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Mobilfunknetze

Dieser Abschnitt befasst sich mit GSM-, UMTS- und anderen Netzen. Die beschriebenen Mobilfunknetze werden in der Verwaltungssprache auch als "öffentlicher beweglicher Landfunk" (öbL) bezeichnet. Mit öffentlich ist gemeint, dass jedermann ein entsprechendes Gerät benutzen darf, ohne dafür einen Bedarf nachweisen zu müssen, beweglich steht für Mobilfunk, und die Bezeichnung Landfunk unterscheidet diese Netze vom See- und Flugfunk sowie von Satelliten-Diensten.

Allgemeines über GSM (2G)

In Deutschland wurden GSM-Mobilfunknetze ab 1992 als zweite Generation und Nachfolger des am 31.12.2000 nach 15 Jahren Betrieb abgeschalteten C-Netzes eingeführt. Sie sind seit 1995 halbwegs flächendeckend verfügbar. Im Gegensatz zu früheren nationalen analogen Netzen sind GSM-Geräte auch in vielen anderen Ländern benutzbar.

GSM-Telefone benutzen den Frequenzbereich um 900 MHz (D1, D2) oder 1800 MHz (E+, E2) mit einem Kanalabstand von 200 kHz, um Sprache und Daten digital in GMSK-Modulation (Gaussian Minimum Shift Keying) mit der nächsten Basisstation auszutauschen. Die GSM-Rufnummern beginnen in Deutschland mit 016 oder 017 und sind 11- oder 12stellig; zusätzlich können von GSM-Netzbetreibern, die über eine UMTS-Lizenz verfügen, auch 12stellige Nummern des 015-Blocks benutzt werden..

Basisstation und Handy (ein deutsches Kunstwort; englisch cellular phone, cellphone oder handset) benutzen jeweils zwei Kanäle im Abstand von 45 oder 95 MHz; das Handy sendet auf dem tieferen (Uplink) und empfängt auf dem höheren (Downlink). Wegen der relativ geringen Reichweite von nur wenigen km sind für jedes einzelne Netz in Deutschland mehrere tausend Basisstationen erforderlich. Obwohl technisch eine gemeinsame Nutzung möglich wäre, arbeiten die deutschen Netzbetreiber strikt getrennt ausschließlich mit ihren eigenen Basisstationen. Die folgende Tabelle nennt die zunächst zugewiesenen Frequenzbereiche von GSM-Netzen in Deutschland:

Zur Versorgung schwieriger Gebiete benutzt man sogenannte Repeater, beispielsweise für Alpentäler, in S-Bahn-Tunneln oder in ICE-Zügen. Repeater verstärken lediglich die Funksignale und leiten diese von oder zur nächsten Basisstation weiter. Eine Kabelanbindung erfolgt nur zur Stromversorgung, falls diese nicht über Solarzellen realisiert ist.

Jeweils ein Funkkanal-Paar kann im Zeitmultiplex-Verfahren, d.h. durch zeitliche Verschachtelung, für bis zu acht Sprach- oder Datenverbindungen gleichzeitig genutzt werden. Die Gesamt-Rohdatenrate auf einem Funkkanal beträgt 270,83 kbit/s, wovon ein erheblicher Teil allerdings der Fehlererkennung und -korrektur dient.

Aufbau eines GSM-Funknetzes

BTS: Base Transceiver Station, BSC: Base Station Controller, MSC: Mobile Switching Center, HLR: Home Location Register, VLR: Visitor Location Register, AC: Authentication Center, EIR: Equipment Ident. Register

Beim Einschalten des GSM-Telefons wird anhand der Chipkarte in der AC-Datei geprüft, ob und bei welchem Netzbetreiber das Gerät registriert ist. In der Gerätedatei EIR können die Daten z.B. von gestohlenen Telefonen gespeichert werden, damit sie nicht mehr benutzt werden können. Wenn man den eigenen Heim-Bereich verlässt, wird eine Kopie der Gerätedaten von der HLR-Datei des Heim-MSC in die VLR-Datei des neuen regionalen MSC kopiert. Die Vermittlungszentralen (MSC) sorgen für den Übergang ins öffentliche ISDN und betreuen jeweils mehrere Basisstations-Zentralen BSC, von denen wiederum jede mehrere Basisstationen BTS steuern kann.

