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KommunikationstechnikFibel

Die Kommunikationstechnik-Fibel

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Die Kommunikationstechnik-Fibel ist sehr informativ und verständlich. Genau das habe ich schon seit langem gesucht. Endlich mal ein Buch, das kurz und bündig die moderne Informationstechnik beleuchtet.

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Datenübertragung im Mobilfunk

Übertragungsgeschwindigkeit im Vergleich

Mobilfunk-Technik GSM UMTS LTE
GPRS EDGE UMTS HSPA HSPA+ LTE LTE -A
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
21,1 MBit/s
42,2 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
5,8 MBit/s
(11,5 MBit/s)
bis 50 MBit/s bis 500 MBit/s
Latenzzeit 500 ms und mehr 300 bis 400 ms 170 bis 200 ms 60 bis 70 ms   10 ms 10 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
T-Mobile
Vodafone
E-Plus
O2
T-Mobile
Vodafone
O2
T-Mobile
Vodafone
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)
64 kBit/s (Uplink)

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

Datenübertragung im GSM-Netz

Die beiden ersten Verfahren zur Übertragung von Daten in einem GSM-Netz sind CSD (Circuit Switched Data), ein leitungsvermittelten Datenübertragungsverfahren, und SMS (Short Message Service), ein paketvermittelnder verbindungsloser 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) führte 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) und später EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution). Beide bauen virtuelle Verbindung auf, die auf Basis der übertragenen Datenmenge abgerechnet werden.

Datenübertragung mit UMTS-Netz

Mit UMTS wurde erstmals ein Mobilfunkstandard eingeführt, der neben Sprache auch 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.
Ein 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). Die Ramp-up-Zeit ist bei jedem Netzbetreiber etwas anders, weshalb sich manche Netze schneller anfühlen als andere.
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.

HSPA (High Speed Packet Access) und HSPA+ sind Weiterentwicklungen von UMTS. Mit HSPA und HSPA+ erzielt man im Vergleich zu UMTS höhere Datenraten mittels höherer Packungsdichte (höherwertige Modulationen) und mehreren räumlich getrennten Übertragungsströmen.

Datenübertragung im LTE-Netz

Long Term Evolution, kurz LTE, ist die erste weltweit gültige Mobilfunktechnik für Nordamerika, Europa und Asien. LTE ist eine Weiterentwicklung von UMTS und HSPA. LTE ist vollständig auf die Übertragung von Daten ausgerichtet. Die Zukunft beim Mobilfunk heißt LTE und LTE-A

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.

Fehlerhafte Abrechnung von Mobilfunkdatentarifen

Wer einen Datentarif für mobiles Internet über Mobilfunk hat, der wird gut daran tun, die Abrechnung des verbrauchten Datentransfervolumens nicht zu kontrollieren. Denn die verbrauchte Menge in der Rechnung des Netzbetreibers wird in der Regel nicht mit den gemessenen Werten im Smartphone übereinstimmen. Das bedeutet jedoch nicht, dass die Rechnung des Netzbetreibers grundsätzlich falsch ist. Es liegt eher an der Berechnungsmethode, die die Netzbetreiber anwenden.
Die eigentliche Problematik dabei ist, dass man als Kunde nur ein bestimmtes Volumen hat. Wird es überschritten, dann wird die Übertragungsgeschwindigkeit gedrosselt.

Doch woran liegt es nun, dass Datentarife fehlerhaft abgerechnet werden? Der Grund sind schlechte Empfangsbedingungen in Verbindung mit dem Download von großen Dateien. Beim Surfen oder E-Mail-Abrufen kommt es in der Regel nicht zu Abrechnungsfehlern. Die Dateien sind klein und nicht so fehleranfällig. Wer jedoch häufiger Video- und Audio-Daten über Streaming-Verfahren abruft, kann dabei leicht zu viel bezahlen. Beispiel: Wenn man gerade ein Video auf seinem Smartphone anschaut und die Verbindung zum Mobilfunknetz bricht zusammen, dann läuft der Datenstrom munter weiter, obwohl die Daten auf dem Smartphone gar nicht ankommen. Bei bestimmten Übertragungsprotokollen findet kein oder selten eine Bestätigung der Verbindung seitens des Empfängers statt. Die Verbindung läuft dann einfach weiter, bis der Sender seine Übertragung vollständig beendet hat. Das dabei abgerufene Datenvolumen gilt als verbraucht, obwohl die Daten auf dem Smartphone gar nicht angekommen sind.

Die Abrechnungsmethode, die die Netzbetreiber anwenden, zählt die Kilobyte als verbraucht, die das Kernnetz verlassen und auf dem Weg zur Basisstation sind. Die Daten werden auch dann als verbraucht angesehen, wenn zwischen Mobilfunkgerät und Basisstation keine Verbindung mehr besteht.

Die meisten Kunden dürften von dieser Abrechnungspraxis nichts wissen und sich deshalb über scheinbar falsche Werte in ihrer Tarifabrechnung wundern. Leider mangelt es seitens der Netzbetreiber an Transparenz, um das angewendete Abrechnungsverfahren zu erläutern.

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