HSPA+

UMTS-Rückblick: HSPA+ ermöglichte höhere Bitraten

HSPA+ ermög­lichte höhere Bitraten durch clevere Technik. In unserem UMTS-Rück­blick erklären wir, mit welchen Tricks HSPA+ seiner­zeit das mobile Internet beschleu­nigte.

UMTS wurde ursprüng­lich zur Nutzung mit Handys und Smart­phones entworfen, doch der Erfolg kam auch mit dem mobilen Inter­net­zugang via Laptop und Daten­karte. Dafür wurden viel­fach höhere Daten­raten benö­tigt. HSPA und HSPA+ lieferten diese.

Der Trick: HSPA verwen­dete eine bessere Codie­rung, um mehr Bits in einen Funk­kanal zu quet­schen. Dieser war bei UMTS 5 MHz breit, wobei eine so genannte Chip­rate von 3,84 MHz verwendet wurde. Die verblei­benden 1,16 MHz dienten quasi als Sicherheits­abstand zu benach­barten Kanälen, um diese nicht zu stören. Pro Chip konnte UMTS in Down­stream-Rich­tung, von der Basis­sta­tion zum Handy, jeweils zwei Bit über­tragen.

Rückblick: Das brachte HSPA Plus bei UMTS Rückblick: Das brachte HSPA Plus bei UMTS
Bild: E-Plus Gruppe / Telefonica
HSPA über­trug pro Chip bis zu 4 Bit. Das war möglich, weil HSPA 16 verschie­dene Chips verwen­dete, im Gegen­satz zu nur 4 Chips bei Stan­dard-UMTS. Ein Chip war dabei ein Wellenzug, der bezüg­lich der Stärke und der Phasen­lage modu­liert wurde. Es wurden die vom Radio her bekannte Ampli­tuden- und Frequenz­modulation somit gleich­zeitig einge­setzt.

4 Bit pro Chip bei 3,84 Millionen Chips pro Sekunde ergab im Maximum 15,36 MBit/s. Nutzbar waren davon maximal 14,4 MBit/s, die maxi­male Daten­rate von HSPA.

Noch mehr Signal­vari­anten

HSPA+ erhöhte aber­mals die Zahl der mögli­chen Signale. Statt 16 gab es dabei 64 Vari­anten. Die Zahl der Bits pro Chip erhöhte sich damit von 4 auf 6. Entspre­chend stieg auch die maxi­male Bitrate um knapp 50 Prozent auf 21 MBit/s.

Das Problem: Um die vielen Signal­vari­anten beim Empfänger sauber unter­scheiden zu können, wurde eine unge­störte Über­tra­gung benö­tigt. Je schwä­cher das Signal beim Empfänger ankam oder je stärker benach­barte Basis­sta­tionen störten, desto stärker musste das Signal mit Fehler­korrektur­bits abge­sichert werden und desto nied­riger war die tatsäch­lich verfüg­bare Bitrate.

Der Vorteil dieses Verfah­rens war wiederum, dass nur vergleichs­weise geringe zusätz­liche Inves­titionen nötig waren. Oftmals reichte ein Soft­ware-Update auf den Basis­stationen, um HSPA+ mit 21 MBit/s verfügbar zu machen.

Mehrere Antennen bei Sender und Empfänger

Eine alter­native Technik zur Erhö­hung der Bitrate war, gleich mit mehreren Sendern und Empfän­gern zu arbeiten. Diese Tech­nologie wird MIMO ("multiple input, multiple output") genannt. In der einfachsten Vari­ante wurden je zwei Antennen bei Sender und Empfänger verwendet, wodurch sich die Bitrate von HSPA auf 28 MBit/s verdop­pelte.

Auch bei diesem Trick galt: Je schlechter der Empfang am Rand einer Zelle, desto schwie­riger war es, die beiden Signale ausein­ander­zudi­vidieren und desto geringer war die nutz­bare Daten­rate. Zudem waren erheb­liche Investi­tionen nötig, um in den Basis­stationen zusätz­liche Antennen zu instal­lieren.

Weitere Tricks zur Erhö­hung der Band­breite

Altbe­kannt war die Methode, zum Errei­chen höherer Daten­raten mehrere Kanäle zusam­men­zuschalten. Nicht nur in Deutsch­land, sondern auch in anderen Ländern mussten die Netz­betreiber zumeist für eine UMTS-Lizenz zwei oder mehr gepaarte 5-MHz-Pakete erwerben. Da bei UMTS auch benach­barte Basis­sta­tionen auf derselben Frequenz arbeiten konnten, war bei vielen Netz­betrei­bern zunächst nur ein 5-MHz-Paket in Benut­zung.

Nutzte man zwei 5-MHz-Bänder und zusätz­lich die oben genannte verbes­serte Modu­lation, waren bis zu 42 MBit/s möglich. Vorteil der Kanal­bün­delung: Es gab keinen zusätz­lichen Verlust von Bitrate an der Zell­grenze, an allen Stellen der Zelle kam in etwa die doppelte Bitrate an. "In etwa" deshalb, weil sich die beiden Träger unab­hängig vonein­ander ausbrei­teten und je nach Situa­tion vor Ort mal der eine und mal der andere stärker gedämpft wurde. Intel­ligente Netze versuchten natür­lich, jedes Endgerät bevor­zugt über das Band zu versorgen, das den relativ besseren Empfang bot. So sahen mobile Surfsticks für UMTS aus So sahen mobile Surfsticks für UMTS aus
Bilder: Anbieter, Montage: teltarif.de
Auch für die Aufrüs­tung auf 42 MBit/s war oft zusätz­liche Hard­ware bei den Netz­betrei­bern erfor­der­lich. Frühere Sende- und Empfangs­gruppen waren ja auf 5 MHz ausge­legt, nicht auf 2 mal 5 MHz.

Natür­lich waren dann letzt­end­lich LTE und 5G die Tech­niken, um noch höhere Bitraten zu errei­chen. Der HSPA+-Upgrade­pfad hatte jedoch einen Vorteil: Auch das älteste UMTS-Endgerät blieb voll kompa­tibel. Es nutzte die Ressourcen dann aber mögli­cher­weise weniger effi­zient als ein jeweils aktu­elles HSPA+-Gerät.

Immer wich­tiger wurde für die Netz­betreiber zudem die schnelle Anbin­dung der Basis­sta­tionen ans Internet. Die genannten Bitraten galten ja pro Sektor. Bei den typi­schen 120-Grad-Sektoren kam man auf drei Sektoren für den "Rund­umblick".

Abschal­tung von UMTS im Jahr 2021

Nach diversen Ankün­digungen entschlossen sich die drei deut­schen Netz­betreiber Telekom, Voda­fone und Telefónica dazu, ihre UMTS-Netze im Lauf des Jahres 2021 endgültig abzu­schalten. Der wich­tigste Grund dafür: Die frei werdenden UMTS-Frequenzen wurden und werden drin­gend für den Ausbau der beiden Nach­fol­getech­niken LTE und 5G gebraucht.

Im Rahmen der UMTS-Abschal­tung been­dete die Telekom den UMTS-Betrieb nach diversen Vorbe­rei­tungen und Feld­tests auf einen Schlag am 1. Juli 2021. Voda­fone schal­tete sein UMTS-Netz in mehreren Wellen bis zum Spät­sommer dieses Jahres ab. Telefónica beendet den UMTS-Betrieb bis Mitte November 2021.