Während der Fahrt erfolgt innerhalb weniger Millisekunden ein automatisches Handover zur nächsten Basisstation, ohne dass die Verbindung dadurch unterbrochen wird. Wenn man ins Ausland fährt, kann man sich dank Roaming in das Netz eines dortigen Providers einbuchen.

Bei der Sprachübertragung arbeiten GSM-Telefone mit einem aufwendigen Kompressions-Verfahren (LPC, linear predictive coding, lineare Vorhersage-Codierung), um trotz der im Vergleich zu ISDN relativ geringen Datenrate eine halbwegs brauchbare Verständlichkeit zu erzielen. Das Standardverfahren (Fullrate, FR) arbeitet mit einer Datenrate von 14400 bit/s. Einige Netze und Endgeräte unterstützen bei dieser Bitrate auch ein neueres, verbessertes Codier-Verfahren (EFR, Enhanced Full Rate). In Gegenden mit hoher Netzauslastung wird teilweise das Halfrate-Verfahren (HR) mit 5600 bit/s benutzt, um mehr Gespräche je Basisstation zuzulassen.

Prinzipiell stellt der GSM-Standard die bei ISDN verfügbaren Dienstmerkmale wie z.B. Rufumleitungen zur Verfügung. Alle lassen sich auch mit standardisierten Tasten-Sequenzen einschalten, ausschalten oder prüfen; einige Geräte besitzen für bestimmte Funktionen auch Menüpunkte. Nicht alle Netze stellen alle Funktionen zur Verfügung (z.B. PIN2, COLP, COLR).

Der IMEI-Code (International Mobile Equipment Identity, Abfrage mit *#06#) ist eine weltweit eindeutige 15stellige Nummer für ein Endgerät mit folgenden Bestandteilen:

• TAC (6 Ziffern, Type Approval Code): 2 Stellen = Zulassungsland und 4 Stellen = Zulassungsnummer.
• FAC (2 Ziffern, Final Assembly Code): Hersteller-Kennung.
• SNR (6 Ziffern, Serial Number): Seriennummer des Geräts.
• SP (Spare): Reservierte Ziffer, üblicherweise Null.

GSM-Datenübertragung

GSM-Endgeräte

Daten lassen sich in GSM-Netzen herkömmlich mit 9600 bit/s, per HSCSD mit n*14400 bit/s und per GPRS mit bis zu 171 kbit/s übertragen. Bei den Endgeräten gibt es hierfür im wesentlichen folgende Möglichkeiten:

GSM-Modem TC35i

1. Handy mit Infrarot-Übertragung, im PC ist dazu ein IRDA-Adapter sowie meist auch ein spezieller Treiber für die GSM-Rohdaten-Decodierung erforderlich (Softmodem).
2. Handy mit speziellem V.24-Kabel; die GSM-Rohdaten-Decodierung erfolgt aber auch hierbei im PC per Software (Softmodem). Das Kabel allein nützt also nichts!
3. Herkömmliches Handy und Laptop mit GSM-PCMCIA-Datenadapter (PC-Card), der die Rohdaten-Decodierung übernimmt.
4. Reines Datenmodul (GSM-Modem bzw. GPRS-Transceiver mit V.24-, Antennen- und 12-V-Anschluss in der Größe einer Zigarettenpackung), z.B. von Siemens oder Falcom.
5. In eine PCMCIA-Karte eingebauter GSM-Transceiver mit Antenne, z.B. von Motorola oder Nokia.

Allen diesen Varianten ist gemein, dass sich das Endgerät vom Computer mit AT-Befehlen steuern lässt, wie man sie auch von Modems kennt. So kann man etwa mit AT D... eine Nummer wählen und mit +++ ATH auflegen. Zur Nutzung spezifischer GSM-Eigenschaften wurden im Standard GSM 07.07 zusätzliche AT-Befehle definiert; die wichtigsten sind in der Tabelle links dargestellt.

