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HIGH-SPEED-MOBILE
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HIGH-SPEED-MOBILE
Inhalt
3,5. Generation
3,9 Generation
3GPP, third generation
partnership project
3GPP2, third generation
partnership project 2
4. Generation
802.16m
Abstrahlcharakteristik
Antennengewinn
Beamforming
BLAST, Bell labs layered
space time
Diversität
EDGE, enhanced data service
for GSM evolution
EVDO, evolution data
optimized
Gleichwellennetz
HC-SMDA, high capacity spatial division multiple
access
HSDPA, high speed downlink
packet access
Impressum:
Herausgeber: Klaus Lipinski
High-Speed-Mobile-Networks
Copyrigt 2009
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
MRC, maximum ratio
combining
OFDM, orthogonal frequency
division multiplex
OFDMA, orthogonal frequency
division multiplexing access
Raumdiversität
Raummultiplex, RMX
Keine Haftung für die angegebenen
Informationen.
Produziert von Media-Schmid
www.media-schmid.de
Exit
2
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-Übertragungsrate
UTRAN, UMTS terrestrial radio
access network
WiBro, wireless broadband
WiMAX, worldwide
interoperability for
microwave access
WiMAX-Forum
WiMAX-Netz
HIGH-SPEED-MOBILE
3,5. Generation In die Mobilfunk-Generationen hat man nachträglich die 3,5. Generation eingefügt.
3.5G, 3.5 generation 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.
3,9 Generation Mobilfunknetze sind chronologisch in Generationen gegliedert. So gibt es die 1., 2. und 3. Generation (3G),
3.9G, 3.9. generation 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-Speed-Techniken 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 Das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ist eine Standardisierungsinitiative, die zwischen
partnership project 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.
3GPP arbeitet eng mit der ITU und ETSI zusammen, die 3GPP-Entwicklungen als Standards übernehmen.
http://www.3gpp.org
3GPP2, third generation Das Third Generation Partnership Project 2 (3GPP2) zielt im Gegensatz zu 3GPP auf den
partnership project 2 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. Generation Nach der Einführung der 3G-Mobilfunksysteme, die im Wesentlichen von UMTS geprägt sind, werden die
4G, fourth generation Systeme der vierten Generation konzipiert. Sie stehen unter dem Motto “Always best connected” und
“Beyond 3G”.
Exit
Index
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HIGH-SPEED-MOBILE
Generationen der
Mobilfunknetze
802.16m
IEEE 802.16m
Exit
Index
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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 IPgestützten 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 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.
http://www.ngmn.org
Die im Jahr 2007 aktiv gewordene Arbeitsgruppe 802.16m 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 sollen 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 als Mehrantennenkonzept MIMO.
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.
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radiation diagramm
Strahlungscharakteristik einer
gebündelten Antenne mit Haupt- und
Nebenkeulen
Antennengewinn
antenna gain
Exit
Index
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Die Abstrahlung von elektromagnetischen Wellen
und von Schall kann durch technische und
konstruktive Maßnahmen richtungsmäßig beeinflusst
werden. Solche Maßnahmen werden bei der
Antennenkonstruktion aber auch bei der
Schallabstrahlung von Lautsprechern eingesetzt.
1. Die Abstrahlcharakteristik von Antennen zeigt an,
wie sich die Funkwellen von der Antenne aus in alle
Richtungen ausbreiten und dabei abschwächen, in
vertikaler und horizontaler Richtung. Neben der
Abstrahlung und der damit in Zusammenhang
stehenden Feldstärke von Sende-Antennen
verdeutlicht die Strahlungscharakteristik auch die
Empfangsempfindlichkeit für Empfangsantennen.
Die Strahlungscharakteristik hängt von der
Antennenbauweise ab und kann gleichmäßig
rundum sein, wie bei der Stabantenne, es kann aber auch richtungsabhängig oder auf unterschiedliche
Polarisationsebenen ausgerichtet sein, wie bei der Dipolantenne, der Yagi-Antenne oder der
Parabolantenne. Da die Strahlungscharakteristik häufig keulenförmig ausgeprägt ist, spricht man auch von
Haupt- und Nebenkeulen.
