MOBILE BROADBAND Weitere Top-Infos unter ITWissen.info 1

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MOBILE BROADBAND
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Weitere Top-Infos unter ITWissen.info
MOBILE BROADBAND
Inhalt
3,5. Generation
3,9. Generation
3GPP, third generation
partnership project
3GPP2, third generation
partnership project 2
4. Generation
802.16m
DSRC, dedicated short range
communication
Diversität
EDGE, enhanced data
service for GSM evolution
EVDO, evolution data optimized
GPRS, general packet
radio service
HC-SMDA, high capacity spatial division multiple access
HSCSD, high speed circuit
switched data
HSDPA, high speed downlink
packet access
Impressum:
Herausgeber: Klaus Lipinski
Mobile Broadband
Copyrigt 2010
DATACOM-Buchverlag GmbH
84378 Dietersburg
Alle Rechte vorbehalten.
HSPA, high speed
packet access
HSPA+, high speed packet
access plus
HSUPA, high speed uplink
packet access
iBurst
LTE, long term
evolution
Mehrantennensystem
Mehrwegeausbreitung
MIMO, multiple input
multiple output
MISO, multiple input
single output
Mobile-WiMAX
Mobiles Breitband
MRC, maximum ratio combining
OFDM, orthogonal frequency
division multiplex
OFDMA, orthogonal frequency
division multiplexing access
Keine Haftung für die angegebenen
Informationen. Das E-Book ist
urheberrechtlich geschützt und darf nicht
auf fremden Websites ins Internet oder
in Intranets gestellt werden.
Produziert von Media-Schmid
www.media-schmid.de
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Raumdiversität
Raummultiplex, RMX
SIMO, single input
mutliple output
SISO, single input
single output
Spatial-Multiplexing
UMB, ultra mobile
broadband
UMTS, universal mobile
telecommunications system
UMTS-Netz
UMTS-Standard
UMTS-Stick
UMTS-Übertragungsrate
WiBro, wireless
broadband
WCDMA, wideband code
division multiple access
WiMAX, worldwide
interoperability for microwave
access
MOBILE BROADBAND
3,5. Generation
3.5G, 3.5 generation
In die Mobilfunk-Generationen hat man
nachträglich die 3,5. Generation
eingefügt.
Es handelt sich hierbei um die
paketvermittelten Techniken HSDPA
und HSUPA, die für UMTS entwickelt
wurden. Unter 3.5G fallen aber auch
WiBro und WiMAX, ebenso Digital
Multimedia Broadcast (DMB) mit ihren
terrestrischen und satellitengestützten
Varianten T-DMB und S-DMB.
Generationen der
Mobilfunknetze
3,9. Generation
3.9G, 3.9 generation
Mobilfunknetze sind chronologisch in
Generationen gegliedert. So gibt es die
1., 2. und 3. Generation (3G), die jede
für sich einen Entwicklungssprung
charakterisiert, der primär durch neue
Technologien und höhere
Datenübertragungsraten
gekennzeichnet ist. So repräsentiert 3G
UMTS und die Stufe 3,5G die auf
UMTS aufbauenden High-SpeedTechniken HSDPA und HSUPA.
Mit der 3,9. Generation, die 2007 von der 3GPP standardisiert wurde, erfolgt eine unmittelbare Annäherung
an die 4. Generation. In 3.9G, auch als Super 3G bezeichnet, werden Datenraten von 100 Mbit/s für das
Empfangen und von 50 Mbit/s für das Senden von Signalen festgeschrieben. Die dafür verwendete Technik
basiert auf Long Term Evolution (LTE). Die 3,9. Generation wird in die 4. Generation eingehen.
3GPP, third generation
partnership project
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Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ist eine Standardisierungsinitiative, die zwischen
verschiedenen regionalen Standardisierungs-Organisationen aus Europa, den USA und Asien mit dem Ziel
geschlossen wurde, die technischen Spezifikationen für Mobilfunknetze der 3. Generation voranzutreiben.
Das 3GPP-Projekt, an dem auch Industriekonsortien und Unternehmen mitarbeiten, wurde 1998 ins Leben
gerufen und soll das Funkzugangsnetz (UTRA) und das GSM-Netz weiterentwickeln. Das von 3GPP
definierte Mobilfunksystem gehört zu IMT-2000. Ein weiteres Projekt von 3GPP ist Long Term Evolution
(LTE).
Die 3GPP-Spezifikationen, die von Technical Specification Groups (TSG) erarbeitet werden, beschreiben die
Kommunikationsprotokolle innerhalb des Funkzugangsnetzes und die lu-Schnittstellen. Diese Protokolle sind
oberhalb der ATM-Anpassungsschicht (AAL) angesiedelt. Sie bilden die Steuerungsebene zur Signalisierung
und dem Verbindungsaufbau.
MOBILE BROADBAND
3GPP arbeitet eng mit der ITU und ETSI zusammen, die 3GPP-Entwicklungen als Standards übernehmen.
http://www.3gpp.org
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3GPP2, third generation
partnership project 2
Das Third Generation Partnership Project 2 (3GPP2) zielt im Gegensatz zu 3GPP auf den
nordamerikanischen und asiatischen Mobilfunkmarkt. Unter der Bezeichnung 3GPP2 werden die
Spezifikationen für die Mobilfunknetze der 3. Generation (3G) entwickelt. Die Vereinbarung wurde 1998
zwischen asiatischen und nordamerikanischen Telekommunikationsverbänden getroffen. Dazu gehören ARIB
aus Japan, CCSA aus China, TIA aus den Nordamerika, TTA aus Südkorea und TTC aus Japan.
Mittels 3GPP2 sollen globale Funknetze entwickelt werden, die auf IMT-2000 resp. CDMA2000 basieren.
Eines der Projekte von 3GPP2 ist Ultra Mobile Broadband (UMB).
Die Entwicklung der globalen Spezifikationen für die Funktechniken werden unterstützt und standardisiert von
der ANSI, TIA und EIA.
http://www.3gpp2.org
4. Generation
4G, fourth generation
Nach der Einführung der 3G-Mobilfunksysteme, die im Wesentlichen von UMTS geprägt sind, werden die
Systeme der vierten Generation konzipiert. Sie stehen unter dem Motto “Always best connected” und
“Beyond 3G”.
Die 4G-Systeme sollen dem Endanwender Bandbreiten von bis zu 1 Gbit/s im Nahbereich und bis zu 100
Mbit/s im Fernbereich zur Verfügung und eine verbesserte Leistungsfähigkeit zur Verfügung stellen. Systeme
der vierten Generation basieren dabei auf einem Kernnetz und einer gemeinsamen IP-gestützten Plattform
für den Medienzugang. Zu den Mobilfunksystemen der 4. Generation gehören WLANs nach 802.11n,
Broadband Wireless Access (BWA) nach 802.16m, Long Term Evolution (LTE) von UMTS, Ultra Mobile
Broadband (UWB), HC-SDMA, iBurst und EVDO.
Die zukünftigen Mobilfunksysteme arbeiten über horizontales und vertikales Handover, das bedeutet systemund schichtenübergreifend. Ziel der 4G-Aktivitäten ist es, allen Benutzern weltweit die gesamte Dienstvielfalt
netzübergreifend anzubieten.
Die 4G-Aktivitäten werden von den weltweit größten Mobilfunkanbietern unter der Bezeichnung Next
Generation Mobile Network (NGMN) vorangetrieben. Zu den Gründungsmitgliedern der NGMN-Initiative
gehören T-Mobile, Vodafone, Orange, China Mobile, KPN und NTT DoCoMo.
http://www.ngmn.org
802.16m
IEEE 802.16m
Die im Jahr 2007 aktiv gewordene Arbeitsgruppe 802.16m, Advanced Air Interface, befasst sich mit der
Definition eines Hochgeschwindigkeits-Funkstandards mit Übertragungsraten von bis zu 1 Gbit/s im mobilen
Betrieb mit sich langsam bewegenden Teilnehmern. Diese Betriebsart nennt sich Nomadic respektive High
Efficiency/Strong Signal Mode.
Im High Mobility Mode bei einer Fahrgeschwindigkeit von 250 km/h soll die Datenrate für die mobilen
Terminals noch 100 Mbit/s betragen. 1 Gbit/s soll bei geringer Bewegungsgeschwindigkeit möglich sein.
Weitere Anforderungen liegen in der Größe der Funkzelle, die einen Durchmesser von 30 km haben soll,
darüber hinaus soll es sich um ein All-IP-Konzept handeln, als Zugangsverfahren wird OFDMA verwendet und
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als Mehrantennenkonzept MIMO. Des Weiteren soll die gängige Bitdichte von 1:5 auf 1:8 erhöht werden.
802.16m ist kompatibel zu 802.16e und setzt auf flexible Bandbreiten mit 5 MHz, 7 MHz, 8,75 MHz, 10 MHz
und 20 MHz.
DSRC, dedicated short range
communication
Unter Dedicated Short Range Communication (DSRC) versteht man funkgestützte sicherheitsrelevante und
private Dienste, die in der Automotive-Technik von mobilen Stationen ausgeführt werden können. Die Federal
Communications Commission (FCC) hat für die DSRC-Dienste das Frequenzband von 5,85 GHz bis 5,925
GHz zugeteilt. In den entsprechenden Telematikstandards wird die drahtlose Fahrzeug-Fahrzeug- und die
Fahrzeug-Straße-Kommunikation einfließen, also die Car-to-Car-Kommunikation (C2C) und die Car-toInfrastructure-Kommunikation (C2I). Darüber hinaus kann die DSRC-Technik in existierenden Technologien
der Unterhaltungselektronik und in Abrechnungssystemen für die Straßenbenutzungsgebühren oder die
Wartungskontrollen für die Fahrzeuge eingesetzt werden.
