UMTS vergt nog forse vervolginvesteringen

19 juli 2001
Dat het huidige GSM-netwerk minder geschikt is voor data- intensieve toepassingen is niet moeilijk aantoonbaar. Iedereen die wel eens geprobeerd heeft om een internetverbinding via de GSM-telefoon op te bouwen kan dit beamen. Maar ook de capaciteit van het netwerk lijkt niet toereikend voor toekomstige vraag.
Hoewel er in Europa voor de komende jaren nog voldoende rek in de mobiele netwerken zit om de groei op te vangen, is in Japan de grens al bereikt. Mobiele netwerken van de derde generatie als UMTS worden daar gezien als de reddende engel om de overbelasting op te heffen. Hoe zit dat hier in Nederland en wat zijn nu eigenlijk de verschillen tussen het ‘oude’ GSM-netwerk en de gedoodverfde opvolger UMTS?
Het basisprincipe achter de huidige GSM-netwerk is dat het ‘circuit-switched’-verbindingen tot stand brengt. Dat betekent dat voor elk gesprek of datavervoer een stukje netwerkcapaciteit gereserveerd wordt zolang als die verbinding duurt. De huidige GSM-datasnelheid is beperkt tot maximaal 9,6 Kbit/s en dat is door efficiëntere codering op te schroeven naar 14,4 Kbit/s. Een stapje verder is Hscsd (High Speed Circuit Switched Data) en dat is een techniek om meerdere verbindingen te koppelen en zo transmissiesnelheden van 38,4 Kb/s te realiseren, maar dat is kostbaar, niet efficiënt en sluit niet aan op de behoefte naar een grotere bandbreedte voor datatransport. Die snelheid komt overeen met wat we enkele jaren geleden gewend waren als internetconnectie via een vaste telefoonlijn. Echt een stap voorwaarts is GPRS (General Packet Radio Services).

Opgedeeld
Bij GPRS wordt de informatie in pakketjes opgedeeld die ieder apart over het netwerk gestuurd worden. Aan de ontvangende kant worden deze pakketjes weer samengevoegd tot de oorspronkelijke informatie. Die pakketjes van verschillende gesprekken en datatransmissies worden door elkaar verstuurd en daardoor wordt de netwerkcapaciteit beter gebruikt. De GPRS-techniek geeft een maximale verbindingssnelheid van 115,5 Kbit/s en wordt op dit moment door de verschillende telecomproviders op de bestaande GSM-netwerken geïmplementeerd. Of die snelheid in de praktijk ook daadwerkelijk gehaald wordt, is nog maar de vraag en is afhankelijk van een aantal factoren.
Zo is het belangrijk hoeveel bandbreedte een provider beschikbaar heeft op het netwerk. Die bandbreedte wordt weer opgedeeld in frequentiebanden of -kanalen, die op hun beurt weer opgedeeld worden in acht elkaar opvolgende tijdsloten. Elke tijdslot kan een telefoongesprek afhandelen of datapakket bevatten. Het ligt voor de hand dat telecomproviders de voorrang geven aan spraak op het netwerk en dat betekent dat GPRS-data de ‘gaten tussen de spraak’ gaat opvullen. Bij veel gesprekken op het netwerk neemt de capaciteit voor datatransmissie dus af. Een andere snelheidsbepalende factor is de kwaliteit van het netwerk. Slechte ontvangst betekent dat pakketjes onderweg beschadigd raken en opnieuw verzonden moeten worden. Dat vreet netwerkcapaciteit en komt een goede doorstroming niet ten goede.
De aanpassing van bestaande mobiele netwerken voor GPRS is relatief eenvoudig en vraagt alleen een aanpassing van de software voor de verschillende delen van het GSM-netwerk. Wel zijn twee nieuwe netwerkonderdelen nodig voor de afhandeling van het GPRS-verkeer. De Serving GPRS Support Node (SGSN) verzamelt informatie voor betaling, authenticatie van GPRS-telefoons, routing van GPRS-pakketten en het managen van mobiele data-sessies. Het tweede nieuwe onderdeel is de Gateway GPRS Support Node (GGSN), die fungeert als gateway tussen het GPRS-netwerk en andere netwerken, zoals bijvoorbeeld internet. Bovendien routeert de GGSN datapakketten naar de juiste SGSN en verzorgt informatie om rekeningen te kunnen sturen. Een voordeel voor de eindgebruiker is dat er alleen betaald wordt voor de daadwerkelijk verstuurde data en niet de tijd dat een kanaal openstaat.