Bei Antennen mit starker Bündelung, wie bei Richtfunkantennen, ist der Öffnungswinkel der
Strahlungscharakteristik nur wenige Grade breit, in anderen Fällen, wie bei Antennen für WLANs, ist sie
kreisförmig ausgebildet.
2. Neben der festen Strahlungscharakteristik gibt es Entwicklungen für eine intelligente Strahlformung zur
Optimierung der Feldstärke im Empfangsgebiet, dem Beamforming. Bei dieser Technik werden einzelne
Antennenelemente eines Antennen-Arrays, das aus vielen Antennenelementen besteht, elektronisch zu
einem Antennen-Array kombiniert. Durch die Kombination verschiedenster Antennenelemente können der
Einfalls- und der Öffnungswinkel bei stationärem Antennensystem verändert werden. Daneben gibt es
Techniken mit einer festen Strahlungscharakteristik, deren Formung dem Empfangsbedingungen angepasst
ist. Andere arbeiten mit einer dynamischen Strahlungskeule, die über den Empfangsbereich bewegt wird.
Der Antennengewinn ist eine relative Größe, die sich auf eine Referenzantenne bezieht. Die Bezugsgröße
ist die Empfangsfeldstärke der Antenne in Empfangsrichtung zur Empfangsfeldstärke der Referenzantenne,
ebenfalls in Empfangsrichtung. Als Referenzantenne dient entweder eine so genannte isotrope Antenne
oder ein Halbwellen-Dipol.
Eine isotrope Antenne strahlt gleichmäßig in alle Richtungen und weist ein optimales Energiefeld auf. Der
Pegel einer isotropen Antenne wird in dBi angegeben, wobei 0 dBi den Bezugspegel für die Berechnung
des Antennengewinns bildet. Die dBi-Referenztechnik wird vorwiegend bei Mikrowellen benutzt, in anderen
Frequenzbereichen dient als Referenz der Halbwellen-Dipol, und als Referenzpegel Decibel Dipol (dBd).
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Antennengewinn von
verschiedenen Antennen
Beamforming
beamforming
Beamforming mit unterschiedlichen
Abstrahlkeulen
BLAST, Bell labs layered
space time
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Index
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Das logarithmische Verhältnis der Feldstärken von
gemessener Antenne zur Referenzantenne ist der
Antennengewinn, angegeben in Dezibel (dB).
Generell ist der Antennengewinn von der
Abstrahlcharakteristik der Antenne abhängig. Bei
Parabolantennen steigt der Antennengewinn mit der Größe
des Parabolspiegels.
Beamforming ist eine von mehreren intelligenten Antennentechnologien zur Erhöhung der empfangsseitigen
Feldstärke. Weitere sind MIMO, Spatial Multiplexing (SM) und Maximum Ratio Combining (MRC).
Beim Beamforming
werden mehrere dicht
beieinander
angebrachte
unidirektionale
Antennen so mit HFSignalen belegt, dass
die Antennen-Arrays
eine direktionale
nachbilden. Die
eines solchen
Antennen-Arrays
kann elektronisch
geändert werden und
zwar durch Änderung
der Signalpegel und
-phasenlagen. Die simulierte Abstrahlcharakteristik kann anwendungsspezifische Formen nachbilden. So
kann für stationäre Anwendungen eine stark gebündelte Abstrahlkeule nachgebildet werden und für
Mobilanwendungen eine breitere Abstrahlcharakteristik. Auch die Strahlungsleistung EIRP kann den
Anwendungen entsprechend angepasst werden.
Wird ein solches Antennen-Array als Empfangsantenne geschaltet, kann sie so geformt werden, dass das
empfangene Signal verstärkt und Interferenzen unterdrückt werden.
Das Beamforming-Verfahren bedingt ein besseres Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) in Richtung der
Empfangsantennen und eignet sich am besten für Sichtverbindungen (LOS).
