UMTS. 3GPP, third generation partnership project

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1 Glossar UMTS 1

2 Index UMTS 3GPP, third generation partnership project 3GPP2, third generation partnership project 2 3,5. Generation 4. Generation 4G-Schichtenmodell 4G layered model ALCAP, access link control application part AMC, adaptive modulation and coding Chiprate CPCH, common packet channel C-RNTI, cell radio network temporary identity DPCCH, dedicated physical control channel EMS, enhanced messaging service EUCH, enhanced uplink channel Handover HARQ, hybrid automatic repeat request HSDPA, high speed downlink packet access HSPA, high speed packet access HSPA+, high speed packet access plus HSUPA, high speed uplink packet access I-HSPA, Internet high speed packet access IMT, international mobile telecommunications for the year 2000 LA, location area LTE, long term evolution MExE, mobile execution environment MIN, mobile identification number Mobilfunk MSRN, mobile station roaming number NBAP, node B adaption protocol RAB, radio access bearer RANAP, radio access network application part RIP, radio interface protocol RLC, radio link control RNC, radio network controller Roaming RRC, radio resource control RSS, received signal strength SC-FDMA, single carrier frequency division multiplex access Spreizcode Standortverzeichnis 2

3 TD-SCDMA, time division synchronous code division multiple access TDD, time division duplex TSG, technical specification group UICC, universal integrated chip card UMTS-Handy UMTS-Netz UMTS-Standard UMTS, universal mobile telecommunications system UMTS-Stick UMTS-Übertragungsrate USIM, universal subscriber identity module UTRA, UMTS terrestrical radio access UTRAN, UMTS terrestrial radio access network VLR, visitor location register WCDMA, wideband code division multiple access Impressum 3

4 3GPP, third generation partnership project 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 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. 3GPP arbeitet eng mit der ITU und ETSI zusammen, die 3GPP-Entwicklungen als Standards übernehmen. 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. 4

5 3,5. Generation, 3.5G, 3.5 generation Die Mobilfunktechniken sind in Generationen untergliedert. Die 3. Generation (3G) steht für UMTS und die 4. Generation (4G) für UMTS Terrestrical Radio Access (UTRA), Long Term Evolution (LTE) und andere. Zwischen diese Technologien hat man nachträglich die 3,5. Generation eingefügt. Bei der 3,5 Generation (3.5G) handelt es sich um die paketvermittelten Techniken High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) und High Speed Uplink Packet Access (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. 4. Generation, 4G fourth generation Die verschiedenen Generationen an Mobilfunknetzen Nach der Einführung der 3G-Mobilfunksysteme, die im Wesentlichen von UMTS geprägt sind, 5

6 wurden die Systeme der vierten Generation konzipiert und realisiert. Sie stehen unter der Zielprojektion Always best connected, Beyond 3G und Mobiles Breitband. Mit den 4G-Systemen werden den Endanwendern Bandbreiten von bis zu 1 Gbit/s im Nahbereich und bis zu 100 Mbit/s im Fernbereich sowie eine verbesserte Leistungsfähigkeit zur Verfügung gestellt. Systeme der vierten Generation basieren dabei auf einem Kernnetz und einer gemeinsamen IP-gestützten Plattform für den Medienzugang. 4G-Netze sind All-IP- Netze mit niedriger Latenz und flacher Architektur, die mobiles Breitband mit schnellem Zugang auf das Internet unterstützen. Die Netzarchitekturen sind für die Datenpaketvermittlung optimiert, nutzen als Funkschnittstelle OFDMA zur Gewährleistung der hohen Geschwindigkeiten und von vielen Nutzern pro Funkzelle und die MIMO-Technik zur Verbesserung der Empfangsbedingungen. Zu den Mobilfunksystemen der 4. Generation gehören WLANs nach n, Broadband Wireless Access (BWA) nach m, Mobile WiMAX, Ultra Mobile Broadband (UWB), High Capacity - Spatial Division Multiple Access (HC-SDMA), iburst und Evolution Data Optimized (EVDO). 4G Mobilfunksysteme arbeiten über horizontales und vertikales Handover, das bedeutet system- und 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. 6

