UMTS, GPR-S, LTE & Co. – Übertragungstechniken im Mobilfunk

Wer kann schon auf Anhieb sagen, was sich hinter den Abkürzungen versteckt, die immer wieder im Zusammenhang mit Handyempfang und Mobilfunk auftauchen. Wir haben hier eine chronologische Liste und ein paar erklärende Worte zu den einzelnen Technologien zusammengestellt und hoffen, das beantwortet einige Ihrer Fragen.

Inhaltsverzeichnis

GSM (1992)

Unter der Abkürzung GSM verbirgt sich die Bezeichnung "Global System for Mobile Communications". Dies beschreibt einen technischen Standard für volldigitale Mobilfunknetze. In der modernen Telekommunikation wird die Transfertechnik GSM hauptsächlich genutzt für:

  • die Bereitstellung von Roaming-Diensten
  • die Sprachübertragung (also dem Führen von Telefonaten)
  • den Versand von SMS (so genannten Kurzmitteilungen)
  • die leitungsvermittelte und die paketvermittelte Datenübertragung

Dieser Standard wird also für die grundlegenden Dienste eines Mobiltelefons verwendet. Als Nachfolger analoger Systeme (in Deutschland: A-, B- und C-Netze) ist GSM der erste und weltweit verbreitetste Mobilfunk-Standard der so genannten 2. Generation ("2G"). GSM gilt In Deutschland als technische Basis der Funktelefon-Netze D (nutzt Frequenzbereich GSM-900) und E (DCS-1800).

1992 wurde die GSM-Technologie in Deutschland eingeführt. In der Folge kam es in den 90er Jahren zur rasanten Verbreitung von Mobilfunktelefonen bzw. Handys.

Heute wird die Technologie weltweit in ca. 200 Ländern und Gebieten bzw. in ca. 670 GSM-Mobilfunknetzen genutzt. Dies entspricht einer derzeitigen GSM-Netzstandard-Nutzung von ca. 80 % aller Mobilfunk-Kunden. Nutzer-Zahlen belaufen sich dabei auf ca. 2 Milliarden. Es wird geschätzt, dass täglich ca. 1 Million neue Kunden aus Afrika, Indien, Asien und Lateinamerika hinzukommen.

Reichweite und Geschwindigkeit

Grundsätzlich sind mit GSM-900 größere Reichweiten möglich als mit DCS 1800. Die möglichen GSM-Reichweiten variieren jedoch sehr. Abhängig ist diese vor allem von Faktoren, wie Geländeprofil und Bebauung der Gebiete. Bei Sichtkontakt ist im Freien eine Reichweite von bis zu 35 km möglich. In Städten verringert sich diese jedoch oft auf wenige hundert Meter, was mit der Dämpfung durch Gebäude und die niedrigen Antennenhöhen zu begründen ist. Um eine flächendeckende Reichweite zu gewährleisten, stehen Basisstationen dort näher beieinander.

Da Daten über GSM nur langsam übertragen werden, eignet es sich vorrangig zur Telefonie und zum Versand von SMS, weniger für mobile Up- und Downloads.

Erweiterungen des GSM-Standards

Der GSM-Standard dient daher als Grundlage für weitere neue Technologien, die eine schnellere Datenübertragung gewährleisten und somit auch die Nutzung des mobilen Internets ermöglichen. Zu diesen Erweiterungen zählen: HSCSD, GPRS und EDGE.

HSCSD (2000)

Hinter der Abkürzung HSCSD verbirgt sich die Bezeichnung „High Speed Circuit Switched Data“ und zählt zunächst zu den Datenübertragungs-Technologien von Mobilfunknetzen. HSCSD ist eine schnellere Form der leitungsvermittelten Datenübertragung und gilt als besondere Erweiterung des GSM Standards CSD (Circuit Switched Data). Ziel dieser Erweiterung war die Entwicklung einer schnelleren Datenübertragungs-Technologie innerhalb des GSM-Mobilfunk-Netzes.

Anfang der 2000er Jahre wurde HSCSD in Deutschland eingeführt und entsprechende Endgeräte, die diese Form der Datenübertragung unterstützen auf den Markt gebracht. Zu diesem Zeitpunkt galt diese Technologie als außerordentlicher Zugewinn.

Wie funktioniert die HSCSD-Technologie?

Die schnellere Datenübertragung via HSCSD wird durch die Bündelung bzw. Kopplung mehrerer Datenkanäle bzw. mehrerer benachbarter Time Slots (deutsch: Zeitschlitze) erreicht. Ein Time Slot beschreibt dabei einen in seiner Länge festen zeitlichen Abschnitt. Innerhalb dessen kann eine bestimmte Ressource genutzt werden und periodisch verfügbar sein. Im Zusammenhang mit der Datenübertragung spricht man auch von so genannten Funkschlitzen.

