Universal Mobile Telecommunications System

Vergleich der maximal erreichbaren Bitraten bei verschiedenen Mobilfunkstandards. (logarithmische Darstellung)

UMTS-Mobiltelefon von Nokia

Das Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) ist ein Mobilfunkstandard der dritten Generation (3G), mit dem deutlich höhere Datenübertragungsraten (bis zu 84 Mbit/s mit HSPA+, sonst max. 384 kbit/s) als mit dem Mobilfunkstandard der zweiten Generation (2G), dem GSM-Standard (bis zu 220 kbit/s bei EDGE; sonst max. 55 kbit/s), möglich sind.

Standardisierung

Die ITU hatte UMTS für IMT-2000 ausgewählt; es ist somit einer der Standards der dritten Generation für Mobilfunk. Ursprünglich hatte das ETSI (Europäisches Institut für Telekommunikationsnormen) UMTS standardisiert; heute pflegt das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) es weiter. Der Standard wird ständig erweitert, beispielsweise erhöhte HSDPA die maximal mögliche Empfangs-Datenrate (Downlink). Für die Sende-Datenrate ist mit HSUPA eine vergleichbare Technik verfügbar.

Dienste

UMTS umfasst erweiterte multimediale Dienste sowie satelliten- und erdgestützte Sendeanlagen. Folgende Dienste können über UMTS angeboten werden:

• Zwischenmenschliche Kommunikation (Audio- und Videotelefonie)
• Nachrichtendienste (Unified Messaging, Video-Sprach-Mail, Chat)
• Informationsverteilung (Internetzugang → z. B. World-Wide-Web-Browsen, Informationsdienste, öffentliche Dienste)
• Standortbezogene Dienste (persönliche Navigation, Fahrerunterstützung)
• Geschäftsdienste (Prozessmanagement, Mobilität in geschlossenen Räumen)
• Massendienste (Bankdienste, E-Commerce, Überwachung, Beratungsdienste)
• Rückkanal für mobiles interaktives Fernsehen, IP-Datacast, DVB-H

Verbreitung

Im Oktober 2008 gab es 230 3G-Netze in 100 Ländern mit über 400 Millionen Teilnehmern, 300 Millionen nutzen UMTS, und von diesen verwenden 60 Millionen HSPA (High Speed Packet Access).^[1]

Teilnehmerstärkstes Land in Europa ist Italien: Allein 3 Italien, Vodafone Italien und TIM hatten zusammen fast 20 Millionen 3G-Teilnehmer.^[2]

Für Deutschland meldete der Branchenverband BITKOM Ende 2008 15,9 Millionen UMTS-Kunden.^[3]

Deutschlandweit waren Mitte 2010 netzbetreiberübergreifend gut 70 % der Standorte, an denen ein Mobilfunknetz verfügbar ist, mit 3G (UMTS oder HSDPA) versorgt.^[4]

In Österreich gab es Ende 2008 3.344.000 genutzte 3G-SIM-Karten, davon 812.700 Verträge für breitbandiges mobiles Internet per UMTS.^[5]

Geschichte

Deutschland

Durch die Versteigerung der UMTS-Lizenzen im Juli/August 2000 nahm die Bundesrepublik Deutschland 98,8 Milliarden DM (ca. 50 Milliarden Euro) ein. Das veranlasste den damaligen Finanzminister Hans Eichel sogar zu dem Ausspruch, UMTS stehe für „Unerwartete Mehreinnahmen zur Tilgung von Staatsschulden“.^[6][7] Die Ausgaben der Unternehmen für die ersteigerten Lizenzen waren in Deutschland absolut betrachtet (nicht pro Einwohner) international am höchsten.

Es wurden sechs Lizenzen zu je ca. 16 Milliarden DM an die folgenden Mobilfunkanbieter vergeben: T-Mobile Deutschland GmbH, Vodafone D2 GmbH, MobilCom Multimedia GmbH, Auditorium Investments Germany S.à.r.l. (ursprünglich ein Konsortium aus E-Plus und Hutchison, später umfirmiert in E-plus 3G Luxemburg S.à.r.l.), O₂ und Group 3G (ein Konsortium aus der spanischen Telefónica und der finnischen Sonera).

