Datenübertragung im Mobilfunk
Die Mobilfunknetze eignen sich grundsätzlich nicht zur Datenübertragung. Die Übertragungsraten sind zu niedrig, da die Übertragungstechnik und das Modulationsverfahren auf die Übertragung von Sprache ausgelegt ist. GSM sieht zwar auch ein Verfahren für eine leitungsvermittelte Datenübertragung vor, diese ist allerdings nicht besonders schnell.
Zur Verbesserung der Datenübertragung über GSM wurden verschiedene Verfahren eingeführt. Z. B. das Verbindungsprotokoll X.75 zur Beschleunigung des Verbindungsaufbaus. Es ist bereits als ISDN-Verbindungsprotokoll bekannt. Weiterhin das digitale Datenformat V.110, das aber nur zögerlich von den Netzbetreibern umgesetzt wurde. Im GSM-Standard wurde mit V.42bis eine Datenkompression nur für die Luftschnittstelle zwischen Mobilfunktelefon (MS) und Basisstation (BTS) eingeführt. Alle diese Verfahren waren gut gemeint, brachten aber nur punktuelle Verbesserungen. Die grundlegenden Nachteile, der auf Sprache ausgelegten Übertragung waren dadurch nicht auszugleichen.
Im Zeitalter des Internets und der uneingeschränkten Mobilität wurden dem Mobilfunkstandard GSM Erweiterungen hinzugefügt, die die Übertragungsraten bei der Datenübertragung erhöhen sollen. Die beiden Standards sind HSCSD, GPRS und EDGE. Die konsequente Weiterentwicklung der mobilen Datenübertragung ist UMTS mit HSDPA und HSUPA. In Zukunft soll LTE folgen.
Übertragungsgeschwindigkeit im Vergleich
| Mobilfunk-Technik | GSM | UMTS | LTE | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| GPRS | EDGE | UMTS | HSDPA HSUPA |
HSPA+ | LTE | LTE Advanced | |
| Downlink | 53,6 kBit/s | 236,8 kBit/s | 384 kBit/s | 1,8 MBit/s 3,6 MBit/s (7,2 MBit/s) (14,4 MBit/s) |
bis 42 MBit/s | bis 100 MBit/s | bis 1 GBit/s |
| Uplink | 13,4 kBit/s (26,8 kBit/s) |
118,4 kBit/s (236,8 kBit/s) |
128 kBit/s (384 kBit/s) |
1,8 MBit/s (3,6 MBit/s) (5,8 MBit/s) |
bis 11 MBit/s | ||
| Latenzzeit | 500 ms und mehr | 300 bis 400 ms | 170 bis 200 ms | 60 bis 70 ms | |||
| Anbieter (geplant oder im Aufbau) |
T-Mobile Vodafone E-Plus O2 |
T-Mobile Vodafone (E-Plus) (O2) |
T-Mobile Vodafone E-Plus O2 |
T-Mobile Vodafone (E-Plus) (O2) |
|||
Mobilfunktechnik der 2. und 3. Generation im Vergleich
| Mobilfunktechnik | GSM (CSD) | HSCSD | GPRS | EDGE | UMTS |
|---|---|---|---|---|---|
| Übertragungs -verfahren |
leitungsvermittelt | leitungsvermittelt | paketvermittelt | paketvermittelt | paket-/codevermittelt |
| Übertragungsraten (Theorie) |
9,6 kBit/s 14,4 kBit/s (ohne Fehlerkorrektur) |
115,2 kBit/s | 171,2 kBit/s | 480 kBit/s | 384 kBit/s (Downlink) |
| Übertragungsraten Geräte (Theorie) |
9,6 kBit/s 14,4 kBit/s |
57,6 kBit/s (Downlink) 28,8 kBit/s (Uplink) |
62,4 kBit/s (Downlink) 31,2 kBit/s (Uplink) |
236,8 kBit/s (Downlink) 118,4 kBit/s (Uplink) |
384 kBit/s (Downlink) 64 kBit/s (Uplink) |
| Übertragungsraten (Praxis) |
~ 9 kBit/s | abhängig von der Anzahl der Kanäle | ~ 40 kBit/s (Downlink) | ~ 170 kBit/s (Downlink) ~ 95 kBit/s (Uplink) |
~ 360 kBit/s (Downlink) |
| Abrechnung | Verbindungszeit | Verbindungszeit | Datenmenge oder Verbindungszeit | Datenmenge oder Verbindungszeit | Datenmenge |
| Always-on | nein | nein | ja | ja | ja |
| Kanalbündelung | nicht möglich | theoretisch max. 8 Kanäle | theoretisch max. 8 Kanäle | theoretisch max. 8 Kanäle | Mehrfachnutzung je Kanal |
Die beiden ersten Verfahren zur Übertragung von Daten in einem GSM-Netz sind CSD (Circuit Switched Data) einem leitungsvermittelten Datenübertragungsverfahren und SMS (Short Message Service) dem paketvermittelten verbindungslosen Kurzmitteilungsdienst, beschränkt auf 160 Zeichen pro Mitteilung.
CSD wurde bereits zu Anfang von GSM angeboten. Die Nutzdatenrate war auf maximal 9,6 kBit/s beschränkt. In der GSM-Phase-2 hat man die Geschwindigkeit der Datenübertragung auf 14,4 kBit/s erhöht und dabei auf die Fehlerkorrektur der Daten verzichtet. Dabei sank die Qualität der Verbindung.