Die zeitversetzte Übertragung von insgesamt acht Time Slots je Frequenz ist für das GSM-Netz charakteristisch. Rein theoretisch sind durch Bündelung von Datenkanälen so Datenübertragungsraten von bis zu 115,2 kbit/s (= 8 x 14,4 kbit/s) möglich. Um alle 8 Slots zu verwenden, müsste ein Handy jedoch über 2 Antennen verfügen. Da es dies aber nicht tut, können nur maximal 4 Slots genutzt werden. Wird von einer Grunddatenrate von 14,4 kbit/s ausgegangen, ergibt sich bei 4 Slots eine maximale Geschwindigkeit von 57,6 kbit/s (4 x 14,4 kbit/s). Verglichen mit der einfachen maximalen Grunddatenrate nach CSD (14,4 kbit/s) ergibt sich hier eine deutliche Erhöhung der Übertragungsgeschwindigkeit. Mit HSCSD ist für jeden Teilnehmer ein Nutzkanal bzw. eine Leitung verfügbar. Grundsätzlich kann so die maximale Transferrate von 57,6 kbit/s voll genutzt werden, unabhängig der Anzahl aktiver Netzteilnehmer.

Welche Netzanbieter bieten HSCSD an?

Die Kanalübertragung via HSCSD wird in Deutschland nur noch von Vodafone angeboten. E-Plus hat diese Übertragungstechnik zum 01. August 2010 abgeschaltet. Je Kanal gestattet Vodafone eine Grunddatenrate von 14,4 kbit/s. Handys, die auf dem deutschen Markt zu erwerben sind, verfügen über nur eine Antenne und können somit insgesamt vier Datenkanäle nutzen. Vodafone nutzt ein Teilungsverhältnis der Kanäle von 2:2 Bündelung, d.h. je Richtung ergeben sich so für Up- und Downlink 28,8 kbit/s. Eine 3:1 Bündelung, bei der 43,2 kbit/s und 14,4 kbit/s zur Verfügung stehen bot E-Plus an, diese Variante wurde jedoch eingestellt.

Stellung von HSCSD in Bezug auf andere Datenübertragungs-Technologien

Die Zahl der HSCSD unterstützenden Geräte, die auf dem Markt erhältlich sind, ist seit 2006 rückläufig. Industrielle Anwendungen, wie die Telemetrie arbeiten zwar noch mit HSCSD, allgemein kann man jedoch sagen, dass diese Datenübertragungsart zugunsten paketorientierter Übertragung wie GPRS/EDGE bzw. UMTS/HSDPA an Bedeutung verlieren wird.

GPRS (2000)

Der Mobilfunkstandard GPRS, oder auch „Genral Packet Radio Service“, ist ein paketorientierter Datenübertragungsdienst in GSM-Netzen und kann als Erweiterung des GSM-Standards betrachtet werden. Im Bereich des Mobilfunks und des mobilen Surfens ist der beliebte Dienst heutzutage nicht mehr wegzudenken, was u. a. die hohe Anwenderzahl bestätigt.

Wie funktioniert GPRS?

GPRS ist paketorientiert. Das heißt, im Gegensatz zum leitungsvermittelten Datendienst CSD (Circuit Switched), werden Daten beim Sender in einzelne kleine Pakete zerlegt, als solche übermittelt und auf der Empfängerseite wieder zusammengesetzt. Somit ist eine optimale Nutzung der Handynetz-Bandbreite möglich.

Bei GPRS herrscht ein so genannter always-on-Betrieb. Bei aktiviertem Dienst besteht lediglich eine virtuelle dauerhafte Verbindung zur Gegenstelle. Demnach wird der Funk-Raum erst dann besetzt, wenn tatsächlich Daten übertragen werden. Werden keine Daten übertragen ist der Raum für andere Benutzer frei. Das hat zum Vorteil, dass kein Funk-Kanal für einen Benutzer dauerhaft besetzt werden muss. Daher wird bei GPRS auch nach Datenvolumen abgerechnet, was bedeutet, dass der Nutzer nicht für die Verbindungsdauer, sondern lediglich für den verursachten Traffic bezahlt. Heutzutage wird zu einem Handyvertrag häufig eine Internet Flatrate angeboten, die für ein bestimmtes Datenvolumen so genanntes HighSpeed-Surfen ermöglicht. Ist das Volumen aufgebraucht, kann der Nutzer mit GPRS-Geschwindigkeit weiter surfen. Weitere Kosten fallen meist nicht an.

Übertragungsgeschwindigkeit

GPRS gilt als Vorstufe bzw. Wegbereiter des UMTS. Doch gibt es wesentliche Unterschiede in beiden Techniken. GPRS, das auf dem herkömmlichen GSM-Standard basiert, kann nur die dort verfügbaren Geschwindigkeiten voll nutzen. Unter optimalen Bedingungen können so bis zu 110 kBit/s übertragen werden. Durchschnittlich werden Daten via GPRS jedoch lediglich mit einer Geschwindigkeit von 40 bis 50 kBit/s übertragen. Für Anwendungen wie dem Abrufen von E-Mails oder dem Aufrufen einfacher Informations-Webseiten ist diese Geschwindigkeit ausreichend. Aufwändigen Seiten mit Fotos und Animationen hingegen ist dieser Übertragungsstandard nicht gewachsen.

