Drahtlose Kommunikation gehört schon zu Urzeiten zu den Träumen der Telekommunikationsbranche und ist zweifellos die Zukunft derselbigen. Und gerade die immer kleiner, kompakter und leistungsfähig werdende Telefon- und Computertechnik gebietet förmlich die grenzen- und drahtlose Mobilkommunikation ohne Abstriche gegenüber herkömmlichen drahtgebundenen Kommunikationswegen.
Mobil ist nicht gleich Mobil
Bevor über mobiles Internet und drahtlose Zugänge gesprochen wird, sollten zunächst zwei höchst unterschiedliche Definitionen von "Mobilität" in der Telekommunikation unterschieden werden. Gemeint ist damit der Begriff "Mobilfunk", wie er von Mobilfunkbetreibern aus der Telefonwelt und aus der Netzwerkwelt gesehen wird.
Mobilfunkbetreiber aus der Telefonwelt betreiben ihre Mobilfunknetze als eine Gesamtheit und versorgen mit ihrem Netzwerk ganze Landstriche, vornehmlich mit Telefonie, aber auch mit Datenanwendungen. Dazu haben sie sich bei einer nationalen Behörde (in Deutschland die Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post) um die Nutzung von Frequenzbändern für einen Mobilfunkstandard beworben und diese zur Nutzung erhalten, auf denen sie mit eigenem Equipment die Mobilfunkdienstleistung der Allgemeinheit zur Verfügung stellen. Diese Lizenzen geben den Mobilfunkbetreibern jedoch nicht nur Rechte, sondern fordern auch Pflichten von ihnen ab. Beispielsweise muss jeder Mobilfunkbetreiber im Rahmen seiner Lizenz die prozentuale Versorgung des Landes in einem bestimmten Zeitraum garantieren, sich an die Nummernvergaberichtlinien für Telefonnummern halten (beispielsweise die einheitliche Übernahme von Sonder- und Notrufnummern) et cetera.
Mobilfunkbetreiber aus der Netzwerkwelt betreiben für gewöhnlich so genannte nomadische Netzwerke, als Funkinseln oder auf kleinere Landstriche beschränkte Funknetze. Dazu wird entweder Funktechnik verwendet, die in allgemein frei nutzbaren Frequenzbereichen senden und lizenzfrei genutzt werden dürfen oder bekommen für bestimmte, genau zu definierende Bereiche bestimmte lizenzpflichtige Frequenzbereiche zugeteilt. Im Gegensatz zur Mobilfunktechnik aus der Telefoniewelt dürfen diese Gerätschaften jedoch nur mit weit geringeren Sendeleistungen oder in einem engen und genau definierten Korridor (Richtfunk) genutzt werden.
Eine weitere Unterscheidung zwischen Mobilfunk der Telefonie- und der Netzwerkwelt beruht auf der Geschichte der Telekommunikation. Die Telefoniewelt arbeitet seit inzwischen Jahrhunderten nach dem Prinzip der Leitungsvermittlung, während die Netzwerkwelt (und hier insbesondere das Internet) das Prinzip der Paketvermittlung aufrechterhält. Sprich: Während für ein normales Telefongespräch eine durchgehende Leitung zwischen Anrufer und Anrufenden geschaltet wird (Leitungsvermittlung), basiert die Paketvermittlung darauf, dass die Information zwischen Absender und Empfänger als einzelne Pakete in einem Übertragungsnetz übertragen wird (siehe hierzu auch Arten von Netzwerken).
Dieser fundamentale Unterschied ist daran erkennbar, wie die Telekommunikationsdienstleistungen hauptsächlich vermarktet werden: Da bei einer Leitungsvermittlung eine Leitungsstrecke exklusiv zur Verfügung gestellt wird, wird diese Dienstleistung überwiegend nach Zeit abgerechnet. So eine Abrechnung würde bei einer Paketvermittlung nur in kleinerem Masse funktionieren, da hier keine exklusive Leitungsstrecke zwischen Absender und Empfänger existiert. Hier ist deshalb eine Abrechnung nach der Datenmenge die sinnvollste Methode.
Interessant am Rande: Auch bei den Mobilfunkbetreibern in der Telefoniewelt ist ein langsamer Umstieg von der Leitungs- in die Paketvermittlung zu beobachten. Am deutlichsten ist dies beim GSM-Mobilfunkstandard durch die Einführung des General Packet Radio Service (GPRS), der eine paketorientierte Datenübermittlung über GSM-Netze ermöglicht.