Durch die GSM-Phase-2+ wurde die Bündelung mehrerer Kanäle ermöglicht. Der Datendienst HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) führt zu einer höheren Datenrate. Da beide Techniken leitungsvermittelte Übertragungsverfahren sind, erfolgt die Abrechnung auf Basis der Verbindungszeit. Für die klassische Anwendung des Internet-Zugangs ist das alles andere als optimal. Schnell etablierte sich GPRS (General Packet Radio Service), das nur eine virtuelle Verbindung aufbaut und auf Basis der übertragenen Datenmenge abgerechnet wird.
Datenübertragung mit UMTS
Mit UMTS wurde erstmals ein Mobilfunkstandard eingeführt, der neben Sprache auch grundsätzliche schnelle Datenübertragungen zulässt. Eine Bruttodatenrate von 384 kBit/s ermöglicht eine Nettodatenrate von 360 kBit/s oder 45 kByte/s. Rund 10% der Bandbreite gehen bei UMTS für den Overhead verloren.
UMTS ist im Vergleich zu DSL sehr träge. Beim Verbindungsaufbau dauert es recht lange. Wenn dann aber mal Daten fließen, dann geht es recht zügig. Die Downloads flutschen recht schnell. Am besten fühlt sich UMTS bei Vodafone an. Vodafone setzt auf kleinere Datenpakete. Kleinere Datenpakete haben bei der Übertragung eine höhere Priorität. Dafür dauert die Übertragung größerer Datenblöcke etwas länger.
Ein weiterer Grund für die Verzögerung ist die Ramp-up-Zeit. Der UMTS-Nutzer ist zwar ständig mit dem Netz verbunden. Wenn aber gerade keine Daten übertragen werden, sinkt seine Priorität. Wenn wieder Datenverkehr ausgelöst wird, dann dauert es zwei bis drei Sekunden, bis die Daten beim Empfänger ankommen (Latenzzeit). Bei Vodafone liegt die Ramp-up-Zeit zwischen 800 bis 850 ms. Bei optimalen Verhältnissen erreicht man mit UMTS Latenzzeiten von 100 ms. In der Praxis zwischen 130 und 150 ms. Bei sporadischen Zugriffen und geringem Datenfluss sind es nur noch 250 bis 300 ms.
Grundsätzlich vermindert ein schlechtes Empfangssignal den theoretischen Durchsatz von 45 kByte/s (Downstream) nur wenig. Dafür reichen ein oder zwei Balken von 5 Balken aus (Empfangsstärkeanzeige im Handy-Display). Die genaue Empfangsstärke bei Handys lässt sich nicht genau ablesen. Bei mehr als -98 dBm bricht die Datenrate ein.
HSDPA und HSUPA (HSPA)
Bei HSDPA ist für die volle Bandbreite ein starkes Signal notwendig. Schätzungsweise um die -95 dBm. Für die zukünftigen schnelleren Verbindungen wird ein noch höherer Signalpegel von -50 bis -40 dBm vorausgesetzt.
Latenzzeit, die Spaßbremse im Mobilfunknetz
Die Latenzzeit ist die Laufzeit eines Datenpakets vom Sender zum Empfänger. Je nach Mobilfunknetz, Übertragungsverfahren, Endgerät und Standort kann die Latenz variieren. Anwendungen, die eine kurze Latenzzeit erwarten funktionieren im Mobilfunk eventuell nicht.
Mangelhafte Darstellungsqualität von abgerufenen Bildern über GPRS/EDGE/UMTS/HSDPA
Wer über einen Datentarif von T-Mobile, Vodafone oder E-Plus online geht, der wird vielleicht schon festgestellt haben, dass die Bilder im Browser pixeliger oder matschiger aussehen. Die abgerufenen Webseiten werden von den genannten Mobilfunkanbietern durch einen Proxy geschickt, der JPG- und GIF-Dateien zusätzlich komprimiert. Einerseits wird dadurch der Traffic reduziert, wodurch Geld gespart wird. Andererseits wird im einen oder anderen Fall die Darstellung sehr schlecht sein.
Bei T-Mobile kann man den Proxy abstellen, indem man beim ersten Webseitenaufruf auf der Konfigrationsseite auswählt, ob man die Webseite komprimiert oder unkomprimiert abrufen möchte.
Für Vodafone gibt es ein Tool mit dem namen High Performance Client, mit dem sich das Verhalten des Proxys steuern lässt. Das Programm funktioniert auch bei E-Plus.
Einzig O2 komprimiert die übertragenen Webseiten nicht. Es leitet die abgerufenen Webseiten ohne Proxy direkt zum Empfänger.
Standards für die Datenübertragung im Mobilfunk
- CSD - Circuit Switched Data
- HSCSD - High Speed Circuit Switched Data
- GPRS - General Packet Radio Service
- EDGE - Enhanced Data Rates for GSM Evolution
- UMTS - Universal Mobile Telecommunications System
- HSPA - Highspeed Paket Access
- HSDPA - High Speed Downlink Packet Access
- HSUPA - High Speed Uplink Packet Access
- LTE - Long Term Evolution
Dienste für die Datenübertragung
- SMS - Short Message Service
- MMS - Multimedia Messaging Service
- WAP - Wireless Application Protocol
- Push-to-Talk
- LBS - Location Based Services
Weitere verwandte Themen:
- GSM - Global System for Mobile Communications
- IEEE 802.16 / WiMAX
- IMS - IP Multimedia Subsystem
- UMTS-Netzabdeckung
- Internet-Anschluss
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