Zudem ist die maximale GPRS Geschwindigkeit nur dann verfügbar, wenn sich in die aktuelle Funk-Zelle kein anderer Teilnehmer einwählt. Denn das kann zum Nachteil haben, dass sich die Übertragungs-Geschwindigkeit verlangsamt. In der Nacht oder am frühen Morgen ist das GPRS-Netz zwar akzeptabel, zu Stoßzeiten ist jedoch mit sehr langsamen Datenübertragungsraten zu rechnen.

GPRS Anwendungen

Der GPRS-Dienst findet in vielen Bereichen Anwendung. So wird GPRS u. a. als Datenübertragungsdienst zur Ansicht von WAP-Seiten oder für den Versand von MMS (Multimedia Messaging Service) verwendet. Weitere allgemeine Anwendungen sind die Internetnutzung durch andere Geräte (Computer, Handheld) mit Hilfe eines GPRS-fähigen Handys, das als Modem fungiert sowie die Verwendungen im Bereich Fernwirken (Fernüberwachung- und Steuerung lokal entfernter Objekte). Auch zur Ortung von Fahrzeugen und anderen Objekten wird die GPRS-Übertragung genutzt.

Hinweis

Wenn Sie ein GPRS-fähiges Handy besitzen, den Dienst jedoch nicht nutzen möchten, empfiehlt es sich diesen unter dem entsprechenden Menü-Punkt zu deaktivieren. So vermeiden Sie eine ungewollte Datenübermittlung. Bedenken Sie jedoch, dass die meisten Mobilfunkgeräte die GPRS-Übertragung auch für Dienste, wie das Versenden von MMS (Multimedia Messaging Service) und die Betrachtung von WAP-Seiten verwenden.

EDGE (2006)

Der Begriff EDGE ist die Abkürzung von „Enhanced Data Rates for GSM Evolution“. EDGE beschreibt dabei eine Technik, mit der die Datenübertragungsrate in GSM-Mobilfunknetzen erhöht wird. Diese Erhöhung wird durch die Einführung eines zusätzlichen Modulationsverfahrens erreicht. Die Datendienste GPRS und Enhanced GPRS sowie HSCSD und Enhanced HSCSD werden durch EDGE aufgewertet. Es bietet sich in seiner Verwendung vor allem für Handys und PDAs an.

Wie funktioniert EDGE?

EDGE funktioniert genau wie GPRS. Daten werden auch hier in Form von Paketen über ein GSM-Netz versendet. Durch das weiterentwickelte und verbesserte Modulationsverfahren (8-PSK-Verfahren) wird es EDGE jedoch ermöglicht im gleichen Zeitraum mehr Pakete zu versenden, als es der GPRS-Standard erlaubt. Im direkten Vergleich schneiden EDGE-Down- und Upstreams demnach deutlich besser ab als jene mit GPRS-Standard. Weiter ist das EDGE-Netz stabiler als die gebräuchlichen Standards GSM und GPRS. Das zeigt sich auch in der stabileren Geschwindigkeit und den geringeren Überlastungsproblemen.

Erhöhung der Datenraten

Im Gegensatz zu dem üblichen GPRS-Standard, der im Durchschnitt bei 40 bis 50 kBit/s liegt, kann mit EDGE der Datendurchsatz im Downstream bis auf 150 bzw. 250 kBit/s erhöht werden. Der Ausbau von EDGE auf einer nächsten Stufe auszubauen, stellt bereits einen Downstream von bis zu 384 kBit/s bereit. Theoretisch sind sogar Datenraten bis zu 473 kBit/s möglich. Die höhere Datenrate wirkt sich vor allem bei Datei-Downloads und -Uploads positiv aus.

Über welche Anbieter ist EDGE verfügbar?

Dank großer Mobilfunk-Anbieter ist für eine weitreichende EDGE-Abdeckung gesorgt. Vor allem die Telekom ist hierbei als Vorreiter zu nennen. Das Telekom-Netz ist überall EDGE-fähig. Weite Teile Deutschlands werden auch von Vodafone, o2 und E-Plus abgedeckt. Das heißt, fast überall, wo GSM-Mobilfunknetze verfügbar sind, steht auch EDGE bereit. Die EDGE-Verfügbarkeit wird im Display vieler Endgeräte durch ein ‚E' für EDGE anstelle des ‚G's für GPRS angezeigt. Ist dies nicht der Fall, macht sich das EDGE-Netz durch schnellere Datenraten bemerkbar. Auch im Ausland, d. h. in den meisten europäischen Staaten ist EDGE ebenfalls verfügbar.

