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EDGE: erhöhte Geschwindigkeit für 2G

Wer viel und oft auf seinem Smartphone surft, der wird es kennen: Schon nach wenigen Tagen oder Wochen ist das Datenvolumen verbraucht und der Mobilfunktarif wird auf die nächst-niedrigere Technik heruntergeschaltet. Oft ist dann der Buchstabe „E“ zu lesen – was für EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution) steht. Edge ist eine Technologie, welche die Geschwindigkeit der Datenübertragungen in Mobilfunknetzen erhöht. In Bezug auf die Download-Geschwindigkeit steht EDGE damit zwischen der GSM-Technik (2G) und UMTS, dem Mobilfunkstandard der dritten Generation (3G). Obwohl sich Edge nicht für das schnelle Surfen, Herunterladen von großen Dateien oder Video-Streaming eignet, bietet es einen großen Vorteil: Es ist flächendeckend in ganz Deutschland verfügbar.

Das Wichtigste zusammengefasst
  • EDGE ist ein Verfahren zur mobilen Datenübertragung und gilt als Vorstufe von UMTS.
  • Wer mit EDGE online ist, surft zwar etwas langsamer, dafür aber zumeist auch günstiger.
  • Im Vergleich zum wesentlich schnelleren LTE hat EDGE deutlich an Bedeutung auf dem Markt eingebüßt.
Inhaltsverzeichnis

    EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution

    Mit EDGE lassen sich sowohl der Datendienst GPRS (General Packet Radio Service) als auch HSCSD (High Speed Circuit Switched Data) aufwerten, denn die Technologie setzt ein effizienteres Datenmodulationsverfahren ein, sodass sich die Geschwindigkeit der Datenübertragung deutlich erhöht. Zwar sind die Datenübertragungsraten , die durch EDGE erreicht werden, immer noch wesentlich niedriger als in den UTMS-Netzen, sie entsprechen aber einem Vielfachen der ISDN-Geschwindigkeit und machen eine schnelle Datenübertragung an fast jedem Standort möglich.

    EDGE als Vorstufe von UMTS

    EDGE

    Die Datendienste GPRS und HSCSD werden per EDGE zu EGPRS (Enhanced GPRS) bzw. ECSD (Enhanced CSD) erweitert. Wie bei GPRS fallen hier lediglich die Gebühren für die übertragenen Datenpakete an, da der Übertragungskanal nur zur eigentlichen Datenübertragung in Anspruch genommen wird. Für Netzbetreiber hat EGPRS den Vorteil, dass für die gleiche Übertragungsrate wie bei GPRS weniger Kanäle notwendig sind. Außerdem sind die Übertragung der Datenpakete sowie die Reaktion auf veränderte Funkverhältnisse bei EGPRS erheblich besser als bei GPRS. Dadurch kann im Fall von Fehlern schneller auf eine niedrigere Datenrate übergegangen werden, bei der Fehler besser korrigiert werden können. Für eine deutliche Erhöhung der Nutzdatenrate mit EDGE muss allerdings in die Übertragungstechnik bei GSM (Global System for Mobile Communications) eingegriffen werden. Dabei kann es für GSM-Mobilfunkbetreiber zu Nachteilen kommen, da die Basis- und Transceiverstationen auf der Netzseite beherrschen und dafür unter Umständen umgerüstet werden müssen. Darüber hinaus ist auch eine Anpassung der Sendeverstärker erforderlich. EDGE stellt eine Weiterentwicklung der GSM-Technik und eine Zwischenstufe auf dem Weg zu UMTS und damit zur dritten Generation (3G) der Mobilfunkstandards dar. Bei Telefonen ohne UMTS kann durch EDGE das fehlende UMTS teilweise kompensiert werden.

    EDGE als günstige Alternative zu UMTS

    Bisher wurde EDGE in 75 Ländern eingeführt, in ländlichen Regionen wird die Technologie mittelfristig als kostengünstiger Ersatz für UMTS angesehen und für das mobile Internet genutzt. Auch in Deutschland ist EDGE mittlerweile schon recht weit verbreitet, da sich diese Technologie vergleichsweise einfach in schon bestehende Mobilfunknetze einbauen lässt. Dazu muss lediglich die GSM-Basisstation aktualisiert und unter Umständen einzelne Bestandteile ausgetauscht werden. Es sind keine neuen Sender und Antennen notwendig, weshalb die Umrüstung für EDGE weitaus kostengünstiger und einfacher umzusetzen ist als ein vollständig neues Netz, wie es für UMTS notwendig ist. EDGE-fähige Handy-Geräte werden ebenfalls von vielen Herstellern angeboten. Im deutschen T-Mobile-GSM-Netz ist EDGE seit Frühjahr 2008 flächendeckend verfügbar. Da das iPhone bei seiner Markteinführung weder HSDPA noch UMTS beherrschte, hat T-Mobile durch den Ausbau von EDGE den Zuschlag für den deutschlandweiten Vertrieb des Geräts erhalten. Auch O2 und E-Plus haben im Jahr 2008 damit begonnen, ihre Netze auf EDGE umzurüsten.