Die DSRC-Standardisierungsansätze der Amerikaner, Europäer und Japaner sind unterschiedlich, weswegen
die ISO mit dem Standardisierungsprojekt CALM versucht einen weltweit einheitlichen Standard zu
entwickeln.
Diversität
diversity
Diversität bedeutet Vielfalt. In der Funktechnik gibt es diverse Diversitäts-Verfahren, die den zur Verfügung
stehenden Funkübertragungsweg vielfältig ausnutzen. Das Diversity kann sich auf die
Übertragungsfrequenzen, auf Mehrantennensysteme
oder den Informationsinhalt beziehen, man spricht dann
auch von Frequenz-, Antennen-, Receiver- und
Raumdiversität.
Bei der Funkübertragung besteht die Möglichkeit die
gleiche Information gleichzeitig von mehreren Antennen
aus zu übertragen. Diese Antennen-Diversity wird bei
MIMO umgesetzt. Ähnlich arbeiten die
Gleichwellennetze, die die gleiche Information über
mehrere Sender ausstrahlen. Ein anderer DiversitätsAnsatz nutzt die Ausstrahlung der gleichen Information
auf unterschiedlichen Frequenzen oder, wie das SpatialMultiplexing, die räumliche Dimension. Des Weiteren
gibt es Diversity-Verfahren, die mehrere Techniken
miteinander kombinieren. So werden bei der STBCCodierung zusätzlich zur spektralen Dimension noch die
zeitliche und die räumliche Komponente ausgenutzt,
indem die Signale zeitlich versetzt von mehreren
Antennen ausgestrahlt werden. Diese Technik heißt
STBC-Codierung, tritt anstelle der zeitlichen Komponente
die frequenzmäßige, dann handelt es sich um SFBC.
Mehrantennensysteme
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MOBILE BROADBAND
Die Diversity-Techniken verbessern die Übertragungsqualität und nutzen die vorhandene Funkstrecke
effizienter aus. Sie eignen sich ideal für mobile Empfangseinrichtungen, die sich in fahrenden Zügen und
Kraftfahrzeugen befinden. So verbessert sich beispielsweise der Empfang bei zwei Empfangsantennen um
5 dB bis 9 dB bei einer Reduzierung der Fehlerrate um 50 %.
EDGE, enhanced data
service for GSM evolution
von EDGE
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Enhanced Data Service for GSM Evolution (EDGE) ist ein Mobilkommunikationssystem, das wie HSCSD und
GPRS auf die bestehende GSM-Infrastruktur aufsetzt. Es zeichnet sich durch höchste Übertragungsraten aus
und ist konzeptionell ausgerichtet für mobile Echtzeitanwendungen wie Video- oder Internettelefonie. Im
Gegensatz zu HSCSD und GPRS, bei denen die Übertragungsgeschwindigkeit durch Optimierung der
Fehlerkorrektur erhöht wird, setzt EDGE bereits bei der Modulation an um eine höhere Datenrate zu
erreichen. EDGE arbeitet mit einer Phasenumtastung (8PSK), mit der acht Symbole übertragen und damit die
Übertragungsgeschwindigkeit eines GSM-Kanals auf bis zu 59,2 kbit/s erhöht werden kann. Bei diesem
Verfahren werden drei Bits gleichzeitig in einer Gruppe übertragen, wobei der Träger zwischen acht
verschiedenen Phasenlagen wechselt. Im Gegensatz dazu wird mit dem bestehenden GSMK-Verfahren, das
adaptiv bei stark gestörten Verbindungen eingesetzt wird, nur ein Bit pro Übertragungsschritt übertragen.
Je nach
Übertragungsverfahren
ergeben sich mit GMSKModulation
Übertragungsraten
zwischen 8,8 kbit/s pro
Kanal und 17,2 kbit/s pro
Kanal, bei der
Phasenumtastung (8PSK) liegen die Werte
zwischen 22,4 kbit/s pro
Kanal und 59,2 kbit/s pro
Kanal. Das bedeutet,
dass man bei Nutzung aller acht Kanäle mit GMSK im Übertragungsmodus mit dem Modulation and Coding
Scheme (MSC4) eine maximale Datenübertragungsrate von 137,6 kbit/s erzielen kann. Dieser Wert erhöht
sich bei 8-PSK-Modulation im MSC9-Nodus auf eine maximale Übertragungsrate von 473,6 kbit/s. Diese
Werte können nur bei störungsfreiem stationärem Betrieb in Nähe der Sendeeinrichtung erreicht werden.
Der paketorientierte Teil des EDGE-Standards ist der Enhanced General Packet Radio Service, EGPRS, als
Nachfolger von GPRS.
EDGE stellt die letzte Stufe des geplanten Ausbaus vorhandener GSM-Netze dar. Auf Seite der
Netzbetreiber sind Änderungen im Funknetz und Erweiterungen von vorhandenen GPRS-Einrichtungen
erforderlich.
EDGE bildet die Vorstufe für WCDMA und UMTS, wobei nicht sicher ist, ob alle Mobilfunknetzbetreiber ihre
Netz-Infrastruktur auf EDGE umrüsten, da wesentliche Netzkomponenten ausgetauscht werden müssen.
MOBILE BROADBAND
EVDO, evolution data
optimized
Evolution Data Optimized (EVDO), EV-DO oder 1xEVDO ist eine drahtlose Breitband-Zugangstechnik der 3.
Generation (3G), die keinen WiFi-Hotspot benötigt, da das mobile Endgerät selbst der Hotspot ist. Die
EVDO-Technik benutzt vorhandene Mobilfunk-Infrastrukturen wie CDMA2000 und bietet Roaming zwischen
den Funkzellen Zugang zum Internet, ohne, dass man einen Hotspot suchen müsste. So hat man mit EVDO
beispielsweise in Zügen oder Autos direkten Zugang zum Internet. Die mittlere Downlink-Geschwindigkeit
liegt bei stationärem Betrieb bei über 2 Mbit/s, bei mobilem zwischen 400 kbit/s und 700 kbit/s. Die
Datenraten für den Uplink liegen zwischen 60 kbit/s und 100 kbit/s.
Entwicklung der Datenraten in der
Mobilkommunikation
Ursprünglich wurde EVDO von Qualcomm so entwickelt, dass es die Anforderungen an IMT-2000 erfüllte.
Dazu gehörte die Datenrate von über 2 Mbit/s für den Downlink im stationären Betrieb. Nach der Ratifizierung
von EVDO durch die International Telecommunication Union (ITU) wurde es in 1xEV-DO umbenannt, was für
“1x Evolution-Data Only” steht und die direkte Evolution zur standardisierten Luftschnittstelle 1xRTT aufzeigt.
Wobei die EVDO-Kanäle ausschließlich Daten übertragen.
EVDO, das in verschiedenen Ländern von Sprint und Verizon angeboten wird, eignet sich gleichermaßen für
den beruflichen und persönlichen Einsatz. Bei einem Notebook muss lediglich eine EVDO-Karte eingesteckt
werden, der Teilnehmer ist dann im Always-on-Betrieb.
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GPRS, general packet
radio service
von GPRS
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Beim General Packet Radio Service (GPRS) handelt es sich um eine Datenübertragung mit
Datenpaketvermittlung über GSM. Da GPRS im Gegensatz zu HSCSD paketorientiert arbeitet, können sich
mehrere Datenpakete mit unterschiedlichen Zieladressen einen Übertragungskanal dynamisch teilen,
wodurch die Netzressourcen gegenüber HSCSD wesentlich effizienter genutzt werden. Gleichzeitig ist eine
Tarifierung nach dem Übertragungsvolumen möglich.
Bedingt durch vier verschiedene Codierschemen (CS) lassen sich die Übertragungsgeschwindigkeit und die
Übertragungsgüte aufeinander abstimmen. Die Übertragungsraten liegen bei CS1 bei 9,05 kbit/s je Timeslot,
bei CS2 bei 13,4 kbit/s, bei CS3 bei 15,6 kbit/s und bei CS4 bei 21,4 kbit/s, wobei bei höheren Datenraten
der Aufwand für die Fehlerkorrektur verringert wird.
Zur Steigerung der Übertragungsgeschwindigkeit wird in GPRS-Netzen die Technik der Kanalbündelung
genutzt. Im Codierschema 4 (CS4) mit einem Datendurchsatz von 21,4 kbit/s pro Kanal, ergibt sich bei der
Kanalbündelung aller acht Kanäle eine Gesamtdatenrate von 171,2 kbit/s. In dieser Betriebsart werden
allerdings längere Datenblöcke übertragen, was eine Anpassung der ABIS-Schnittstelle zwischen Base
Station Controller (BSC) und Basisstation (BS) erforderlich macht.
In der Praxis erwartet man eine mittlere Datenraten von 58 kbit/s, die auf vier Zeitschlitzen basiert. Die
Anpassung der Übertragungsgeschwindigkeit erfolgt dynamisch in Abhängigkeit der HFÜbertragungseigenschaften durch Umschaltung zwischen den Codierschemen.
Bei GPRS gibt es zwei Dienstkategorien: die Punkt-zu-Punkt-Verbindung (PTP, PP) und die Punkt-zuMehrpunkt-Verbindung (PTM, PMP). PTP-Dienste übertragen IP-Pakete zwischen zwei Benutzern, PTMDienste unterstützen die Datenübermittlung von einem Absender zu einer Empfängergruppe, die sich zu
einer bestimmten Zeit in einem Gebiet aufhält. Der GPRS-Teilnehmer kann sich für beide Gruppen
registrieren lassen. Bei dem PTM-Dienst unterscheidet man noch zwischen dem Multicast-Betrieb (PTM-M)
und dem Gruppenruf, PTM-GC (Group Call). Bei Multicast werden die Daten an alle in alle Regionen
übertragen, die der Absender angegeben hat. Beim Gruppenruf gehen die Informationen nur an eine
bestimmte Teilnehmergruppe.
