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EDGE - Enhanced Data Rates for GSM Evolution

EDGE ist keine eigenständige Übertragungstechnik wie HSCSD, GPRS oder UMTS, sondern eine Erweiterung zur Beschleunigung von GPRS oder HSCSD. Es gibt mit EDGE die Varianten Enhanced GPRS (EGPRS) und Enhanced CSD (ECSD). EGPRS hat insbesondere für den Netzbetreiber den Vorteil, dass mit weniger Kanälen die gleiche Übertragungsrate wie bei GPRS erreicht werden kann. Um die Nutzdatenrate deutlich zu steigern ist jedoch ein Eingriff in die GSM-Übertragungstechnik notwendig. Deshalb hat EDGE für die GSM-Mobilfunkbetreiber nicht nur Vorteile. Auf der Netzseite müssen die Basis- und Transceiverstationen die EDGE-Modulation beherrschen und die Sendeverstärker angepasst werden. Im ungünstigsten Fall müssen die Basis- und Tranceiverstationen umgerüstet werden. Aber mit relativ geringem Aufwand eignet sich EDGE als kostengünstige Alternative zu UMTS. Denn alle anderen GPRS-Netzkomponenten funktionieren auch mit EGPRS. Viele Handys mit GPRS können auch EGPRS.

Übertragungsgeschwindigkeit von EDGE

Die theoretisch maximale Datenrate von EDGE (EGPRS - Enhanced General Packet Radio Service) liegt bei rund 470 kBit/s. Bei maximal vier gebündelten Zeitschlitzen im Downlink (Empfangsrichtung) lassen sich bis zu 236,8 kBit/s empfangen. Im Uplink (Senderichtung) sind es maximal 118,4 kBit/s. Damit ist EDGE in Senderichtung sogar schneller als UMTS mit nur 64 kBit/s. Das sind allerdings theoretische Werte, die ja nach Sende- und Empfangsbedingungen weit darunter liegen.

Übertragungstechnik

Bei GSM werden die Übertragungsfrequenzen in Zeitschlitze bzw. Kanäle aufgeteilt. Ein Telefongespräch nutzt nur einen Kanal. GPRS und HSCSD benutzen mehrere Zeitschlitze bzw. GSM-Kanäle gleichzeitig. Die Kanäle dürfen aber nur genutzt werden, wenn sie für die Sprachverbindungen nicht gebraucht werden. Das GSM-Netz kann einen mit GPRS oder HSCSD genutzten Kanal jederzeit anderweitig belegen.
Die hohe Übertragungsraten bei ECSD und EGPRS wird nicht nur durch die Bündelung mehrerer Kanäle erreicht. Mit EDGE wird zusätzlich die Datenrate innerhalb der Kanäle erhöht. Mit einer besonders hochwertigen Modulationsart überträgt EDGE dreimal mehr Bits pro Kanal, ohne dabei mehr Kanäle benutzen zu müssen.
GPRS nutzt GMSK (Gaussian Minimum Shift Keying) als Modulationsverfahren. Es kennt zwei Zustände und kann pro Symbol ein Bit übertragen. Bei EDGE gibt es zusätzlich 8-PSK (8-Phase Shift Keying). Während bei GMSK nur zwei Zustände pro Symbol genutzt werden, werden mit 8PSK 8 Zustände bei 3 Bits genutzt. Bei gleicher Symbolrate lässt sich mit 8-PSK die dreifache Bitrate pro Kanal erreichen.
Um eine höhere Datenrate zu erreichen, werden im Datenstrom bei jedem Signalwechsel nicht nur ein, sondern mehrere Bit übertragen. Ähnlich hat man es schon bei analogen Modems gemacht. Die Datenrate wird also nicht mit einer höheren Frequenz erreicht, sondern mit einem Symbol, das mehrere Zustände haben kann und für mehrere Bit steht. Die Symbolrate ist mit der Baudrate in der Modemtechnik vergleichbar.
EDGE greift auf den Burst des Frequenzträgers zu. Der normale Burst transportiert 156,25 Bit, abzüglich des Verwaltungsoverheads 114 Bit. Da in jedem Bit sich drei weitere Bit (Symbol) befinden können steigt die Anzahl der Nutzbits auf 342 Bit. Berücksichtigt man einige Signalisierungsbits, so werden in einem TDMA-Timeslot 346 Bit (pro 5 ms) übertragen. Rein rechnerisch kommt man dabei auf 69,2 kBit/s pro geschaltete Verbindung. Kombiniert man alle 8 Zeitschlitze eines TDMA-Rahmens so kommt man auf eine theoretische Obergrenze für die Datenrate von 554 kBit/s. In der Praxis spricht man von 100 bis 150 kBit/s.
Das funktioniert natürlich nur, wenn die Sende- und Empfangsbedingungen optimal sind. Und daraus ergeben sich höhere Anforderungen an die Leistungsverstärker in den Mobil- und Basisstationen. Bereits vorhandene Basisstationen müssen modifiziert werden.
Auch bei der Übertragung der Datenpakete und die Reaktion auf veränderte Funkverhältnisse ist EGPRS deutlich besser als GPRS. So wird bei Fehlern schneller auf eine niedrigere Datenrate mit besserer Fehlerkorrektur gewechselt.