Klassischer Mobilfunk
Als "Mobilfunk" wird umgangssprachlich der Mobilfunk aus der Telefoniewelt bezeichnet, der primär für mobile Telefonanwendungen ausgerichtet ist. Die Grundlage dieser Art von Mobilfunk ist in den meisten Ländern der Erde inzwischen der digitale Standard Global System for Mobile Communication (GSM), der langfristig durch das Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) abgelöst werden wird. Ich möchte an dieser Stelle auch etwas auf die Geschichte und Techniken der gängigen Mobilfunktechnologien näher eingehen, um Ihnen auch in diesem Bereich einige Grundlagen zu vermitteln.
Zu Funktechnologien aus der Netzwerkwelt finden Sie drei weitere Artikel in dieser Rubrik: Drahtlose lokale Netzwerke, Teil 1: WLAN, Drahtlose lokale Netzwerke, Teil 2: WiMAX, Drahtlose lokale Netzwerke, Teil 3: Bluetooth, ZigBee.
Datenübertragung im Global System for Mobile Communication (GSM)
GSM wurde ab 1987 vom ETSI, dem European Telecommunications Standards Institute, als Arbeitsgruppe namens Groupe Special Mobile eingerichtet, die sich mit der Entwicklung eines einheitlichen digitalen Mobilfunkstandards beschäftigten sollte und einen einheitlichen Mobilfunkstandard namens GSM entwickelte, dessen Initialen später auf Global System for Mobile Communication (Globales System für Mobilkommunikation) umdefiniert wurden. GSM ist heute zweifellos der am weitesten verbreitete Mobilfunkstandard. Nähere Informationen zur Geschichte und Technik von GSM finden Sie in netplanet unter Global System for Mobile Communication (GSM).
Der Augenmerk bei der Entwicklung von GSM, so wenig Daten wie nur möglich zu erzeugen, die übertragen werden müssen, ist zwar gut bei der Übertragung von möglichst vielen Gesprächen gleichzeitig, jedoch ein Hindernis bei der Übertragung von Daten. Niemand konnte Ende der achtziger und Anfang der neunziger Jahre des 20. Jahrhunderts den Siegeszug des Internet voraussagen und dementsprechend wenig wurde in der ursprünglichen GSM-Spezifikation ein Schwerpunkt auf die Übertragung von großen Datenmengen gelegt. So sind die möglichen Datenübertragungsbandbreiten zunächst einmal mehr als kläglich:
Übertragen lässt sich auf einem Funkrahmen, dem eigentlichen Übertragungskanal während einer Datenverbindung, brutto eine Datenmenge von 271 Kilobit pro Sekunde. Das macht pro Nutzkanal eine Bruttorate von 33,9 Kilobit pro Sekunde. Davon werden 9,2 Kilobit pro Sekunde für grundlegende Fehlerkorrekturmaßnamen benötigt, so dass nun 24,7 Kilobit pro Sekunde für einen Nutzkanal übrig bleiben. Diese 24,7 Kilobit pro Sekunde müssen jedoch weiter unterteilt werden: 1,9 Kilobit pro Sekunde für den Steuerkanal und 22,8 Kilobit pro Sekunde für den Nutzkanal. Und auch die verbliebenen 22,8 Kilobit pro Sekunde sind immer noch brutto, da noch eine Reihe von Fehlerschutzmechanismen hinzukommen und für Nutzdaten am Ende nur noch eine effektive Bandbreite von 13 Kilobit pro Sekunde übrig bleiben.
Für moderne Sprachkodierungsverfahren ist diese Bandbreite ausreichend, um hier akzeptable Gesprächsqualitäten zu erreichen. Für Datenübertragungen ist dies jedoch ein relativ magere Bandbreite. Zwar kann mit alternativen Fehlerkorrekturen pro Nutzkanal bei einer guten Verbindungsqualität eine Bandbreite von 14,4 Kilobit pro Sekunde erreicht werden, dennoch ist diese Bandbreite weit weg von dem, was beispielsweise DSL-Anschlüsse heutzutage zu leisten vermögen.