Da GPRS-Handys neben der Datenübertragung auch die GSM-Funktionalität zum Telefonieren unterstützen,
wird es für die Endgeräte mehrere
Terminal-Klassen geben. Mit den
technisch aufwändigen Geräten
der A-Klasse kann man
gleichzeitig telefonieren und Daten
übertragen. Bei Geräten der
Klasse B hingegen muss die
Datenübertragung zur Annahme
eines Telefonates unterbrochen
werden. Bei der Klasse C muss
die Betriebsart GSM/GPRS vor
dem Verbindungsaufbau
festgelegt werden, da sie während
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des Betriebs nicht mehr geändert werden kann.
GPRS-Netze werden auf den vorhandenen GSM-Netzen betrieben, wobei die Übertragungsgeschwindigkeit
von verschiedenen Faktoren wie der Übertragungskapazität des Funknetzes und der Anzahl der Nutzer
abhängt. Es wurde speziell für die Anforderungen an die mobile Datenkommunikation mit Blick auf das Mobile
Office entwickelt.
HC-SMDA, high capacity spatial division multiple
access
High Capacity - Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA) ist ein von Alliance of Telecommunications
Industry Solutions (ATIS) standardisiertes Mehrfachzugangsverfahren, das im GSM-Standard, in iBurst und
IEEE 802.20 eingesetzt wird.
HC-SDMA unterstützt als Zugangsverfahren eine breitbandige Funkverbindung für stationäre, tragbare und
mobile Computer. Es arbeitet mit einem intelligenten Antennen-Array mit dem die HF-Abdeckung und die
Übertragungskapazitäten wesentlich verbessert werden. Das Empfangsgerät kann sich auch mit der
Geschwindigkeit eines Autos oder Zugs bewegen.
In dem Zugangsprotokoll HC-SDMA werden alle HF-Eigenschaften der Sende- und Empfangseinrichtung
spezifiziert, die Übertragungsfrequenzen, die Sendeleistung und die Empfangsfeldstärke, die
Störemissionen und die Pulsformung. Hinzu kommen die Framestrukturen für die verschiedenen Bursttypen,
für den Uplink- und Downlink-Traffic, das Paging und den Broadcast. Ferner werden die Modulation und die
Vorwärts-Fehlerkorrektur (FEC), das Interleaving und das Scrambling spezifiziert, außerdem alle Kanalrelevanten Parameter sowie das Error Recovery.
Die Datenraten von HC-SDMA liegen bei 1 Mbit/s pro Endgerät und sollen auf 5 Mbit/s erhöht werden.
HSCSD, high speed circuit
switched data
HSCSD setzt auf GSM auf und bündelt maximal acht
Zeitschlitze zu einem einzigen Übertragungskanal. Dies ergibt
bei einer Datenübertragungsrate von 9,6 kbit/s pro Kanal eine
Gesamtdatenrate von 76,8 kbit/s. Setzt man als
Datenübertragungsrate 14,4 kbit/s pro Zeitschlitz an, die mit
einem effizienteren Fehler-korrekturverfahren erreicht werden
kann, dann ergibt sich daraus eine Gesamtdatenrate von
115,2 kbit/s.
Das HSCSD-Verfahren hat den Nachteil, dass immer
komplette Kanäle reserviert sind und daher dem einzelnen
Nutzer relativ viel Übertragungskapazität zur Verfügung steht.
Die Kanalbündelung hat auch Auswirkungen auf die Hardware
der Endgeräte: der Kunde benötigt neue Handys.
HSCSD kann sowohl im 960-MHz-Bereich übertragen werden, als auch im 1,8-GHz-Bereich.
von HSCSD
HSDPA, high speed downlink
packet access
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High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) und High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) sind
Erweiterungen des UMTS-Standards hin zu höheren Übertragungsgeschwindigkeiten. HSDPA für das
Downlink, HSUPA für das Uplink.
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HSDPA und HSUPA für den Downund Uplink im
UMTS-Netz
HSPA, high speed
packet access
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Die von 3GPP definierte HSDPATechnik arbeitet mit paketbasiertem
Datendienst in WCDMA, dem von der
ETSI standardisierten breitbandigen
Zugangsverfahren für Mobilfunknetze der
3.5 Generation (3.5G). Die Datenrate für
die Downlink-Übertragung liegt zwischen
8 Mbit/s und 10 Mbit/s; für MIMO
(Multiple Input Multiple Output) sogar bei
20 Mbit/s bei einem 5 MHz breiten
Übertragungskanal. Die Architektur von
HSDPA hat eine parallele Struktur, die
einen hohen Datendurchsatz bei
niedrigen Taktraten ermöglicht. HSDPA
arbeitet mit einer verbesserten
Modulationstechnik, einer Kombination aus QPSK und Quadraturamplitudenmodulation (16QAM), mit der in
Verbindung mit einer speziellen Kompression, dem so genannten Turbo Codec,
Datenübertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 21,6 Mbit/s erreicht werden. Zur Erhöhung der Datenrate
werden auch Diversitäts-Verfahren eingesetzt, so als Antennen- oder Receiver-Diversität. Darüber hinaus
zeichnet sich HSDPA durch extrem kurze Antwortzeiten aus, die bei 2 ms liegen kann.
Der Vorteil von HSDPA gegenüber dem schnelleren WiMAX liegt in der Infrastruktur. HSDPA ist für mobile
Anwendungen ausgelegt und benötigt bei Handys lediglich einen Software-Download, bei Notebooks
zusätzlich HSDPA-Karten um in den vorhandenen UMTS-Netzen arbeiten zu können, WiMAX hingegen
benötigt eine vollkommen neue Infrastruktur.
Für HSDPA, das in die Standards von 3GPP eingegangen ist, wurde die 3.5 Generation (3,5G) der
Mobilfunknetze definiert.
High Speed Packet Access (HSPA) ist eine Weiterentwicklung von UMTS. Es verwendet die gleichen
Frequenzbänder wie UMTS und kennt die drei Übertragungstechniken HSDPA, HSUPA und HSOPA. Diese
übertragungstechnischen Aufrüstungen setzen auf der UMTS-Technik auf und benutzen deren Infrastruktur.
Ziel von High Speed Packet Access (HSPA) ist die Erhöhung der Datenrate, die Ausweitung der NetzwerkKapazität und die Beschleunigung des Zugriffs auf Datendienste. Mit dieser Technik können
Mobilfunkbetreiber paketvermittelte Hochgeschwindigkeitszugänge im Uplink und Downlink realisieren. Die
HSPA-Technik kommt all jenen zugute, die in beiden Übertragungsrichtungen hohe Datenraten und eine
schnelle Interaktion zwischen Downlink und Uplink benötigen. Dazu gehören beispielsweise
Videokonferenzen, IP-Telefonie und Mobile Office. Die Datenraten erreichen im Downlink zum Endgerät 14,4
Mbit/s, im Uplink 5,76 Mbit/s.
Zu den von HSPA benutzten Techniken gehört u.a. das schnelle Datenübertragungsprotokoll HARQ (Hybrid
Automatic Repeat Request), bei dem der Empfänger fehlerhaft empfangene Datenpakete direkt neu
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anfordert. Die Anforderungszeit ist mit 2 ms wesentlich kürzer als die von UMTS, wo sie 10 ms beträgt.
HSPA nutzt den UMTS-Übertragungsrahmen mit einer Länge von 10 ms und 15 Zeitschlitzen. Es werden
lediglich Subframes von je 2 ms und 3 Zeitslots eingeführt.
Als leistungsfähigere Variante von HSPA hat 3GPP HPSA+ standardisiert.
HSPA+, high speed packet
access plus
High Speed Packet Access Plus (HSPA+) ist eine leistungsfähigere Variante von HSPA, die von 3GPP
standardisiert wurde. Im Gegensatz zu HSPA, das im Downlink als HSDPA Datenraten bis zu 10 Mbit/s bietet,
bringt es der Downlink von HSPA+ auf 28 Mbit/s und der Uplink auf 11 Mbit/s, anstelle von 1,5 Mbit/s bei
HSUPA. Die höheren Datenraten von HSPA+ wirken sich in einer verkürzten Pingzeit aus und sind ideal für
alle datenintensiven mobilen Anwendungen.
Mit HSPA+ wird ein kontinuierlicher Übergang von der Mobilfunknetzen der 3,5. Generation zu denen der 4.
Generation mit Long Term Evolution (LTE) geschaffen.
HSPA+, das ebenso wie HSPA die UMTS-Infrastruktur benutzt, arbeitet mit einem Mehrantennensystem
nach dem MIMO-Verfahren und verwendet als Codierung die Quadraturamplitudenmodulation, im Downlink
als 64QAM und im Uplink als 16QAM.
HSUPA, high speed uplink
packet access
High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) ist eine Ergänzung von UMTS mit der das Third Generation
Partnership Project (3GPP) die Übertragungsraten für den Upstream in UMTS-Netzen erhöht. Die Datenraten
von HSUPA liegen mit 1,0 Mbit/s bis 1,5 Mbit/s unter denen der Downstream-Technik HSDPA. Sie können
aber mit speziellen Techniken wie dem Enhanced Uplink (EUL), dessen Übertragungskanal mit Enhanced
Uplink Channel (EUCH) bezeichnet wird, auf Übertragungsraten bis zu 5,76 Mbit/s erhöht werden.
HSUPA hat einen Enhanced Uplink Channel für Daten, E-DCH, mit drei weiteren Signalisierungskanälen für
das Downlink, die die erhöhte Datenrate von HSUPA unterstützen: In dem E-HICH, E-DCH HARQ Indicator
Channel, wird die Übertragung von dem UMTS-Handy in dem E-DCH zu bestätigt. Der E-AGCH, der E-DCH
Absolute Grant Channel, zeigt der UMTS-Mobilstation die mögliche Datenrate im Uplink an und die zulässige
Sendeleistung. Über den dritten Signalisierungskanal E-RGCH, was für E-DCH Relative Grant Channel steht,
kann die Uplink-Datenrate erhöht oder reduziert werden.