Übertragungsraten in der Praxis

EGPRS verhält sich ähnlich wie UMTS. Es braucht immer zwei bis drei Sekunden, bis es seine volle Datenrate erreicht hat. Beim Empfang von kleinen Dateien, zum Beispiel beim Surfen, macht sich das als unangenehme Verzögerung bemerkbar. Die Pingzeiten bzw. Antwortzeiten liegen zwischen 300 und 400 Millisekunden. Das liegt zwischen GPRS und UMTS. Also, nichts für Online-Spieler und nur beschränkt tauglich für VoIP.

  Senden (Uplink) Empfangen (Downlink)
GPRS 1 - 2 kByte/s 3 - 5 kByte/s
EGPRS 10 - 12 kByte/s 15- 22 kByte/s
UMTS 7,5 kByte/s 40 kByte/s

Mit EDGE Evolution von Ericsson und evolved EDGE von Nokia Siemens Networks gibt es zwei Erweiterungen, die die maximale Übertragungsrate auf über 1 MBit/s steigern soll. Zwar ist die Technik verfügbar, doch ist fraglich, ob diese EDGE-Erweiterungen in die deutschen GSM-Netze Einzug halten. Mit UMTS und HSPA stehen schließlich schnellere Datendienste fast flächendeckend zur Verfügung.

Bei EDGE liegt das theoretische Maximum bei rund 480 kBit/s, die deutschen Netzbetreiber nutzen jedoch maximal fünf EDGE-Kanäle, sodass sich mit entsprechend ausgestatteten Geräten eine maximale Download-Geschwindigkeit von knapp 300 kBit/s ergibt.

Multislot-Klassen von GPRS und EGPRS

Die Multislot-Klassen definieren die Anzahl der bündelbaren Kanäle, sowie die maximalen Kanäle in Sende- und Empfangsrichtung. Die Multislot-Klassen müssen vom Handy, wie auch vom Mobilfunknetz unterstütz werden.

Multislot-Klasse maximale
Empfangskanäle
maximale
Sendekanäle
maximale
Kanäle (gesamt)
1 1 1 2
2 2 1 3
3 2 2 3
4 3 1 4
5 2 2 4
6 3 2 4
7 3 3 4
8 4 1 5
9 3 2 5
10 4 2 5
11 4 3 5
12 4 4 5

Coding Schemes

Weil in der Praxis die hohen Coding Schemes eine zu geringe Toleranz für Übertragungsfehler haben, wird in Deutschland maximal CS2 eingesetzt.
EGPRS reagiert schneller und flexibler bei Übertragungsfehlern. Daher erreicht T-Mobile in seinem Netz MCS8.

GPRS Datenrate pro Kanal Modulationsart
CS1 9,05 kBit/s GMSK
CS2 13,4 kBit/s GMSK
CS3 15,6 kBit/s GMSK
CS4 21,4 kBit/s GMSK
EGPRS Datenrate pro Kanal Modulationsart
MCS1 8,8 kBit/s GMSK
MCS2 11,2 kBit/s GMSK
MCS3 14,8 kBit/s GMSK
MCS4 17,6 kBit/s GMSK
MCS5 22,4 kBit/s 8-PSK
MCS6 29,6 kBit/s 8-PSK
MCS7 44,8 kBit/s 8-PSK
MCS8 54,4 kBit/s 8-PSK
MCS9 59,2 kBit/s 8-PSK

GSM-Technik

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