Der Internetzugang über Mobilfunk

Neben den leitungsgebundenen Internetzugangsechnologien DSL, Kabel und Glasfaser, gibt es auch die Möglichkeit den flächendeckenden Mobilfunk als Internetzugang zu nutzen. Gerade mit der wachsenden Verbreitung und Weiterentwicklung von der Mobilfunktechnologie LTE kann es in manchen Regionen die einzige Möglichkeit sein, einen Internetzugang mit halbwegs akzeptabler Datenrate zu bekommen (z.B. 16Mbit/s Downlink, ADSL2+). Und selbst dort wo 16Mbit/s verfügbar aber höhere Datenraten nicht in Sicht sind, beginnt der Internetzugang über LTE interessant zu werden, einfach um in den Vorteil einer höheren Datenrate zu kommen.

Es gibt einen ganzen Dschungel voll Technologien und Ausbaustufen zur Datenübertragung über Mobilfunk. Folgend eine Liste mit einer kurzen Erläuterung jeder Technologie (2G GSM, 3G UMTS, 4G LTE). Im weiteren konzentriert sich dieses Kapitel aber auf die Mobilfunktechnologie LTE, welche in den kommenden Jahren die Datenübertragung im Mobilfunk dominieren wird.

• GSM, 2G: Die älteste digitale Mobilfunktechnologie, mit der sich Mobilfunk in der breiten Masse durchsetzte. Das GSM Netz bietet in Deutschland eine sehr hohe Abdeckung und es gibt nur wenige weiße Flecken auf der Landkarte. Datenübertragung wurde anfangs mittels der CSD (Circuit Switched Data) Technologie realisiert und dann mit der High Speed Variante HSCSD erweitert. Aktuell sind die Technologien GPRS (General Radio Packet Service) und EGPRS (Enhanced GPRS). Für EGPRS wird oft auch der Begriff EDGE synonym verwendet. Unter Bündelung von 4 Zeitschlitzen im Downlink (DL) und 2 Zeitschlitzen im Uplink (UL), sowie der Verwendung der höchsten Kodierung kann EGRPS brutto Datenraten von 0,23 Mbit/s DL und 0,11 Mbit/s UL erreichen. (E)GPRS findet auch heute noch Verwendung. Zu einem für die flexible Anbindung von Geräten im freien Feld, welche wenig Daten zu übertragen haben (z.B. intelligente Messgeräte), zum anderen als Rückfalltechnologie, wenn keine LTE oder UMTS Abdeckung vorhanden ist oder ein gebuchtes Datenvolumen aufgebraucht ist.

• UMTS, 3G: UMTS gelang spätestens mit einer Versteigerung von Frequenzenblöcken im Jahr 2000 zu Berühmtheit, welche dem Deutschen Staat Einnahmen von ca. 50 Milliarden Euro bescherte. Diese riesigen Summen waren unter anderem mit einer sehr hohen Erwartungshaltung an die Entwicklung von UMTS geknüpft, welche jedoch nicht ganz erfüllt wurden. Die Netzabdeckungskarten von UMTS ist in Deutschland hoch, doch gerade im ländlichen Raum gibt es noch viele Lücken. Hier hat LTE schon eine bessere Netzabdeckung. Für die Datenübertragung bietet das “einfache” UMTS brutto Datenraten im DL und UL von bis zu 0,384Mbit/s. Die Erweiterungen HSPA (High Speed Packet Access), bzw. HSPA+ ermöglichen brutto Datenraten im DL von bis zu 42,2 Mbit/s und im UL von bis zu 5,76 Mbit/s. In der Theorie sind noch höhere Datenraten möglich, doch diese werden derzeitig nicht von Mobilfunknetzbetreibern angeboten. Wie GSM findet das “einfache” UMTS auch als Rückfalltechnologie Anwendung, wenn ein gebuchtes Datenvolumen aufgebraucht ist. UMTS HSPA/HSPA+ wird oft komplementär zu LTE eingesetzt, um für einen Datentarif eine bessere Flächendeckung mit hoher Datenrate zu bieten.

Notiz: Mit immer höherer Netzabdeckung von LTE und auch der Einführung von “Voice over LTE” (VoLTE), kommt die Frage auf ob und wann LTE GSM, bzw. UMTS ersetzt und diese Technologien abgeschaltet werden. Der Bandbreitenhunger von LTE ist gewaltig und die Frequenzen könnten dafür wiederbenutzt werden. So hat die Swisscom angekündigt GSM Ende 2020 nicht mehr zu unterstützen. Auch in Deutschland wird es irgendwann soweit sein, ein fester Termin ist noch nicht bekannt. Das schon angekündigte Datum der Swisscom zeigt, das es bis dahin wahrscheinlich noch eine Weile dauern wird.