7 4G-Schichtenmodell 4G layered model Das Mobilfunkkonzept der 4. Generation setzt auf einer gemeinsamen IP-gestützten Plattform für den Medienzugang und einem Kernnetz auf. Das Handover wird sowohl die Weitergabe an andere Sendeeinrichtungen als auch an andere Netze unterstützen. Das Ziel der 4G- Aktivitäten ist es, die Dienstvielfalt weltweit uneingeschränkt zur Verfügung zur stellen. Für 4G wurde ein Schichtenmodell konzipiert, das diese Anforderungen erfüllen soll. Das Modell umfasst fünf Schichten und setzt auf der festverdrahteten Schicht auf. Diese Schicht bietet statische Verbindungen von physikalischen Medien. Dies können Kabel, aber auch drahtlose Verbindungen in WLL-Netzen sein. Der darüber liegende Personal Network Layer dient der Anbindung von Endgeräten über kurze Distanzen mittels drahtloser Übertragungstechnik. Hier sind die Verfahren Bluetooth, HomeRF und DECT zu nennen über die Telefone, PADs, Notebooks oder Palmtops angebunden werden können; aber auch intelligente Sensoren von Haushaltsgeräten. Der Hot Spot Layer, der sich über dem Personal Network Layer befindet, unterstützt individuelle Links und ist für Anwendungen mit sehr hohen Übertragungsraten gedacht. Der Hotspot umfasst WLAN-Systeme wie und HiperLAN und ermöglicht die Kommunikation auf größeren Arealen wie Flughäfen, Messegeländen, Firmenarealen usw. Der darüber liegende zellulare Layer bietet hohe Übertragungsraten und globales Roaming und der Distribution Layer soll breitbandige Übertragungssysteme für Broadcast unterstützen, u.a. Digital Audio Broadcast (DAB), Digital Video Broadcast (DVB) und Satellitensysteme. ALCAP, access link control application part Access Link Control Application Part (ALCAP) ist ein Protokoll auf der Transportschicht von UMTS. Das ALCAP-Protokoll reagiert auf die Anforderungen der Funknetzschicht zur Einrichtung, Pflege und Freigabe von permanenten virtuellen Verbindungen (PVC) über ATM. Das ALCAP-Protokoll kommuniziert wie das Node B Adaption Protocol (NBAP) ausschließlich 7

8 zwischen der Basisstation und dem Radio Network Controller (RNC) während des Verbindungsaufbaus. AMC, adaptive modulation and coding Adaptive Modulation and Coding (AMC) ist eine alternative Verbindungstechnik in Mobilfunknetzen der 3. Generation. Die AMC-Technik bietet eine hohe Flexibilität um die Modulationstechniken an die mittleren Kanaleigenschaften anzupassen, und zwar für jeden einzelnen Benutzer. Mit AMC wird die Leistung des übertragenen Signals während eines Frame-Intervalls konstant gehalten, was durch die Änderung der Modulationstechniken und Codeformate erreicht wird. Chiprate c/s, chips per second Bei Code Division Multiple Access (CDMA) und Wideband Code Division Multiple Access (WCDMA) spricht man bei der Übertragungsgeschwindigkeit von der Chiprate oder auch Symbolrate. Je höher die Chiprate ist, desto größer ist die Übertragungsrate und die resultierende Bandbreite des übertragenen Signals. Die Chiprate und die Datenrate sind über den Spreizcode miteinander verknüpft: Datenrate (bit/s) gleich Chiprate (c/s) geteilt durch den Spreizcode. Bei WCDMA resp. UMTS ist die Chiprate fest und beträgt bei dem Frequenzband von 5 MHz 3,84 MChips/s. CDMA arbeitet hingegen mit 1,25 MHz breiten Frequenzbändern, die eine Chiprate von 1,2288 MChips/s ermöglichen. Da in CDMA mit Mehrträgertechnik mit bis zu drei Frequenträgern gearbeitet werden kann, erhöht sich die Chiprate somit auf 3,6864 MChips/s und entspricht damit annähernd der von W-CDMA. CPCH, common packet channel Der Common Packet Channel (CPCH) ist im UMTS-Standard verankert und dient der paketbasierten Datenübertragung. Die Datenrate des CPC-Kanals ist abhängig von den übertragenen Daten und beträgt ein Vielfaches von der des Dedicatet Channel (DCH). 8