Ziel der HSPA-Aktivitäten ist es die beiden Dienste HSDPA und HSUPA in UMTS-Netzen zu kombinieren.
Damit könnten dann Anwendungen realisiert werden, die in beiden Übertragungsrichtungen hohe Datenraten
benötigen, wie Videokonferenzen oder E-Mails mit großem Anhang.
Generell sind für HSDPA und HSUPA entsprechende UMTS-Handys mit Datenkarte erforderlich.
iBurst
iBurst ist eine von mehreren Hochgeschwindigkeits-Mobilfunktechnologien für breitbandige Internet-Zugänge.
Sie wird ebenso wie WiMAX, WiBro, Long Term Evolution (LTE), Ultra Mobile Broadband (UMB) oder
HiperMAN der 4. Generation an Mobilfunksystemen zugeordnet. Alle diese Techniken unterscheiden sich in
ihrem Ansatz und ihrer Anwendung, manche nur marginal und stehen somit im Wettbewerb untereinander.
Alle Hochgeschwindigkeits-Mobilfunktechnologien erreichen ihre hohen Datenraten durch
Bandbreitenoptimierung, durch optimierte Zugangs- und Modulationsverfahren und durch Antennen-Arrays
und MIMO-Technik.
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MOBILE BROADBAND
Als Funktechnik benutzt iBurst ein Technik mit adaptiven Antennen-Arrays, Mehrträgermodulation und das
Mehrfachzugangsverfahren HC-SDMA. Mit diesen Techniken erzielt iBurst hohe Datenraten,
Übertragungskapazitäten, eine hohe Portabilität und hat jederzeit und überall einen breitbandigen InternetZugang. Darüber können Echtzeitdarstellungen, volumenreiche Downloads und Browsing realisiert werden.
Innerhalb des Funkbereichs einer Basisstation sind iBurst-Geräte permanent mit dieser verbunden. Auch der
Wechsel von einer Funkzelle in eine andere erfolgt unterbrechungsfrei.
iBurst wurde von der Firma ArrayComm entwickelt und High Capacity Spatial Division Multiple Access (HCSDMA) von der Alliance of Telecommunications Industry Solutions (ATIS) standardisiert. Es ist seit 2004 in
verschiedenen Ländern verfügbar, darunter die USA, Kanada, einige europäische und mehrere afrikanische
Länder und im mittleren Osten.
http://www.iburst.org
LTE, long term
evolution
Die Entwicklung der Datenraten von
UMTS, HSPA und LTE
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Den verschiedenen Techniken der Mobilkommunikation werden Generationen zugeordnet. So gehört GSM
der 2. Generation (2G) an, UMTS der dritten (3G) und HSDPA wird der 3,5. Generation zugeordnet. Long
Term Evolution (LTE) ist als Nachfolgetechnik von UMTS und HSDPA anzusehen. Sie hat daher die
chronologische Einordnung als 4. Generation (4G), ebenso wie Mobile-WiMAX und Ultra Mobile Broadband
(UMB), das die gleichen Datenraten bietet wie Long Term Evolution. Alle 4G-Techniken konkurrieren um den
Markt des Mobile Broadband, des mobilen Breitbands. Long Term Evolution wird dabei von den großen
Betreibern der UMTS-Netze priorisiert, die sich weltweit zur LTE-Technologie bekannt haben. LTE ist damit
weltweit der erste einheitliche Mobilfunkstandard.
Die Standardisierung der LTE-Technik ist in 3GPP als Release 8 definiert. Diese Technik kann in Verbindung
mit MIMO und OFDMA Spitzendatenraten von 100 Mbit/s im Downlink empfangen. Neben der höheren
Datenrate nutzt die LTE-Technik den zur Verfügung stehende Frequenzbereich effizienter aus. Im Uplink
werden Datenraten von 50 Mbit/s vom
Mobilgerät zur Basisstation erreicht. Die
hohen Datenraten werden durch Zuweisung
von verschiedenen Bandbreiten erzielt. So
können Bandbreiten von 1,25 MHz, 1,6 MHz,
2,5 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz und
20 MHz flexibel zugewiesen werden.
Weiterhin steigert die in LTE angewandte
MIMO-Technik den Antennengewinn und
erhöht die Empfangsleistung, weil bei dieser
Technik mehrere Antennen in Gruppen
zusammengefasst werden. Jede
Verdoppelung der Antennenzahl verursacht
einen um 3 dB höheren Empfangspegel,
wenn die Antennensignale miteinander
verknüpft sind und eine Wellenüberlagerung
MOBILE BROADBAND
Entwicklung der mobilen
Hochgeschwindigkeitstechnologien
erfolgt. Ein 4x4-AntennenArray hat somit eine um 3
dB höhere
Empfangsleistung als ein
2x2-Antennen-Array.
Darüber hinaus bietet das
MIMO-LTE-Konzept eine
verbesserte Unterdrückung
von Interferenzen und eine
bessere
Verbindungsqualität.
Long Term Evolution (LTE)
arbeitet auf der physikalischen Ebene im Downlink mit OFDM als Zugangsverfahren, diese Technik wird auch
als High Speed OFDM Packet Access (HSOPA) bezeichnet. Im Uplink kommt das Zugangsverfahren Single
Carrier Frequency Division Multiple Access (SC-FDMA) zum Einsatz.
Long Term Evolution ist so konzipiert, dass es als Upgrade von vorhandenen Mobilfunktechnologien
angesehen werden kann, so von CDMA2000 und EVDO.
Um in Funksystemen höhere Empfangsfeldstärken und
Datenraten zu erzielen, gibt es mit der Raumdiversität
eine Technik, die die Mehrwegeausbreitung der
Funksignale nutzt, mit Spatial-Multiplexing oder
Diversitäts-Verfahren arbeiten oder auch mit sende- und
empfangsseitigen Antennen-Arrays, so genannten
Mehrantennensystemen.
Generell erfolgt eine funktechnische Übertragung
zwischen einem Sender und einem Empfänger in der
Form, dass der Sender das HF-Signal von einer Antenne
abstrahlt und der Empfänger eine Antenne für den
Empfang hat. Für solche Systeme gibt es das Akronym
SISO, das für Single Input Single Output steht.
Eine Erhöhung der Empfangsfeldstärke kann bereits
durch zwei oder mehr Empfangsantennen erfolgen. Man
spricht dann von SIMO, Single Input Multiple Output.
Werden anstelle einer Sendeantenne mehrere Antennen
zur Abstrahlung des HF-Signals eingesetzt, spricht man
von MISO, Multiple Input Single Output. Werden sowohl
für die senderseitige Abstrahlung als auch für die
Empfangsseite mehrere Antennen eingesetzt heißen die
Mehrantennensystem
multiple antenna system
Mehrantennensystem
Exit
Index
13
MOBILE BROADBAND
Systeme MIMO, Multiple Input Multiple Output.
Bei den Mehrantennensystemen senden alle Sender die Signale an alle Empfänger. So erhält bei einem
Drei-Antenennsystem die erste Empfangsantenne die Summe der Signalanteile h11, h12 und h13, die
zweite h21, h22 und h23 und die dritte Empfangsantenne empfängt Anteile von h31, h32 und h33. Sind die
Matrixen bekannt, dann können aus diesen die Sendesignale berechnet werden. Die Matrixelemente werden
regelmäßig durch einen Pilot-Ton gemessen und optimiert. Dies ist erforderlich weil sich die Übertragung auf
der Funkstrecke und damit die Empfangsbedingungen geändert haben können.
Mit diesen Mehrantennensystemen kann die Bandbreite effizienter genutzt und die Datenrate auf 20 bit/Hz bis
40 bit/Hz erhöht werden.
Mehrwegeausbreitung
multipath propagation
Unter eine Mehrwegeausbreitung versteht man die Ausbreitung von ungerichteten Funkfrequenzen. Solche
ungerichtete Funkfrequenzen breiten sich beim Senden in verschiedene Richtungen aus und legen durch
Beugung, Brechung, Fading und Reflexion unterschiedlich lange Wege zurück, bevor sie beim Empfänger
mit unterschiedlichen Phasenlagen eintreffen. Die einzelnen Phasenlagen der Eingangsfrequenzen bilden
sich am Empfängereingang als Interferenzen aus, die sich in starken Feldstärkeschwankungen bemerkbar
machen.
Bei der Mehrwegeausbreitung werden die durch die unterschiedlichen Laufzeiten bedingten
Phasenverschiebungen minimiert und erzielen dadurch eine effizientere Ausnutzung der zur Verfügung
stehenden Frequenzbereiche. Mit der Mehrwegeausbreitung können die knappen Ressourcen an Bandbreite
und Sendeleistung optimal ausgenutzt werden.
Mehrwege bedeutet in diesem Zusammenhang das parallele Aussenden der gleichen Information über
Mehrantennensysteme, die Aussendung der gleichen Information über verschiedene Trägerfrequenzen
oder verschiedener Informationen über verschiedene Trägerfrequenzen, wie beim Spatial-Multiplexing. Bei
der STBC-Codierung werden mehrere Dimensionen, die räumliche, die spektrale und die zeitliche
miteinander verknüpft.
MIMO, multiple input
multiple output
MIMO-Verfahren
Das MIMO-Verfahren (Multiple Input Multiple Output) ist vergleichbar dem von Bell entwickelten BlastVerfahren. Es handelt sich
um ein
Mehrantennensystem bei
dem identische
Funkfrequenzen gleichzeitig
über ein intelligentes
Antennen-Array
ausgesendet und von einem
Mehrantennensystem
empfangen werden.