Stapje verder
De rek is met de introductie van GPRS nog niet uit het bestaande GSM-netwerk. Een techniek die nog een stapje verder gaat is de Edge-technologie (Enhanced Data rates for the GSM Evolution) waarbij door een andere modulatiemethode van het mobiele signaal er meer informatie in een GSM-tijdslot gepropt kan worden. Dat levert theoretische datasnelheden van 384 Kb/s op.
Vooralsnog ziet het er naar uit dat de telecomproviders die GPRS-diensten gaan aanbieden zich richten op het bedrijfsleven. Die diensten zullen de zakelijke gebruikers mogelijkheden geven om met het bedrijfsnetwerk te communiceren met hun agenda, e-mail en adresboek. Voor de consument wordt het straks interessant als ook WAP via GPRS beschikbaar komt. De surfsnelheid over het mobiele internet zal dan een flinke stap vooruit maken en naar verwachting zal WAP, dat nu niet echt aanslaat, vriendelijker in gebruik worden. Maar hoe er ook voortgeborduurd wordt op het GSM-netwerk, het zal altijd een netwerk van de tweede generatie (2G) blijven. Door de uitbreiding met GPRS en Edge wordt daarom ook wel gesproken van een 2G+ netwerk.
Echt nieuw en daardoor een volwaardig 3G-netwerk is UMTS (Universal Mobile Telecommunications System). Het wordt gezien als de opvolger van GSM en is één van de familieleden van het wereldwijde communicatieconcept IMT-2000, dat bij de International Telcommunication Union is ontwikkeld. UMTS moet de mogelijkheid bieden om naast spraak ook datacommunicatietoepassingen zoals internettoegang, e-mail, fax, m-commerce, videotelefonie, muziek en video mobiel toegankelijk te maken. Dit alles moet met een kwaliteit die vergelijkbaar is met die van het vaste net en dat kan door de hogere datadoorvoersneheid. Voorlopig zal bij UMTS net als bij GSM de nadruk liggen op communicatie met ‘aardse netwerken’, zodat ook UMTS-diensten via het vaste net beschikbaar komen. Later zal ook wereldwijde dekking mogelijk zijn door integratie met satellietcommunicatie.
Het Europese frequentiegebied waar UMTS gebruik van maakt, loopt ruwweg van 1900 tot 2200 MHz en dat is hoger dan de bestaande GSM-frequenties. Dit frequentiegebied is weer opgedeeld in een gepaarde band met twee kanalen (zenden via 1920-1980 MHz en ontvangen via 2110 tot 2200 MHz) en twee banden die tegelijkertijd voor zenden en ontvangen gebruikt worden. Hun frequentiebereik loopt van 1900 tot 1920 MHz en 2010 tot 2025 MHz. In de gepaarde band verloopt het zenden en ontvangen over twee verschillende kanalen. Die techniek heet Frequency Division Duplex afgekort FDD en hierbij is een maximale datadoorvoer van 512 Kbit/s. In de twee ongepaarde banden zijn voor zenden en ontvangen aparte tijdsloten opgenomen en die techniek heet TDD (Time Division Duplex).
Deze ‘ongepaarde’ banden worden voornamelijk gebruikt voor zwaar dataverkeer in één richting, zoals het downloaden van bestanden, muziek of beeld, en geeft de maximale theoretische datadoorvoer van 2Mbit/s. De snelheid van communicatie is ook afhankelijk van de plaatsing van antennes en basisstations. Daartoe hanteert men een opdeling van het verzorgingsgebied in macro-, micro- en pico-cellen. In een macro-cel staan de basisstations 1 kilometer uit elkaar en is een de FDD-techniek beschikbaar met een maximale datadoorvoer van 384 tot 512 Kbit/s.
Micro-cellen (basisstationafstand 200-400 meter) gebruiken ook de FDD-techniek en vinden voornamelijk toepassing in verstedelijkte gebieden om extra netwerkcapaciteit te bieden. De kleinste schaalgrootte is de pico-cel. Hierin staan de antennes zo’n 75 meter uit elkaar en hier doet de TDD-techniek z’n intrede waardoor de maximale datadoorvoersnelheid van 2 Mbit/s haalbaar is. Pico-cellen zijn bedoeld voor stadscentra en bedrijventerreinen. In pico-cellen met TDD-techniek geldt overigens de restrictie dat de ontvanger van de data binnen de cel blijft of zich maar langzaam verplaatst. Bij snelle verplaatsing is alleen de FDD-techniek toepasbaar.

