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Die Kommunikationstechnik-Fibel

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HSPA+ / HSPA Evolution

HSPA+ ist die Erweiterung von HSPA (ohne Plus). HSPA+ ist auch unter den Bezeichnungen HSPA Evolution und HSPA evolved bekannt. Dieses weiterentwickelte HSPA erfordert neue Endgeräte und teilweise eine neue Ausstattung in den Basisstationen. Ein Update von HSPA auf HSPA+ ist für die Netzbetreiber mit geringen Investitionen möglich. HSPA+ dürfte als preiswerter Zwischenschritt zu LTE gelten.
Eingeführt wird HSPA+ mit Geschwindigkeiten ab 14,4 MBit/s im Downlink und 5,76 MBit/s im Uplink. Eine Steigerung auf 85 MBit/s im Downlink machen vor allem neue Modulationsverfahren und die MIMO-Antennen-Technik möglich. Längerfristig sollen sogar 168 MBit/s im Downlink und 23 MBit/s im Uplink möglich sein.

Durch höherwertige Modulationsverfahren wird das Frequenzspektrum besser ausgenutzt und höhere Geschwindigkeiten erreicht. Die Dual-Carrier-Technik bringt spürbare Geschwindigkeitsvorteile an den Randbereichen der Zellen.
Die Endgeräte müssen nicht alle diese Techniken unterstützen. Die Endgeräte melden ihre Fähigkeiten durch eine Gerätekategorie bei der Basisstation an.

Modulationsverfahren

Die höheren Übertragungsrate erreicht man in der Hauptsache dadurch, dass man pro Hertz und Funkzelle mehr Bit pro Sekunde überträgt.

Dual Carrier / Multi Carrier

In der Regel haben Mobilfunknetzbetreiber mehrere Frequenzen in unterschiedlichen Bereichen des Frequenzspektrums. Der Frequenzbereich ist also nicht zusammenhängend, sondern über das gesamte Spektrum verteilt. Um die Gesamtbandbreite dieser Frequenzen besser nutzen zu können, werden die einzelnen Frequenzen per Dual-Carrier- oder Multi-Carrier-Technik zusammengefasst. So lassen sich zu Beispiel zwei 5-MHz-Bereiche zu einem 10-MHz-Bereich zusammenfassen.
Die Multi-Carrier-Technik oder Trägerbündelung gehört in den Mobilfunknetzen zu den üblichen Verfahren, mittels denen Kapazitätssteigerungen erzielt werden kann.

Dual Cell

Damit keine Funklöcher entstehen überlappen sich nebeneinanderliegende Zellen. In solchen Fällen werden die Mobilfunkgeräte von mehreren Basisstationen versorgt. Den Endgeräten stehen dann in so einem Fall nicht die maximale HSPA+-Datenrate von 21,6 MBit/s, sondern per Dual Cell bis zu 42,2 MBit/s zur Verfügung.
Einschränkend muss man sagen, dass an den Zellenrändern die Datenrate geringer ist und es ausgeschlossen ist, dass dort die maximale Datenrate erreichbar ist. Allerdings kann mit Dual Cell die Datenrate an den Zellenrändern erhöht werden.

MIMO - Multiple Input Multiple Output

MIMO ist der Oberbegriff für Verfahren, die Funkverbindung mit mehreren Antennen verbessern. Mehrere Antennen liefern ein besseres Empfangssignal, vergrößern die mögliche Distanz oder erhöhen den Datendurchsatz.
Der Einsatz von MIMO bedeutet, dass sich mindestens zwei Antennen in der Basisstation und in den Endgeräten befinden müssen. Das soll zu einer Verdoppelung der Datenrate führen. Die MIMO-Technik hat sich bereits in WLANs mit IEEE 802.11n bewährt.
MIMO ist bei HSPA+ nur für die Empfangsrichtung (Downlink) ausgelegt. Also von der Basisstation zu den Teilnehmern. In Senderichtung nutzt das Endgerät nur eine der beiden Antennen.

