Während sich im DSL-Markt wenig tut, rüsten die Kabelnetze dieses Jahr auf 100 MBit/s und mehr auf. Im Mobilfunk schafft der UMTS-Nachfolger LTE dreistellige Megabitraten. ZDNet hat die neuen Technologien unter die Lupe genommen.
Das diesjährige Leitthema der CeBIT ,"Connected Worlds[1]", wird vor allem durch das Ausstellungsprogramm "Broadband World[2]" in Halle 13 ausgefüllt. Ein Besuch lohnt sich auf jeden Fall, denn viele Internetzugangsanbieter kommen dieses Jahr mit neuen Technologien und noch höheren Geschwindigkeiten.
Viele Internetnutzer setzen einen Hochgeschwindigkeitsinternetzugang mit dem Begriff DSL gleich. Doch die DSL-Technologie hat dieses Jahr wenig Neuerungen zu bieten. Im Jahr 2010 werden sich trotzdem viele Internetnutzer über schnellere Breitbandzugänge mittels Kabelanschluss freuen können.
In Baden-Württemberg bietet Kabel BW[3] bereits seit letztem Jahr Zugänge mit 100 MBit/s an. Derzeit steht die neue Geschwindigkeit etwa 50 Prozent aller Kabelhaushalte zur Verfügung. Bis Mitte 2010 wird der Ausbau vollzogen sein. Dann können alle Kunden die neue Geschwindigkeit buchen.
Unity Media[4] und Kabel Deutschland[5] sind mit dem Ausbau noch nicht ganz so weit. Unity Media, das Hessen und Nordrhein-Westfalen versorgt, bietet derzeit nur in Aachen, Bergisch-Gladbach und Köln einen Zugang mit 120 MBit/s an. Das in den restlichen 13 Bundesländern tätige Kabel Deutschland hat Anfang des Monats Hamburg mit 100-MBit/s-Zugängen versorgt. Danach folgen Berlin, Hannover und München. In den nächsten 12 bis 18 Monaten sollen das gesamte Netz umgerüstet werden.
Die Technologie, die die höheren Geschwindigkeiten ermöglicht, heißt EuroDocsis 3.0. Wie sie funktioniert und welche Unterschiede zu VDSL bestehen beschreibt der ZDNet-Artikel "Highspeed-Internet im Kabel: 200 MBit/s mit EuroDocsis 3.0[6]".
In den Netzen der Deutschen Telekom ist eine DSL-Versorgung in der Regel für eine ganze Stadt oder einen ganzen Stadtteil gegeben. So lässt sich beispielsweise die Verfügbarkeit von ADSL2+[7] und VDSL[8] in einer interaktiven Google-Maps-Karte abfragen[9]. Die Verfügbarkeit von Kabel-Anschlüssen ist fragmentierter: Auch innerhalb grundsätzlich versorgter Gebiete gibt es Häuser und Wohnanlagen, die keinen Kabelanschluss bei einem der drei großen Anbieter besitzen.
Das Kabelnetz wurde ursprünglich als Fernsehkabelnetz konzipiert, das heißt vor allem als Einbahnstraße von den Fernseh- und Rundfunkstationen zu den Haushalten. Die Rückkanalfähigkeit ist auf die Frequenzen bis 87,5 MHz beschränkt, während die Frequenzen ab 87,5 MHz für die Übertragung zu den Haushalten hin genutzt werden.
Die Obergrenze des Frequenzbereichs hängt von der Ausbaustufe des Netzes ab. Ursprünglich übertrugen die Netze nur Frequenzbereiche bis 300 oder 450 MHz. Später wurden sie bis 606, 750 oder 862 MHz ausgebaut.
Das geringe Frequenzspektrum für den Rückkanal bedeutet, dass die Kabelnetzbetreiber bei ihren derzeitigen Clustergrößen nur einen relativ geringen Upstream anbieten können. Als einen Cluster bezeichnet man den Teil eines Kabelnetzes, der mit einem Kabelstrang an ein CMTS[10] angeschlossen ist, das den Übergang vom Kupferkabel in das Glasfasernetz des Kabelnetzbetreibers realisiert.
