SPECIAL: HSPA, LTE und Co. - Standards mobiler Datenübertragung

24.02.2011 (cr/ks)

Einführung

Welche Arten der mobilen Datenübertragung bietet das gerade neu erworbene Mobiltelefon? EDGE? UMTS? HSPA? Und welchen Nutzen bringt dies in der Praxis? Wie sehen zukünftige Standards für die mobile Datenübertragung aus? Dieses Special stellt die gebräuchlichen Abkürzungen und ihren Background kurz vor. 

GSM

Golbal System vor Mobile Communication, Standard für digitale Mobilfuknetze. Download max. 14,4 kbit/s. In Deutschland wurde GSM als Basis der aktuellen Handynetze im Jahr 1992 eingeführt. 

GPRS

General Packet Radio Service, Download max. 53,6 kbit/s, Upload max. 26,8 kbit/s. 

EDGE

Enhanced Data Rates for GSM Evolution, durch die Einführung eines zusätzlichen Modulationsverfahrens wird die Datenübertragung in herkömmlichen GSM-Netzen schneller. In Deutschland ist seit Frühjahr 2008 Edge flächendeckend vorhanden. (Telekom), nachdem die Telekom 2006 mit der Aufrüstung begonnen hatte (O2: Juli 2008, Vodafone: Frühjahr 2007). Spitzengeschwindigkeiten bis zu 217,6 kbit/s beim Downlink und 108,8 kbit/s beim Uplink sind möglich.

EDGE Evolution

Weiterentwicklung von Edge zur Realisierung höhere Datenraten von bis zu 1 Mbit Spitzengeschwindigkeit.

 
UMTS

Hier sprechen wir nicht von einer weiteren Aufrüstung des GSM-Netzes, sondern von einer komplett neuen Netzstruktur – UMTS arbeitet auch in anderen Frequenzbereichen als GSM. Die Abkürzung steht für Universal Mobile Telecommunications System, ein Mobilfunkstandard der dritten Generation und daher auch als 3G bezeichnet. Ohne den „Datenturbo“ HSPA (mehr dazu im weiteren Verlauf) sind Datenübertragungsraten von bis zu 384 kbit/s beim Downlink und 384 Mbit/s beim Uplink möglich. In Deutschland wurden Anfang Oktober 2000 die sechs UMTS-Lizenzen verteilt, die die Anbieter pro Lizenz rund 16 Millionen Mark gekostet hatten.

 
HSPA

Die Abkürzung steht für High Speed Packet Access – eine besonders schnelle Datenübertragung für Downloads und Uploads beim Einsatz mobiler Endgeräte. HSPA nutzt das UMTS-Netz. Untergliedert wird HSPA in HSDPA und HSUPA. HSDPA: Die Abkürzung steht für High Speed Downlink Packet Access und basiert auf dem UMTS-Netz. Maximal sind 14,6 Mbit/Sekunde als Download-Datenrate möglich. Soweit die Theorie, in der Praxis werden in einigen ausgewählten Orten 7,2 Mbit/Sekunde erreicht, meist aber nur 3,6 Mbit/Sekunde. HSUPA heißt: High Speed Uplink Packet Access fußt auf UMTS und ist für schnellen Uploads zuständig. Bis zu 5,8 MBit/Sekunde sind möglich. In der Praxis werden meist (Telekom und Vodafone) 1,45 Mbit/Sekunde geschafft. 


HSPA+: 

Bei dieser Erweiterung von HSPA soll die Downloadrate auf bis zu 28-84 Mbit/s angehoben werden. In der Praxis wird mit bis zu 42 Mbit/s geplant. Für Uploads stehen maximal 11-22 Mbit/s zur Verfügung. Somit wird ca. eine knappe Verdopplung der über „normales“ HSPA möglichen Datentransferraten erzielt. Die Telefon plant für 2011, die maximal verfügbare Bandbreite im Mobilfunknetz auf bis zu 42 Mbit/s anzuheben. Das gilt auch für die USA, andere Länder sollen zumindest 21 Mbit/s anbieten. Im Gespräch ist auch HSPA+ Release 9, eine erweiterte Version mit Downlink-Geschwindigkeiten von bis zu 82 Mbit/s.

