Transcript GSM - Ludwig Nachrichtentechnik

GSM - Mobilfunknetz
in Deutschland
Dieses Referat soll den geschichtlichen und technischen Werdegang des
GSM-Mobilfunknetzes, und der dafür in Betracht kommenden Modulationsarten
näher beleuchten.
Desweiteren wird die Netzarchitektur , wie z.B. Mobiltelefon oder Basisstation mittels
Bildern und technischen Erläuterungen näher erklärt.
Zusätzlich wird auch noch auf die wichtigsten Leistungsmerkmale des Netzes
eingegangen.
Netzarchitektur der GSM-Netze
1992 beginnt der kommerzielle Start der GSM-Netze. Zunächst gibt es nur die
D-Netze mit den Anbietern D1 Telekom und D2privat (später Vodafone).
Diese Anbieter benutzen bis heute vorwiegend GSM 900.
Später hinzugekommene Anbieter wie O2 und E-plus benutzen das sogenannte
E-Netz(GSM 1800). GSM 900 und GSM 1800 stehen repräsentativ für die
Frequenzbänder 900 Mhz und 1800 Mhz.
Die Aufteilung des Netzes erfolgt wieder über sogenannte Funkzellen.
Zellenradius: (0,5km bis zu 40 km).
Die GSM-Frequenzrahmenstruktur sieht wie folgt aus:
Im D-Netz beispielsweise liegt der Empfangsbereich von der Basisstation zur
Mobilstation zwischen 935 Mhz und 960 Mhz.
Umgekehrt liegt der Sendebereich von der Mobilstation zur Basisstation zwischen 890
Mhz und 915 Mhz.
Bei einem Kanalabstand von 200 Khz ergeben sich 125 physikalische Kanäle.
Da aber ein Kanal für Sonderzwecke reserviert ist, ergeben sich für die Massenkundschaft nur 124 Kanäle.
Jeder Kanal stellt einen GSM Zeitschlitzrahmen mit 8 Zeitschlitzen dar, welcher genau
4,615 ms lang.
Im zumeist benutzten Full Rate Modus (FR), der die beste Sprachqualität auf GSM
bietet, ergeben sich also pro Basisstation im D-Netz 8*124 = 992 Verbindungen.
Versuchen pro Basisstation mehr als 992 Teilnehmer eine Verbindung aufzubauen,
verwenden die Mobilfunkanbieter den sogenannten Half Rate Modus (HR).
In diesem Modus wird durch höhere Komprimierung erreicht, daß ein Zeitschlitz zweimal
genutzt werden kann.
Man erreicht damit die doppelte Anzahl von Verbindungen, nämlich 1984.
Beim E-Netz sind aufgrund von 374 physikalischen Kanälen bis zu 5952 Verbindungen
möglich.
Die GSM-Gesamtinfrastruktur:
Technische Parameter:
Parameter
GSM -900
DCS-1800
Frequenzbereich (Uplink)
890- 915 MHz
1710- 1785
MHz
Frequenzbereich
(Downlink)
935 - 960 MHz
1805- 1855
MHz
Kanalanzahl ( Fullrate )
992
2976
Kanalanzahl (Halfrate)
1984
5952
Duplexverfahren
Frequenzduplex
Frequenzduplex
Duplexabstand
45 MHz
95 MHz
Multiplexverfahren
FDMA
FDMA
Modulation
GSMK
GSMK
Sprachkodierer
RPE-LTP
RPE-LTP
NettoSprachübertragungsrate
13.000 bps
13.000 bps
Datenübertragungsrate
9.600 bps
9.600 bps
Kanalabstand
200 kHz
200 kHz
Kanalabstand
200 kHz
200 kHz
Trägerfrequenzen
124
374
Zeitschlitze
8
8
Max. Sendeleistung
Basisstation
320 W (55
dBm)
20 W (43
dBm)
Max. Sendeleistung
Mobilstation
8 W (39 dBm)
1 W (30 dBm)
Min. Sendeleistung
Mobilstation
0,02 W (13
dBm)
0,0025 W (4
dBm)
Max. Reichweite
< 35 km
8-10 km
Mobile Station (MS)
Unter dem Begriff Mobile Station ist zumeist das Mobilfunktelefon zu verstehen.
Es kann sich aber auch um ein GSM-Modem, oder eine PCMCIA-Karte am tragbaren
Rechner handeln, mit der Daten ausgetauscht werden.
Primäre Aufgabe der MS ist die Sprachübermittlung.
Neben der Sprachübermittlung finden aber auch andere Dienste wie z.B. SMS, MMS
und Datenübertragungen anderer Art statt.