CPC - Continuous Packet Connectivity

Mit CPC werden Verbesserung des Verwaltungsprotokolls umgesetzt. Hier sind zum Beispiel einige Änderungen in der Verwaltung der Endgeräte zusammengefasst. So soll sich durch Verringerung des Verwaltungsoverheads die Kapazität für die Nutzdaten erhöhen und die gegenseitigen Störungen der Teilnehmer gesenkt werden.

Verbesserung der Netzarchitektur

In der 3GPP-Spezifikation "HSPA+ Release 7" findet sich auch ein Vorschlag von Nokia wieder, der auch als I-HSPA bezeichnet wird.
Um die Datenrate im Mobilfunknetz weiter zu steigern ging Nokia mit einem Vorschlag voran, der den netzinternen Datenverkehr reduzieren soll. Die frei werdenden Kapazitäten sollten dann der Nutzdatenrate zu Gute kommen. Ziel dieses Konzepts ist eine flache Netzarchitektur. Dabei wird die Anzahl der Netzelemente, die bei der Datenübertragung zwischen Basisstation und Internet beteiligt sind, reduziert.
Konkret bedeutet das, die Basisstationen werden direkt an das Kernnetz (GGSN) angeschlossen. Der Umweg über RNC und SGSN entfällt. Dadurch entstehen kürzere Latenzzeiten und somit schnellere Geschwindigkeiten. Es werden höhere Bandbreite erreicht und Kosten reduziert.
Netzarchitektur I-HSPA
Dabei hat sich jedoch ein organisatorisches Problem offenbart. RNC und BTS/Node-B (Access Network) werden in der Regel vom selben Netzausrüster geliefert. GGSN und SGSN (Core Network) werden von einem anderen Netzausrüster geliefert, der mit dem anderen Netzausrüster ein Vertragsverhältnis hat, damit beide Systeme reibungslos zusammenarbeiten. Werden Teile des Netzes stillgelegt, dann muss man die ganze Netzarchitektur neu austesten und andere bestehende Teile ersetzen. Der Aufwand ist enorm und zieht erhebliche Kosten nach sich.
Weil man dadurch Kosten sparen kann, ist davon auszugehen, dass sich das Konzept einer flachen Netzarchitektur bei weiteren Netzausbauten und Umrüstungen durchsetzen wird.

Geschwindigkeiten der HSPA+-Spezifikation

Die Geschwindigkeitsangaben beziehen sich auf das theoretische Maximum.

3GPP-Norm HSDPA (Downlink) HSUPA (Uplink) Besonderheiten
HSPA+ Release 6 14,4 MBit/s 5,76 MBit/s 16QAM/16QAM
HSPA+ Release 7 21,6 MBit/s 11,5 MBit/s 64QAM/16QAM
28,0 MBit/s 11,5 MBit/s 16QAM/16QAM, 2x2 MIMO
HSPA+ Release 8 42,2 MBit/s 11,5 MBit/s 64QAM/16QAM, 2x2 MIMO
HSPA+ Release 9 84,4 MBit/s 23 MBit/s 64QAM/16QAM, 2x2 MIMO, 2 x 5 MHz
HSPA+ Release 10 168,8 MBit/s 23 MBit/s 64QAM/16QAM, 2x2 MIMO, 2 x 20 MHz
HSPA+ Release 11 337,5 MBit/s 23 MBit/s 64QAM/16QAM, 4x2 MIMO, 2 x 20 MHz
672 MBit/s 23 MBit/s 64QAM/16QAM, 4x4 MIMO, 2 x 40 MHz

Mit 1.400 kByte liegen HSPA+-Modems auf dem Niveau von ADSL2+-Anschlüssen. Das lässt sich jedoch nur erzielen, wenn man die Funkzelle für sich alleine hat.
Auch wenn in der Spezifikation 11,5 oder sogar 23 MBit/s im Uplink vorgesehen sind, erreicht HSUPA mit 5,76 MBit/s sein vorläufiges Maximum. Der Akku-Betrieb mobiler Geräte begrenzt den Stromverbrauch, der für aufwendigere und dafür stromhungrigere Verfahren notwendig wäre.

Übersicht: UMTS-Technik

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