Die Lizenzen wurden am 6. Oktober 2000 erteilt. Zwei Lizenzen wurden später aufgegeben: Ende 2003 gab die MobilCom Multimedia GmbH ihre Lizenz aus freien Stücken zurück an die RegTP und verzichtete damit auf die Ausübung der Lizenz- und Frequenznutzungsrechte; im Oktober 2002 verlor Group 3G mit dem Ausstieg aus dem deutschen Markt ihre Lizenz, da diese nicht an Dritte weiterverkauft werden durfte.

Die hohen Kosten und das geringe Angebot nutzbarer Datendienste waren einer der Hauptgründe für den schleppenden Durchbruch von UMTS im Massenmarkt: Die Unternehmen begründeten ihre unattraktiv hohen Gebühren mit den immensen Lizenzkosten, die Kunden nahmen die Angebote nur sehr zögerlich an und die Aktionäre beklagten fallende Unternehmenswerte. Im Rückblick hat der Staat dem Mobilfunkmarkt damit geschadet. Ein an sich gewollter Wettbewerb kam durch die Auktion effektiv nicht zustande, da kleinere Firmen durch die hohen Einstiegspreise am Markteintritt gehindert wurden; große Firmen verloren durch die sofort fällige Lizenzgebühr die notwendige Liquidität für einen zügigen Netzausbau und Firmenwerte gingen durch die Unveräußerbarkeit einer nicht mehr benötigten UMTS-Lizenz verloren.^[8][9] Zudem sprach sich schnell im Markt herum, dass ein guter UMTS-Empfang nur in wenigen Ballungsräumen gesichert war, aber abseits davon in ländlichen Gegenden bedingt durch die geringe Reichweiten der hochfrequenten Dienste die Datendienste nicht oder nur schleppend nutzbar waren. In Deutschland gab es 2003 erste Probeläufe für einige wenige Firmenkunden, die zudem auch nur Datenkarten nutzen konnten. Seit 2004 ist UMTS in Deutschland kommerziell verfügbar und mittlerweile gibt es auch entsprechende Mobiltelefone in ausreichender Stückzahl.

Anfang Februar 2007 kündigte die Bundesnetzagentur an, die zurückgegebenen sowie weitere UMTS-Frequenzblöcke (erneut) zu versteigern; ursprünglich für 2008 geplant^[10], wurde die Auktion im Mai 2010 durchgeführt.^[11]

Ende Mai 2010 wurden im Rahmen des 3rd Generation Partnership Project (3GPP) Lizenzen für den Betrieb des UMTS-Nachfolgestandards Long Term Evolution (LTE) in Deutschland versteigert. Telekom Deutschland, Vodafone und Telefónica Germany investierten zusammen rund 4,4 Milliarden Euro in den UMTS-Nachfolger.^[12]

Andere Länder

Das weltweit erste UMTS-Netz wurde 2001 durch die Manx Telecom auf der Isle of Man in Betrieb genommen.

Die österreichische Mobilkom Austria startete am 25. September 2002 das erste nationale UMTS-Netz Europas, jedoch noch ohne entsprechende UMTS-Mobiltelefone in größerer Stückzahl für Endkunden anbieten zu können. Der erste Anbieter mobiler Videotelefonie über ein UMTS-Netz im deutschsprachigen Raum, der auch über entsprechende Stückzahlen von geeigneten Mobiltelefonen verfügte, war der österreichische Anbieter Hutchison 3G Austria im Mai 2003.

