Datenübertragungsrate

Die Datenübertragungsrate ist der Quotient aus übertragener Datenmenge, die über einen Kanal versendet oder empfangen wird, und der Zeit, die die Übertragung dieser Menge an digitalen Daten benötigt. Sie wird in der Regel in kbits/s oder mbits/s angegeben, kann aber auch innerhalb des SI-Einheitensystems in Bits oder Giga Bits umgerechnet werden. Die Datenübertragungsrate ist abhängig vom Medium (drahtlos oder kabelgebunden), in dem die Daten übertragen werden, und vom Protokoll, welches verwendet wird. Bei mobilen Endgeräten wie Smartphones oder Tablets ist auch von Mobilfunkstandards die Rede.

Typen von Datenübertragungsraten

Seit der Einführung des GSM-Standards wurden die Systeme zur mobilen Kommunikation stetig weiterentwickelt. Das Ziel war und ist eine höhere Datenübertragungsrate bei möglichst großer Netzabdeckung.

600x400-Datenuebertragungsrate-01.png

GSM

Mit dem Global System for Mobile Communications (kurz: GSM) wurde der erste digitale Mobilfunkstandard geschaffen. Da es sich bei GSM und analog dazu beim amerikanischen CDMAone um die zweite Generation von Mobilfunkstandards handelt, spricht man auch von 2G. Diese Datenübertragungsrate ist der heute weltweit am weitesten verbreitete Mobilfunkstandard. In Deutschland beträgt die Netzabdeckung bei allen Providern nahezu 100%.

Funktionsweise

Die Datenübertragung im GMS-Standard erfolgt weltweit auf die gleiche Weise. So wird gesichert, dass sich ein Mobiltelefon mit einer SIM-Karte in ein Mobilfunknetz einbuchen kann. Beim Telefonieren in diesem Datenübertragungs-Standard werden die akustischen analogen Signale, die Gespräche zunächst digital umgewandelt und dann hochfrequent-elektromagnetisch von Funkantenne zu Funkantenne übertragen. Bei dieser Modulation werden im Gegensatz zur Übertragung per Telefonleitung die vorhandenen Sprachdaten mit einer geringeren Rate weitergeleitet, weshalb die Sprachqualität im Vergleich zur Festnetztelefonie niedriger ist.

Alle Datenpakete werden im Pulsverfahren 217 Mal innerhalb einer Sekunde an die Basisstation gesendet. Jene wiederum verschickt die Pakete nicht in gleichmäßigen Abständen, sondern je nach Gesprächs- bzw. Datenaufkommen weiter. Auf diese Weise können teilweise Lücken bei der Tonübertragung entstehen. Gesendet werden Gespräche im GSM-Netz auf den Frequenzen von 900 und 1.800 Megahertz. In der Praxis werden die Sprachdaten als sogenannter Uplink zum Sendemast zwischen 890 und 915 Megahertz bzw. 1.710 und 1.785 Megahertz gefunkt, während für die Verbindung zwischen Basisstation und Mobiltelefon leicht höhere Frequenzen genutzt werden.

GPRS

GPRS (General Packet Radio Service) ist ein Datenübertragungsformat, das auf dem GSM-Netz basiert, aber paketorientiert arbeitet. GPRS hat ein größeres Datenvolumen als GSM, ist jedoch mit Bezug auf neuere Technologien und Standards wie UMTS oder LTE als weniger leistungsfähig einzustufen. Ein wichtiger Faktor der Übertragungsrate ist die jeweilige GPRS-Klasse des Telefons: Dies sind Werte, die angeben, wie viele Timeslots ein Handy gleichzeitig für Empfang und Versand von Daten verwenden kann.

In einer Funkzelle sind maximal fünf Kanäle erlaubt, moderne Handys können mehrere Timeslots zugleich verwenden. Unterschieden wird zwischen Class A, B und C: Class A Telefone können leitungs- und paketorientiert arbeiten und sowohl eine Telefonverbindung als auch einen Datentransfer aufrechterhalten. Class B Geräte können entweder das Eine oder das Andere. Class C Geräte übertragen nur Daten, wenn sie im GPRS-Netz angemeldet sind.[1]

Funktionsweise

Da GPRS grundsätzlich auf der GSM-Technik basiert, musste das Netz für den paketorientierten Datenversand strukturell verändert werden: GPRS ergänzt deshalb das GSM-Netz durch sogenannte Stationen, Kodierungsschemata und Gateways, die das leitungsbasierte GSM-Netz mit paketorientierten Modulen ergänzten, ohne eine grundlegende Neuorganisation des gesamten Netzes erforderlich zu machen.