Eine Weiterentwicklung von CSD-Verbindungen ist das HSCSD-Verfahren (High Speed Circuit Switched Data). Bei diesem Verfahren kann der Benutzer mit einem entsprechend vorbereiteten Mobiltelefon für eine Datenverbindung mehrere Nutzkanäle eines Funkrahmens anfordern, theoretisch alle acht eines Funkkanals. Theoretisch wäre damit eine maximale Bandbreite von 115,2 Kilobit pro Sekunde möglich. In der Praxis ist die Bündelung aber von maximal vier Nutzkanälen zu einer Verbindung üblich, um so immerhin eine Bandbreite von 57,6 Kilobit pro Sekunde zu erreichen. Ein Nachteil von HSCSD wird aber sofort deutlich: HSCSD-Verbindungen belegen gleich mehrere Nutzkanäle und je mehr Nutzkanäle einer Mobilfunkstation gebraucht werden, desto weniger freie Kapazität steht zur Verfügung.
General Packet Radio Service (GPRS) als Zwischenschritt zu UMTS
GPRS ist eine Erweiterung im GSM-Standard und gleichzeitig ein bedeutender Paradigmenwechsel in der Telefoniewelt. Während bisher die Kommissionierung von Telefonressourcen traditionell leitungsorientiert vorgenommen und demnach nach Zeit abgerechnet wurde, ist GPRS ein vollständig paketorientierter Dienst.
Die Idee, die hinter GPRS steckt, sind permanent bestehende, virtuelle Verbindungen zu einer Gegenstelle. So eine Verbindung besteht also dauerhaft, es werden jedoch nur dann Übertragungskapazitäten im Mobilfunknetz benötigt, wenn auch tatsächlich Daten übertragen werden sollen. Dies ist insofern nützlich für Mobilfunkanbieter und seine Kunden, da bei paketorientierten Netzwerken wie beispielsweise dem Internet nicht ständig Daten übertragen werden oder die volle Bandbreite benötigt wird, sondern jeweils nur bei Bedarf. Zwar ist auch bei GPRS die Bündelung mehrerer Nutzkanäle möglich, dennoch leidet auch GPRS unter den beschränkten Übertragungskapazitäten des GSM-Standards.
Enhanced Data Rates for GSM Evolution (EDGE) als weitere GSM-Entwicklungsstufe
Mit der offiziellen GSM-Erweiterung namens EDGE wird eine weitere Zwischenstufe von GSM hin zu den Datenübertragungsbandbreiten von UMTS geschaffen. Dazu wird innerhalb eines Nutzkanals ein anderes Modulationsverfahren genutzt, mit dem eine erheblich größere Übertragungsbandbreite von bis zu 48 Kilobit pro Sekunde möglich ist, mit Bündelung von mehreren Nutzkanälen sogar bis zu 384 Kilobit pro Sekunde bei der maximal möglichen Zahl von acht gebündelten Kanälen.
Für die Nutzung von EDGE ist eine teilweise Umrüstung der Funktechnik auf Seiten des Mobilfunkanbieters notwendig, außerdem benötigt der Benutzer ein EDGE-fähiges Endgerät. Durch die Abwärtskompatibilität ist jedoch gewährleistet, dass EDGE innerhalb von normalen GSM-Netzen funktioniert und keine anderen Geräte und Verbindungen stört.
Universal Mobile Telecommunications System (UMTS)
UMTS gilt als der zukünftige Nachfolger des GSM-Standards und wird deshalb als Mobilfunk der dritten Generation bezeichnet. Ursprünglich wurde die Entwicklung von UMTS ebenfalls vom ETSI begonnen, dann aber in eine eigene, unabhängige Projektgruppe namens 3rd Generation Partnership Project (3GPP) ausgegliedert - vornehmlich deshalb, um mit diesem Schritt die Entwicklung nicht nur das europäische ETSI zu beschränken, sondern auch andere, internationale Institute in der Telekommunikationsbranche in die Entwicklung einzubinden.
UMTS besitzt viele Eigenschaften und bewährte Verfahren von GSM, zählt aber dennoch nicht als eine Weiter-, sondern als eine Neuentwicklung.
Weiterführende Links
http://www.gsmworld.com/
Offizielle Homepage der GSM-Association
http://de.wikipedia.org/wiki/Global_System_for_Mobile_Communications
Wikipedia-Artikel zu Global System for Mobile
Communications (GSM)