LTE

LTE steht für „Long Term Evolution“(4G). Auch gebräuchliche Namen sind HSOPA (High Speed OFDM Packet Access) oder E-UTRAN (Envolved Utran) sowie Super 3G. Gemeint ist in jedem Fall der Nachfolger von UMTS. Für die Spezifikation ist das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) zuständig. Hintergrund der Einführung – mobile Daten sollen immer schneller und immer kostengünstiger übertragen werden, immer mehr User setzen weltweit auf die Datenübertragung zwischen mobilen Geräten. Bereits im September 2006 hatte Nokia Siemens Networks erste LTE-Gehversuche unternommen, auf dem MWC 2008 zeigte Ericsson schon ein LTE Verbindungsmodell mit mobilen Devices. 

Ende 2009 wurden die ersten kommerziellen LTE-Netzwerke in Stockholm, Schweden, und in Oslo, Norwegen in Betrieb genommen. In der ersten Spezifikation werden Download-Datenraten von 100 MBit/Sekunde und Uploadraten von 50 Mbit/Sekunde erzielt. Schon 2010 hat Anbieter TeliaSonera AB (führender Mobilfunk- und Telekommunikationskonzern, betreibt Netze in Finnland, Norwegen und Schweden, Hauptsitz Stockholm) die 25 größten schwedischen und die 4 größten norwegischen Städte mit LTE-fähiger Kommunikationsinfrastruktur versorgt. 

In Deutschland wurde Ende August vergangenen Jahres der erste LTE-Sendemast im Landkreis Ostprignitz-Ruppin in Betrieb genommen. Auch in Österreich ist durch A1 Telekom Austria seit Herbst 2010 in Wien bzw. Innsbruck der Startschuss gefallen. Die schon von den UMTS-Anfängen bekannte Frequenzversteigerung ging Ende Mai 2010 zu Ende. Telekom Deutschland, Vodafone und Telefonica O2 Germany haben Lizenzen erworben und starteten in die Testphase des 800 MHz Netzes. O2 möchte nach eigenen Angaben im 2. Quartal 2011 mit LTE in Deutschland an den Start gehen. 

Technisch  wird in ganz neuen Frequenzbereichen gesendet, neben 2,6 GHz auch die zuvor für analoges Fernsehen genutzten Frequenzen um 800 MHz, die gerade auf dem Lande für große Reichweiten genutzt werden sollen. E-Plus hat sich ja ganz clever auf die Ersteigerung der nicht ganz so teuren 2,6 GHz-Frequenzen beschränkt und will jetzt die vorhandenen 900 Mhz-GSM-Frequenzen auch für LTE nutzen. Zumindest Vodafone vermarktet LTE auch nicht als Mobilfunk- sondern Festnetzersatz. Wer außerhalb der "Home Zone" LTE nutzen will, zahlt zusätzlich zur Flatrate drauf.

Der technische Hintergrund bleibt freilich vergleichbar: Mobilfunknetze bestehen immer aus Funkzellen, aus denen Verbindungen aufgebaut werden. Wird ein Mobiltelefon oder ein Notebook/Netbook mit Surfstick aktiviert, so loggt sich dieses mittels SiM-Karte und der darauf enthaltenen Daten ins Netz ein – zunächst in die gerade lokal aktive Verbindungsstelle. Veränderungen des Standorts des Gerätes werden bemerkt, und es wird auf die nächste verfügbare lokale Unit gewechselt. Hier sind dann auch „Verbindungslöcher“ zu erklären: Wenn die eine Verbindungsstelle nicht mehr verfügbar und die nächste noch nicht verfügbar ist, landet man im allseits beliebten „Datenübertragungs- oder klassisch Funkloch“. 

Beim Speed, den LTE bereitstellt, kann man getrost von einer Revolution sprechen, denn hier sorgen Downloadraten von bis zu 100 Mbit/s für zügiges Herunterladen auch großer Dateien. Doch das ist noch lange nicht das Ende der Fahnenstange, denn dank Chiphersteller Qualcomm wird der LTA-Turbo zugeschaltet: Mit neuen Chipsätzen sind Downloads von bis zu 150 Mbit/s in greifbarer Nähe. Theoretisch sind sogar 300 Mbit/s drin. Damit gibt es auch für Endgeräte und App-Anbieter völlig neue Horizonte: Die Endgeräte können mit enorm leistungsfähigen CPUs und großen Arbeits- sowie Datenspeicher ausgerüstet werden, um deutlich größere und um ein Vielfaches leistungsfähigere Apps herunterladen und installieren zu können. Das Thema Videotelefonie mittels Mobile Devices bekommt eine neue Bedeutung, denn dank der hohen Datenraten ist hier eine unterbrechungsfreie Kommunikation möglich. 