Die Grundüberlegung dabei
ist eine Vervielfachung der
Sende- und empfangsseitiges
Antennen-Array von MIMO
Exit
Index
14
MOBILE BROADBAND
Funkstrecken durch Mehrwegeausbreitung. Das räumlich verteilte Antennen-Array strahlt von allen Antennen
dieselben Frequenzen aus. Empfangsseitig treffen die gleichen Funkfrequenzen zu verschiedenen Zeiten
ebenfalls auf ein intelligentes Antennen-Array, da sie räumlich verteilt ausgestrahlt und darüber hinaus an
Wänden oder anderen Objekten und Gegenständen reflektiert werden. Durch diese Streuung wird eine
Funkwelle in mehrere schwächere aufgeteilt. Die Mehrwegeausbreitung bewirkt, dass am Empfangsort ein
komplexes, raum- und zeitabhängiges Muster als Summensignal der einzelnen Sendesignale entsteht.
Dieses eindeutige Muster nutzt MIMO indem es die in ihrer räumlichen Position charakteristischen Signale
erfasst, wobei sich jede Raumposition von der benachbarten unterscheidet. Zwischen den Sendern und
Empfängern werden so genannte Air Paths eingerichtet über die unterschiedliche Datenteile übertragen
werden. Mit der Charakterisierung der einzelnen Sender ist es dem Empfänger möglich mehrere Signale
voneinander zu trennen. Da bei WLANs meistens die Sender auch Empfänger sind, kann man mit ebenso
vielen Empfängern wie Sende-Antennen arbeiten.
Da in WLANs Sender und Empfänger nicht statisch sind, ebenso wie die Strahlungsbedingungen, müssen
sich die Empfänger dynamisch an neue charakteristische Reflektionen anpassen. Dies geschieht bei MIMO
mit einem speziellen Testsignal.
Die Kapazität der funktechnischen Übertragung kann durch den Einsatz von mehreren Sendern erhöht
werden: Doppelt so viele Sender bedeuten auch die doppelte Kapazität.
Die mit MIMO erzielbare spektrale Effizienz liegt zwischen 20 bit/s/Hz und 40 bit/s/Hz, wohingegen normale
Funkübertragungen Werte von bis zu 5 bit/s/Hz erzielen.
MIMO wird in Kombination mit OFDM in WiMAX eingesetzt.
Exit
MISO, multiple input
single output
Bei den Mehrantennensystemen unterscheidet man zwischen denen die mit mehreren Sende- und denen die
mit mehreren Empfangsantennen arbeiten. Multiple Input Single Output (MISO) gehört zu den Letzteren und
arbeitet mit mehreren Empfangsantennen.
Ebenso wie SIMO arbeitet die MISO-Technik mit Beamforming bei dem der Sendestrahl in Richtung des
Nutzers ausgestrahlt wird. Die gerichtete Abstrahlung hat ihrer Grenzen, wenn die Nutzer nahe beieinander
liegen und die Hauptkeule der Abstrahlcharakteristik hinreichend selektiv gehalten werden kann.
Die MISO-Technik hat Vorteile bei der Unterdrückung von Interferenzen und erhöht den Empfangspegel.
Mobile-WiMAX
WiMAX kennt zwei Einsatzvarianten: die stationäre und die mobile, das Mobile-WiMAX. Der wesentliche
Unterschied zwischen den beiden Szenarien liegt in der Sichtverbindung (LOS) zwischen Basisstation (BS)
und Mobilstation (MS), die das stationäre WiMAX kennzeichnet, und der nicht erforderlichen Sichtverbindung,
Non Line of Sight (NLOS), für das mobile WiMAX. Dieser Unterschied hat unmittelbare Auswirkungen auf die
Datenrate, die beim Mobile-WiMAX niedriger ist, als beim stationären. Die Übertragungsspezifikation für die
Datenrate liegt bei 2 bit/Hz und beträgt damit fast die Hälfte von WiMAX. Mit diesen Spezifikationen werden
über einen 20-MHz-Kanal Datenraten von 40 Mbit/s erreicht. Mit dem MIMO-Verfahren werden auf einem 10MHz-Kanal Datenraten von über 90 Mbit/s erreicht. Davon werden 63 Mbit/s für den Downlink und 28 Mbit/s
für den Uplink benutzt. Die Funkzellen sind mit einem Durchmesser von 1 km bis ca. 4 km ebenfalls
wesentlich kleiner als die vom stationären WiMAX.
Index
15
MOBILE BROADBAND
Mobile-WiMAX, das auf dem
Standard 802.16e-2005 basiert,
benutzt für die Übertragung das
skalierbare OFDMA, SOFDMA, mit
2.048 Subträgern. Als
Modulationsverfahren schreibt IEEE
802.16e die QuadraturPhasenumtastung (QPKS) oder die
Quadraturamplitudenmodulationen
16QAM und 64QAM vor. Letztere nur
optional. Darüber hinaus nutzt MobileWiMAX HARQ für die
Effizienzsteigerung und
unterschiedliche Multiplexverfahren
wie Frequency Division Duplex (FDD)
oder Time Division Duplex (TDD).
Die Funkfrequenzen von MobileWiMAX liegen zwischen 2 GHz und
11 GHz.
Kenndaten von WiMax und
Mobile-WiMAX
Mobiles Breitband
mobile broadband
Exit
Index
16
Mobile Broadband ist eine mobil einsetzbare Breitbandtechnik. Der Nutzer kann von jedem Ort aus die hohen
Übertragungsraten für Internet-Anwendungen nutzen. Für Mobile Broadband wurden die verschiedensten
Techniken entwickelt, die auch vom Markt aufgenommen wurden.
Die eigentliche Entwicklung breitbandiger Mobilfunktechniken begann Ende der 90er Jahre, als die ersten
UMTS-Netze installiert wurden. Gleichzeitig wurden die GSM-Netze mit HSCSD und GPRS und später mit
EDGE auf höhere Datenraten aufgerüstet. Diese reichten aber nicht für Bewegtbild-Übertragungen und nur
bedingt für das Surfen im Internet. Erst mit UMTS konnten Datenraten von 2 Mbit/s realisiert werden. Mit den
auf der UMTS-Technik basierenden Verfahren Long Term Evolution (LTE), HSDPA und HSUPA konnten
später die Datenraten weit über 10 Mbit/s bis zu 100 Mbit/s erhöht werden. Weitere breitbandige
Mobilfunktechniken wie Ultra Wideband (UWB), Ultra Mobile Broadband (UMB) und WiMAX resp. MobileWiMAX, sowie einige Techniken mit nationalem Charakter wie beispielsweise WiBro, erhöhten die Vielfalt für
Mobile Broadband mit Datenraten von 100 Mbit/s und darüber.
Was fehlte war die Killerapplikation, über die jahrelang diskutiert wurde aber die man anscheinend nicht
generieren konnte. Diese Killeranwendung kam 2008 mit dem iPhone. Das Datenaufkommen stieg rapide
an. Gleichzeitig entwickelten die Mobilgerätehersteller diverse Smartphones mit Smartphone-Browsern,
portablen Medienplayern und vielen anderen datenintensiven Funktionen.
Die mit der Endgeräte-Entwicklung in direktem Zusammenhang stehende Tendenz zeigt eindeutig, dass da
wo höhere Datenraten zur Verfügung stehen, diese auch für Highspeed-Datenverkehr genutzt werden.
Neben den erwähnten Techniken entwickeln die Arbeitsgruppen 802.16e-2005 und
MOBILE BROADBAND
Entwicklung der Datenraten in der
Mobilkommunikation
802.16m des IEEE mobile High-Speed-Techniken, letztere mit Übertragungsraten bis zu 1 Gbit/s für GigabitÜbertragungen.
MRC, maximum ratio
combining
OFDM, orthogonal frequency
division multiplex
Exit
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17
Maximum Ratio Combining (MRC) ist eine Variante der Raumdiversität. Das Verfahren zielt darauf ab, die
Empfangsfeldstärke von Funksignalen durch den Einsatz mehrerer Antennen zu erhöhen. Die von den
einzelnen Antennen empfangenen Funksignale werden einzeln empfangen und nach einem bestimmten
Algorithmus verarbeitet. Das verarbeitete Signal ist eine Kombination aus allen Einzelsignalen.
Mit dem MRC-Verfahren wird das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) verbessert und die Fehlerrate verringert.
Orthogonal Frequency Division Multiplex (OFDM) ist eine äußerst Bandbreiten-effiziente Funktechnik, die ein
wesentlich geringeres Frequenzband benötigt als Frequenzmultiplex (FDM).
Beim orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM) handelt es sich um eine Mehrträgermodulation, bei der viele
Subträger mit einer relativ geringen Datenrate moduliert werden. Die OFDM-Signale werden über eine
inverse diskrete Fourier-Transformationen (IDFT) erzeugt. Die Besonderheit von OFDM liegt darin, dass die
Frequenzen der einzelnen Subträger präzise aus der Symbolrate bestimmt werden, und zwar so, dass ein
MOBILE BROADBAND
Unterträger in orthogonaler
Zuordnung
OFDMA, orthogonal frequency
division multiplexing access
OFDMA mit Frequenzgruppen und
mehreren Subchannels
Exit
Index
18
Subträger dann seine maximale Modulationsamplitude
erreicht, wenn alle anderen Subträger einen
Nulldurchgang haben. Die Blocklänge der IDFT
entspricht dabei der Zahl der Subträger.
Die IDFT setzt voraus, dass alle Subträgerfrequenzen
orthogonal zueinander stehen. Jeder dieser Subträger
wird mit einem Teil der Daten moduliert. Da auf einem
Subträger dadurch nur wenige Daten übertragen werden,
ergeben sich lange Symbolraten. Diese sind
unempfindlicher gegen Störungen und Echos als andere
Modulationsverfahren und bieten daher besondere
Vorteile bei stark beeinträchtigter terrestrischer
Übertragung. Verzerrungen durch Reflektionen und
Laufzeitunterschiede, wie sie bei breitbandiger
Übertragung als Verzögerungsstreuung auftreten, werden vermieden. Darüber hinaus benötigt diese Technik
ein schmaleres Frequenzband als andere Mehrträgertechniken, da zwischen den einzelnen
Subträgerbändern kein Sicherheits-Frequenzband benötigt wird.