Evolved EDGE

Eine Evolutionsstufe von Edge ist das sogenannte Evolved EDGE, dessen Einführung in naher Zukunft geplant ist. Diese soll eine Datenrate von bis zu 1200 kBits/s (1,2 MBit/s) bereitstellen. Bezogen auf Geschwindigkeit und Komfort wäre EDGE im mobilen Bereich somit als konkurrenzfähige Alternative zu UMTS und HSDPA zu sehen.

UMTS (2004)

Das Kürzel UMTS steht ausgeschrieben für „Universal Mobile Telecommunications System“. Da es sich hierbei um den Mobilfunk-Standard der 3. Generation handelt, wird auch häufig die Bezeichnung "3G" verwendet. UMTS erlaubt dabei wesentlich höhere Übertragungsraten als der "2G" GSM-Standard. Durch die Erweiterungen HSDPA und HSUPA kann die Geschwindigkeit sogar noch weiter gesteigert werden. An fast jedem Ort ist somit das Surfen im Internet zu so genannten Highspeed-Geschwindigkeiten möglich. Auch für den stationären Internet-Zugang von zu Hause aus ist UMTS insbesondere in Gebieten, in denen kein DSL verfügbar ist, mittlerweile eine gute Alternative.

Wie funktioniert die UMTS Übertragung?

Durch die Zusammenführung der leistungsvermittelten und datenpaketvermittelten Techniken, ermöglicht UMTS einen deutlich schnelleren Datentransfer. Dabei wird zunächst über eine Basisstation das "Netz" (die nötigen Frequenzen) bereitgestellt sowie die Daten empfangen und weitergeleitet, die für den Nutzer mit einem UMTS fähigen Endgerät als solche verwendbar gemacht werden. Das UMTS fähige Endgerät kann dabei natürlich auch Daten versenden. Gleichzeitig können mehrere Datenströme empfangen und gesendet werden z. B. eingehende E-Mails oder SMS, auch während telefoniert wird. Zudem können nicht nur Handy und Smartphone Besitzer die Vorteile des UMTS-Standards für sich nutzen. Auch für PC und Laptops sind Karten bzw. USB-Sticks verfügbar, die den Internetzugang via UMTS ermöglichen.

UMTS Dienste und welche Anwendungen vom "3G" Standard profitieren

Insbesondere im Bereich des mobilen Internets stellt UMTS einen essentiellen Fortschritt im Vergleich zur Vorgänger-Generation dar. Denn UMTS ermöglicht nicht nur den Internetzugang und demnach das Surfen im WWW, das Kommunizieren über E-Mail, Chat oder Sprach-Mail. Der "3G" Standard macht diese Dienste darüber hinaus auch wesentlich komfortabler. E-Mails, Bilder und Videos können deutlich schneller versendet werden und auch das Aufrufen der immer aufwendiger gestalteten Internet-Seiten ist mit UMTS in angenehmer Geschwindigkeit und ohne lange Wartezeiten möglich. Auch für beliebte Social Network Dienste wie Facebook, Twitter und ICQ ist UMTS ein zweckdienlicher Standard. Alle Online-Dienste sind somit via UMTS weitestgehend uneingeschränkt nutzbar.

Weitere Dienste, die mit UMTS angeboten werden können, sind: Navigationsdienste, Geschäftsdienste (wie z. B. Prozessmanagement) sowie Massendienste (wie z. B. E-Commerce bzw. Online-Handel).

UMTS Verfügbarkeit und Netzbetreiber, die mobiles Internet via UMTS anbieten

Um UMTS anbieten zu können, mussten die Mobilfunkanbieter ihre Netze für diesen Standard ausbauen, d.h. UMTS kann nicht über die bereits vorhandenen GSM-Netze genutzt werden. Dennoch sind mobile Online-Dienste via UMTS von allen Netzanbietern verfügbar. Viele Anbieter haben dabei so genannte Handy Internet Flat Tarife im Angebot. Hier wird zumeist ein monatliches Datenvolumen zur Verfügung gestellt, mit dem zu Highspeed-Geschwindigkeit gesurft werden kann, die letztlich über die UMTS-Erweiterungen HSDPA bzw. HSUPA realisiert wird. Ist das Volumen aufgebraucht, wird in den meisten Fällen zum Festpreis weitergesurft. Damit fallen keine weiteren Kosten an, es verringert sich lediglich die Geschwindigkeit auf GPRS-Standard. Wobei hier Dienste wie das Abrufen von E-Mails immer noch möglich sind.

HSDPA und HSUPA

Die beiden Abkürzungen stehen für „High Speed Downlink Packet Access“ und „High Speed Uplink Packet Access“ und bezeichnen einmal den erweiterten UMTS Standard für den Downstream-Bereich (HSDPA) und separat den Uplink-Bereich (HSUPA). Umgangssprachlich nennt man HSDPA auch Highspeed oder Express UMTS, was deutlich macht, dass es sich beim schnellen HSDPA Übertragungsverfahren nicht um einen gesonderten Standard handelt, sondern vielmehr um eine Erweiterung des UMTS- bzw. "3G" Mobilfunkstandards. Aus diesem Grund wird HSDPA auch oft als "3G+" bezeichnet.