Den geringsten Upstream hat Kabel BW. Bei einem Downstream von 100 MBit/s bietet der Anbieter nur 2,5 MBit/s im Upstream. Unity Media erlaubt immerhin 5 MBit/s. Spitzenreiter unter den Kabelbetreibern ist Kabel Deutschland mit 6 MBit/s. Im Vergleich mit VDSL ist das jedoch recht wenig. Die Deutsche Telekom bietet 10 MBit/s bei einer Downstreamgeschwindigkeit von 50 MBit/s.
Da das Netz im Web-2.0-Zeitalter immer interaktiver wird, gewinnt die Upstreamgeschwindigkeit an Bedeutung. Es zählt nicht nur, wie lange es dauert, die neueste Linux-Distribution herunterzuladen, sondern auch der Zeitbedarf für den Upload eines YouTube-Videos in HDTV-Qualität.
Den Kabelnetzbetreibern bleibt für einen schnelleren Upstream nur, die Cluster deutlich zu verkleinern, was jedoch mit weiteren Investitionen verbunden ist. Auch die Bildung von sogenannten asymmetrischen Clustern, bei denen Upstream und Downstream von unterschiedlichen CMTS abgewickelt wird, führt zu hohen Kosten. Die VDSL-Anbieter haben es einfacher, weil sie die Gesamtbandbreite des Kupferkabels flexibel auf Up- und Downstream verteilen können.
Eine ganze Reihe von Neuerungen gibt es auch für den Bereich Internet über Mobilfunktechnologien wie GSM oder UMTS. In aller Munde ist die 3GPP-Technologie[11] Long Term Evolution (LTE[12]). In der Theorie erreicht man damit 300 MBit/s im Downstream und 75 MBit/s im Upstream.
Ericsson konnte zwar auf dem Mobile World Congress 1 GBit/s vorführen[13], bündelte dafür aber vier LTE-Kanäle mit je 20 MHz. Eine Kanalbündelung ist für die Praxis nicht vorgesehen und aus Gründen der Akkulaufzeit zumindest bei Mobiltelefonen auch nicht sinnvoll. Immerhin konnte Ericsson demonstrieren, dass unter sehr guten Empfangsbedingungen etwa 250 MBit/s pro 20-MHz-Kanal erreicht werden können.
LTE wird oft als 4G-Technologie[14] bezeichnet. Jedoch erfüllt die Technologie nicht alle Kriterien des von der ITU-R[15] festgelegten Standards International Mobile Telecommunications Advanced[16] (IMT Advanced). Daher bezeichnet man LTE auch als 3.9G-Technologie. Als Kandidat für eine echte 4G-Technologie evaluiert die ITU-T[17] die zu LTE in weiten Teilen inkompatible Erweiterung LTE Advanced.
Allerdings lassen sich unter bestimmten Bedingungen GSM, UMTS, LTE und LTE Advanced im gleichen Frequenzband koexistent betreiben. Basisstationen und Endgeräte können mit allen vier Technologien ausgestattet werden.
Nach offizieller Lesart ist LTE eine Erweiterung zu UMTS[18]. Das muss man allerdings aus juristischer Sicht betrachten. Da die UMTS-Frequenzen auch nur für die UMTS-Nutzung versteigert wurden, erlaubt eine Erweiterung des Standards deren Nutzung mit LTE ohne Neuerwerb. Technisch ist LTE eher ein zu UMTS ähnlicher digitaler Funkstandard. Neue Frequenzen, etwa die sogenannte digitale Dividende[19], werden grundsätzlich technologieneutral versteigert.
LTE kennt Kanalbandbreiten von 1,4; 3; 5; 10; 15 und 20 MHz. Das heißt, ein Teil des Geschwindigkeitszuwachses wird dadurch erzielt, dass breitere Funkkanäle verwendet werden. In der Praxis bedeutet das, dass die Provider mehr Frequenzen zur Verfügung gestellt bekommen und mehr Basisstationen installieren müssen, damit Nutzer in den Genuss der Vorteile von LTE kommen.