Zur Darstellung von Informationen auf einem GSM-Endgerät (Handy oder Palmtop mit GSM-Modem) wurde von einigen Herstellern das WAP-Verfahren definiert (Wireless Application Protocol). Es sieht vor, dass z.B. im Internet alternativ zu den üblichen HTML-Webseiten spezielle WML-Textseiten (Wireless Markup Language) für mobile Geräte mit eingeschränktem Display abrufbar sind. Alternativ können über WAP-Server auch existente HTML-Seiten gefiltert dargestellt werden, wenn auch oft mit zweifelhaften Resultaten. Zusätzlich können WAP-Applikationen auch Telefon-Funktionen nutzen, z.B. einen Anruf initiieren und beenden oder eine SMS-Nachricht senden. Außer für die GSM-Datenübertragung eignet sich WAP auch für GPRS und zukünftige UMTS-Netze.

Beim GSM-Datentransfer sollte man eine systembedingte Signallaufzeit von min. 0,3 s in jeder Richtung mit einplanen. Optimale Transferraten und somit niedrige Kosten erzielt man nur mit speziell angepassten Lösungen wie etwa NetMail von Shamrock Software.

Die bei GSM möglichen Datenübertragungs-Verfahren in der Tabelle rechts werden anschließend näher beschrieben.

CSD-Übertragung mit 9600 bit/s

Die leitungsvermittelte Datenübertragung (im Gegensatz zur paketorientierten Übertragung mit GPRS) nennt man CSD (Circuit-Switched Data). Da ein Teil der Datenbits für Fehlerkorrektur-Zwecke benötigt wird, um die bei Funkübertragungen unvermeidlichen Bitfehler auszubügeln, ist die bei der konventionellen GSM-Technik erreichbare Netto-Datenrate geringer als die Funk-Bitrate, nämlich 9600 bit/s. Sie können mit einem datenfähigen GSM-Gerät zum Beispiel ein am Telefon-Festnetz angeschlossenes Modem anrufen. Die Umsetzung der via Funk gesendeten Digitaldaten in analoge Modemsignale erfolgt in der Mobilvermittlung (Mobile Switching Center) des Netzbetreibers. Erfahrungsgemäß muss für eine stabile Übertragung eine bessere Versorgung als für ein Sprach-Telefonat gewährleistet sein.

Eine weitere Möglichkeit ist, eine ISDN-Gegenstelle anzurufen, die auf das V.110-Protokoll mit 9600 bit/s eingestellt ist. Dabei entfällt die oft recht lange Modem-Verbindungsaufbauzeit, und man spart so deutlich Gebühren. Allerdings beherrschen nicht alle GSM-Adapter den V.110-Modus. Dasselbe gilt für das in einigen Netzen zur Verfügung stehende fehlerkorrigierende X.75-Protokoll mit automatischer Flusskontrolle.

HSCSD: 14400 bit/s und Kanalbündelung

Seit 1999 ist mit HSCSD-Dienst (High-Speed Circuit-Switched Data) ein Standard für 14400 bit/s je Kanal definiert; durch Nutzung aller acht Sende- und Empfangs-Zeitschlitze einer Basisstation (Multi-Slot) könnte die Datenrate theoretisch sogar bidirektional auf bis zu 115200 kbit/s erhöht werden. In der Praxis verwendet man endgeräteseitig maximal vier Empfangs- und zwei Sende-Zeitschlitze, empfangsseitig sind so maximal 57600 bit/s und sendeseitig bis zu 28800 bit/s möglich. HSCSD ist in Deutschland in den Netzen E-Plus und D2 verfügbar, D1 und E2 setzen dagegen auf GPRS.

Sowohl bei HSCSD als auch bei GPRS ist es übrigens nicht nur den Netzbetreibern, sondern auch den Endgeräten zuzuschreiben, dass die theoretisch möglichen Datenraten nicht erzielt werden können. Zwar wären die Sende- und Empfangsfrequenzen weit genug auseinander, um mit entsprechenden Filtern gleichzeitig senden und empfangen zu können. Bei den heute üblichen Gerätegrößen lassen sich aber solche Filter kaum realisieren. Deshalb wird im Prinzip immer abwechselnd gesendet und empfangen - etwa 217 mal je Sekunde. Sowohl Sender als auch Empfänger können dadurch aber nur die Hälfte der acht Zeitschlitze wirklich nutzen, was die praktisch erreichbare Datenrate halbiert.

