird.

Ein Beitrag von:

  • Regine Bönsch

    Regine Bönsch

    Redakteurin VDI nachrichten
    Fachthemen: Telekommunikation, Mobilfunk, Automobilelektronik, autonomes Fahren, E-Mobilität, Smart Home, KI, Datenschutz/IT-Sicherheit, Reportagen

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