Dichter bij elkaar
UMTS is een nieuwe techniek die geen gebruik kan maken van het bestaande GSM-antennepark. Bovendien moeten de antennes veel dichter bij elkaar staan om de mogelijkheden van de nieuwe techniek ten volle te benutten. Wel kunnen in de bestaande masten UMTS- basisstations worden bij geplaatst, maar doordat het verzorgingsgebied van een basisstation kleiner is, is uitbreiding van het antennepark noodzaak. Een woordvoerder van Ericsson laat desgevraagd weten dat de huidige GSM-masten ongeveer voor tweederde in de behoefte voorzien om UMTS toe te passen en dat betekent dat het antennepark met zo’n 50 procent moeten worden uitgebreid om landelijke dekking te krijgen. Voor zover bekend zal de introductie van UMTS in 2002 plaatsvinden en zal in de beginfase nauwelijks sprake zijn van landelijke dekking. Het GSM-netwerk zal in die fase dan ook veel beter dekking geven dan UMTS. Bovendien zijn de huidige GSM-telefoons niet bruikbaar in het nieuwe netwerk en dat betekent dat voor UMTS-gebruik een nieuwe telefoon noodzakelijk is. Die nieuwe modellen zullen naar verluid dubbel uitgevoerd zijn, zodat zowel van GSM- als UMTS-frequenties gebruikgemaakt kan worden.

De opvolgingskwestie
De eerste generatie mobiele netwerken maakt gebruik van Frequentie Division Multiple Acces (FDMA) wat zoveel wil zeggen dat elk gesprek z’n eigen kanaal of stukje frequentie heeft. Is het gesprek afgelopen dan is het kanaal vrij voor een volgend gesprek.

De tweede generatie
De techniek voor de tweede generatie mobiel netwerk (GSM) gaat een stapje verder en borduurt voort op de eerste generatie. Elk kanaal of stukje frequentie dat in de eerste generatie beschikbaar was voor slechts één gesprek, is nu voor maximaal acht gesprekken tegelijk te gebruiken. Dat kan door de gesprekken als het ware heel snel in mootjes te hakken en eerst het eerste fragment van gesprek 1 te versturen, dan het eerste fragment van 2, het eerste van 3 en zo verder tot het laatste gesprek. Dan vervolgens het tweede fragment van gesprek 1, het tweede van 2, het tweede van 3 en verder. Op de plaats van aankomst worden alle fragmenten weer aan elkaar geplakt en merk je er als beller niets van. Deze techniek heet Time Division Multiple Access (TDMA)

Het nakomertje
Dit is de generatie aanduiding voor GPRS en is een uitbreiding op het bestaande GSM-netwerk. Het basisprincipe is gelijk aan dat van 2G-netwerken, maar het verschil zit in het versturen van de datapakketten. In 2G-netwerken gaat dat per gesprek keurig achter elkaar maar bij GPRS (2G+) gaan de pakketjes door elkaar heen en over verschillende kanalen.

De derde generatie
UMTS wordt ook wel de derde generatie mobiele netwerken genoemd en gaat een stapje verder dan de rest. De techniek die gebruikt wordt heet Wideband Code Division Multiple Access (Wcdma) en daarin worden de fragmenten van verschillende gesprekken door elkaar heen verstuurd en dan niet via één kanaal maar via het hele spectrum. Belangrijk verschil met de voorgaande technieken is dat elk fragment nu gecodeerd is en dat op de ontvangende plaats alleen de fragmenten met dezelfde code aan elkaar geplakt worden om het gesprek te herstellen. Dit is vergelijkbaar met een groep mensen waar iedereen door elkaar spreekt en een gesprek alleen te volgen is door af te stemmen op het specifieke stemgeluid van een spreker. Het voordeel van deze methode is dat er veel efficiënter met de beschikbare bandbreedte wordt omgesprongen en het is minder storingsgevoelig.
 
Lees het hele artikel
Je kunt dit artikel lezen nadat je bent ingelogd. Ben je nieuw bij AG Connect, registreer je dan gratis!

Registreren

  • Direct toegang tot AGConnect.nl
  • Dagelijks een AGConnect nieuwsbrief
  • 30 dagen onbeperkte toegang tot AGConnect.nl

Ben je abonnee, maar heb je nog geen account? Neem contact met ons op!