Die meisten Versteigerungen der UMTS-Lizenzen in Europa wurden im Jahr 2000 durchgeführt, angeführt von Großbritannien im Frühjahr 2000. Dabei wurde ein Erlös von 22,477 Milliarden Britischen Pfund, etwa 38 Milliarden Euro, erzielt. Relativ pro erreichbarem Einwohner gesehen, liegt dieser Betrag über dem Ergebnis der deutschen Versteigerung. In Frankreich wurden die Lizenzen Ende 2000 unter Berücksichtigung der von den Anbietern zugesagten Qualitätsmerkmale (Netzabdeckung, Geschwindigkeit des Ausbaus) vergeben. Deutlich niedriger als in anderen Ländern wurden die Lizenzen an die Unternehmen in Spanien mit 13 Euro pro Einwohner und in der Schweiz mit rund 7 Schweizer Franken (knapp 5 Euro) pro Einwohner verkauft.^[13]

Datenübertragungsverfahren

Es gibt mehrere Phasen von UMTS. Die erste Phase (Release 1999, kurz R99) unterscheidet sich vom Vorgängersystem GSM vor allem durch eine neue Funkzugriffstechnik Wideband CDMA, die auf CDMA basiert. Durch diese werden höhere Übertragungsraten möglich. Außerdem kann eine Mobilstation, also das UMTS-fähige Endgerät, mehrere Datenströme gleichzeitig senden, beziehungsweise empfangen. Damit können Benutzer beispielsweise gleichzeitig telefonieren und E-Mails empfangen.

Protokollschichten (Strata)

Man unterscheidet Access-Stratum und non-Access-Stratum, also eine Zusammenfassung der Protokollschichten, die den Funkzugang betreffen, beziehungsweise derjenigen, die nicht den Funkzugang (sondern die Dienste und die Teilnehmerverwaltung im Kernnetz) betreffen.

Duplex-Verfahren

FDD-Modus

Im FDD-Modus (Frequency Division Duplex) senden Mobil- und Basisstation in zwei verschiedenen Frequenzbereichen: Im Uplink-Kanal sendet das Mobilgerät, im Downlink-Kanal die Basisstation. Die beiden Frequenzbereiche haben je eine Breite von 5 MHz. Die einzelnen Übertragungskanäle sind durch reines CDMA realisiert. Derzeit bauen die deutschen UMTS-Netzbetreiber ihre Netze im FDD-Modus auf, die damit erzielbare Datentransferrate liegt bei 384 kbit/s für den Downlink in R99. Das Verfahren ist für die großflächige Funknetzabdeckung gedacht.

• Grundlegende Funktechnik: Wideband CDMA (WCDMA)
• Nutzertrennung: Code (CDMA)
• Duplex: FDD
• Anbietertrennung: Frequenz (FDMA)
• Kanalabstand: 5 MHz
• Chip-Rate bei FDD: 3,84 Mcps
• Maximale Sendeleistung der Mobilstation: 0,125 – 0,25 Watt (GSM zum Vergleich: 1 – 2 Watt)
• Nutzfrequenzen:^[14]

Bandbezeichnung	Frequenzband	Uplink	Downlink	Duplexabstand	Region
I	2100	1920 – 1980 MHz	2110 – 2170 MHz	190 MHz	EU/APAC
II	1900	1850 – 1910 MHz	1930 – 1990 MHz	80 MHz	US
III	1800	1710 – 1785 MHz	1805 – 1880 MHz	95 MHz
IV	1700	1710 – 1755 MHz	2110 – 2155 MHz	400 MHz	US
V	850	824 – 849 MHz	869 – 894 MHz	45 MHz	US/APAC
VI	800	830 – 840 MHz	875 – 885 MHz	45 MHz	Japan
VII	2600	2500 – 2570 MHz	2620 – 2690 MHz	120 MHz
VIII	900	880 – 915 MHz	925 – 960 MHz	45 MHz
IX	1700	1749,9 – 1784,9 MHz	1844,9 – 1879,9 MHz	95 MHz
X	1700	1710 – 1770 MHz	2110 – 2170 MHz	400 MHz
XI	1500	1427,9 – 1452,9 MHz	1475,9 – 1500,9 MHz	48 MHz
XII	700	698 – 716 MHz	728 – 746 MHz	30 MHz
XIII	700	777 – 787 MHz	746 – 756 MHz	31 MHz
XIV	700	788 – 798 MHz	758 – 768 MHz	30 MHz
XV		reserviert	reserviert
XVI		reserviert	reserviert
XVII		reserviert	reserviert
XVIII		reserviert	reserviert
XIX		830 – 845 MHz	875 – 890 MHz	45 MHz