HSDPA nutzt die bestehenden UMTS-Netze und überträgt die Datenpakete wesentlich schneller als der UMTS-Standard. Ohne WLAN-Verbindung ist es dem Nutzer somit möglich auch größere Datenmengen herunterzuladen. Weiter trägt HSDPA zur Optimierung mobilen Fernsehens bei. Auch für interaktive Anwendungen, wie z. B. Chatten ist HSDPA besser geeignet als sein Vorgänger UMTS.

Eine schnelle Download-Geschwindigkeit allein reicht für die moderne mobile Internet-Nutzung jedoch nicht aus, weshalb das Pendant namens HSUPA entwickelt wurde. Dieser erweiterte UMTS-Standard ermöglicht eine erhöhte Datengeschwindigkeit vom Endgerät ausgehend in Richtung Mobilfunknetz. Demnach können mit HSUPA schnellere Upload-Raten (zum Hochladen bzw. Versenden von Daten) erzielt werden.

Welche Geschwindigkeiten sind mit HSDPA und HSUPA möglich?

Wer mobiles Internet nutzt, der möchte auch größere Datenmengen schnell empfangen bzw. downloaden können. Der Standard HSDPA ermöglicht eine Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 7,2 Mbit/s (2. Ausbaustufe). Mittlerweile wird sogar ein Downstream bei einer Geschwindigkeit von bis zu 14,4 Mbit/s bzw. bis zu 21,6 Mbit/s (nächste Ausbaustufe) angeboten.

Bei der Upload-Geschwindigkeit via HSUPA unterscheidet man 9 Kategorien, die auch mit dem Begriff Release bezeichnet werden. Je höher die Kategorie, desto höher ist i. d. R. auch die Geschwindigkeit. Wird in Kategorie 1 eine maximale Upload-Rate von 0,73 Mbit/s erzielt, sind in Kategorie 6 bereits 5,76 Mbit/s möglich. In Kategorie 9 wird sogar eine Upload-Geschwindigkeit von bis zu 23 Mbit/s erreicht. Allerdings muss dazu gesagt werden, dass Geschwindigkeiten bis Kategorie 5 und demnach praktisch um 2 Mbit/s bzw. theoretisch maximal 5,76 Mbit/s (Kategorie 6) realistisch sind. Doch verglichen mit der herkömmlichen UMTS Upload-Geschwindigkeit von maximal 128 kbit/s sind ca. 2 Mbit/s bereits ein wesentlicher Fortschritt.

Wie funktioniert die HSDPA und HSUPA Technologie und wo sind sie verfügbar?

Beide Technologien sind Erweiterungen der bestehenden UMTS-Netze, die sich auf die Software bezieht. D.h. eine technische Umstellung ist dabei nicht notwendig, weshalb der HSDPA- und HSUPA-Dienst mit den meisten Handys nutzbar ist. Da die Übertragung jedoch zwischen einer Basisstation und dem jeweiligen Endgerät erfolgt, setzt die Nutzung demnach voraus, dass sich eine solche Basisstation im Nutzungsgebiet befindet. In Ballungsgebieten ist das meist kein Problem, in ländlichen Regionen sind die nötigen Basisstationen jedoch eher spärlich gesät. Ist man also im Auto unterwegs und bewegt sich vom Stadtzentrum in ein Randgebiet, kann es unter Umständen sein, dass HSDPA und HSUPA nicht mehr verfügbar sind und die Verbindung automatisch auf UMTS und somit auf eine geringere Datenübertragungsgeschwindigkeit umgestellt wird.

Die Verfügbarkeit der HSDPA und HSUPA Technologie kann jedoch bei vielen Anbietern online oder auch im Mobilfunkladen für den gewünschten Umkreis geprüft werden. Insbesondere dann, wenn Sie einen Handyvertrag abschließen möchten, sollten Sie sich über regionale Ausbaustufen vor Vertragsabschluss informieren.

Vorteile der UMTS Erweiterungen

Mit HSDPA und HSUPA ist ein schneller Internetzugang nicht mehr an Telefonanschlüsse oder feste Standorte gebunden. Das kann zwar auch die GPRS-Technologie, nur sind mit den UMTS-Erweiterungen wesentlich höhere Downlink- und Uplink-Geschwindigkeiten möglich. Das heißt, es können auch große Datenmengen ohne lange Wartezeiten versendet werden. Somit hat sich das mobile Internet mit der HSUPA und HSDPA Technologie als konkurrenzfähige Alternative zur ortsgebunden Internetverbindung etabliert.

Beispielsweise wird mit HSUPA die Interaktionszeit möglicher Echtzeitanwendungen verbessert. HSUPA ist demzufolge für alle Dienste vorteilhaft, bei denen Daten schnell gesendet werden müssen. Neben herkömmlichem Datenversand (E-Mail oder Posten von Inhalten) sind das vor allem die Bereiche Videotelefonie bzw. Videokonferenzen über das Mobilfunknetz, VoIP-Telefonie (Sprachqualität bleibt jedoch abhängig von der Verbindungsqualität) und Online-Gaming.