Viele Anwendungen sind dank LTE machbar, so auch HD-Radio oder mobile TV Dienste in überzeugender Qualität. Die aktuellen Handys schon sind bezüglich Displaytechnologie so weit, dass man die Schwächen der aktuellen mobilen TV Dienste hinsichtlich der Bildqualität deutlich sieht. Bei LTE wäre sogar die Übertragung von 3D Content möglich (LTE-Advanced): Fraunhofer-Forscher haben den neuen Standard mit einem neuen Videocodec kombiniert. Das Verfahren wurde auf dem MWC in Barcelona vorgestellt. 

Aktuell haben die Netzbetreiber schon Grundstrukturen errichtet, es wird aber noch 2 bis 3 Jahre dauern, bis eine flächendeckende Versorgung garantiert. Die Telekom hat nach eigenen Angaben 2010 1000 neue Gebiete ans Hochgeschwindigkeitsnetz angeschlossen, 2011 sollen in diesem Jahr weitere 1500 Gebiete folgen. 

Mit dem „Revolution“ zeigte LG auf dem MWC ein LTE-fähiges Mobiltelefon für den Einsatz in den USA. Andere Hersteller zeigten schon zuvor 4G-Smartphones. HTC hat das „Evo 4G“ im Angebot – dem ersten 4G Handy weltweit, angeboten über den Mobilfunkanbieter Sprint und kompatibel mit dem WiMax-Netz – also kein LTE-Gerät. Samsung hat das Galaxy Indulge SCH-R900 präsentiert, das ebenfalls LTE mitbringt und in den USA auf den Markt kommen wird. Das Indulge wird in den USA ausschließlich von Netzbetreiber MetroPCs offeriert. Im September 2010 hat MetroPCs – obwohl einer der kleineren Mobilfunkanbieter - das erste LTE-Netz in den USA in Betrieb genommen. Als erste Stadt wurde Las Vegas versorgt. MetroPCs nutzt ein 1700 MHz Netz. Durch recht geringe Kanalbandbreiten sind hier allerdings die Datenraten eher niedrig. Netzbetreiber Verizon als Konkurrent peilt aktuell die Versorgung von über 30 großstädtischen Ballungsräume mit LTE an. Zudem möchte Verizon über 60 Airports mit LTE versorgen. Verizon setzt auf ein 700 MHz Netz. 

WiMax

Die Abkürzung steht für Worldwide Interoperability for Microwave Access und dient als Bezeichnung für Funksysteme nach dem IEEE Standard 802.16. WiMax ist ein Konkurrenzverfahren zu LTE und gehört zur selben „Großfamilie“ wie die WLAN 802.xx-Standards. Insgesamt dürfte LTE weltweit mehr Zuspruch finden als WiMax, wenn auch WiMax in den USA schon seit geraumer Zeit als UMTS-Alternative im Einsatz ist und z.B. der Mobilfunkanbieter Sprint ein leistungsstarkes Netz unterhält. So war das weltweit erste 4G Handy, das HTC Evo 4G (präsentiert im März 2010), kein LTE- sondern ein WiMax-Gerät. Sprint Nextel ist der drittgrößte US-amerikanische Mobilfunkbetreiber nach AT&T und Verizon. Sprint vermarktet WiMax als „wireless revolution“ und hat schon große Städte wie z.B. Chicago, Dallas, Las Vegas, Seattle, New York, Washington DC, Miami, Los Angeles oder San Francisco mit WiMax-Netzen ausgestattet. 

Fazit

Die Zukunft wird spannend – das, was wir momentan an Datenübertragungsmöglichkeiten haben, ist erst ein kleiner Anfang. Fraglich ist allerdings, ob HSPA+ große Bedeutung erlangen wird. Zwar zeigen die Handyneuheiten auf dem Mobile World Congress (MWC) in Barcelona, dass HSPA+ gerade in Highendsmartphones des Jahrgangs 2011 durchaus häufig integriert wird, die Frage ist aber, ob HSPA+ flächendeckend verfügbar sein wird, bevor dann LTE endgültig an den Start geht. 

Text: Carsten Rampacher, Karsten Serck
Datum: 24.02.2011