Soll also beispielsweise ein 1-Mbit/s-Signal mittels OFDM über zehn Trägerfrequenzen, die jeweils mit 100
kbit/s moduliert werden, übertragen werden, dann ist der optimale Abstand der Trägerfrequenzen 100 kHz.
OFDM wird u.a. in terrestrischem Digital-TV (DVB-T), in Digitalaudio-Broadcast (DAB) und DRM-Radio
eingesetzt, ebenso in WLANs nach IEEE 802.11a, bei Long Term Evolution (LTE) und in HiperLAN. In
WiMAX wird OFDM mit der MIMO-Technik kombiniert und erreicht spektrale Effizienzwerte von bis zu 8 bit/s/
Hz.
OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access) ist ein Zugangsverfahren für funktechnische
Systeme, basierend auf der Mehrträgermodulation OFDM und erweitert um die Mehrfachzugangsverfahren
FDMA und TDMA. Hierin besteht auch der
Unterschied zu OFDM, das mit
eindimensionalem Mehrfachzugang in Form
von Zeitschlitzen arbeitet.
Durch die Mehrfachzugangsverfahren können
einzelne oder mehrere orthogonale Subträger
unterschiedlichen Nutzern zugewiesen
werden. Über die zugewiesenen Zeitschlitze
von TDMA und die Unterkanäle von FDMA
kann die Übertragungskapazität an die
Nutzeranforderungen angepasst werden. So
wird einem Teilnehmer der telefoniert, eine
geringere Bandbreite zugewiesen als einem
MOBILE BROADBAND
der Internetfernsehen anschaut.
Bei OFDMA bildet der Sender die zu übertragenden seriellen Bitströme auf diversen Subträgern ab. Die
Anzahl an Subträgern hängt von der Kanalbreite ab. Die einzelnen Subträger werden parallel über die zur
Verfügung stehende Bandbreite des Funkkanals übertragen. Je mehr Subchannels für die Übertragung
genutzt werden, desto niedriger wird die Symbolrate, die sich in den Frequenzänderungen des Sendesignals
zeigt. Was die Orthogonalität betrifft, so wird das Verhältnis der zur Verfügung stehenden Bandbreite zur
Symbolrate so gewählt, dass das Maximum eines Subträgerspektrums in den Minima seiner Nachbarn liegt.
OFDMA kennt drei verschiedene Subcarrier: den
- Data Subcarrier für die Datenübertragung,
- den Pilot Subcarrier für die Synchronisation und
- den Null Subcarrier ohne Übertragungsfunktion. Diese dienen zur Bereitstellung der Schutzzonen.
Das in WiMAX benutzte OFDMA hat gegenüber OFDM eine flexible Anzahl an Trägerfrequenzen. Sind es bei
der OFDM-Technik 256, so können es bei OFDMA 128, 512, 1.024 oder 2.048 sein. Die Codierung,
Modulation und Amplitude werden je nach den Kanalbedingungen für jeden Subchannel separat eingestellt.
Das bedeutet, dass die Sendeleistung optimal an unterschiedliche Übertragungsbedingungen angepasst
werden kann.
OFDMA sorgt für die Zuordnung der mehr oder weniger vielen Subträger eines Funknetzes zu den
unterschiedlichen Radio Network Terminations (RNT). Mit dieser Funktion werden Interferenzen der
Symbolrate und die Frequenzabweichungen der Lokaloszillatoren (LO) kompensiert. Da die Frequenzen der
Lokaloszillatoren, bedingt durch Alterung und Temperatur, erheblich schwanken können, wird mit der OFDMAFunktion der Bezug zu einem Subträger sichergestellt.
OFDMA wird vorwiegend in Hochgeschwindigkeits-Mobilfunknetzen wie 802.16m, Ultra Mobile Broadband
(UMB), Long Term Evolution (LTE), WiBro und Mobile-WiMAX eingesetzt.
Raumdiversität
space diversity
Exit
Index
19
Raumdiversität umfasst die verschiedenen Techniken bei denen das gleiche Funksignal über verschiedene
Funkwege zur Empfangseinheit übertragen und von mehreren Antennen empfangen wird. Techniken in denen
die Raumdiversität genutzt werden sind die Mehrantennensysteme.
Bei der Raumdiversität geht es darum, die von den verschiedenen Antennen empfangenen Signale so zu
kombinieren, dass dem Receiver ein optimales Empfangssignal zur Verfügung steht. Da die Funksignale mit
unterschiedlichen Phasenlagen und Empfangssignalstärken an den Antennen anliegen, müssen diese
Kennwerte bei der Kombination der Funksignale berücksichtigt werden.
Es gibt unterschiedliche Diversitäts-Verfahren. Das relativ einfache Switched Combining (SC) arbeitet so
lange mit einer Antenne, bis die Eingangsfeldstärke unter einen Grenzwert sinkt. Danach schaltet das System
auf eine andere Antenne mit höherer Feldstärke um.
Ein anderes Verfahren, das Selection Combining (SEC), arbeitet mit mehreren Antennen und benutzt den
Kanal mit dem besten Signal-Rausch-Verhältnis (S/N). Wenn ein SEC-System mit drei Antennen arbeitet,
verbessert sich der Antennengewinn um 2,6 dB.
Eine schwierigere Raumdiversitätstechnik ist das Equal Gain Combining (EGC). Bei dieser Technik werden
die diversen Empfangssignale in eine einheitliche Phasenlage verschoben und ihr Pegel wird addiert.
MOBILE BROADBAND
Das Maximum Ratio Combining (MRC) ist die Technik mit den besten Ergebnissen, allerdings auch die
aufwendigste. Neben der Phasenangleichung und der Symbolkorrektur wie beim EGC-Verfahren, hat die
MRC-Technik noch eine Gewichtung der einzelnen Signale. So werden Signale mit hohem
Störspannungsabstand höher gewichtet als solche mit niedrigerem.
Generell ist festzuhalten, dass die Raumdiversität in erster Linie von der Anzahl der Antennen abhängt und
dass mit den Selektionstechniken eine merkbare Verbesserung erreicht werden kann.
Raummultiplex, RMX
SDM, space division
multiplexing
SIMO, single input
mutliple output
SISO, single input
single output
Exit
Index
20
Space Division Multiplexing (SDM), Raummultiplex, ist die Zusammenfassung der physikalischen
Übertragungsmedien in einem Kabel, einem Frequenzband oder einem Sendegebiet. Bei drahtgebundenem
Raummultiplex werden ganze Übertragungsmedien zu- und abgeschaltet: Statt einem Kabel werden mehrere
benutzt, statt einem Lichtwellenleiter erfolgt die Übertragung über mehrere. Das Zu- und Abschalten von
Übertragungsmedien ist eine relativ grobe Form für die Erweiterung von Übertragungskapazitäten, wesentlich
feinere sind die Skalierung und das Bandbreitenmanagement.
Beim drahtlosen Raummultiplex werden zu einer bestehenden Funkverbindung weitere Funkstrecken dazu
geschaltet. Auch die Anordnung von Funkzellen ist eine Art Raummultiplex, da jede einzelne Funkzelle einen
regionalen Bereich mit einer Funkfrequenz ausleuchtet. In diesem Zusammenhang sei auch auf das MIMOVerfahren hingewiesen, bei dem mehrere Funkstrecken im Raummultiplex betrieben werden.
Praktische Anwendung findet das drahtgebundene Raummultiplex beispielsweise bei ISDN als
Zubringerstrecke für Primärmultiplexanschlüsse oder beim Space-Switching von Glasfasern in optischen
Netzen, wo es über die elektromechanisch arbeitenden Komponenten der Mikrosystemtechnik (MEMS)
realisiert wird. Auch bei 100-Gigabit-Ethernet steht das optische Raummultiplex (OSDM) zur Diskussion.
Dabei werden mehrere parallele Lichtwellenleiter einer Bündelader für die parallele Übertragung genutzt.
Single Input Multiple Output (SIMO) ist ein Mehrantennensystem, das sendeseitig mit mehreren Antennen
arbeitet, wird empfangsseitig mit zwei Antennen gearbeitet, wird ein solches System als Single Input Dual
Output (SIDO) bezeichnet. Bei der SIMO-Technik erfolgt eine sendeseitige Strahlformung, bei der die
Sendeleistung in einer Hauptrichtung auf einen bestimmten Nutzer hin abgestrahlt wird.
Die SIMO-Technik kann auch für mobile Nutzer angewendet werden, deren Empfangsort sich ändert. In
diesem Fall wird der Sendestrahl dem Empfangsort nachgeführt. Dies erfolgt durch das Aussenden von
Testsignalen, die dem Empfänger bekannt sind und mit dem der Abstrahlwinkel ermittelt wird.
Die SIMO-Technik verhindert die Abstrahlung eines Sendesignals in Richtung eines anderen Benutzers, sie
erhöht durch das Beamforming den Empfangspegel und reduziert Interferenzen.
Bei funktechnischen Übertragungen ist der Empfangspegel mitentscheidend für die Übertragungsqualität und
die übertragbare Datenrate. Die klassische Funktechnik basierte darauf, dass ein Sendesignal sendeseitig
von einer Antenne abgestrahlt und empfangsseitig von einer Antenne empfangen wurde. Dieses EinAntennen-System mit einer Sende- und einer Empfangsantenne nennt sich Single Input Single Output, kurz
SISO. Werden empfangsseitig zwei Antennen eingesetzt, spricht man von Single Input Dual Output (SIDO).