Über welche Netzanbieter kann HSDPA genutzt werden?

Nahezu alle Netzanbieter machen mobiles Highspeed-Internet via HSDPA und HSUPA möglich. Zu den Anbietern zählen dabei: T-Mobile (D1 Netz), Vodafone (D2 Netz) und o2 (E2 Netz). Auch über 1 & 1 ist mobiles Internet über die UMTS Erweiterungen verfügbar. Viele Anbieter haben mittlerweile eine so genannte Handy Internet Flatrate im Angebot. Zum Festpreis kann so mit Highspeed-Geschwindigkeit mobil im Internet gesurft werden. Die unterschiedlichen Angebote weisen dabei meist eine Datenvolumen-Grenze auf, wobei bei deren Überschreiten eine Drosselung der Surfgeschwindigkeit i. d. R. auf GPRS Standard erfolgt.

LTE (2010) – die neueste Technik

Der Bedarf nach mobilem Internet und entsprechenden Online-Diensten steigt stetig. Aus diesem Grund bedarf es neuer Standards, die schnellere Datenraten ermöglichen und Mobilfunkanbietern kostengünstigere Alternativen der mobilen Internet-Bereitstellung bieten. Auch die Entwicklung des LTE Standards wurde vor diesem Hintergrund vorangetrieben. Hinter der Abkürzung LTE verbirgt sich die Bezeichnung „Long Term Evolution“. Als UMTS Nachfolger handelt es sich um einen neuen Mobilfunk-Standard. Umgangssprachlich wird auch von der 4. Generation gesprochen, wenngleich es sich bei der LTE-Technologie eher um einen "3,9G" Standard handelt.

LTE soll Download-Geschwindigkeiten von bis zu 300 Mbit/s ermöglichen. Eine abwärtskompatible Erweiterung des neuen Standards wird dabei bald unter dem Namen LTE-Advanced eingeführt, wodurch die Mobilfunk-Standards auch endlich in der 4. Generation ankommen.

Übertragungsgeschwindigkeiten und Funktionsprinzip

Bei LTE handelt es sich ausschließlich um eine paketorientierte Übertragung per Funk. Im Gegensatz zu UMTS werden von LTE verschiedene Bandbreiten unterstützt. In Folge der Digitalisierung des Fernsehens, wurden die analogen Frequenzen frei und stehen fortan dem LTE Standard zur Verfügung. In ländlichen Regionen wird derzeit im Bereich 800 MHz gesendet und in Städten der 1,8 GHz Bereich genutzt. Die entsprechenden Frequenzen wurden im April 2010 bzw. Mai 2015 höchstbietend an die verschiedenen Netzbetreiber versteigert.

Der LTE-Standard wartet nun mit einem Vielfachen der üblichen Datenübertragungsgeschwindigkeit auf: Die maximale LTE Downlink-Rate liegt derzeit bei 100 Mbit/s, ist aber abhängig von der Ausstattung, das heißt theoretisch sind sogar 300 Mbit/s möglich. Beim Downlink können via LTE bereits 50 Mbit/s von den Mobilfunkanbietern bereitgestellt werden. Auch in ländlichen Regionen sollen Geschwindigkeiten von mindestens 3 Mbit/s möglich sein.

Vorteile durch LTE

Der größte Vorteil von LTE ist sehr offensichtlich: die schnelleren Übertragungsgeschwindigkeiten. Die Latenzzeiten sind beim LTE Standard eher gering, das heißt Verzögerungszeiten vom Handy ins Festnetz belaufen sich auf weniger als 5ms. Dies wirkt sich vor allem positiv auf Sprachdienste, wie VoIP und Videotelefonie aus. Insbesondere für Online-Gamer und Menschen, die sich gern Videos und Filme über das Internet ansehen, ist die LTE Technik ein unweigerlicher Fortschritt. Auch für Dienste wie z. B. Video Chat, HD-Radio, mobiles Fernsehen und HDTV ist LTE ein nützlicher Standard.

Die Qualität der LTE Internetverbindung ist gleichwertig der, die über den herkömmlichen Festnetz-DSL Anschluss erreichbar ist. Mit LTE ist es den Nutzern sogar möglich eine dauerhafte Verbindung zum Internet herzustellen. Somit wäre es möglich an jedem Ort und zu jeder Zeit mobil zu kommunizieren.

Weitere Vorteile sind: die niedrigeren Übertragungskosten, die sich auch auf den Endverbraucher positiv auswirken sowie der geringere Energieverbrauch der Mobilgeräte. Das heißt, ein LTE Handy kann über längere Betriebszeiten verfügen als man bisher gewohnt war. Weiter können die LTE-Signale über eine größere Reichweite hinweg übermittelt werden und es müssen somit weniger Basisstationen bereitgestellt werden. Vor allem ländliche Regionen, die internetmäßig bislang eher vernachlässigt wurden, profitieren von der LTE-Technik und kommen in den langersehnten Genuss von Breitbandinternet.