GPRS: Bis zu 53,6 kbit/s

Der "General Packet Radio Service" GPRS ist eine Erweiterung des GSM-Standards. Er nutzt die durch Sprachtelefonate gerade nicht belegten Zeitschlitze des GSM-Kanals. Das bedeutet natürlich auch, dass keine bestimmte Geschwindigkeit garantiert werden kann und die jeweilige Anwendungs-Software mit sehr unterschiedlichen Datenpaket-Laufzeiten zurechtkommen muss. Der wesentliche Unterschied zu CSD und HSCSD besteht darin, dass bei GPRS die Verbindung nicht nach ihrer Dauer, sondern nach der übertragenen Datenmenge tarifiert wird.

Je nach Versorgungsqualität sind unterschiedliche Kompromisse zwischen Datenrate und Fehlerkorrektur möglich. Die beste Netto-Datenrate (CS4) ist nur möglich, wenn man sich in direkter Nähe der Basisstation befindet; in der Praxis werden gewöhnlich maximal 13,4 kbit je Zeitschlitz benutzt (CS2):

CS1: 9,05 kbit/s, CS2: 13,4 kbit/s, CS3: 15,6 kbit/s, CS4: 21,4 kbit/s

Theoretisch könnte man alle acht Zeitschlitze einer Frequenz für eine GPRS-Verbindung ausnutzen, also z.B. auf einem Schlitz senden und auf sieben empfangen. Da aber das Umschalten zwischen Senden und Empfangen nicht schnell genug funktioniert, ist dafür jeweils eine kleine Pause erforderlich. Deshalb sind GPRS-Geräteklassen nur für bis zu fünf Zeitschlitze insgesamt definiert, wovon maximal vier in einer Richtung zur Verfügung stehen. Das entspricht bei CS2 einer maximalen Datenrate von 4 * 13,4 kbit/s = 53,6 kbit/s:Ein weiteres Unterscheidungskriterium ist die gleichzeitige Nutzbarkeit eines Geräts für Telefonie und GPRS-Datenübertragung. Die Geräteklasse B ist am weitesten verbreitet:

A: Telefonieren und GPRS-Datenübertragung sind ohne Einschränkungen gleichzeitig möglich.
B: Telefonieren/GPRS nur abwechselnd, im GPRS-Modus werden GSM-Anrufe aber gemeldet.
C: Telefonieren/GPRS nur abwechselnd, im GPRS-Modus werden GSM-Anrufe nicht gemeldet.

Die heutigen Konzepte sehen GPRS als reinen Internet-Zugang mit dynamischer Adressenvergabe. Das bedeutet, dass sich ein GPRS-Endgerät nur aktiv ins Internet z.B. zu einem Mail- oder Web-Server mit statischer IP-Adresse einwählen kann und aus dem Festnetz selbst nicht ohne weiteres erreichbar ist. Bei Anwendungen, die eine Erreichbarkeit des Mobilgeräts aus dem Festnetz erfordern, muss man deshalb auf die herkömmliche GSM-Übertragung mit 9600 bit/s zurückgreifen, wenn man nicht spezielle Tricks anwendet (zum Beispiel, indem das Mobilgerät seine jeweils gültige IP-Adresse aktiv meldet, sobald sie sich ändert).

Wenn eine Anwendung eine GPRS-Verbindung ins Internet aufbauen möchte, muss sie die von den Netzbetreibern dafür reservierte Spezialnummer *99***1# wählen. Das Mobiltelefon simuliert dann über seine serielle, Infrarot- oder Bluetooth-Schnittstelle eine herkömmliche PPP-Einwahl.

GPRS ist bei den meisten Tarifmodellen der Netzbetreiber nur dann günstiger als eine normale leitungsorientierte GSM-Verbindung, wenn man regelmäßig nur kleine Datenmengen (maximal einige KByte) überträgt.