Ein wesentliches Merkmal von GPRS ist der Always-on-Betrieb: Das Endgerät ist zwar ständig mit der Funkzelle verbunden, berechnet werden nur die tatsächlich übermittelten Daten – die Pakete –, die in den GPRS-Modulen versendet werden. Hier steht die gesamte Bandbreite zur Verfügung, jedoch müssen sich mehrere Teilnehmer in einer Funkzelle die Bandbreite teilen.[2] Hauptsächliche Anwendungsfelder von GPRS sind WAP-Seiten (Wireless Access Point) und MMS (Multi Messaging Service).

EDGE

EDGE ist die Kurzform von Enhanced Data Rates for GSM Evolution und umfasst einen Standard zur schnelleren Datenübermittlung bei Mobilfunk-Telefonen, die entweder auf GPRS oder HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) setzen. EDGE ist kein eigenständiges Protokoll oder System, es ist vielmehr eine Erweiterung der GSM-Infrastruktur durch ein Modulationsverfahren, das mehr Bits pro Sekunde übertragen kann und mit Enhanced General Packet Radio Service (EGPRS) der Nachfolger von GPRS ist.

Funktionsweise

EDGE setzt auf der GSM-Infrastruktur auf und erweitert diese durch ein spezielles Übertragungsverfahren der Daten. Während High Speed Circuit Switched Data (HSCSD) und GPRS auf die Fehlerkorrektur der Datenpakete setzen, um die vorhandenen Kapazitäten effektiv zu nutzen, verwendet dieser Datenübermittlungsstandard das Prinzip der Modulation, um eine höhere Datenrate zu erreichen. Dabei kommt die sogenannte Phasenumtastung (8PSK) zum Einsatz. Im Grunde können so mehr Bits pro Datenstrom übertragen werden, indem acht Symbole in verschiedenen Phasenlagen für mehr Durchsatz eines Kanals sorgen. Dadurch wird eine höhere Bitrate bei gleicher Baudrate erreicht.

Ein GSM-Kanal kann auf diese Weise etwa das Vier- oder Fünffache an Daten übertragen. Praktisch sind dann jedoch die Kapazitäten des GSM-Netzes ausgeschöpft, weshalb EDGE die letzte Stufe des Ausbaus von GSM-Netzen darstellt. Für die Umrüstung von GSM auf EDGE sind einige Änderungen der bestehenden Infrastruktur und Softwareupdates notwendig, was viele Netzbetreiber realisiert haben, um ihren Kunden auch in Gebieten ohne UMTS stets Zugang zu mobilen Anwendungen zu bieten.[3]

UMTS

UMTS (Universal Mobile Telcommunication System) ist ein Übertragungsstandard der dritten Generation (3G) für die Kommunikation mit dem Mobilfunk-Telefon. Er sollte höhere Datenraten als GPRS (bzw. GSM) ermöglichen und bildet den Nachfolger von GPRS (erste Generation: 1G) und EDGE (zweite Generation: 2G).

Funktionsweise

Mit UMTS sind Dienste zur Übertragung von Nachrichten, Audio- und Videodaten, Chats, Internet-Browsing, Navigation, E-Commerce, verschiedene Applikationen und interaktives Fernsehen prinzipiell möglich. Dabei unterscheidet UMTS zwischen Diensten, die einen Teil des Netzes zur Übertragung benötigen und solchen, die dies nicht erforderlich machen (Access-Stratum und non-Access-Stratum) – diese Protokollschichten, sogenannte Strata, stellen eine optimale Leistungsverteilung des verfügbaren Funknetzes sicher.

Dadurch, dass UMTS das sogenannte Wideband CDMA (CDMA: Code Division Multiple Access, Codemultiplexverfahren) verwendet, sind einerseits höhere Übertragungsraten möglich und andererseits können mehrere Datenpakete gleichzeitig empfangen werden. Das Endgerät kann gleichzeitig telefonieren und eine Email versenden. Die breitflächige Kommunikation zwischen Sender und Empfänger (Station) wird durch den sogenannten FDD-Modus (Frequency Division Duplex) ermöglicht: Im Uplink sendet der Sender, im Downlink der Empfänger bzw. die Station.[4] Ein Nachteil dieser Verfahren besteht darin, dass die Bandbreiten in Divisionen unterteilt sind: Befinden sich zahlreiche Teilnehmer in einer Division, reduzieren sich die möglichen Bandbreiten der Übertragung. Bei Großveranstaltungen kann dies beobachtet werden.