LTE Verfügbarkeit

Da es sich bei LTE um einen neuen Mobilfunk-Standard handelt, müssen die bestehenden Netze umgerüstet werden, um einen weitestgehend flächendeckenden LTE Ausbau bereitzustellen. Dies wurde und wird in den nächsten Jahren angestrebt. So will Vodafone bis Ende 2015 LTE nahezu flächendeckend in Deutschland anbieten.

Neben dem Ausbau und verfügbaren Basisstationen ist die Nutzbarkeit auch abhängig von einem LTE-fähigen Endgerät. Im März 2012 wurde das erste LTE-fähige Smartphone auf den Markt gebracht. Seither folgen immer mehr Modelle. Es bleibt jedoch zu beachten, dass die verschiedenen Netzbetreiber unterschiedliche Frequenzen nutzen. Die vier deutschen Mobilfunkanbieter: die Deutsche Telekom, Vodafone, E-Plus und o2 werden dabei voraussichtlich die Frequenzen 790 - 860 MHz und 2,5 - 2,6 GHz nutzen. Die Deutsche Telekom nutzt bereits zusätzlich den Bereich 1800 MHz.

Wird UMTS durch LTE erstetzt?

In Deutschland findet aktuell ein starker LTE-Ausbau statt und viele Mobilfunkanbieter aller Preisklassen bieten bereits zahlreiche LTE-Tarife an. Ziel ist es dabei vor allem das UMTS-Datennetz zu entlasten. Demnach stellt LTE eine Ergänzung dar, ist dabei zwar konkurrenzfähig, soll allerdings nicht als Konkurrenz zu UMTS angesehen werden.

Was ist LTE-Advanced?

Die LTE Erweiterung LTE-Advanced erfüllt letztlich erst die "4G" Definitionen. Die ersten LTE-Advanced-Geräte kamen bereits 2014 auf den Markt.

Übertragungsgeschwindigkeiten im Vergleich

In Sachen Übertragungsraten unterscheidet man zunächst zwischen Download- und Upload-Geschwindigkeit, wobei die Übertragungsrate beim Empfangen von Daten (Herunterladen) generell höher ist, als dass das beim Senden von Daten (Upload) der Fall ist.

In der folgenden Tabelle sind die gängigen Mobilfunkstandards und ihre jeweiligen Übertragungsgeschwindigkeiten aufgelistet.

GenerationStandardErweiterungDownload- GeschwindigkeitUpload-Geschwindigkeit
2GGSMGPRS53,6 kbit/s13, 4 kbit/s (26,8 kbit/s)
2GGSMEDGE236,8 kbit/s118, 4 kbit/s (236,8 kbit/s)
3GUMTSUMTS384 kbit/s128 kbit/s
3GUMTSHSDPA3, 6 - 7,2 Mbit/s (bis zu 21 Mbit/s)---
3GUMTSHSUPA---1,8 Mbit/s
3,9GLTE 300 Mbit/s75 Mbit/s
4GLTEAdvanced1000 Mbit/s (nach ITU)1000 Mbit/s

Die GSM-Übertragungsraten (im Downstream) liegen durchschnittlich zwischen 40 und 50 kbit/s per GPRS bzw. zwischen 150 und 250 kbit/s via EDGE-Übertragung. Damit lassen sich beispielsweise E-Mails abrufen und einfache Web-Seiten bzw. WAPs öffnen. Für interaktive Anwendungen sind die GSM-Übertragungsraten jedoch nur bedingt geeignet. UMTS hat da in Sachen Geschwindigkeit schon mehr zu bieten. Denn mit dem "3G" Standard sind bereits Downlink-Raten bis zu 384 kbit/s möglich. Die UMTS-Erweiterung HSDPA erlaubt mittlerweile sogar eine Übertragung von bis zu 21 Mbit/s. Für den Downlink-Bereich steht mit UMTS eine Geschwindigkeit von bis zu 128 kbit/s bereit. Mit HSUPA sind sogar Werte von bis zu 5,76 Mbit/s möglich. Allerdings ist es auch hier realistischer von Geschwindigkeiten um etwa 2 Mbit/s auszugehen. Mit LTE geht man von einer maximalen Datenübertragung von 300 Mbit/s im Download und 75 Mbit/s im Upload aus. Jedoch bleibt zu beachten, dass die realistischen und gegenwartsnahen Werte meist unter den Maximalwerten liegen.