    GPRS und HSCSD bedienen mehrere Kanäle

    Übertragungsfrequenzen werden bei GSM in Kanäle bzw. Zeitschlitze (Timeslots) unterteilt. Für ein Telefonat wird beispielsweise nur ein Kanal genutzt, bei GPRS und HSCSD hingegen werden mehrere Kanäle bzw. Timeslots gleichzeitig bedient. Dabei ist jedoch die Nutzung der Kanäle nur dann möglich, wenn sie nicht für die Sprachverbindung benötigt werden. Ein Kanal, der mit GPRS oder HSCSD genutzt wird, kann vom GSM-Netz jedoch jederzeit anderweitig belegt werden. Durch EDGE wird auf den Burst (Anzahl von Schwingungen fester Frequenz) des Frequenzträgers zugegriffen. Normalerweise werden mit einem Burst 156,25 Bit transportiert, wovon allerdings noch der Verwaltungsoverhead abgezogen werden muss, wodurch sich ein Wert von 114 Bit ergibt. Die Anzahl von Nutzbits erhöht sich jedoch auf 342 Bit, da sich in jedem Bit drei weitere Bit befinden können. Wenn darüber hinaus einige Signalisierungsbits berücksichtigt werden, kommt man in jedem TDMA-Timeslot auf 346 Bit pro 5 ms. Für jede geschaltete Verbindung ergibt sich daraus eine Rate von 69,2 kbit/s. Für einen TDMA-Rahmen aus 8 Timeslots erhält man also einen theoretischen Höchstwert von 554 kBit/s für die Datenübertragungsrate. In der Praxis hingegen ist von Werten in Höhe von 100 bis 150 kBit/s die Rede.

    EDGE: Mit effizienterem Modulationsverfahren zu schnellerer Datenübertragung

    Zu den erhöhten Übertragungsraten bei EGPRS und ECSD kommt es nicht nur durch die Bündelung mehrerer Kanäle, sondern durch die zusätzliche Steigerung der Datenrate innerhalb der einzelnen Kanäle. Dies wird durch ein besonderes Modulationsverfahren bei EDGE erreicht. Mit einem effizienteren Modulationsverfahren wird durch EDGE also eine höhere Datenübertragungsrate sichergestellt. Anstatt dem Gaussian-Minimum-Shift-Keying-Verfahren (GMSK), welches beim GSM-Standard üblich ist, wird das sogenannte 8-PSK-Verfahren (8-Phase Shift Keying) verwendet. Mit 8-PSK können dreimal mehr Bits pro Kanal übertragen werden als mit GMSK. Bei GMSK werden zwei Zustände genutzt und pro Symbol wird ein Bit übertragen, während 8-PSK 8 Zustände kennt und bei gleicher Symbolrate drei Bits pro Kanal übertragen werden. Bei jedem Signalwechsel werden also nicht nur jeweils ein, sondern gleich mehrere Bit übertragen, um so die Datenübertragungsrate zu erhöhen. Die Symbolrate bleibt dabei gleich, da ein Symbol mehrere Zustände haben kann und mehrere Bit repräsentiert. Somit kann bei EDGE eine Datenübertragungsrate von 59,2 kbit/s pro Timeslot bzw. Kanal erreicht werden. Wenn acht Timeslots genutzt werden, werden demnach bis zu 473,6 kbit/s ermöglicht. Bei dem Datendienst GPRS hingegen können höchstens 171,2 kbit/s erreicht werden. Da der Wechsel des Modulationsverfahrens selektiv auf von EDGE-fähigen Geräten belegten Kanälen geschieht, können in derselben Funkzelle gleichzeitig GSM/GPRS- und EDGE-fähige Endgeräte störungsfrei genutzt werden. Wie viele Kanäle gebündelt werden können und wie viele Kanäle maximal in Empfangs- und Senderichtung möglich sind, wird durch die sogenannte Multislot-Klasse definiert, die sowohl vom Handy als auch vom Mobilfunknetz unterstützt werden müssen.

    Multislot-Klasse Maximale Empfangskanäle Maximale Sendekanäle Maximale Kanäle insgesamt
    1 1 1 2
    2 2 1 3
    3 2 2 3
    4 3 1 4
    5 2 2 4
    6 3 2 4
    7 3 3 4
    8 4 1 5
    9 3 2 5
    10 4 2 5
    11 4 3 5
    12 4 4 5
    Multislot-Klassen von GPRS und EGPRS

    Für Endgeräte der EDGE-Multislot-Klasse 10, die also über bis zu zwei Uplink- (Senderichtung) und vier Downlink-Slots (Empfangsrichtung) verfügen, beträgt die reale maximal erreichbare Datenübertragungsrate demnach 118,4 kbit/s im Upload und 236,8 kbit/s im Download. In Senderichtung ist EDGE damit sogar schneller al UMTS – dort sind es im Upload nur 64 kbit/s. Dies sind jedoch lediglich theoretische Werte, die in der Realität von den jeweiligen Empfangs- und Sendebedingungen abhängen. Demnach können die Geschwindigkeiten der Datenübertragung auch weit darunterliegen. Um die maximalen Datenübertragungsraten zu erreichen, müssen hohe Anforderungen an die Leistungsverstärker in den Basis- und Mobilstationen erfüllt werden. Bereits existierende Basisstationen müssten also dementsprechend modifiziert werden.

