GSM, UMTS & Co.

Die Mobilfunktechnik kennt viele Standards.Welche davon sind für industrielle Kommunikationszwecke relevant und was ist beim Aufbau drahtloser M2M-Kommunikation im Detail zu beachten?

Die Mobilfunktechnik kennt viele Standards.Welche davon sind für industrielle Kommunikationszwecke relevant und was ist beim Aufbau drahtloser M2M-Kommunikation im Detail zu beachten?

Bei den Sprachdiensten – sprich beim Telefonieren via Handy – ist mittlerweile eine Marktsättigung eingetreten. Ergo bieten die Provider nun Datendienste zu Preisen an, die auch für industrielle Zwecke äußerst lukrativ sind und die den Aufwand für die Installation von Festnetzanschlüssen mit entsprechenden Grundgebühren kaum mehr rechtfertigen. Dies gilt zumindest für Maschinen und Anlagen, die mit geringen Datenübertragungsraten auskommen und bei denen nicht täglich einige MByte zu übertragen sind. Der Vorteil der drahtlosen Anbindung: Überall wo ein Handy Empfang hat, ist auch die mobile Datenübertragung verfügbar. Die Endgeräte lassen sich bequem in vorhandene Netzwerkinfrastrukturen einbinden, selbst wenn diese einige 1000 km entfernt sind. Allerdings ist Mobilfunk nicht gleich Mobilfunk – insbesondere was die dahinter stehenden Übertragungsstandards betrifft, ist einiges in Bewegung.

Den Anfang in der Mobilfunktechnologie machte der Standard GSM (Global System for Mobile Communication), worauf später der paket-orientierte Funkdienst GPRS aufbaute. Beide Netzstandards stehen mittlerweile flächendeckend zur Verfügung. In jüngster Zeit sind weitere Übertragungsverfahren dazu gekommen wie UMTS, EDGE und HSDPA. Während beim GSM-Netz und dem damit verbundenem Datenübertragungsverfahren GPRS von der 2. Generation (2G) die Rede ist, bezeichnet sich UMTS als die 3. Generation. EDGE wiederum wird unter dem Kürzel 2.5G geführt und punktet gegenüber GPRS mit einer mehr als den Faktor 4 höheren Download-Geschwindigkeit. Gerade in Regionen, die nicht mit UMTS versorgt sind, ist EDGE ist eine gute Möglichkeit, eine schnellere Datenübertragungen bereitzustellen. Die Umrüstung des bestehenden GSM-Netzes ist in vielen Fällen einfacher und preiswerter als der Aufbau eines komplett neuen UMTS-Netzes. Für viele Anwendungen reicht die EDGEPerformance auch völlig aus.

Ist UMTS verfügbar, so sind mit dieser Technologie bis zu 25-mal schnellere Downloads als im GSM-Netz (maximal 14,4 KBit/s) möglich. Mit dem UMTSTurbo HSDPA – in Fachkreisen auch als Generation 3.5 (G3.5) tituliert – lassen sich gar Download-Datenraten über UMTS realisieren, die denen eines DSLAnschlusses gleichkommen; vorausgesetzt der Nutzer hält sich in einer ausreichend versorgten Region auf und verwendet entsprechende Hardware. „High Speed Downlink Packet Access“ soll Datenraten von maximal 14 MBit/s ermöglichen. HSDPA mit einer Geschwindigkeit von maximal 3,6 MBit pro Sekunde ist im UMTS-Netz bereits verfügbar und TMobile hat den Ausbau bereits mit einer Geschwindigkeit von maximal 7,2 MBit pro Sekunde gestartet. Mit dieser Technologie werden kurzfristig jedoch nur Ballungsräume und Verkehrsknotenpunkte ausgestattet.

Neben HSDPA wird auch HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) kommen. HSUPA steigert die maximale Uplink-Bandbreite – das Tempo für die Datenübertragung vom Mobilfunkgerät zum Netz – von 384 KBit pro Sekunde auf 1,4 MBit pro Sekunde. Für den industriellen Einsatz werden HSUPA-fähige Geräte aber noch auf sich warten lassen. In Amerika und Japan ist UMTS nur wenigen ein Begriff. Das neue 3G-Netz heißt dort CDMA-2000 (auch bekannt als UTRA FDD oder IMT-2000), ist aber mit UMTS nicht kompatibel. Die Sache noch komplizierter macht der Umstand, dass in diesen Regionen weitere Systeme dazugekommen sind wie etwa eine erweiterte DECT-Variante für 2 MBit/s, IS-136- EDGE und TD-SCDMA (Time Division- Synchronous Code Division Multiple Access). Mit anderen Worten: Die unterschiedlichen politischen und wirtschaftlichen Interessen haben das ursprüngliche Ziel eines weltweit einheitlichen Mobilfunksystems zerrissen. Ein weiteres Problem waren die weltweit uneinheitlichen Frequenzbereiche, die für IMT2000 vorgesehen sind. Die chinesische Regierung hat offiziell TD-SCDMA zum nationalen Standard für 3G-Netze erklärt. Trotzdem sind hier alle drei Standards für die neue Mobilfunkgeneration zugelassen: TDSCDMA, das in Deutschland als UMTS bekannte und weltweit verbreitete WCDMA sowie das in den USA und Japan benutzte CDMA-2000.

Hardware von heute hat im Normalfall das Übertragungsverfahren, das wir in den nächsten Jahren nutzen werden, nicht integriert. Für den Anwender ist es darum umso wichtiger, Mobilfunkhardware einzusetzen, die Ethernet, USB oder eine serielle Schnittstelle bietet. Damit ist bei Bedarf einfach und ohne Software- Anpassung ein Aufrüsten auf die kommenden Technologien möglich.