BLAST (Bell Labs Layered Space Time) ist ein von den Bell Laboratories entwickeltes
Übertragungsverfahren für Mobilfunknetze und WLANs, das die vorhandenen Übertragungsbandbreiten
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wesentlich effizienter ausnutzt als andere Verfahren. Mit BLAST sollen Übertragungswerte von bis zu 40
bit/Hz erzielt werden, gegenüber den derzeit möglichen Werten zwischen 1 bit/s bis hin zu 12 bit/s.
Das Verfahren basiert auf einem ungewollten, bei der HF-Übertragung aber auch unvermeidlichen Problem
der Wellenausbreitung. Die Laufzeit einzelner Trägerwellen ist dabei unterschiedlich, weil die Wellen
verschiedene Wege nehmen und an Objekten reflektiert werden. Beim Empfänger trifft also die gleiche
Welle in extrem kurzen Zeitabständen mehrmals hintereinander mit unterschiedlicher Feldstärke ein. Diesen
Effekt macht sich BLAST zunutze indem es sende- und empfangsseitig mit Antennen-Arrays arbeitet. Die
Trägerfrequenz wird mit verschiedenen Signalen codiert und dann über das Mehrantennensystem
abgestrahlt. Aus den empfangsseitig eintreffenden reflektierten Signalen, die für jedes Sendesignal
unterschiedlich stark ausgeprägt sind, ermittelt der Empfänger für jeden Sender charakteristische Merkmale.
Mit der Charakterisierung der einzelnen Sender ist es dem Empfänger möglich die verschiedenen Signale
voneinander zu selektieren.
Theoretisch soll der Durchsatz proportional zu der Anzahl der Antennen ansteigen; also sich bei zwei
Antennen etwa verdoppeln, bei vier etwa vervierfachen.
Mit dieser Entwicklung konnten bei UMTS in einem 5-MHz-Kanal 19,2 Mbit/s übertragen werden. Im
Vergleich dazu sei erwähnt, dass derzeitige Übertragungsverfahren wie WCDMA für 22 Mbit/s eine
Bandbreite von 20 MHz benötigen.
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 AntennenDiversity wird bei MIMO umgesetzt. Ähnlich arbeiten
die Gleichwellennetze, die die gleiche Information
über mehrere Sender ausstrahlen. Ein anderer
Diversitäts-Ansatz nutzt die Ausstrahlung der gleichen
Information auf unterschiedlichen Frequenzen oder,
wie das Spatial-Multiplexing, die räumliche
Dimension. Des Weiteren gibt es Diversity-Verfahren,
die mehrere Techniken miteinander kombinieren. So
wird bei der STBC-Codierung zusätzlich zur
spektralen Dimension noch die zeitliche und die
Diversität
diversity
Mehrantennensysteme
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Index
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räumliche Komonente 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.
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
Datenübertragungsraten
von EDGE
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Index
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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
Internet-Telefonie. 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 (8-PSK), 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 GMSK-Modulation Übertragungsraten zwischen 8,8 kbit/s
pro Kanal und 17,2 kbit/s pro Kanal, bei der Phasenumtastung (8-PSK) 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 GPRSEinrichtungen erforderlich.
EDGE bildet die Vorstufe
für WCDMA und UMTS,
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wobei nicht sicher ist, ob alle Mobilfunknetzbetreiber ihre Netz-Infrastruktur auf EDGE umrüsten, da
wesentliche Netzkomponenten ausgetauscht werden müssen.
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.
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 aussschließlich 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.
Gleichwellennetz
SFN, single frequency network
Gleichwellennetze oder Gleichwellenfunk (GWF) sind terrestrische Sendernetze mit mehreren Sendern, die
alle auf der gleichen Frequenz senden. Die Antennen der Sender können so positioniert werden, dass sie
ein bestimmtes Sendegebiet, unabhängig von der topografischen Beschaffenheit ausleuchten. Darüber
hinaus arbeiten sie frequenzökonomisch, weil die empfangene Feldstärke im Gegensatz zu Ein-SenderSystemen weder von der Strahlungsleistung noch von der Antennenmasthöhe oder der Entfernung abhängig
ist. Die einzelnen Sendersignale stören sich nicht gegenseitig, sondern interferieren miteinander, indem sie
sich verstärken. Ist in bestimmten regionalen Bereichen bedingt durch die Geländetopologie, in Tunneln
oder Gebäuden kein oder nur ein eingeschränkter Empfang möglich, kann dieser durch so genannte
Füllsender kompensiert werden.