• LTE, 4G: Der Mobilfunkstandard LTE ist auf die Übertragung von Daten optimiert und hat im Vergleich mit GSM/UMTS innerhalb kürzerer Zeit eine hohe Verbreitung und Netzabdeckung erfahren. Mit der Einführung von Voice over LTE (VoLTE) Mitte 2015 bis Anfang 2016 unterstützt LTE auch direkt Sprachverbindungen. Ähnlich wie GSM und UMTS, wird LTE stufenweise immer weiter verbessert. So wird bei LTE zwischen dem “Standard” LTE, LTE Advanced und LTE Pro unterschieden, welche die LTE Technologie immer weiter verfeinern und höhere Datenraten bieten. So bietet das “Standard” LTE (bis 3GPP Rel. 9; Gerätekategorie 5 ) brutto Datenraten von bis zu 300 Mbit/s im DL und bis zu 75 Mbit/s im UL. LTE Advanced (3GPP Rel. 10 bis 12; Gerätekategorie 12 ) kann bis zu 600 Mbit/s im DL und bis zu 100 Mbit/s im UL übertragen. LTE Advanced Pro (ab 3GPP Rel. 13) wird noch darüber hinaus gehen. Die Bemerkungen in Klammern sind die Versionen des Standardisierungsgremiums 3GPP, welche den einzelnen LTE Entwicklungsschritten zugehörig sind, sowie entsprechende Gerätekategorien, welche auch in der Praxis von Smartphones unterstützt werden. Weitere Einzelheiten zu LTE finden Sie einem eigenen Kapitel, welches sich dediziert dem Internetzugang über LTE widmet.

Folgende Tabelle gibt einen Überblick über die Datenübertragungseigenschaften der verschiedenen Mobilfunktechnologien.

Die in der Tabelle angebenen Datenraten sind brutto Datenraten. Bei GSM und LTE Advanced wird von der Verwendung von Zeitschlitz bzw. Trägerbündelung ausgegangen . Die angegebenen Latenzen sind eine Schätzung für praxisnahe Werte.

Wie bei WLAN ist auch beim Mobilfunk das Übertragungsmedium Funk eine geteilte Resource. Sprich mehrere Endeilnehmer, welche auf dem gleichen Frequenzband senden und empfangen, müssen sich über einen Zugriffsmechanismus abstimmen, wer Übertragen darf und wer nicht. Als Konsequenz sinkt zeitweise die erreichbare netto Datenrate. Dreh- und Angelpunkt für die Übertragung zu den Geräten der Endteilnehmer und die entsprechende Zugriffskontrolle, sind hierbei die Basisstationen der Mobilfunknetzbetreiber. Diese bilden zentrale Punkte welche ein bestimmtes Gebiet abgedecken und zu denen sich alle Teilnehmer in diesem Gebiet verbinden. Eine Besonderheit vom Mobilfunk ist, dass die sogenannten Makro-Basisstationen üblicherweise nicht nur mit einer Antenne rundum ein Gebiet versorgen, sondern das abzudeckende Gebiet in Sektoren aufteilen (mit LTE wird jeder Sektor auch Zelle genannt). Das bietet eine guten Kompromiss aus Flächenabdeckung pro Antenne, Teilnehmer pro Sektor und damit effizienter Nutzung des Frequenzspektrums.

Ein weiterer wichtiger Punkt ist, dass durch die Signaldämpfung und potentielle Störungen, ein absolut einwandfreier Empfang und Erreichung der höchsten Datenraten, meistens nur nahe einer Basisstation möglich ist. Mit steigender Entfernung, baulichen oder geographischen Hindernissen auf dem Übertragungsweg oder durch Störungen, wird das benutzte Übertragungsschema auf der einen Seite robuster, auf der anderen Seite sinken damit aber auch die netto Datenraten. Gerade für einen örtlich statischen Internetzugang kann es sich lohnen auch über eine Außenantenne nachzudenken, welche außen an Ihrem Gebäude in Richtung der für Sie relevanten Basisstation installiert ist.

Tipp: Falls Sie konkret über die Nutzung von z.B. LTE als Internetzugangstechnologie für Ihr Heimnetzwerk nachdenken, dann können Sie vorher über ein LTE fähiges Smartphone in etwa abschätzen wie gut die Signalqualität ist. Anbieter und Frequenz sollten hierbei die gleichen sein, wie bei der späteren Nutzung für den Internetzugang. Hierbei kann man auch zwischen dem Empfang innerhalb und außerhalb Ihres Heims vergleichen und dabei prüfen ob eine Außenantenne installiert werden sollte.

Nächstes Kapitel: Der Internetzugang über LTE