9 C-RNTI, cell radio network temporary identity Die Cell Radio Network Temporary Identity (C-RNTI) ist eine in UMTS temporär zugeteilte 16 Bit lange Identifikationsnummer. Mit dieser Nummer kann innerhalb einer Funkzelle ein Handy eindeutig identifiziert werden. Beim Wechsel von einer Funkzelle in eine anderer wird dem Teilnehmer eine neue C-RNTI zugewiesen. Die C-RNTI dient der Zuweisung von Datenpaketen zum richtigen Mobilgerät. DPCCH, dedicated physical control channel Bei UMTS gibt es zwei Uplink-Kanäle, den Dedicated Physical Control Channel (DPCCH) und den Dedicated Physical Data Channel (DPDCH), wobei über den DPCCH-Kanal Kontrollinformationen vom den Benutzergeräten zur Funkbasisstation (BTS) übertragen werden. Der DPCCH-Kanal hat immer auf dem Code 0 einen Spreizfaktor von 256. EMS, enhanced messaging service Enhanced Messaging Service (EMS) ist ein erweiterter SMS-Standard, der die Übermittlung von multimedialen Objekten einschließt. Er wurde von namhaften Mobilfunkunternehmen ins Leben gerufen. Die Grundlagen des EMS-Standards wurde von dem Partnerschafts-Projekt der dritten Mobilfunkgeneration 3GPP definiert, einem Standardisierungs-Gremium, das auch maßgeblich zur Vereinheitlichung der GSM- und SMS-Plattformen beigetragen hat. EMS ergänzt SMS um neue Funktionen; die SMS-Textnachrichten können mit einfachen Bildern, Tönen und Animationen bereichert werden. Die Standardgröße für Bilder und Animationen beträgt 96 x 32 Pixel. Der Empfang von EMS-Nachrichten setzt ein EMS-kompatibles Handy voraus. EUCH, enhanced uplink channel Die Bezeichnung Enhanced Uplink Channel (EUCH) steht für die gesteigerte Datenrate von HSUPA im Uplink. Dabei handelt es sich um eine 3,5G-Technologie, mit der UMTS-Netze im Up- und Downlink eine höhere Datenrate übertragen. 9

10 Handover HO, handover Das Handover (HO) ist ein Übergabeverfahren in Zellularnetzen und in WLANs, das bei aktiver Kommunikation angewandt wird und dann in Funktion tritt, wenn das Handy von einer Funkzelle in eine benachbarte wechselt. Sobald das Empfangsgerät den Sendebereich einer Basisstation verlässt und in den der nächsten Basisstation eintritt, tritt das Handover in Funktion. Die Kommunikation wird unterbrechungsfrei weitergeführt, obwohl die Sender der ersten und der folgenden Basisstation auf unterschiedlichen Frequenzen senden. Ausgelöst wird das Handover, wenn die Feldstärke an der Mobilstation oder dem WLAN-Client keine einwandfreie Übertragung zulässt. Der Zeitpunkt für die Umschaltung wird sowohl über die empfangene Feldstärke ermittelt als auch über die Auswertung eines 4-kHz-Pilottons. Die Übergabeprozedur erfolgt innerhalb von 5 ms bis 10 ms und kann von der Basisstation aus erfolgen, aber auch von der Mobilstation aus. Bei GSM erfolgt das Handover von der Basisstation aus, man spricht dann von einem zentralen Handover; bei DECT wird ein dezentrales Handover angewendet, das von der Mobilstation gesteuert wird. Dieses Verfahren wird auch als Mobile Controlled Handover (MCHO) bezeichnet. Das Handover kann innerhalb einer Funkzelle stattfinden (Intracell-HO), durch Handover eines Handys beim Wechsel in eine andere Funkzelle Umschaltung auf eine andere 10