Die großen Kanalbreiten mit hohem Durchsatz sind eher für Laptops geeignet, die gerade an einer externen Stromquelle angeschlossen sind, da der Stromverbrauch recht hoch ist. Handys und Smartphones können bei geringem Datenverkehr einen 1,4-MHz-Kanal wählen, um Strom zu sparen. Bei Bedarf können sie auf einen breiteren Kanal wechseln, sofern die Funkzelle mehrere Kanalbreiten anbietet.
UMTS-Kanäle können theoretisch eine Breite von 200 kHz oder einem Vielfachen davon besitzen. Die derzeit in Betrieb befindlichen Netze haben jedoch eine feste Kanalbreite von 5 MHz. Wer heute mit seinem Smartphone Strom sparen möchte, muss UMTS deaktivieren und auf den GSM-only-Betrieb mit EDGE umstellen.
LTE-konforme Geräte müssen sowohl Time Division Duplexing[20] (TDD) als auch Frequency Division Duplexing[21] (FDD) beherrschen. Das wird helfen, einen weltweit einheitlichen Standard zu schaffen. Europäische UMTS-Geräte kann man zwar in Japan und den USA nutzen, nicht aber in China, weil China auf die TDD-Technologie TD-CDMA[22] standardisiert hat und der Rest der Welt fast ausschließlich auf die FDD-Technologie W-CDMA[23].
Dass mit LTE auch bei gleicher Kanalbandbreite höhere Datendurchsätze als bei UMTS erzielt werden, ist vor allem dem Einsatz von MIMO[24] und OFDM[25] zu verdanken. Funktechnisch ähnelt LTE daher dem WiMAX-Standard[26]. Die Endgeräte nutzen beim Senden kein OFDM, sondern das zu OFDM ähnliche Verfahren SC-FDMA[27]. Durch den geringeren Scheitelfaktor[28] (auch Crest-Factor oder Peak-to-Average-Ratio genannt) können Stromverbrauch und Akkulaufzeit von Endgeräten bei gleicher Sendeleistung verringert werden.
Als Modulationsarten kommen bei LTE je nach Empfangsverhältnissen 64-QAM[29], 16-QAM und QPSK[30] zum Einsatz. Für 64-QAM sind allerdings sehr gute Empfangsbedingungen erforderlich. Unterschiedliche Abschwächungen des Signals (Amplitudenrauschen) führen dazu, dass es zu zahlreichen Übertragungsfehlern kommt.
Da die Endgeräte mit nur geringer Leistung senden, wird es häufig dazu kommen, dass 64-QAM zumindest für den Upstream nicht genutzt werden kann. Die Endgeräte müssen auf 16-QAM oder QPSK ausweichen, was einen geringeren Durchsatz bedeutet. 16-QAM bietet zwei Drittel des Durchsatzes von 64-QAM, QPSK nur ein Drittel.
Unter UMTS wird HSDPA[31] normalerweise nur mit QPSK und 16-QAM realisiert. In den meisten Netzen werden nur die HSDPA-Kategorien 6 mit 3,6 MBit/s und 8 mit 7,2 MBit/s angeboten. Mit 64-QAM und MIMO könnte die HSDPA-Kategorie 20 mit 42,2 MBit/s realisiert werden.
Da die Kombination von 64-QAM und 4x4-MIMO unter normalen Funkbedingungen praktisch nie genutzt werden können, ist davon auszugehen, dass die kommerziellen LTE-Netze nur 2x2-MIMO nutzen und auf 64-QAM verzichten werden. So lassen sich 100 MBit/s im Downstream und 50 MBit/s im Upstream erreichen. Die Kanalbreite von bis zu 20 MHz ist für alle Endgeräte vorgeschrieben.