Egal, ob es sich um die Versorgung von stationären oder ein mobilen Empfängern handelt, innerhalb des
Sendegebietes empfängt ein Funkempfänger die gleichen Funkfrequenzen von mehreren verschiedenen
Sendern. Da die Empfänger gleichzeitig die gleiche Frequenz von mehreren Sendern empfangen, kommt
es zu Frequenzüberlappungen und Interferenzen. Aus diesen Gründen wird empfangstechnisch mit dieser
Diversität gearbeitet und Sender, die mit geringen Empfangsfeldstärken einfallen, werden unterdrückt. Man
nennt das den FM-Unterdrückungseffekt (Capture-Effekt), der auch in den Überlappungsbereichen einer
Gleichwelle eine einwandfreie Funkversorgung gewährleistet. Wichtig ist, dass alle Sender keine
Unterschiede in der Trägerfrequenz, dem Frequenzhub und der Phasenlage aufweisen dürfen.
Genutzt wird der Gleichwellenfunk von Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS), im
Amateurfunk, bei terrestrischem Digital-TV, DVB-T, DVB-H und beim Digital-Rundfunk.
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Index
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HIGH-SPEED-MOBILE
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, 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.
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 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 ReceiverDiversität. 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 UMTSNetzen 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) an Mobilfunknetzen definiert.
HSDPA und HSUPA für den Downund Uplink im UMTS-Netz
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Index
10
HIGH-SPEED-MOBILE
HSPA, high speed packet
access
Die Entwicklung der Datenraten von
UMTS, HSPA und LTE
HSPA+, high speed packet
access plus
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Index
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High Speed Packet Access (HSPA) ist
eine Weiterentwicklung von UMTS. Es
verwendet die gleichen Frequenzbänder
wie UMTS und kennt die zwei
Übertragungstechniken HSDPA und
HSUPA. Diese übertragungstechnischen
Aufrüstungen setzen auf der UMTSTechnik 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 HSPATechnik 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
ereichen 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
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.
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.
HIGH-SPEED-MOBILE
HSUPA, high speed uplink
packet access
iBurst
LTE, long term evolution
Exit
Index
12
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 großen Anhang.
Generell sind für HSDPA und HSUPA entsprechende UMTS-Handys mit Datenkarte erforderlich.
iBurst ist eine von mehreren Hochgeschwindigkeits-Mobilfunktechnologien für breitbandige InternetZugänge. 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.
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 iBurstgeräte 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
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, ebenso wie Moblie-WiMAX und Ultra Mobile Broadband
HIGH-SPEED-MOBILE
Entwicklung der mobilen
Hochgeschwindigkeitstechnologien
Mehrantennensystem
multiple antenna system
Exit
Index
13
(UMB), das die
gleichen Datenraten bietet wie
LTE.
Die Standardisierung von LTE 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 1,4 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.
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
HIGH-SPEED-MOBILE
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 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.
Exit
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
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 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
Index
14
HIGH-SPEED-MOBILE
WiMAX-Modem mit MIMO,
Foto: Gizmodo
MISO, multiple input
single output
Mobile-WiMAX
mobile WiMAX
Exit
Index
15
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 soviele 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.
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.
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
HIGH-SPEED-MOBILE
Kenndaten von WiMax und
Mobile-WiMAX
MRC, maximum ratio
combining
OFDM, orthogonal frequency
division multiplex
Exit
Index
16
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 10-MHz-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.
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
Quadratur-Phasenumtastung (QPKS) oder die Quadraturamplitudenmodulationen 16QAM und 64QAM vor.
Letztere nur optional. Darüber hinaus nutzt Mobile-WiMAX HARQ für die Effizienzsteigerung und
unterschiedliche Multiplexverfahren wie Frequency Division Duplex (FDD) oder Time Division Duplex (TDD).
Die Funkfrequenzen von Mobile-WiMax liegen zwischen 2 GHz und 11 GHz.