WAP – eine weitere Übertragungstechnik

Die komfortable Nutzung des mobilen Internets, wie man es heute kennt, ist in dieser Form noch nicht immer möglich gewesen. Zunächst war die Darstellung einer HTML-Web-Seite über das Handy nicht in derselben Weise möglich wie man sie über den Computer abrufen kann. Weiter hatte man vor einigen Jahren noch mit geringen Übertragungsraten zu kämpfen, was den Zugang zum mobilen Internet erheblich erschwerte. Um mit dem Handy auch bei geringeren Übertragungsraten mobiles Internet einigermaßen komfortabel nutzen zu können, galt das so genannte WAP, oder auch: Wireless Application Protocol als eine nützliche Technik. Denn sogar für Handys, die nicht einmal über ein Farbdisplay verfügen, können Internetinhalte mittels WAP zugänglich gemacht werden. Mittlerweile ist der reduzierte Informationsdienst zwar nicht mehr zeitgemäß, findet hier und da jedoch immer noch Verwendung.

Wie funktioniert die WAP Handytechnik?

Grundsätzlich kann man sagen, dass mit Hilfe der WAP Technik Inhalte des WWW (World Wide Web) für Mobilfunkstandards mit langsamen Übertragsungs-Geschwindigkeiten und langen Antwortzeiten sowie für die Ausgabe über meist kleine Handy-Displays angepasst und somit verfügbar gemacht werden. Vereinfach ausgedrückt, unterstützt der WAP Standard den mobilen Internetzugang. Doch um die WAP Technik nutzen zu können, muss das Endgerät entsprechend WAP tauglich sein. Solche Mobiltelefone weisen zumeist ein größeres Anzeigen-Display und einen WAP-Browser auf. Vielen ist WAP als stark vereinfachter Standard im Gedächtnis, bei dem an die Stelle der ursprünglichen Protokolle ein anderes tritt. Wodurch der Zugang zu speziell auf diesen Standard zugeschnittene Internetseiten ermöglicht wird. Doch ganz so einfach ist es nicht. Denn auch die WAP Technik weist verschiedene Entwicklungsstufen auf. Wer also denkt WAP sei gleich WAP, der liegt falsch.

Was ist der Unterschied zwischen WAP 1.x und WAP 2.0?

WAP 1.0 bzw. 1.x und WAP 2.0 sind so genannte Basis-Releases. 1997 wurde der noch nicht ganz ausgereifte WAP 1.0 Standard bereitgestellt. Zu dieser Zeit waren weder Browser-Software noch WAP fähige Endgeräte entsprechend verfügbar. Demnach kam es auch nicht zum kommerziellen Durchbruch des Standards.

Erst mit WAP 1.1 und 1.2 etablierte sich WAP auf dem Endgerätemarkt. Doch so wie man das Internet kennt, bringt es die WAP 1.x Technik nicht auf das Handy-Display. Lediglich speziell aufbereitete Seiten können über WAP 1.x ausgegeben werden. Ziel dieser einfachen Darstellung ist es Datenmengen zu sparen. Denn zu Zeiten der WAP 1.x Technik war das noch nötig, da im Bereich des mobilen Internets nur geringe Übertragungsraten verfügbar waren. Durch so genannte WAP-Gateways werden also Internet-Inhalte gewissermaßen komprimiert. Demnach erfolgt der Zugriff auf das Internet via WAP 1.x nicht direkt, sondern über eben einen solchen Gateway. Weiterhin muss das Handy entsprechend konfiguriert werden.

WAP 2.0 ist eine weitere und nicht abwärts kompatible Spezifikation, die auf die ursprünglichen Protokolle verzichtet und diese durch HTTP (Hypertext Transfer Protocol) ersetzt. Dabei kann der WAP-Gateway, muss aber nicht genutzt werden. Demnach ist eine Unterscheidung zwischen WAP 2.0 und den herkömmlichen Internet-Protokollen nicht eindeutig möglich.

Den Push-Dienst gibt es erst seit WAP 2.0. Dieser erlaubt das gezielte senden von Nachrichten auf ein entsprechendes Handy. So kann beispielsweise ein Link in einer SMS positioniert werden, der sich direkt aus dieser Kurzmitteilung heraus öffnen lässt. Die meisten WAP 2.0 fähigen Handys und Smartphones sind auch für den alten WAP 1.x Standard ausgelegt.

WAP gestern und heute

Zur Zeit der WAP Einführung konnten keine schnelleren Datenübertragungsstandards als GPRS oder HSCSD erreicht werden. Da der WAP Internetzugang auf Zeitbasis abgerechnet wurde, war die Nutzung auch entsprechend teuer. Demnach hielt sich der Erfolg der WAP Technik schon damals in Grenzen. Auch wenn heute schnellere Verbindungen möglich sind, bleibt die Internetnutzung auf WAP Basis recht teuer. Zudem sind moderne Smartphones bereits mit einem HTML-Browser ausgestattet. Dieser kann im Gegensatz zum WAP Standard das gesamte WWW darstellen. Und auch wenn heute noch einige Anbieter so genannte WAP Portale bereitstellen, wird mit der Weiterentwicklung der Technik der WAP Standard immer mehr an Bedeutung verlieren.