Schneller mit EDGE

Mit heutigen GSM-Netzen und -Endgeräten inkompatibel, aber passend zur benutzten Infrastruktur und zum GSM-Kanalraster, ist das EDGE-System (Enhanced Data Rates for GSM Evolution). Dabei wird die bisher benutzte GMSK-Modulation durch eine achtwertige Phasenmodulation ersetzt (8PSK), was Datenraten bis 384 kbit/s ermöglicht; praktisch werden etwa 220 kbit/s erreicht. Da EDGE-Geräte auch das konventionelle GSM unterstützen, ist EDGE eine interessante Alternative zu UMTS.

Short Message Service (SMS)

Der Short Message Service erlaubt in GSM-Netzen den preisgünstigen Austausch von Kurznachrichten mit bis zu 160 Zeichen Länge, die dann entweder auf dem Handy-Display angezeigt oder von einem PC ausgelesen werden können. Die Übertragung erfolgt nicht durch zeitweises Belegen eines Nutzkanals (bzw. Nutzdaten-Zeitschlitzes), sondern auf dem primär für das Auf- und Abbauen von Verbindungen vorgesehenen Steuerkanal der Basisstation, allerdings mit niedrigerer Priorität.

Die Netzkapazität für solche Kurznachrichten ist deshalb begrenzt, und es wird auch keine bestimmte Maximal-Laufzeit garantiert. Die typische Laufzeit beträgt (bei eingeschaltetem Handy) je nach Netzbelastung ein paar Sekunden oder Minuten, in Ausnahmefällen auch mal einige Stunden. Bei ausgeschaltetem Gerät werden die Nachrichten typischerweise zwei bis sieben Tage im SMSC (Short Message Service Center) des Netzbetreibers gespeichert und zugestellt, sobald der Empfänger sich wieder ins Netz einbucht.

Wenn eine empfangene Nachricht eine Telefonnummer in Anführungszeichen enthält, bieten die meisten Mobiltelefone die Funktion "Beantworten" an, bei der die angegebene Nummer gewählt wird.

Das Senden von SMS-Nachrichten geschieht entweder mit einem datenfähigen GSM-Gerät, über einen Modem- oder ISDN-Zugang des Netzbetreibers, oder - für Großkunden ab etwa 10.000 Nachrichten pro Monat - über das Datex-P-Netz. Letzteres wird z.B. von Web-Diensten genutzt, über die man SMS-Nachrichten per HTTP senden kann.

SMS mit GSM-Gerät senden/empfangen

Für das Senden und Empfangen von SMS-Nachrichten über die Datenschnittstelle von GSM-Geräten gibt es ähnlich wie zur Datenübertragung eine Reihe von AT-Befehlen. Typische sind:

AT+CMGF=1: SMS-Ein-/Ausgabe mit 7-Bit-Klartext
AT+CMGS="nnnn"^MTest^Z: Text 'Test' an Nr. nnnn ( ^M=Return, ^Z=Ctrl-Z)
AT+CNMI?: Anzeige, Nachr. empfangen wurden
AT+CMGR=x: SMS aus Speicherplatz x auslesen
AT+CMGD=x: SMS in Speicherplatz x löschen
AT+CSCA="+4917...": Nummer des SMS-Center einstellen

Der erste Befehl ist besonders wichtig, da andernfalls die Ein-/Ausgabe im PDU-Modus erfolgt (physical data unit), bei dem 7-Bit-Zeichen in einen 8-Bit-Datenstrom gepackt werden, was zu völlig unlesbaren Ergebnissen führt. Allerdings unterstützen nicht alle Geräte den 7-Bit-Klartext-Modus. Herstellerspezifische Binärdaten wie Logo-Bilder und Klingeltöne müssen dagegen im PDU-Modus (8 Bit) gesendet werden.

Beim Empfang einer SMS-Nachricht gibt das Endgerät gewöhnlich die Meldung +CMTI:"SM",x aus, wobei die Speicherplatz-Nummer x wiederum mit AT+CMGR=x zum Auslesen benutzt werden kann.