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 (IDTF) erzeugt. Die Besonderheit von OFDM liegt darin, dass die
Frequenzen der einzelnen Subträger präzise aus der Symbolrate bestimmt werden, und zwar so, dass ein
Subträger dann seine maximale Modulationsamplitude erreicht, wenn alle anderen Subträger einen
Nulldurchgang haben. Die Blocklänge der IDFT entspricht dabei der Zahl der Subträger.
Die IDTF setzt voraus, dass alle Subträgerfrequenzen orthogonal zueinander stehen. Jeder dieser
HIGH-SPEED-MOBILE
OFDM mit Pilotträgern und
modulierten Unterträgern
OFDMA, orthogonal frequency
division multiplexing access
Exit
Index
17
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 Digital-Audio-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 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.
HIGH-SPEED-MOBILE
OFDMA mit Frequenzgruppen und
mehreren Subchannels
Raumdiversität
space diversity
Exit
Index
18
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
OFDMA-Funktion 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 umfasst die verschiedenen Techniken bei denen das gleiche Funksignale über verschiedene
Funkwege zur Empfangseinheit übertragen und von mehreren Antennen empfangen wird. Techniken in
denen die Raumdiversität genutzt werden sind die Mehrantennesysteme.
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
HIGH-SPEED-MOBILE
die diversen Empfangssignale in eine einheitliche Phasenlage verschoben und ihr Pegel wird addiert.
Das Maximum Ratio Combining (MRC) ist die Technik mit der 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
Exit
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 zuund abgeschaltet: Statt einem
Kabel werden mehrere benutzt, statt einem Lichtwellenleiter erfolgt die Übertragung über mehrere. Das Zuund 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 arbeitende Komponenten der Mikrosystemtechnik (MEMS). Auch
bei 100-Gigabit-Ethernet steht das Raummultiplex zur Diskussion. Dabei sollen mehrere parallele
Lichtwellenleiter, die in einem LwL-Kabel gebündelt sind, für die parallele Übertragung benutzt werden. In
diesem Kontext ist der Begriff Ribbon Fiber entstanden.
SIMO, single input
mutliple output
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.
SISO, single input
single output
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
Ein-Antennen-System mit einer Sende- und einer Empfangsantenne nennt sich Single Input Single Output,
Index
19
HIGH-SPEED-MOBILE
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
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
Exit
Index
20
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
HIGH-SPEED-MOBILE
Entwicklung der Datenraten in der
Mobilkommunikation
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
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
Exit
Index
21
HIGH-SPEED-MOBILE
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
Mobilkommunikationstechniken,
deren Mobilität und Datenrate
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 Zugangsund 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
UMTS-Standard
UMTS standard
Exit
Index
22
HIGH-SPEED-MOBILE
können.
UMTS sieht Datenübertragungsraten 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 FDD
reserviert ist. Der Downstream-Bereich liegt für TDD zwischen 2,010 GHz und 2,025 GHz und für FDD
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-Übertragungsrate
UMTS transmission rate
UTRAN, UMTS terrestrial radio
access network
WiBro, wireless broadband
Exit
Index
23
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. 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 Anwender sogar nur noch über 64 kbit/s.
Die genannten Zahlen beziehen sich auf die Datenübertragung und nicht auf das Telefonieren.
UTRAN (UMTS Terrestrial Radio Access Network) ist der funktechnische Teil eines UMTS-Netzes, in dem
auch die Funkschnittstelle zur Verfügung gestellt wird. UTRAN ist eine Komponente im mobilen
Zugangsnetz und besteht aus einem Knoten, der Node B, und dem Radio Network Controller (RNC).
Die Node B entspricht der Bodenstation; sie kann mehrere Funkzellen verwalten und findet in GSM-Netzen
in der Base Transceiver Station (BTS) ihr Äquivalent, der RNC entspricht dem Base Station Controller (BSC)
im GSM-Standard. An einem RNC sind mehrere Node B angeschlossen, die über die ATM-basierten lubSchnittstellen mit diesen verbunden sind, ebenso wie die RNCs, die über die lur-Schnittstellen miteinander
kommunizieren. Das UTRAN ist dadurch in der Lage, Handovers eigenständig durchführen zu können. So
dass Teilnehmer von einer Funkzelle mittels Roaming in einen anderen Funkzellenbereich wechseln können.