Situation in Deutschland

Die in Deutschland verfügbaren sechs FDD-Frequenzbänder sind wie folgt vergeben:^[15]

Betreiber	Uplink	Downlink	Preis 2000	Preis 2010[16]
Vodafone	1920,3 – 1930,2 MHz	2110,3 – 2120,2 MHz	16,47 Mrd. DM (8,42 Mrd. €)	–
Vodafone	1930,2 – 1935,15 MHz	2120,2 – 2125,15 MHz	16,45 Mrd. DM (8,41 Mrd. €), an Group 3G/Quam; später zurückgegeben, wurde 2010 in zwei Blöcke aufgeteilt und neu versteigert.	93,757 Mio. €
E-Plus	1935,15 – 1940,1 MHz	2125,15 – 2130,1 MHz		103,323 Mio. €
E-Plus	1940,1 – 1950,0 MHz	2130,1 – 2140,0 MHz	16,42 Mrd. DM (8,39 Mrd. €)	–
E-Plus	1950,0 – 1954,95 MHz	2140,0 – 2144,95 MHz	16,37 Mrd. DM (8,37 Mrd. €), an Mobilcom; später zurückgegeben, wurde 2010 in zwei Blöcke aufgeteilt und neu versteigert.	84,064 Mio. €
O₂	1954,95 – 1959,9 MHz	2144,95 – 2149,9 MHz		66,931 Mio. €
O₂	1959,9 – 1969,8 MHz	2149,9 – 2159,8 MHz	16,52 Mrd. DM (8,45 Mrd. €)	–
Telekom Deutschland GmbH	1969,8 – 1979,7 MHz	2159,8 – 2169,7 MHz	16,58 Mrd. DM (8,48 Mrd. €)	–

In jedem Band lassen sich bis zu zwei Kanäle unterbringen. Die genaue Mittenfrequenz ist vom Mobilfunkbetreiber frei wählbar, sollte jedoch ein Vielfaches von 200 kHz (in Ausnahmefällen auch 100 kHz) betragen. Außerdem dürfen benachbarte Kanäle nicht gestört werden.

Situation in Österreich

In Österreich sind die FDD-Bänder an fünf Betreiber vergeben worden:^[17]

Betreiber	Uplink	Downlink	Preis
Mobilkom Austria (A1)	1920,3 – 1930,1 MHz	2110,3 – 2120,1 MHz	2,36 Mrd. ATS (171 Mio. €)
Hutchison 3G Austria („3“)	1930,1 – 1944,9 MHz	2120,1 – 2134,9 MHz	1,91 Mrd. ATS (139 Mio. €)
Orange Austria (ehemals ONE)	1944,9 – 1959,7 MHz	2134,9 – 2149,7 MHz	1,65 Mrd. ATS (120 Mio. €)
3G Mobile (100 %-Tochter der Mobilkom Austria)	1959,7 – 1964,7 MHz	2149,7 – 2154,7 MHz	2,36 Mrd. ATS (171 Mio. €)
T-Mobile Austria	1964,7 – 1979,7 MHz	2154,7 – 2169,7 MHz	2,35 Mrd. + 1,56 Mrd. ATS (171 Mio. + 113 Mio.€)

Ursprünglich wurden sechs und nicht nur fünf Frequenzbänder vergeben. Tele.ring bekam den Zuschlag für das Frequenzband von 1939,9 – 1949,7 MHz im Uplink und 2129,9 – 2139,7 MHz im Downlink für 1,56 Mrd. ATS (113 Mio. €), welches bis zur Abschaltung des Tele.ring-UMTS-Netzes auch in Verwendung war. Eine Auflage für den Kauf von Tele.ring durch T-Mobile Austria war der Verkauf dieser Frequenzen an die Konkurrenten one und Drei.