SMS via ISDN oder Modem senden

Für die Übergabe der Nachricht via ISDN (X.75) oder Modem ist je nach Netzbetreiber ein unterschiedliches Protokoll erforderlich, nämlich TAP (Telocator Alphanumeric Protocol) oder UCP (Universal Computer Protocol). Die folgende Tabelle zeigt die Festnetz-Zugangsdaten deutscher SMS-Center (SMSC):

T-Mobile und E-Plus verwenden TAP als SMS-Protokoll, Vodafone dagegen UCP. Das Senden von SMS-Nachrichten via ISDN oder Modem ist nicht ganz billig, da die Netzbetreiber das Antwortverhalten ihrer Gateways künstlich verzögern, um auch bei sekundengenauer Abrechnung genügend Einnahmen zu erzielen.

Für herstellerspezifische Binärdaten wie Klingel-Melodien und Logo-Bilder eignen sich nur SMSC-Zugänge mit dem UCP-Protokoll, da mit TAP nur reine Textdaten übertragen werden können. Eine Alternative ist das Senden im PDU-Modus mit einem GSM-Gerät.

Nachrichten an Kunden des entsprechenden Heimatnetzes kommen auch dann an, wenn diese sich im Ausland aufhalten (Roaming), während das Senden an Kunden ausländischer Netzanbieter erfahrungsgemäß nur sehr eingeschränkt funktioniert. Es ist leider auch nicht möglich, per Modem oder ISDN beispielsweise via D1-Zugang eine Nachricht ins D2-Netz zu senden, man erhält die TAP-Fehlermeldung "subscriber not on database". Auch der umgekehrte Weg funktioniert nicht, er liefert den UCP-Fehlercode 5 = Nummer gesperrt.

Festnetz-SMS

Seit dem Jahr 2001 bieten einige Netzbetreiber auch den Dienst "SMS ins Festnetz" an. Je nach Land ist das zugrundeliegende Prinzip allerdings unterschiedlich; zwei Beispiele:

• Schweiz: Übertragung der SMS-Nachricht an ISDN-Anschlüsse auf dem D-Kanal (UUD = User-User-Data).
• Deutschland: Übertragung von SMS-Nachrichten an dafür ausgelegte analoge Telefone als Modem-Daten mit 1200 bit/s (V.23-Norm, vgl. Rufnummern-Anzeige mit CLIP im analogen Netz). Den eher dem Stand der Technik entsprechenden schweizerischen Weg (UUD) konnte man in Deutschland nicht gehen, weil die Telekom kurzsichtigerweise UUD gesperrt hatte, um den kostenlosen Datenaustausch zwischen Endbenutzern zu blockieren.

Wenn der Anschluss, für den die SMS-Nachricht bestimmt ist, nicht beim Netzbetreiber für diesen Dienst angemeldet ist, wird die Nachricht nicht digital bzw. als Modemsignal übertragen, sondern am Telefon per Sprachsynthese vorgelesen, was allerdings bei Abkürzungen, Fachausdrücken oder Fremdworten dann oft unverständlich ist.

Die weiter oben erwähnten TAP- und UCP-Zugänge via Modem und ISDN erlauben es leider nicht, SMS-Nachrichten an Festnetz-Telefone zu senden, mit einem GSM-Endgerät ist dies jedoch möglich.

UMTS-Netze (3G)

Die ab 2002 eingeführten UMTS-Netze (Universal Mobile Telecommunication System, dritte Generation) ergänzen nach und nach die existenten GSM-Netze. Im August 2000 wurden dazu in Deutschland für 98,8 Milliarden DM sechs Frequenzgruppen an sechs Netzbetreiber versteigert. Die UMTS-Rufnummern beginnen in Deutschland mit 015x und sind 12stellig, so dass jedes Netz 100 Mio. Nummern bietet. Wahlweise können diese Nummernblöcke auch für GSM benutzt werden. - UMTS erlaubt zwei Betriebsarten:

• FDD: Frequency Division Multiplex, Senden und Empfangen wie bei GSM auf unterschiedlichen Frequenzen, Datentransfer-Geschwindigkeit bis zu 384 kbit/s, in beiden Richtungen gleicher Durchsatz, geeignet für mobilen Betrieb im Umkreis von mehreren Kilometern um jede Basisstation (ähnlich GSM). Bei der Einführung von UMTS werden zunächst allerdings maximal 144 kbit/s unterstützt, die tatsächlich nutzbare Netto-Datenrate wird je nach Versorgung bei 20...40 kbit/s liegen - also etwa so viel wie bei GSM-HSCSD.
• TDD: Time Division Duplex, Senden und Empfangen wie bei DECT auf derselben Frequenz, aber zeitlich versetzt, wegen der kurzen Laufzeit-Toleranz jedoch nur für stationären Betrieb im Nahbereich bis etwa 500 m um eine Basisstation geeignet, Datenrate bis 2 Mbit/s, allerdings nur für einen Teilnehmer je Basisstation nutzbar. Die Netzbetreiber planen diesen Modus erst für die fernere Zukunft.

