Exercise 3.9: Further Developments of UMTS
Bei GSM und UMTS gab es schon kurz nach Herausgabe der ersten „Release” Bestrebungen, die Übertragungsgeschwindigkeit bei der Datenübertragung signifkant zu erhöhen. Es entstanden die folgenden standardisierten Systemvarianten:
- HSCSD: High–Speed Circuit–Switched Data,
- GPRS: General Packet Radio Service,
- EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution,
- HSUPA: High Speed Uplink Packet Access,
- HSDPA: High Speed Downlink Packet Access.
HSUPA und HSDPA werden auch zu High Speed Packet Access ⇒ HSPA zusammengefasst. In obiger Grafik sind die Datenübertragungsraten dieser fortentwickelten Mobilfunkstandards angegeben, wobei wir für HSCSD, GPRS und EDGE sogenannte „Peak Data Rates” angeben, die unter realen Bedingungen derzeit (2012) nur schwer zu erreichen sind.
Die angegebenen Raten für HSUPA und HSDPA sind inzwischen durchaus realistisch.
- Der Standard wurde mehrfach modifiziert. 2012 wurden für HSUPA als „Peak Data Rates” $6 \ \rm Mbit/s$ und für HSDPA $28.8 \ \rm Mbit/s$ genannt.
- Zu berücksichtigen ist allerdings, dass man bei HSCSD/GPRS/EDGE unter „besten Bedingungen” einen einzigen Nutzer in der Bandbreite $400 \ \rm kHz$ versteht und bei HSUPA/HSDPA einen Nutzer in der Bandbreite $5 \ \rm MHz$ (also noch bessere Bedingungen).
Hinweise:
- Die Aufgabe gehört zum Kapitel Die Charakteristika von UMTS.
- Bezug genommen wird insbesondere auf die Seite UMTS–Erweiterungen HSDPA und HSUPA.
Fragebogen
Musterlösung
(1) Richtig ist nur der Lösungsvorschlag 4:
- Nur HSDPA und HSUPA sind Weiterentwicklungen von UMTS.
- Dagegen werden HSCSD, GPRS und EDGE der GSM–Phase $2+$ zugerechnet.
(2) Zutreffend sind die Lösungsvorschläge 3 und 4:
- EDGE zählt man tatsächlich auch zu den 3G–Mobilfunksystemen, obwohl es in der GSM–Phase $2+$ entstanden ist.
(3) Richtig sind die Lösungsvorschläge 2 und 3:
- Bei HSCSD wird die in einem Zeitschlitz übertragbare Datenrate durch Punktierung des Faltungscodes von $9.6 \ \rm kbit/s$ (beim herkömmlichen GSM) um $50 \ \%$ auf $14.4 \ \rm kbit/s$ gesteigert.
- Durch die Bündelung von vier Zeitschlitzen erreicht man schließlich bei dieser leitungsorientierten GSM–Weiterentwicklung die maximale Übertragungsrate von $57.6 \ \rm kbit/s$.
- Hierfür sind beste Bedingungen vorausgesetzt. In der Realität wird dieser theoretische Wert eher nicht erreicht.
(4) Richtig sind die Aussagen 1 und 3:
- Durch die paketorientierte Übertragung und einige andere Maßnahmen, die zu kürzeren Zugriffszeiten führen, ergibt sich eine Datenübertragungsrate von bis zu $21.4 \ \rm kbit/s$.
- Durch die Bündelung von acht Zeitschlitzen (Multislot Capability) erreicht man maximal $171.2 \ \rm kbit/s$ (auch dies ist ein theoretischer Wert).
- Als Modulationsverfahren wird wie beim herkömmlichen GSM ausschließlich Gaussian Minimum Shift Keying (GMSK) verwendet.
(5) Richtig sind alle Lösungsvorschläge:
- EDGE ist ebenfalls paketorientiert und stellt insgesamt neun verschiedene Modulation and Coding Schemes (MCS) zur Verfügung, die je nach Kanalbedingungen ausgewählt werden.
- In den höheren Modi (ab MCS–5) wird anstelle von GMSK das kompaktere Modulationsverfahren 8–PSK verwendet, bei dem mit jedem Eingangssymbol drei Bit übertragen werden und dadurch die Datenrate (theoretisch) verdreifacht wird.
- Mit MCS–8 (laut Angabe $54.5 \ \rm kbit/s$) und sieben Zeitschlitzen erreicht man immerhin schon $380.8 \ \rm kbit/s$ und damit die Größenordnung von UMTS.
(6) Richtig sind auch hier alle Lösungsvorschläge:
- Man nutzt bei HSPA das Hybrid–ARQ–Verfahren sowie Node–B–Scheduling.
- Zudem gestaltet man Modulation, Codierung und Übertragungsrate adaptiv.
- Die Optimierungsgröße ist dabei nicht die Datenrate einzelner Nutzer, sondern eine möglichst große Zellenkapazität hinsichtlich aller Mobilfunkteilnehmer.