Situation in der Schweiz

Die FDD-Frequenzen sind in der Schweiz wie folgt vergeben:^[15]

TDD-Modus

Im TDD-Modus (Time Division Duplex) senden Mobil- und Basisstation im selben Frequenzband, jedoch zu unterschiedlichen Zeiten. Ein Frequenzträger wird dazu in 15 Timeslots unterteilt, deren Gesamtübertragungsdauer 10 ms beträgt. Jeder Timeslot ist mittels CDMA wiederum in mehrere Funkkanäle unterteilt. Das Verfahren ist technisch aufwendiger, da Timing-Probleme auftreten können, wenn sich der Sender bewegt oder weit von der Basisstation entfernt ist. Mit W-CDMA im TDD-Modus soll eine Datentransferrate von bis zu 2 Mbit/s (genauer 1920 kbit/s) für den Downlink erreicht werden können. Diese Technik ist in Deutschland bisher kommerziell nicht verfügbar. In Tschechien hat T-Mobile CZ seit 2005 ein Netz mit UMTS-TDD-Technik in Betrieb, welches sich derzeit nur auf Prag beschränkt und später auch in anderen größeren Städten angeboten werden soll.

• Nutzfrequenzen:

1. 2010 MHz – 2025 MHz
2. 1900 MHz – 1920 MHz

Situation in Deutschland

Obwohl in Deutschland kein TDD-Netz in Betrieb ist, sind die Frequenzen wie folgt vergeben worden:^[15]

Die von O₂ belegten Blöcke wurden bei der Frequenzauktion 2010 durch die Bundesnetzagentur für jeweils 5,7 Mio. € versteigert.^[16]

Situation in Österreich

Die TDD-Frequenzen sind in Österreich wie folgt vergeben:^[15]

Situation in der Schweiz

Die TDD-Frequenzen sind in der Schweiz wie folgt vergeben:^[15]

Erweiterungen

Mittlerweile bieten alle deutschen Netzbetreiber High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) für deutlich höhere Empfangs-Datenraten (sog. „Downlink“) an. Unter optimalen Bedingungen sind bis 14,4 Mbit/s möglich. Die praktisch erreichbare und nutzbare Empfangs-Datenrate ist jedoch auf Grund von Interferenz in der Regel niedriger.

Zudem hängt die erzielbare Datenrate auch noch von der Fähigkeit des Endgerätes ab. Es wurden verschiedene Geräte-Kategorien definiert, die sich in den unterstützten Modulationsarten (QPSK oder 16QAM), der Anzahl der gleichzeitig empfangbaren Kanäle und dem zeitlichen Mindestabstand von HSDPA-Blöcken unterscheiden. Derzeit kommerziell verfügbare Geräte arbeiten mit HSDPA-Category 12 (erlaubt maximal 1,8 Mbit/s) oder HSDPA-Category 6 (erlaubt maximal 3,6 Mbit/s). Diese Geschwindigkeiten sind bislang in Deutschland in großen Teilen des UMTS-Netzes von T-Mobile, Vodafone, E-Plus und O₂ verfügbar. In Deutschland führten Mitte 2007 die ersten Provider die HSDPA-Category 8 mit maximal 7,2 Mbit/s ein und ist mittlerweile in ausgewählten Gebieten von T-Mobile, Vodafone, E-Plus und O₂ verfügbar. In einigen Gebieten in Österreich ist die Ausbaustufe HSDPA-Category 8 bereits seit Anfang 2007 verfügbar.

Im Zuge des Ausbaus von HSDPA soll mittels High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) die maximal mögliche Sende-Datenrate (sog. „Uplink“) zunächst auf 1,4 Mbit/s und später auf 5,8 Mbit/s gesteigert werden. Wiederum in Österreich wurden im April 2007 bereits erste Basisstationen mit dieser Technik ausgerüstet. Auch in Deutschland wird HSUPA in manchen Regionen von T-Mobile und Vodafone angeboten. Um diese deutlich höhere Geschwindigkeit zu nutzen, benötigt man ein Endgerät, welches HSUPA unterstützt.