Die Tabelle zeigt die Verwendung der einzelnen UMTS-Frequenzbereiche für FDD und TDD; unter Downlink versteht man die Richtung von der Basisstation zum Teilnehmer, auf den Uplink-Frequenzen sendet dagegen das Mobilgerät. Die Satelliten-Variante ist als spätere Ergänzung terrestrischer Netze vorgesehen.

Das benutzbare Modus hängt auch von der Fortbewegungs-Geschwindigkeit ab. Das schnelle TDD eignet sich vor allem für stationäre Anwendungen, wird aber wohl nur von Basisstationen in Ballungszentren unterstützt werden:

Damit mehrere Teilnehmer auf einem Kanal bedient werden können, wird in UMTS-Netzen W-CDMA benutzt (Wideband Code Division Multiple Access). Die Daten für jeden Teilnehmer werden mit einer festgelegten Impulsfolge überlagert und können dadurch empfangsseitig mit Korrelations-Techniken wieder regeneriert werden. Das Verfahren ist auch bei Mehrwege-Ausbreitung (Echos) relativ störsicher, die Anpassung der Übertragungs-Qualität an die momentane Teilnehmerzahl ist allerdings weniger flexibel als bei dem GSM-Verfahren TDMA (Time Division Multiple Access).

Während GSM-Basisstationen auf jeder Frequenz mit acht Zeitschlitzen arbeiten und damit bis zu acht Teilnehmer gleichzeitig bedienen können, sind es bei UMTS 16 Teilnehmer je Kanal. Durch intelligentes Verschachteln mehrerer Verbindungen sind bei Sprachanwendungen mit einer Nutzdatenrate von 8 kbit/s bei durchschnittlich 50 %iger Aktivität sogar bis zu 100 Benutzer gleichzeitig möglich. Es ist absehbar, dass UMTS-Netze allein schon wegen ihrer hohen Datenrate zahlreiche neue mobile Multimedia-Anwendungen ermöglichen werden.

HSDPA (High Speed Downlink Packet Access) erreicht mit EDGE-ähnlichen Verfahren bis zu 7,2 Mbit/s Download- und 384 kbit/s Upload-Geschwindigkeit in UMTS-Netzen, im direkten Umfeld einer Basisstation sind sogar 14,4 Mbit/s im Download erreichbar. Dadurch ist HSDPA in nicht DSL-versorgten Gebieten eine Alternative zum drahtgebundenen Breitband-Internet.

LTE und weitere Netze

Long Term Evolution - LTE

Mit Long Term Evolution ist ein technisch auf UMTS basierender Mobilfunkstandard gemeint, mit dem Datenraten bis zu 100 MBit/s möglich sind. Die Kanalbandbreite ist von 1,4 MHz bis 20 MHz variabel und kann so der erforderlichen Datenrate angepasst werden. Die ITU-Vorgaben für 4G-Netzwerke werden allerdings noch nicht vollständig erfüllt, dies wird erst mit LTE-Advanced der Fall sein.

In Deutschland fand im Jahr 2010 eine Versteigerung von Frequenzblöcken in den Bereichen 800 MHz und 2,6 GHz statt, wobei die Netzbetreiber Telekom Deutschland, Vodafone und Telefonica Germany (O2) insgesamt 4,4 Milliarden Euro ausgaben. Der nach die Umstellung des terrestrischen Fernsehens von Analog auf Digital (DVB-T) frei gewordene 800-MHz-Bereich gilt dabei als besonders interessant, da mit ihm höhere Reichweiten als bei UMTS (2 GHz) erzielbar sind und somit eine Versorgung auch weniger bevölkerter Gebiete wirtschaftlich rentabel ist. Deshalb ist LTE insbesondere in weniger dicht besiedelten Regionen als drahtlose Alternative zu DSL interessant.