11 Funkfrequenz, oder zwischen zwei benachbarten Funkzellen (Intercell-HO), die von einer Basisstation aus gesteuert werden. Darüber hinaus kann das Handover zwischen Funkzellen erfolgen, die von der gleichen oder von verschiedenen Funkbasissteuerungen (BSC) verwaltet werden, die wiederum mit verschiedenen Mobilfunkvermittlungsstellen (MSC) verbunden sind. Neu spezifiziert, aber noch nirgends realisiert, ist das Inter-PLMN-HO, also das Handover zwischen verschiedenen Netzbetreibern. HARQ, hybrid automatic repeat request Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ) wird bei High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) und bei Mobile-WiMAX zur Effizienzsteigerung benutzt. Die HARQ-Technik dient der fehlerfreien Übertragung von Datenpaketen und kann fehlerhaft empfangene Datenpakete erneut anfordern. Dabei wird das als fehlerhaft erkannte Datenpaket gespeichert und nach dem erneuten Senden wird es decodiert und in Verbindung mit den vorher empfangenen Paketkopien betrachtet. HARQ arbeitet in einem Stop-and-Wait-Mechanismus, der auf Bestätigungen und negativen Rückmeldungen basiert, bei der die Empfangsstation über einen Kanal mit der Sendestation kommuniziert. Im Falle von High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) und High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) ist es der E-HICH-Kanal mit der Sendestation mit der Empfangsstation kommuniziert. HSDPA, high speed downlink packet access 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. Die von 3GPP definierte HSDPA-Technik arbeitet mit paketbasiertem Datendienst in WCDMA, dem von der ETSI standardisierten breitbandigen Zugangsverfahren für Mobilfunknetze der

12 Generation (3.5G). Die Datenrate für die Downlink-Übertragung liegt zwischen 8 Mbit/s und 10 Mbit/s; für Multiple Input Multiple Output (MIMO) 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 HSDPA und HSUPA für den Down- und Uplink im UMTS-Netz arbeitet mit einer verbesserten Modulationstechnik, einer Kombination aus Quadratur-Phasenumtastung (QPSK) und Quadraturamplitudenmodulation (QAM16), 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. 12

13 HSPA, high speed packet access High Speed Packet Access (HSPA) ist eine Weiterentwicklung von UMTS. Es verwendet die gleichen Frequenzbänder wie UMTS und kennt die drei Übertragungstechniken High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) und High Speed OFDM Packet Access (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 Netzwerk-Kapazität 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, Internettelefonie und Mobile Office. Die Datenraten erreichen im Downlink zum Endgerät 14,4 Mbit/s, im Uplink 5,76 Mbit/s. Die Entwicklung der Datenraten von UMTS, HSPA und LTE Zu den von HSPA benutzten 13

14 Techniken gehört u.a. das schnelle Datenübertragungsprotokoll Hybrid Automatic Repeat Request (HARQ), bei dem der Empfänger fehlerhaft empfangene Datenpakete direkt neu 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 HSPA+ 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 QAM64 und im Uplink als QAM16. 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 14

15 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 s mit großem Anhang. Generell sind für HSDPA und HSUPA entsprechende UMTS-Handys mit Datenkarte erforderlich. I-HSPA, Internet high speed packet access Internet HSPA (I-HSPA) ist eine kombinierte High-Speed-Technik für den reinen Datentransfer. Diese Technik soll in UMTS-Netzen die Kosten für den Transfer von großen Datenmengen im Backhaul reduzieren. Bei I-HSPA handelt es sich um eine vereinfachte Technik von High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) und High Speed Uplink Packet Access (HSUPA), die über UMTS-Netze mit den gleichen Endeinrichtugen betrieben wird. Der Datenstrom wird allerdings von der Basisstation aus an diversen UMTS-Knoten für die Vermittlung und Signalisierung vorbei, direkt ins Internet geführt wird. Bei I-HSPA, das HSDPA und HSUPA nutzt, werden breitbandige Datenübertragungsstrecken im Uplink und Downlink aufgebaut. Der Vorteil liegt in der Kostenreduzierung für das Backhaul und darüber hinaus in der Vermeidung einer Überdimensionierung der vermittelnden Netzknoten. 15