Die Sendeleistung beträgt beim D-Netz zwischen 20mW und 8W (E-Netz 1W).
Die Sendeleistung der MS ist in 22 verschiedenen Leistungsstufen unterteilt.
Das heißt, daß die MS von ihrer zugeordneten Basisstation permanent Informationen
über die eigene Empfangsfeldstärke bei der Basisstation erhält. Ist die Feldstärke
gering, regelt die MS automatisch die Sendeleistung nach oben. Im anderen Fall ist es
genau umgekehrt.
Erscheinen auf der Anzeige beispielsweise nur sehr wenige Balken, so heißt das, daß
die zugehörige Basisstation die MS schlecht empfängt. Das Gerät muß seine
Sendeleistung nach oben anpassen und auch umgekehrt.
BSS (Base Station Subsystem)
Unter einer BSS versteht man im allgemeinen die Sendemasten die an sendetechnisch
günstigen Punkten aufgestellt sind.
Sie stellen also einen Teil der Luftschnittstellen zwischen den mobilen Apparaten und
dem gesamten Mobilfunksystem dar.
Im nachfolgenden Bild ist eine Basisstation des Anbieters D1 zu sehen.
Die Sendeleistung beträgt bei den Basisstationen zwischen 2W und 400 W.
Bei größerer Infrastrukturdichte werden die Basisstationen auch mit deutlich weniger
Sendeleistung gefahren (z.B. in der Nähe von öffentlichen Einrichtungen).
An ungünstigen Orten (z.B. in U-Bahnen) werden sogenannte Mikrozellen errichtet.
Damit ist die Nutzung der GSM-Dienste auch an schwierigen Orten, wie in Zügen noch
möglich. Aufgrund der vielen Basisstationen erreicht das Netz mittlerweile eine
Flächenabdeckung von nahezu 99%.
Die Basisstation verfügt ebenso wie die MS über 22 Leistungsstufen.
Vermittlungsteilsystem, Network Subsystem NSS
Das Netzelement NSS ist die übergeordnete Instanz zur Überwachung der in einem
bestimmten Bereich angesiedelten Basisstationen.
Zur Überwachung derselben gehört auch noch die Qualitätsüberwachung der
Funkverbindungen. Aber auch die Zellenwechsel (Handover), sowie das Weiterleiten
der Daten ins VLR beim MSC (Mobile Switching Center) gehören u.a. zu den Aufgaben.
Insgesamt kann gesagt werden, daß das NSS die Vorfeldaufgaben des MSC
übernimmt.
Vermittlungshauptsystem, Mobile Switching System MSC
Beim MSC (Mobile Switching System) handelt es sich um die Hauptvermittlungsstelle
im GSM-System. Hier werden nicht nur die Dienste im GSM-Netz intern vermittelt,
sondern das MSC stellt auch noch die Verbindung nach extern über das
GMSC (GatewayMSC) in das digitale ISDN-Netz her.
Im MSC findet zudem die Gesamtüberwachung des Regionalnetzes statt.
Weiterhin befinden sich im MSC noch das VLR, HLR, AUC und EIR.
Im VLR werden diejenigen Nutzer registriert und organisiert welche in einem anderen
MSC beheimatet sind. Das HLR dagegen beinhaltet die Nutzer, welche in dieser MSC
dauerhaft gemeldet sind.
Das AUC (Authentication Center) ist zuständig für die Einbuchung der aktivierenden
Mobilstationen. Es überprüft aber auch die Berechtigungen für bestimmte
Leistungsmerkmale.
Im EIR (Equipment Identity Register) werden die IMEI (Gerätenummern) registriert, um
einen statistischen Überblick der eingesetzten Endgeräte zu erhalten.
Leistungsmerkmale im Netz:
Trägerdienste:
Zu den reinen Transportdiensten gehören:
leitungsvermittelte Datenübertragung (synchron mit 2.400, 4.800
oder 9.600 bps),
leitungsvermittelte Datenübertragung (asynchron mit 300 - 1.200
bps),
paketvermittelte Datenübertragung (synchron mit 2.400, 4.800
oder 9.600 bps),
paketvermittelte Datenübertragung (asynchron mit 300 - 9.600
bps).
Basisdienste:
Telefondienst
SMS (Short Message Service), MMS (Multimedia Message Service)
Versenden einer Nachricht mit bis zu 160 Zeichen, bzw. Versenden von Bildern.
Faxservice Gruppe 3 und 4 mit bis zu 64 kbit/s.
Zusatzdienste:
Rufumleitung bzw. Rufweiterleitung
Konferenzschaltung
Makeln
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