HSDPA

HSDPA steht für High Speed Downlink Packet Access und bezeichnet eine Erweiterung des UMTS-Standards, um höhere Übertragungsgeschwindigkeiten im Mobilfunknetz zu erreichen. HSDPA wurde vom Third Generation Partnership Project (3GPP) definiert und umfasst eine effektivere Verwaltung des Downlinks, also der Daten, die von der Basisstation zum Endgerät gesendet werden. Der Begriff HSUPA (High Speed Uplink Packet Access) bezieht sich auf den Uplink von Endgerät zur Basisstation. Beides sind unterschiedliche Protokolle, die mit HSPA (High Speed Packet Access) zusammengefasst werden und auch oft mit 3G+ oder 3,5 G beschrieben werden (G steht für Generation).

Funktionsweise

Die Technik von HSDPA arbeitet mit einer Breitbandverbindung für Funknetze WCDMA von 5 MHZ. Um höhere Übertragungsraten als UMTS in der Grundversion, das auch WCDMA nutzt, zu erreichen, wurden bei HSDPA einige Neuerungen eingesetzt. Eine bessere Auslastung des Datenverkehrs wird mit einer Kombination aus zwei Modulationsverfahren realisiert: Die sogenannte Quadratur-Phasenumtastung (QPSK) und Quadraturamplitudenmodulation (QAM16) ermöglichen einen höheren Datendurchsatz bei kleineren Taktraten.

Zusätzlich kommt ein verbessertes Kodierungsverfahren zum Einsatz. Der sogenannte Turbo Codec komprimiert die Daten, die durch das Netz geschickt werden. Das Netz wird gebündelt und in Arrays verteilt: Mehrere Sender (Basisstationen) senden Output-Signale und verstärken somit das Signal für mehrere Empfänger (Endgeräte). Dieses Prinzip erleichtert in erster Linie den Empfang von Daten, wenn sich die Empfänger bewegen – steigert aber auch die gesamte Sendeleistung sowie die Fehlerfreiheit während der Übertragung.[5]

Ein wesentlicher Unterschied zu UMTS in der Grundversion besteht darin, dass HSDPA die Funkzellen auf bis zu 15 Nutzer verteilen kann. Bei UMTS verringerte sich die Datenübertragung mit steigenden Zahlen an Nutzern – es konnten lediglich zwei bis drei Nutzer eine vernünftige Datenübertragung erwarten. Bei HSDPA wird die Datenlast einer Funkzelle auf bis zu 15 Nutzer verteilt, wobei die Funkqualität ausschlaggebend ist. Je besser das Netz beziehungsweise der Kontakt zum Endgerät, desto besser ist die Verbindung und die Latenzzeiten bei HSDPA sind mit 200 ms sehr gering. HSDPA ist vor allem für Mobilfunk-Telefone konzipiert worden, kann aber mit entsprechender HSDPA-Karte auch in Notebooks verwendet werden.

LTE

LTE (Long Term Evolution) ist ein Übertragungsstandard der neuesten Generation von mobilen Endgeräten. LTE soll UMTS ablösen und wird bereits von einigen Providern angeboten und bevorzugt. LTE erweitert die Technologien von UMTS (HSDPA und HSUPA) und erhöht die für den Nutzer zur Verfügungen stehenden Datenvolumen enorm. LTE ist auch unter der Generationsbezeichnung 3,9G bekannt, während mit 4G die sogenannte LTE Advanced-Technologie bezeichnet wird, die wiederum höhere Datenvolumen ermöglicht.

Funktionsweise

Die Architektur des LTE-Mobilfunkstandards wird mit Evolved Packet System (EPS) bezeichnet. Der wesentliche Unterschied zu UMTS besteht darin, dass die Datenübertragung nicht mehr über eine Leitungsvermittlung geschieht, wie es noch bei UMTS und auch GSM der Fall ist, sondern paketbasiert erfolgt. Dadurch werden geringere Latenzzeiten, höhere Datenvolumen und eine gesteigerte Mobilität für Nutzer erreicht.