Angewendet werden SISO-Systeme im Broadcast bei der Ausstrahlung von Rundfunk und Fernsehen, aber
MOBILE BROADBAND
auch bei den bekannten Mobilfunksystemen. Um die Empfangsfeldstärke und damit die Empfangsqualität
und die übertragbare Datenrate zu erhöhen, wird sende- und/oder empfangsseitig mit mehreren Antennen
oder sogar Antennen-Arrays gearbeitet. Diese Mehrantennensysteme heißen je nach dem ob sende- oder
empfangsseitig bzw. sende- und empfangsseitig mehrere Antennen eingesetzt werden MISO, SIMO bzw.
MIMO.
Spatial-Multiplexing
SM, spatial multiplexing
Spatial-Multiplexing (SM) ist ein Funk-Multiplexing, das zur Erhöhung der Datenrate in WLANs eingesetzt
werden könnte und im Rahmen der Standardisierung von 802.11n als Alternative zu MIMO diskutiert wird.
Das Spatial-Multiplexing ist ein räumlich versetztes Multiplexing, das mit einem Mehrantennensystem arbeitet
und gleichzeitig mehrere Datenströme übermittelt. Bei Funk-LANs nach 802.11 könnten die vier
Frequenzbänder von 10 MHz, 20 MHz, 30 MHz oder 40 MHz benutzt und über diese könnten Datenraten von
315 Mbit/s bis 630 Mbit/s übertragen werden.
UMB, ultra mobile
broadband
Ultra Mobile Broadband (UMB) ist ein von 3GPP2 initiiertes Projekt für die mobile
Hochgeschwindigkeitskommunikation. Es gehört der 4. Generation der Mobilfunksysteme an, steht im
Wettbewerb mit Long Term Evolution (LTE) und bietet wie dieses im Downlink Datenraten von 100 Mbit/s bis
hin zu Spitzendatenraten von 280 Mbit/s. Im Uplink bietet UMB Datenraten von 50 Mbit/s bis hin zu
Spitzendatenraten von 75 MHz.
UMB stellt ebenso wie LTE die kommende Generation an Mobilfunknetzen. Es hat eine hohe Datenrate, eine
geringe Latenz und unterstützt anspruchsvolle Services, die mit den bisherigen Mobilfunknetzen nicht
realisiert werden konnten, wie VoIP, qualitativ hochwertige Sprachkommunikation und Echtzeitübertragungen
von HDTV.
Bei der Entwicklung wurde auch die Kompatibilität mit vorhandenen Technologien, die von UMB abgelöst
werden, berücksichtigt. Dadurch kann UMB auch mit CDMA2000 und EVDO betrieben werden.
Das in UMB benutzte OFDMA-Verfahren beseitigt die Nachteile von CDMA wie das Hinzufügen an
Übertragungskapazität über Mikrozellen und die festgelegten Bandbreiten, die die verfügbare Bandbreite für
das mobile Endgerät einschränken. Es verfügt über skalierbare Bandbreiten zwischen 1,25 MHz und 20 MHz,
unterstützt die verschiedenen Funkzellengrößen wie Makrozellen, Mikrozellen und Picozellen, benutzt die
Architektur von IP-Netzen und arbeitet gleichermaßen in flachen, zentralisierten und gemischten Topologien.
Während Ericsson für Long Term Evolution wirbt, ist Qualcomm auf Ultra Mobile Broadband fixiert.
UMTS, universal mobile
telecommunications system
UMTS ist ein vom ETSI 1998 standardisiertes System für die universelle Mobilfunk-Telekommunikation.
Dieser Standard soll die bisherige Mobilkommunikation über GSM, wie sie in den D- und E-Netzen angewandt
wird, mit einem erweiterten Leistungsspektrum ablösen. Vor allem im Bereich der Multimediatechnik soll
UMTS dank der hohen UMTS-Übertragungsraten leistungsfähige Multimediadienste unterstützen. Dazu
gehören neben den Sprach- und Audiodiensten die schnelle Daten-, Grafiken- und Textübertragung sowie die
Übertragung von Bewegtbildern und Video. Den Anforderungen entsprechend sind UMTS-Handys mit einer
Videokamera und einem Farbdisplay ausgestattet.
UMTS integriert die Leistungsmerkmale der Leitungsvermittlung der GSM-Technik und der
Exit
Index
21
MOBILE BROADBAND
Datenpaketvermittlung der GPRS-Technik und schafft dadurch die besten Voraussetzungen für schnellen
Datentransfer. Darüber hinaus enthält UMTS Spezifikationen, die den Transport von Daten auf der Grundlage
des IP-Protokolls unterstützen und so die Verwendung von UMTS für einen funkgestützten Internet-Zugang
ermöglichen.
Außerdem soll der UMTS-Standard auch für die In-House-Kommunikation genutzt werden und als Standard
für die Satellitenkommunikation, ohne die ein weltweites Netz nicht realisierbar ist. Durch den ergänzenden
Einsatz von satellitengestützten UMTS-Mobilfunksystemen soll auch ohne die Existenz flächendeckender
terrestrischer UMTS-Systeme eine globale Erreichbarkeit für UMTS-Teilnehmer realisiert werden.
Im Jahre 2000 wurden in den meisten europäischen Ländern die Lizenzen für die Frequenzbänder vergeben.
In einigen Ländern, so auch in Deutschland, erfolgte dies in Form einer öffentlichen Versteigerung unter
Federführung der Regulierungsbehörde. Die Lizenzen gingen dabei an T-Mobil von der Deutschen Telekom,
an Mannesmann Mobilfunk, Mobilcom, Group 3G, E-Plus und Viag Interkom.
Für die Rufnummern wurden von der Regulierungsbehörde RegTP der Nummernraum 015 freigegeben. An
die Lizenznehmer wurden folgende Rufnummernblöcke mit jeweils 100 Millionen elfstelligen Rufnummern
reserviert: (0)1505 Group 3G, (0)1511 T-Mobil, (0)1520 Vodafone und (0)1566 Mobilcom.
http://www.umts-forum.org
UMTS-Netz
UMTS network
UMTS-Standard
Exit
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22
Die Leistungsfähigkeit des UMTS-Netzes wird durch eine neuartige Zellenstruktur erzielt, wobei Zellen
unterschiedlicher Größe und mit unterschiedlichen Datenraten kombiniert werden. Innerhalb einer Funkzelle
stehen allen aktiven Teilnehmern gemeinsam pro Duplex-5-MHz-Frequenzband eine Bandbreite von 2 Mbit/s
zur Verfügung.
Als kleinste Funkzelle mit einem Radius von unter 100 Metern gibt es die Picozelle, die für die Versorgung im
Gebäude- und Grundstücksbereich sorgt. Die Mikrozelle, die nächstgrößere Funkzelle, kann Stadtbereiche
versorgen und hat eine Ausdehnung von bis zu mehreren Kilometern. Darüber hinaus, für Vororte und
ländliche Bereiche, gibt es die Makrozelle, die einen Versorgungsbereich von 20 km und mehr abdeckt. Für
noch größere Flächenabdeckung sorgen die Hyperzelle und mit einem Radius bis zu einigen hundert
Kilometern die Umbrella-Zellen. Die beiden Funkzellen werden in dem globalen Konzept von UMTS auch als
Weltzelle bezeichnet.
Die Netz-Infrastruktur des zellularen UMTS-Netzes kennt als zentrale Zellenstation die Basisstation, die
allerdings Node “B” genannt wird. Diese leitet die Daten an die übergeordnete Steuereinheit weiter, den
Radio-Network-Controller (RNC). Von dort geht es über eine Schnittstelle, dem Media-Gateway ins Kernnetz.
Der funktechnische Teil des UMTS-Netzes heißt UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network).
Das UMTS-Netz wird auch für den Ausbau von HSDPA und HSUPA, die mit wesentlich höheren Datenraten
arbeiten, genutzt.
Der UMTS-Standard kennt mehrere verschiedene Zugangs- und Modulationsverfahren: TDMA und WCDMA
mit Frequency Division Duplex (FDD) und Time Division Duplex (TDD). TDMA soll nur in den ersten Jahren
zur Sprachübertragung verwendet werden. Demgegenüber hat WCDMA mit FDD den Vorteil, dass mehrere
Teilnehmer gleichzeitig einen Kanal benutzen können.
MOBILE BROADBAND
UMTS-Frequenzbereiche
UMTS sieht
von 384 kbit/s bei mobilen
Anwendungen und bis zu 2
Mbit/s bei Verbindungen zu
stationären Endgeräten vor.
Gesendet wird in den
Frequenzbereichen
zwischen 1,900 GHz und
2,025 GHz sowie zwischen
2,110 GHz und 2,200 GHz.
Der Upstream-Bereich
unterteilt sich in einen 20
MHz breiten Frequenzbereich zwischen 1,900 GHz und 1,920 GHz, in dem das TDD-Verfahren eingesetzt
wird und einem weiteren Upstream-Bereich zwischen 1,920 GHz und 1,980 GHz, der für Frequency Division
Duplex (FDD) reserviert ist. Der Downstream-Bereich liegt für die TDD-Übertragung zwischen 2,010 GHz und
2,025 GHz und für FDD-Übertragung zwischen 2,110 GHz und 2,170 GHz.
Darüber hinaus ist der Frequenzbereich zwischen 1,980 GHz und 2,010 GHz für Mobile Satellite Services
(MSS) reserviert, ebenso wie der Bereich zwischen 2,170 GHz und 2,200 GHz für den SatellitenDownstream. Diese Satelliten-Frequenzbänder könnten dann benutzt werden, wenn keine terrestrische
Übertragung möglich ist. Dadurch kann UMTS auch von Global-Reisenden weltweit benutzt werden:
terrestrisch oder über Satellit.
UMTS-Stick
Das Mobile Computing basiert auf Mobilfunknetzen mit höheren Datenraten, wie sie UMTS-Netze oder
WiMAX-Netze bieten. Da die UMTS-Infrastruktur in Ballungsgebieten gut ausgebaut ist, können externe
UMTS-Modems an die Mobilgeräte angeschlossen und darüber der Internetzugang realisiert werden.