    Verzögerungen beim Surfen mit EGPRS

    Bevor die volle Datenübertragungsrate erreicht wird, vergehen bei EGPRS zwei bis drei Sekunden. Dies bemerken Nutzer dadurch, dass es beim Empfangen kleiner Dateien, beispielsweise beim Surfen, zu unangenehmen Verzögerungen kommt. Mit Ping- bzw. Antwortzeiten von 300 bis 400 Millisekunden liegt EGPRS zwischen GPRS und UMTS. Der Datendienst ist damit für Online-Spieler eher weniger empfehlenswert und ist auch nicht unbedingt für Voice over IP Telefonie (VoIP) geeignet.

    Datenübertragung via Senden (Uplink) Empfangen (Downlink)
    GPRS 1-2 kByte/s 3-5 kByte/s
    EGPRS 10-12 kByte/s 15-22 kByte/s
    UMTS 7,5 kByte/s 40 kByte/s


    GMSK oder 8PSK

    Bevor EDGE eingeführt wurde, fand in GSM lediglich die Nutzung der Modulationsart GMSK statt. Durch die digitale Phasenmodulation bei GMSK wird 1 Bit pro Symbol übertragen mit einer Symbolrate von 270.833 bit/s. Mit dem bei EDGE verwendeten 8-PSK-Verfahren ist die Datenrate hingegen mit 3 Bit pro Symbol dreimal so hoch, die Symbolrate jedoch entspricht der bei GMSK. Darüber hinaus ist die Pulsform so bestimmt, dass ein 8-PSK- und ein GMSK-Frequenzspektrum nicht voneinander abweichen. Demnach kann in einem guten Kanal bei EDGE das Dreifache an Bits pro Zeiteinheit übertragen werden. Allerdings kommt es in schlechteren Kanälen häufiger zu Bitfehlern als mit GMSK. Bei dem Datendienst EGPRS besteht aus diesem Grund die Möglichkeit, abhängig von der Kanalqualität zwischen 8PSK und GMSK umzuschalten. Darüber hinaus ist es möglich, zwischen verschiedenen Kodierungsschemata innerhalb von 8-PSK (MCS-5 bis MCS-9) und innerhalb von GMSK (MCS-1 bis MCS-4) umzuschalten, um das Übertragungsverfahren noch feiner an die Qualität des Kanals anzupassen. Somit können deutlich höhere Datenraten erzielt werden. Beim Datendienst EGPRS besteht außerdem der Vorteil von GPRS, dass ein Übertragungskanal nur dann reserviert wird, wenn Daten empfangen oder versendet werden. Somit können sich mehrere Nutzer einen Kanal teilen und dadurch eine Abrechnung erfolgen kann, die von der übertragenen Datenmenge und nicht von der Verbindungsdauer abhängig ist.

    EDGE Evolution

    Eine Weiterentwicklung der Technologie EDGE besteht in EDGE Evolution, auch Evolved EDGE oder E-EDGE genannt. Damit können mit verhältnismäßig einfachen und günstigen Maßnahmen noch höhere Datenübertragungsraten erreicht werden – theoretisch sollen mit EDGE Evolution Raten von bis zu 1 Mbit/s möglich werden. Im Downlink soll die maximale Geschwindigkeit 600 kbit/s betragen. Maßnahmen, die dafür notwendig sind, ist beispielsweise das Halbieren der Übertragungszeitintervalle, die anstatt 20 nur noch 10 ms betragen, wodurch die Verzögerungszeiten verringert werden. Durch zwei Trägersignale, einer höheren Symbolrate, 32QAM- oder 16QAM-Modulation anstatt 8-PSK sowie sogenannten Turbo-Codes für eine verbesserte Fehlerkorrektur werden bei EDGE Evolution Verzögerungszeiten von 100 ms ermöglicht. Darüber hinaus wird eine bessere Signalqualität durch eine Doppelantenne erreicht. Geräte, die bereits EDGE-fähig sind, können mittels eines Software-Updates nachträglich auf EDGE Evolution umgerüstet werden. Im Jahr 2008 haben verschiedene Internet- und Mobilfunkanbieter damit begonnen, in diese erweiterte Technologie zu investieren und somit die Forschung und Entwicklung diesbezüglich voranzutreiben.

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