Modacom

Das deutsche Modacom-Netz wurde von 1993 bis Anfang 2002 von T-Mobil betrieben. Es handelt sich um ein reines Datenfunknetz mit brutto 9600 bit/s. Die Mobilgeräte senden um 417 MHz und empfangen um 427 MHz. Der Kanalabstand beträgt 12,5 kHz. Die Tarifierung erfolgt ähnlich wie bei GPRS rein volumenbasierend. Ähnliche Netze mit dem von Motorola entwickelten RD-LAP-Standard (Radio Data Link Access Protocol) gibt es auch in einigen anderen Ländern, z.B. USA und Australien. Modacom-Endgeräte können auf vier Arten (auch wechselweise) Daten senden und empfangen:

• Typ 0: Messaging, Datenaustausch zwischen mobilen Geräten, das Netz dient als Zwischenspeicher.
• Typ 1: Abgehende Datex-P-Verbindungen, z.B. für mobile Terminal-Anwendungen.
• Typ 2: Ankommende Datex-P-Verbindungen, z.B. zur zyklischen Abfrage von Messwerten mobiler Geräte.
• Typ 3: Flottenverbindung, Anbindung vieler mobiler Geräte an einen speziell eingerichteten Datex-P-Host.

Modacom wurde u.a. vom Paketdienst UPS, vom ADAC, von der Deutschen Bahn sowie vom Außendienst der Deutschen Telekom in größerem Umfang eingesetzt. Da sich das Marketing von T-Mobil aber auf solche Großkunden konzentrierte, wurde Modacom - obwohl technisch möglich - nie auf breiter Basis für E-Mail und ähnliche Anwendungen benutzt und führte deshalb ein Nischendasein.

Mobitex

Die Gesellschaft für Datenfunk (GfD) betrieb 1996 nur wenige Monate lang ein Datenfunknetz nach dem von Ericsson entwickelten Mobitex-Standard als Alternative zum Modacom-Netz, ebenfalls um 417/427 MHz. Mobitex-Netze erfreuten sich insbesondere in den skandinavischen Ländern, aber auch in den Benelux-Staaten einer größeren Verbreitung. Nachdem sich während der Versuchsphase aber herausstellte, dass es für zwei parallel betriebene Datenfunknetze in Deutschland nicht genügend Anwender gab, stellte die GfD das Netz kurzerhand wieder ein.

Pager-Netze

Vor Einführung der GSM-Netze erfreuten sich Paging-Dienste wie Quix, Skyper und Cityruf (466 MHz) lange Zeit großer Beliebtheit. Diese Dienste werden von ihren Betreibern inzwischen aber nicht mehr vermarktet, da mit GSM-SMS etwas nahezu Gleichwertiges zur Verfügung steht und somit der Aufwand für selbständige Pager-Netze kaum noch vertretbar ist. Ein Hauptnachteil von Cityruf gegenüber SMS war, dass man zumindest grob den Aufenthaltsort des Empfängers wissen musste, da die zu benutzende Telefon-Vorwahlnummer von der jeweiligen Rufzone abhing. Auch um das lange geplante europaweite Nachfolgesystem Ermes ist es recht still geworden, weil die Nachfrage nach reinen Paging-Systemen stark zurückging und zudem der dafür vorgesehene Frequenzbereich um 169 MHz zu Störungen im Kabelfernsehen führen kann.

nöbL-Netze

Während die obigen Netze als "öffentlicher beweglicher Landfunk" von jedermann ohne speziellen Bedarfsnachweis genutzt werden können bzw. konnten, gibt es auch im "nicht-öffentlichen beweglichen Landfunk" (nöbL) Möglichkeiten zur Datenübertragung, die auch zunehmend genutzt werden, z.B. im BOS-Funk (Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben, z.B. Polizei) sowie im Betriebsfunk. Die Datenübertragung erfolgt hier sowohl in Form kurzer Datenpakete auf den normalen Sprachkanälen (meist zur Identifikation des gerade sendenden Teilnehmers) als auch auf dafür speziell reservierten Kanälen mit 1200...9600 bit/s.

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