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-
HIGH-SPEED-MOBILE
Spezifikationen von WiBro
WiMAX, worldwide
interoperability for
microwave access
Exit
Index
24
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 WiBro-Funkzellen 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.
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
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.
HIGH-SPEED-MOBILE
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
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
WiMAX-Forum
WiMAX forum
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Das WiMAX-Forum fördert den Einsatz von breitbandigen, drahtlosen Zugangsnetzen, die auf der unter
IEEE 802.16 standardisierten Technologie basieren. So will das WiMAX-Forum
den weltweit ersten universellen Freiraum-Telekommunikations-Standard schaffen, mit den IEEE 802.16a
WMAN und den ETSI HiperMAN zusammenarbeiten und in einem Entfernungsbereich von über 50 km
einen Durchsatz von 108 Mbit/s bieten. Neben einer flexiblen Dienstgüte (QoS) sollen strenge
Sicherheitsbedingungen erfüllt und eine Migration zu den unter 802.16e-2005 definierten mobilen
Anwendungen bereitgestellt werden.
Zu den Aufgaben des Forums gehört die Zertifizierung der Produkte in Bezug auf deren Interoperabilität.
Die dem WiMAX-Forum angehörenden Unternehmen wollen den technischen Standard 802.16 im
Frequenzbereich zwischen 10 GHz und 66 GHz und dessen A-Version mit spezifizierten Frequenzen
zwischen 2 GHz und 11 GHz weltweit fördern und die Entwicklung von kostengünstigen Stadtnetzen
vorantreiben. Das WiMAX-Forum arbeitet gemeinsam mit der ETSI Testpläne für den ebenfalls auf 802.16
basierenden europäischen Wireless-MAN-Standard aus.
Zu den über 350 Mitgliedern des WiMAX-Forums gehören Netzbetreiber, Internet Service Provider,
Hersteller von Komponenten, Mobilfunkeinrichtungen und Chips wie Intel, das die WiMax-Aktivitäten durch
Chipentwicklungen vorantreibt. http://www.wimaxforum.org
HIGH-SPEED-MOBILE
WiMAX-Netz
WiMAX network
Infrastruktur eines
WiMax-Netzes
Ein WiMAX-Netz ist ein zellulares Netz, vergleichbar dem GSM-Netz, allerdings mit einer flacheren
Netzstruktur. Die Kommunikation in einem solchen Netz arbeitet mit dem IP-Protokoll, wodurch die Dienste
eine definierte Dienstgüte (QoS) haben. Außerdem können alle bekannten IP-Komponenten benutzt
werden.
Die drei wesentlichen Komponenten eines WiMAX-Netzes sind der Subscriber, also der Dienst-Teilnehmer,
die Basisstation und das Switching-Center.
Beim Subscriber kann es sich um eine ortsfeste aber auch mobile Station handeln. Die ortsfesten und
mobilen Stationen sind über Sichtverbindungen mit den Basisstationen (BS) verbunden und können Dienste
anfordern. Die lokale Verteilung der Dienste innerhalb des Gebäudes obliegt dem Subscriber. Diese kann
über drahtlos über WLANs oder über die gebäudeinterne Verkabelung erfolgen.
Die Basisstation empfängt die Sende-Anforderungen der Subscriber und sendet diese an das SwitchingCenter. Sie sorgt für die funktechnische Abdeckung eines bestimmten Bereichs. Bei Fixed-WiMax mit
Sichtverbindung kann die Funkzelle eine Größe von bis zu 30 km haben, bei Mobile-WiMax liegt der
Funkzellendurchmesser zwischen 1 km und 4 km. Die Basisstation bildet den Übergang hin zu globalen
Netzen, dem Internet oder dem Fernsprechnetz.
Das Switching-Center stellt den Dienst für den Subscriber bereit, der dann über die Basisstation an diesen
übertragen wird.
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