Die Planungen sehen High Speed OFDM Packet Access (HSOPA) als darauf folgende Ausbaustufe im Rahmen von Next Generation Mobile Networks (NGMN bzw. 4G) bis zum Jahre 2010 vor.

Siehe auch

• Mobilfunk
• Mobiles Internet
• UTRA Absolute Radio Frequency Channel Number (UARFCN)
• Dienstgüteklassen von UMTS
• Femtozelle
• UMTS-Datenkarte

Literatur

• Thorsten Benkner, Christoph Stepping: UMTS. J. Schlembach Fachverlag, Weil der Stadt 2002, ISBN 3-935340-07-9
• Thorsten Benkner: Grundlagen des Mobilfunks, J. Schlembach Fachverlag, Wilburgstetten 2007, ISBN 978-3-935340-44-1
• Martin Sauter: Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme. Vieweg, 2008, ISBN 978-3-8348-0397-9
• Robert Brunner (Hrsg.): Mehr Spaß und Infos mit UMTS. Industrial-Media-Verlag, Augsburg 2006. ISBN 3-00-017877-5
• Bernhard Walke: Mobilfunknetze und ihre Protokolle. Bd 1. Stuttgart 2001. ISBN 3-519-26430-7
• Bernhard Walke, Marc P. Althoff, Peter Seidenberg: UMTS – ein Kurs. Schlembach-Fachverlag, Weil der Stadt 2002. ISBN 3-935-34022-2
• Christian Lüders: Mobilfunksysteme. Grundlagen, Funktionsweise, Planungsaspekte. Vogel, Würzburg 2001. ISBN 3-8023-1847-1
• Martin Wuschke: UMTS: Paketvermittlung im Transportnetz, Protokollaspekte, Systemüberblick. Teubner-Verlag, Wiesbaden 2003. ISBN 3-519-00465-8

Einzelnachweise

1. ↑ UMTS-Forum: 300 million UMTS subscribers: mobile broadband goes global, 6. Oktober 2008 (englisch)
2. ↑ UMTS-Forum: Top Ten Operators Ranked by WCDMA Connections
3. ↑ Bitkom: 16 Millionen UMTS-Anschlüsse in Deutschland, 15. Februar 2009
4. ↑ UMTS-Verfuegbarkeit: 70% Netzabdeckung erreicht, 7. Juli 2010
5. ↑ RTR: RTR Telekom Monitor, 15. Mai 2009
6. ↑ teltarif.de Streit über UMTS-Vergabepraxis
7. ↑ teltarif.de UMTS-Auktion beendet
8. ↑ ARD-Börse: 10 Jahre UMTS – kein Grund zum Feiern?
9. ↑ DER SPIEGEL (Heft 13/2010): "Drei, zwei, eins - Mainz"
10. ↑ Meldung auf tagesschau.de vom 6. Februar 2007 (nicht mehr online verfügbar)
11. ↑ Pressemitteilung der Bundesnetzagentur vom 20. Mai 2010
12. ↑ UMTS Nachfolger LTE (Long Term Evolution) in Deutschland
13. ↑ Medieninformation des Bundesamtes für Kommunikation vom 6. Dezember 2000. Lizenzpreise: ab 50 Mio. CHF, Bevölkerungsstand Ende 2000: 7,2 Mio.
14. ↑ 3GPP TS 25.104: Base Station (BS) radio transmission and reception (FDD); Kap. 5: Frequency bands and channel arrangement (Englisch) (ZIP/DOC; 505 KB) (30. September 2009). Abgerufen am 13. Dezember 2009.
15. ↑ ^{a b c d e} Eco information document on the use of mobile bands in CEPT.
16. ↑ ^{a b} Letztes Rundenergebnis der Frequenzauktion
17. ↑ Frequenzbelegung in Österreich

Weblinks

 Commons: Universal Mobile Telecommunications System – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Mobilfunknetze in Deutschland

A-Netz (ca. 1952–1977) | B-Netz (1972–1994) | C-Netz (1985–2000) | D-Netz (seit 1991) | E-Netz (seit 1994) | UMTS (seit 2004) | LTE (seit 2010)