Die Übertragung via Datenpakete ist funktional sehr ähnlich zu den Technologien des WWW, wo IP-Adressen mittels des HTTP und HTTPS-Protokolls miteinander Daten austauschen. Die Architektur von LTE besteht prinzipiell aus vier Clustern oder Schichten:[6]

  • Services: Dienstplattform
  • EPC: Kernnetzwerk
  • E-UTRAN: Funknetzwerk
  • UE: das mobile Endgerät eines Nutzers

Diese Schichten arbeiten zusammen – ähnlich wie die Strata beim UMTS-Netz – und teilen sich dadurch bestimmte Aufgaben. Netzdienste wie die Verwaltung der Teilnehmer laufen auf der Dienstplattform und nehmen nur wenig Kapazitäten in Anspruch, um möglichst hohe Datenraten zwischen den anderen Clustern zu ermöglichen. Dort können Nutzer dann Videotelefonie, VOIP-Chats (Voice over IP, deutsch: Internettelefonie), mobile Internetanwendungen und sogar Online-Spiele nutzen.

Es gibt auch wesentliche Unterschiede zu UMTS: Die Orthogonal-Frequency-Division-Multiplexing-Techniken (OFDM) sowie die Multiple-Input/Multiple-Output-Antennentechnologie (MIMO) ermöglichen eine effizientere Nutzung der Bandbreiten und eine Zusammenfassung der zur Verfügung stehenden Antennen. Die Bandbreiten werden je nach Lastverteilung ausgewählt: Ein Nutzer, der ein Internetvideo ansieht, bekommt höhere Kapazitäten zugewiesen, als einer, der nur telefoniert.[7] Um einen stetigen Empfang der Signale auch über weite Entfernungen sicherzustellen, werden Antennen mithilfe des MIMO-Verfahrens zu Arrays zusammengefasst.[8]

Bedeutung für das Mobile Marketing

Die Datenübertragungsrate wirkt sich direkt auf unterschiedliche Faktoren des Mobile Marketings aus. Das Datenvolumen, das in einer bestimmten Zeit übertragen werden kann, ist beispielsweise bei GSM sehr niedrig, weshalb lediglich WAP-Seiten geladen werden können. Responsive Designs oder mobile Webseiten benötigen weitaus größere Übertragungsraten. Ein Minimalkonsens beim Mobile Marketing ist deshalb sinnvoll: Die zu ladenden Inhalte sollten so wenig Übertragungsrate wie möglich in Anspruch nehmen, um viele Nutzer dadurch erreichen zu können.

Zudem: Je kleiner der Übertragungsstandard, desto größer ist die Netzabdeckung. Es werden bestenfalls Inhalte bereitgestellt, die auch von Nutzern heruntergeladen werden können, die aufgrund ihres geografischen Standortes nur GPRS oder EDGE benutzen können.

Auf diese Weise kann das Nutzererlebnis konstant auf einem annehmbaren Niveau gehalten werden. Um kleinere Übertragungsgeschwindigkeiten effektiv zu nutzen, kann es empfehlenswert sein, den Umfang des Quellcodes durch Verzicht auf Elemente wie JavaScript, Flash und Multimedia-Dateien klein zu halten. Dies verringert die Ladezeiten – ein mögliches Rankingkriterium für Google's mobile Crawler und ein wichtiges Kriterium für Nutzer von mobilen Anwendungen, die die angeforderten Informationen schnell erhalten wollen. Mit steigender Verbreitung von schnelleren Datenübertragungsraten – wovon auszugehen ist in den nächsten Jahren – kann dieser Minimalkonsens nach oben hin korrigiert werden. Sobald HSDPA und LTE flächendeckend verfügbar sind, können reichere Inhalte generiert werden.

Einzelnachweise

  1. GPRS-Klassen heise.de. Abgerufen am 09.08.2014
  2. GPRS - General Packet Radio Service elektronik-kompendium.de. Abgerufen am 09.08.2014
  3. EDGE - Das steckt hinter der Technologie teltarif.de. Abgerufen am 09.08.2014
  4. Universal Mobile Telecommunications System 3gpp.org. Abgerufen am 09.08.2014
  5. HSDPA (high speed downlink packet access) itwissen.info. Abgerufen am 09.08.2014
  6. LTE System Architektur umtslink.at. Abgerufen am 09.08.2014
  7. OFDMA (orthogonal frequency division multiple access) itwissen.info. Abgerufen am 09.08.2014
  8. MIMO (multiple input multiple output) itwissen.info. Abgerufen am 09.08.2014

Weblinks

KATEGORIE