Für eine Verringerung der Latenzzeiten (Pingzeiten) sorgt die System Architecture Evolution[32] (SAE). Dabei handelt es sich nicht um eine Verbesserung der Funktechnik, sondern um eine Vereinfachung der Netzwerkprotokolle. UMTS basiert noch auf dem SAE-Vorgänger GPRS Core Network[33]. UMTS und GPRS sind grundsätzlich dafür ausgelegt, neben Zugängen zu IP-Netzen, meistens dem Internet, auch Zugang in andere Netzwerkarchitekturen zu schaffen.
SAE ist eine als "All IP Network" ausgelegte vereinfachte Architektur, die der Tatsache Rechnung trägt, dass es außer dem Zugang zu IP-Netzen kaum praktische Anwendungsfälle gibt. Durch den Wegfall unnützer Netzwerkschichten kann der Durchsatz erhöht und die Latenz verringert werden. Rückwärtskompatibilität, beispielsweise Handover an UMTS-Basisstationen, ist dennoch gegeben. Auch Nicht-3GPP-Systeme wie WiMAX[26] können per SAE integriert werden.
Zur CeBIT 2010 findet man Neuerungen in der Breitband-Technologie vor allem in den Bereichen Internet über Fernsehkabel und drahtlose Breitbandzugänge. Bei DSL sind kaum Neuheiten zu verzeichnen. Allerdings ist die VDSL-Technologie, so wie sie heute als VDSL2 standardisiert ist, noch nicht ausgereizt. Die Profile[34] 17a und 30a des VDSL-Standards erlauben eine Gesamtbandbreite von bis zu 200 MBit/s, die man beispielsweise in 150 MBit/s Downstream und 50 MBit/s Upstream aufteilen kann.
Auch nicht mehr ganz neu ist die Technologie EuroDocsis 3.0, die einen Hochgeschwindigkeitszugang zum Internet über Fernsehkabel ermöglicht. Allerdings beginnen die Kabelnetzbetreiber dieses Jahr damit, diese Technologie flächendeckend zu anzubieten.
Sie erlaubt mit derzeitig verfügbarer Hardware, die vier Fernsehkanäle bündelt, bis zu 200 MBit/s im Downstream, wobei die deutschen Netzbetreiber derzeit 100 oder 120 MBit/s anbieten. Es ist damit zu rechnen, dass bis Mitte 2011 jeder ans Fernsehkabel angeschlossene Haushalt die höheren Geschwindigkeiten zur Verfügung hat.
Problematisch ist beim Kabelzugang der Upstream. Theoretisch sind mit einem Kanal etwa 32 MBit/s möglich, da aber nur das schmale Frequenzband bis maximal 87 MHz genutzt werden kann, lässt sich bei den derzeitigen Clustergrößen nur ein Bruchteil pro Anschluss nutzen.
Bei den Mobilfunktechnologien macht derzeit vor allem LTE von sich reden. Bisher ist nur in Stockholm ein kommerzielles LTE-Netz[35] in Betrieb. Bis Ende 2010 sollen 25 Städte in Schweden und Norwegen versorgt werden. Bis in Deutschland die ersten LTE-Netze ihren Betrieb aufnehmen, wird noch einige Zeit vergehen. LTE schafft theoretische Bandbreiten von bis zu 300 MBit/s im Downstream. Auch hier wird in der Praxis nur ein Bruchteil erreicht werden.
Die hohen Datenraten im Vergleich zu UMTS mit HSPA werden zu einem Großteil durch die 20 MHz breiten Kanäle erzielt. Das setzt voraus, dass entsprechend große Frequenzbereiche für LTE zur Verfügung stehen. Die im Frühjahr zu versteigernden Frequenzen der sogenannten digitalen Dividende von 790 bis 862 MHz erlauben maximal drei Kanäle mit einer Breite von 20 MHz.
Durch die steigende Nachfrage nach flächendeckenden Drahtloszugängen ins Internet müssen mittelfristig weitere Frequenzen für den Internetzugang freigeräumt werden. Die durch die Digitalisierung der Fernsehprogramme freiwerdenden Frequenzen reichen alleine nicht aus.
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