16 Technisch wird I-HSPA durch ein Upgrade der UMTS-Basisstationen realisiert. Die I-HSPA- Technik, die keine Sprachkommunikation unterstützt, sondern ausschließlich Datenkommunikation, ist besonders interessant für Datenendgeräte wie PDAs, Notebooks, Spiele-Computer und Musik-Terminals. IMT, international mobile telecommunications for the year 2000 IMT-2000 IMT-2000 ist ein von der ITU verabschiedeter Standard für den Mobilfunk der 3. Generation (3G) im Frequenzbereich um MHz, resp. 2 GHz. Die Zahl 2000 bezieht sich dabei auf die Jahreszahl. Um den Anforderungen aller Nationen gerecht zu werden, hat die ITU unter dem ITM Standard mehrere Einzelstandards gegliedert. Dadurch können Netzbetreiber bereits bestehende Infrastrukturen der 2. Generation (2G) in die Netze der 3. Generation implementieren. Die IMT-2000-Familie besteht aus den Mobilfunksystemen UMTS und CDMA2000, die allerdings unterschiedliche Übertragungsverfahren wie CDMA oder TDMA benutzen. Im IMT-2000, dem Nachfolgekonzept von Future Public Land and Mobile Telecommunication System (FPLMTS), werden hohe Datenübertragungsraten realisiert, wofür IMT-2000 verschiedene Service-Profile für unterschiedliche Anwendungen und Übertragungsraten definiert. Eine Realisierung von IMT-2000 ist UMTS. IMT-2000 bietet Time Division Duplex (TDD) und Frequency Division Duplex (FDD) für asymmetrische und symmetrische Datendienste. In Europa werden WCDMA und TD-CDMA eingesetzt. IMT-2000 bietet auch eine Option für Satellitenübertragung. Die Übertragungsbereiche für IMT-2000 liegen zwischen 1,985 GHz und 2,025 GHz sowie zwischen 2,110 GHz und 2,200 GHz. 16

17 LA, location area Aufenthaltsbereich Die Location Area (LA) ist der Ort, an dem sich die Mobilstation gerade befindet. Dieser Bereich, der die logische Zusammenfassung mehrerer benachbarter Funkzellen bildet, wird in GSM-Systemen von der VLR-Datenbank überprüft und kann einen oder auch mehrere Funkzonen umfassen. Die Größe der Location Area ist abhängig von der Verkehrsdichte und der Kapazität des Besucher-Registers. Die Größe sollte so sein, dass die Teilnehmerdaten bei lokalen Bewegungen der Mobilstation nicht ständig aktualisiert werden müssen. Große Aufenthaltsbereiche können bis zu qkm groß sein. In der Location Area wird der Mobilfunkteilnehmer durch den Location Area Code (LAC) identifiziert. LTE, long term evolution Den verschiedenen Mobilfunktechniken werden Generationen zugeordnet. So gehört der GSM- Standard 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 High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) anzusehen. Sie hat daher die chronologische Einordnung als 3,9. Generation (3.9G). Alle Highspeed-Technologien konkurrieren um den Markt des Mobile Broadband und des Mobile Internet. Long Term Evolution wird dabei von den großen Betreibern der UMTS-Netze priorisiert, die sich weltweit zur LTE-Technologie bekannt haben. Die LTE-Technologie ist damit weltweit der erste einheitliche Mobilfunkstandard überhaupt. Die Standardisierung der LTE-Technik ist in 3GPP als Release 8 definiert. Diese Technik kann in Verbindung mit Multiple Input Multiple Output (MIMO) und Orthogonal Frequency Division Multiplexing Access (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 17

18 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 erfolgt. Ein 4x4-Antennen- Array 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. Übertragungsfrequenzen von Long Term Evolution Für LTE-Mobilfunk stehen in Deutschland zwei Die Entwicklung der Datenraten von UMTS, HSPA und LTE Frequenzbereich zur 18

19 Verfügung: der eine Frequenzbereich liegt im UHF-Bereich zwischen 790 MHz und 862 MHz. Das ist der Frequenzbereich, der durch die Digitale Dividende bei der Umstellung auf Digital- TV frei wurde. Dieser Frequenzbereich wurde zwischen den Netzbetreibern Telekom (DTAG), Vodafone und O2 aufgeteilt. Er ist besonders interessant für den funktechnischen Anschluss von Smartphones an das mobile Internet. In diesem Frequenzbereich gibt es zwischen den Uplink-Frequenzen und denen für das Downlink eine Frequenzlücke zwischen 823 MHz und 832 MHz. Diese Frequenzlücke wird als Mittenlücke bezeichnet und wurde für Drahtlossysteme und Funkmikrofone freigegeben. Der zweite Frequenzbereich, der wie der erste von der Bundesnetzagentur versteigert wurde, liegt zwischen 2,5 GHz und 2,69 GHz. In diesem Frequenzbereich sind verschiedene Frequenzbänder den Netzbetreibern Telekom, Frequenzbereiche von Long Term Evolution (LTE) in Deutschland Vodafone, 19