Im UMTS-Standard ist für mobile Anwendungen eine Datenrate von 384 kbit/s spezifiziert. Die HSPAZugangstechniken HSUPA und HSDPA erhöhen diese Datenrate auf 5,76 Mbit/s (HSUPA) bzw. 7,2 Mbit/s
(HSDPA, Stufe 3). Für mobile Anwendungen sind diese Techniken in UMTS-Sticks realisiert. Das sind kleine
Sticks mit UMTS-Receiver und -Modem, die eine USB-Schnittstelle haben und in den USB-Anschluss des
Notebook oder Netbook eingesteckt werden. UMTS-Sticks können Informationen auf dem Flashspeicher des
Sticks speichern, der vom Betriebssystem ausgelesen werden kann.
UMTS-Übertragungsrate
UMTS transmission rate
Die Übertragungsgeschwindigkeit von UMTS ist einer der wesentlichen Vorteile gegenüber allen anderen
Mobilfunksystemen. Geht man bei GSM von einer typischen Übertragungsgeschwindigkeit von 9,6 kbit/s aus,
so werden bei HSCSD theoretisch 115,2 kbit/s erreicht, wobei man in der Praxis von 57,6 kbit/s bzw. 38,4
kbit/s ausgeht, bei GPRS theoretisch 171,2 kbit/s, die sich in der Praxis auf 58 kbit/s reduzieren dürften, und
bei UMTS liegt der theoretische Wert bei 2 Mbit/s bzw. einer Chiprate von 3,84 MChips/s.
Dieser Wert steht allen aktiven Teilnehmern einer Funkzelle gemeinsam in einem 5-MHz-Kanal zur Verfügung.
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23
MOBILE BROADBAND
Weil die Bandbreite unter den aktiven Teilnehmern aufgeteilt wird, werden die 2 Mbit/s nur dann erreicht,
wenn sich nicht mehr als ein aktiver UMTS-Nutzer in einer Funkzelle befindet. Bei zwei aktiven Anwendern
schrumpft die Bandbreite 384 kbit/s. Sind fünf Anwender in einer Zelle aktiv, verfügen diese jeweils über 144
kbit/s und bei neun Anwendern sogar nur noch über 64 kbit/s.
Die genannten Zahlen beziehen sich auf die Datenübertragung und nicht auf das Telefonieren.
WiBro, wireless
broadband
Wireless Broadband (WiBro) ist eine Alternative zu WiMAX. Es wurde in Südkorea entwickelt und auch dort
von der Telecommunications Technology Association (TTA) von Korea standardisiert. Da WiBro den gleichen
mobilen Ansatz wie IEEE 802.16 verfolgt und einen Entwicklungsvorsprung hatte, hat das IEEE-Gremium
das WiBro-Projekt mit in die Entwicklungsarbeiten für 802.16e eingebunden. Dadurch flossen bestimmte
Entwicklungen in das Mobile WiMAX ein, insbesondere die Übertragungstechnik SOFDMA.
In 802.16e wird ein Funkdienst für einen breitbandigen, mobilen Zugang definiert, quasi für das mobile,
drahtlose Internet.
WiBro unterstützt mit seinen Datenraten zwischen 20 Mbit/s und 50 Mbit/s diese Dienste. Es zeichnet sich
aus durch Handover und kann bei Fahrgeschwindigkeiten von über 100 km/h empfangen werden. Die WiBroFunkzellen haben einen Radius von einem bis zu fünf Kilometern. Als Übertragungsfrequenzen nutzen die
Koreaner und Japaner ein 100-MHz-Band bei 2,3 GHz. Übertragungstechnisch arbeitet WiBro mit
skalierbarem SOFDMA mit 2.048 Subträgern.
WiBro bietet Dienstgüte (QoS), wodurch es auch für Streaming-Media und VoIP interessant ist. In Verbindung
mit dem Handover kann es auch als Alternative zu den Mobilfunktechniken der 3. Generation (3G) wie UMTS
in Betracht gezogen werden.
Damit die drahtlosen Breitband-Technologien WiBro und WiMAX später untereinander kompatibel sind,
haben sich namhafte Chiphersteller und koreanische Firmen, die das WiBro-Projekt entwickelt haben, auf
Kompatibilitätsfragen verständigt.
WCDMA
wideband code division
multiple access
Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA), Breitband-CDMA, ist ein von der ETSI beschriebenes
breitbandiges Zugangsverfahren, das Mobilfunkdienste der 3. Generation (3G) unterstützt.
Das Verfahren kann in UMTS mit Übertragungsgeschwindigkeiten von bis zu 2 Mbit/s eingesetzt werden. Es
zeichnet sich dadurch aus, dass die Informationen gleichzeitig in zwei Phasen moduliert werden. WCDMA
eignet sich ideal für Hochgeschwindigkeitsübertragungen, so für Multimedia-Anwendungen mit
Bewegtbildübertragung und wird auch in HSDPA eingesetzt.
Der UMTS-Standard WCDMA-FDD wird in verschiedenen Regionen eingesetzt. Der Standard arbeitet im
Uplink von der Mobilstation zur Basisstation im Frequenzband zwischen 1,920 GHz und 1.980 GHz und im
Downlink zwischen 2,110 GHz und 2,170 GHz. Der Kanalabstand beträgt 5 MHz, das Kanalraster 200 kHz. Im
Uplink wird mit HPSK moduliert, im Downlink mit QPSK.
WiMAX, worldwide
interoperability for microwave
access
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Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX) ist eine High-Speed-Funktechnologie für
breitbandige, bidirektionale Hochgeschwindigkeitsübertragungen im Zugangsnetz. Diese
Hochgeschwindigkeitstechnik eignet sich für stationäre und mobile Endgeräte und kann ganze Stadtteile
MOBILE BROADBAND
Die für WiMax reservierten
Frequenzbänder in Europa
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eines Wireless Metropolitan Area Networks
(WMAN) versorgen. Der stationäre Betrieb
arbeitet mit Sichtverbindungen (LOS) und
zeichnet sich gegenüber dem mobilen
WiMAX, Mobile-WiMAX, durch größere
Funkzellen und höhere Datenraten aus.
Mobile-WiMAX benötigt für die Übertragung
allerdings keine Sichtverbindung.
Die Datenraten von WiMAX sind relativ
hoch und hängen ab von den Bandbreiten
des Funkkanals, die zwischen 1,25 MHz
und 20 MHz liegen können. Beim
stationären WiMax wird über einen 20 MHz
breiten Funkkanal ohne MIMO-Verfahren
(Multiple Input Multiple Output) eine Datenrate von ca. 75 Mbit/s erzielt. Dieser Wert ergibt sich aus der
Übertragungsspezifikation von 3,75 bit/Hz bei Sichtverbindungen. Bei Mobile-WiMAX reduziert sich dieser
Wert auf 2 bit/Hz, und erreicht mit MIMO über einen 10-MHz-Funkkanal ca. 90 Mbit/s, die für das Downlink
und das Uplink aufgeteilt werden.
WiMAX ist eine Weiterentwicklung der Funk-LANs, basierend auf der A-Version des Standards 802.16
Broadband Wireless Access (BWA). 802.16 weist Übertragungsfrequenzen zwischen 10 GHz und 66 GHz
aus, die A-Version definiert Frequenzen zwischen 2 GHz und 11 GHz und die B-Version zwischen 5 GHz und
6 GHz.
Das WiMAX-Forum will die Standardisierung für alle 802.16-Versionen vorantreiben, wobei vorerst WiMax für
den Frequenzbereich zwischen 2 GHz und 11 GHz ausgelegt ist und dabei speziell für die Frequenzen von
2,500 GHz bis 2,690 GHz, 3,400 GHz bis 3,600 GHz und 5,725 GHz bis 5,850 GHz. In Deutschland hat die
Bundesnetzagentur (BNetzA) den Frequenzbereich zwischen 3,410 GHz und 3,594 GHz an mehrere
Anbieter vergeben. Die Sendeleistung beträgt in Deutschland 3,2 W.
Der Breitband-Funk WiMAX benutzt als Modulationsverfahren OFDM mit 2.048 Unterträgern, das, kombiniert
mit der MIMO-Technik, die hohen Datenraten ermöglicht.
Als Standard-basierte Technologie können über ein WiMAX-Netz drahtlose Breitbanddienste bereitgestellt
werden, sowohl für stationäre Anschlüsse als auch für portable und mobile Endgeräte, und das ohne
Sichtverbindung zur Basisstation. Ein wesentlicher Aspekt ist die Dienstgüte. Da WiMAX
verbindungsorientiert arbeitet, können für bestimmte Anwendungen Dienstgüten (QoS) vereinbart werden.
Der Betrieb mit stationären Antennen basiert auf dem Standard IEEE 802.16-2004, der für Mobile-WiMAX
auf 802.16e-2005. Die letztgenannte Technik ist in Verbindung mit DSRC eine interessante Alternative für
telematische und sicherheitsrelevante Dienste in der Automotive-Technik.
Zu den Einsatzszenarien von WiMAX gehören Punkt-zu-Mehrpunkt-Verbindungen im Richtfunk, Mesh-Netze
mit Subscriber-zu-Subscriber-Kommunikation sowie die Anbindung von WLANs zur Erweiterung der
Funkzellen von 802.11a auf bis zu 50 km. WiMAX könnte mittelfristig sogar WLANs und UMTS ersetzen und
MOBILE BROADBAND
als breitbandige Zugangstechnik mit xDSL konkurrieren.
In Korea wurde mit WiBro eine der WiMAX-Technik vergleichbare Breitbandtechnik entwickelt, die in
asiatischen Ländern eingesetzt wird. Teile dieser Entwicklung fließen in das Mobile-WiMAX nach IEEE
802.16e ein.
http://www.wimaxforum.org
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