UMTS

Von 2004 bis 2021 waren in Deutschland Mobilfunknetze der dritten Generation (3G) in Betrieb. Sie basierten auf dem digitalen Übertragungsstandard UMTS (Universal Mobile Telecommunication System). Der für die Netze reservierte Frequenzbereich lag zwischen 1920 und 2170 MHz, also etwas oberhalb dem der E-Netze. Andere Mobilfunkfrequenzen konnten ebenfalls verwendet werden. 3G wurde manchmal auch als WCDMA bezeichnet. Die Abkürzung leitete sich von den Anfangsbuchstaben des von UMTS verwendeten Kanalzugriffsverfahrens Wide Code Division Multiple Access ab.

Funktionsweise

Wie bei der GSM-Technik wurden die zu versorgenden Gebiete in sogenannte Funkzellen eingeteilt, die jeweils von ortsfesten Funksendeanlagen (Basisstationen) versorgt werden. An einer Basisstation sind oftmals drei Antennen angebracht, die drei Sektoren, die jeweils einen Winkel von 120° einschließen, mit jeweils einem Funkkanal versorgen.

Mobilfunkzellen

In UMTS-Netzen wurden Daten anders als in GSM-Netzen übertragen: Einzelnen Verbindungen wurden keine festgelegten Frequenzkanäle und Zeitschlitze zugewiesen, sondern alle Netzteilnehmer nutzten das zur Verfügung stehende Frequenzband gleichzeitig. Üblich war eine Kanalbandbreite von 5 MHz. Die einzelnen Datenströme wurden durch einen individuellen Code gekennzeichnet und auf die Breite des zur Verfügung stehenden Frequenzbandes gespreizt. Der Empfänger entschlüsselte mit dem bekannten Code aus dem empfangenen Signalgemisch den für ihn bestimmten Datenstrom.

Höhere Datenübertragungsrate machte UMTS-Netze multimediafähig

Mit UMTS konnte eine deutlich höhere Datenübertragungsrate als mit GSM und den darauf aufsetzenden Datenübertragungsverfahren GPRS (General Packet Radio Service) und EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) erreicht werden. UMTS-Netze waren multimediafähig, das heißt, sie konnten Bild, Ton und Daten übertragen. Die Netze wurden aber auch für die klassische Mobiltelefonie genutzt.

Frequenzduplex-Verfahren

Um die von der Basisstation gesendeten Daten von den vom Handy gesendeten zu unterscheiden, wurde nach Angaben der Hersteller bevorzugt das sogenannte Frequenzduplexverfahren eingesetzt. Das heißt, für die Verbindung von der Basisstation zum Handy wurde ein anderes Frequenzband verwendet als für die Gegenrichtung. Das Signal besaß einen dem Rauschen ähnlichen Charakter.

Möglich war auch das sogenannte Zeitduplexverfahren. Hier wurde für beide Verbindungsrichtungen zeitlich abwechselnd das gleiche Frequenzband genutzt. Das Signal wurde gepulst. Dieses Verfahren war nur für kleinere Netze, wie zum Beispiel firmeninterne Hausnetze vorgesehen.

Sendeleistung

Für den störungsfreien Betrieb eines UMTS-Netzes musste die Sendeleistung feinstufig und schnell geregelt werden. Dies galt sowohl für die Basisstationen als auch für die mobilen Endgeräte. Um gegenseitige Störungen zu minimieren, arbeiteten die Mobilteile mit möglichst niedrigen Sendeleistungen.

Während des Verbindungsaufbaus wurde die Sendeleistung in schneller Abfolge nur so weit gesteigert, bis eine stabile Verbindung zwischen Endgerät und Basisstation bestand. Verglichen mit GSM-Netzen verhielten sich Endgeräte in UMTS-Netzen damit genau umgekehrt: In GSM-Netzen wird zu Beginn eines Verbindungaufbaus eine hohe Sendeleistung verwendet. Erst nach dem Verbindungsaufbau wird die Sendeleistung auf ein erforderliches Maß reduziert.

Erweiterungen

Mit den auf UMTS aufbauenden Mobilfunkstandards HSPA (High Speed Packet Access) und HSPA+ waren noch höhere Datenübertragungsraten als mit der ursprünglichen UMTS-Technik möglich. Die Verbesserungen basierten vor allem auf der Einführung höherwertiger Modulationsverfahren und verbesserten Antennentechnologien.