20 E-Plus und O2 zugeordnet. 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. Als Nachfolgetechnologie von LTE wird von 3GPP bereits Long Term Evolution Advanced (LTE-A) ausgearbeitet. Die ersten Pilotprojekte starteten 2010 und sendeten in ländlichen Bereichen in dem aus der digitalen Dividende stammenden Frequenzbereich bei 800 MHz. MExE, mobile execution environment Das Mobile Execution Environment (MExE) ist eine funktional erweiterte WAP-Technologie, die auf Java basiert. MExE ist Teil der Spezifikationen von 3GPP und definiert eine flexible und sichere Anwendungsumgebung für mobile GSM- und UMTS-Handys oder PDAs. Es verfügt über mehr Funktionen als das WAP-Protokoll und hat auch mehr Einsatzmöglichkeiten. Es gibt verschiedene MExE-Versionen: MExE Class Mark 1 basiert auf dem WAP-Protokoll und eignet sich für mobile Endgeräte mit eingeschränkten Funktionen und einem kleinen Display für Textanzeigen. MExE Class Mark 2 unterstützt leistungsfähigere Anwendungen, die eine höhere Prozessorleistung haben, einen größeren Speicher und ein größeres Display für grafische DArstellungen. MExE Class Mark 3 unterstützt Java-Anwendungen und basiert auf Java 2 Micro Edition (J2ME). MExE Class Mark 4 basiert auf einer Common Language Infrastructure - Compact Profile (CLI CP). Es kann mit vielen mobilen Endgeräten und diversen Programmiersprachen eingesetzt werden. 20

21 MIN, mobile identification number Die Mobile Identification Number (MIN) entspricht der International Mobile Subscriber Identity (IMSI) im GSM-Standard. Es ist eine 34 Bit lange Kennzeichnung, die aus der Telefonnummer erzeugt wird. Sie ist Bestandteil der Electronic Serial Number (ESN), die die Rufnummer für Nicht-GSM-Handys bildet. Bei analog arbeitenden Zellularnetzen der 1. Generation (1G) wird die Mobile Identification Number für das Routing des Anrufs benutzt. In den meisten Netzen der 2. Generation (2G) benutzt das Mobilfunksystem eine temporär zugeteilte Nummer für das Routen. Mobilfunk cellular radio Der Mobilfunk bildet die übertragungstechnische Seite der Mobilkommunikation. Man unterscheidet von der Anwendung her im Mobilfunk die Bereiche des Flugfunks, des Seefunks und des Landfunks sowie von der Art der Übertragung her die Analog- und Digitalübertragung. Darüber hinaus wird zwischen verschiedenen Mobilfunkarten unterschieden: dem Mobilfunk für Sprachkommunikation mit den zellularen Mobilfunknetzen, dem Datenfunk, dem Satelliten- Mobilfunk und dem Bündelfunk, der mit Frequenzbündeln arbeitet. Die Entwicklung des Mobilfunks reicht zurück bis zu Beginn dieses Jahrhunderts, als erstmals Schiffe funktechnisch erreicht werden konnten. In den frühen zwanziger Jahren wurden die Möglichkeiten der Mobilkommunikation auf Kraftfahrzeuge übertragen, um beispielsweise Polizei-Autos direkt mit der Zentrale zu verbinden. Es folgten Systeme für die Eisenbahnen. Bereits 1950 gab es in Deutschland die ersten Inselnetze für Mobilfunk, die im 30-MHz- Bereich sowie im 80-MHz-Bereich arbeiteten. Mitte der sechziger Jahre nimmt AT&T das erste zellulare Mobilfunknetz in Betrieb. Vor allem in den skandinavischen Ländern wurden bereits 1970 erste Mobilfunknetze installiert folgte in Deutschland mit dem A-Netz, dem damals weltweit größten zusammenhängendem Mobilfunknetz, das allerdings noch handvermittelt war. Es folgte ein 21