GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert Fach: Mobile Computing HS Merseburg (FH)

GSM

Dipl. Ing. Ulrich Borchert

Fach: Mobile Computing HS Merseburg (FH)

2GSM ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert ▪ HS Merseburg (FH)

GSM ▪ Geschichtliches

1915 Drahtlose Sprachübertragung New York - San Francisco

1926 Zugtelefon Hamburg-Berlin

1958 A-Netz in Deutschland

1972 B-Netz in Deutschland

1979 erste IR Produkte

1982 Start GSM Spezifikation

1986 C-Netz in Deutschland

1991 DECT Standard für Schnurlo-Telefone

1992 Einsatz GSM, D-Netz in Deutschland

1994 E-Netz in Deutschland IrDA Standard

1996/1997 Lokale Funknetze (HIPERLAN 23 Mbits/s) Spezifikation Wireless ATM

1998 Spezifikation UMTS drahtlose LAN nach HomeRF

1999 WLAN nach IEEE802.11a Start WAP

2000 Versteigerung UMTS Lizenzen GSM mit höheren Übertragungsraten (HSCSD, GPRS)

2001 GPRS in ganz Deutschland

2002 Start i-Mode in Deutschland


Frequenzband System Rubrik

890-915 MHz GSM (GSM 900)Mobilfunk

935-960 MHz GSM (GSM 900)

1227,6 MHz GPSPositionsbestimmung

1575,42 MHz GPS

1710-1785 MHz GSM (DCS 1800)Mobilfunk

1805-1880 MHz GSM (DCS 1800)

1880-1900 MHz DECT Schnurlos-Telefone

1900-1920 MHz UMTS (UTRA-TDD)

Mobilfunk1920-1980 MHz UMTS (UTRA-FDD)

2010-2025 MHz UMTS (UTRA-TDD)

2110-2170 MHz UMTS (UTRA-FDD)

2400-2483,5 MHz WLAN 802.11b.HomeRF.Bluetooth

drahtlose lokale Netze

5120-5300 MHz HIPERLAN/1

5150-5250 MHz WLAN 802.11a



5725-5825 MHz WLAN 802.11a


GSM ▪ Geschichtliches

Netz Betreiber Zeitraum EigenschaftenFrequenz-

bereichNutzer (Jahr)

A

Bundespost

1958-1977 analog, handvermittelt 150 MHz 10 000 (1970)

B 1972-1994 analog, Selbstwahl 150 MHz 27 000 (1986)

C 1986- ca. 2008 analog, zellular 450 MHz 800 000 (1992)

D1 Telekom ab 1992

digital, GSM 900 900 MHz

13 Mio. (2000)

D2 Vodafone ab 1992 19 Mio. (2000)

E1 E-Plus ab 1994

digital, DCS 1800 1800 MHz

5,8 Mio. (2000)

E2 Viag Interkom ab 1998 3,2 Mio. (2000)


Besonderheiten der Funkkommunikation

• Die meisten Unterschiede zwischen der drahtlosen

und der drahtgebundenen Kommunikation liegen in

der Schicht 1 und 2 im OSI-Referenzmodell.– Funkkommunikation ist störanfälliger als die drahtgebundene

Kommunikation.

– Problem der Mehrwegausbreitung (erzeugt durch Reflexionen,

Streuung und Beugung)

– Funkkommunikation lässt wesentlich niedrigere Datenraten zu

(eingesetzte Frequenzbänder haben geringe Bandbreiten. Werden

die Frequenzen erhöht, erhöht sich auch die Datenrate. Das

wiederum ist kostenintensiv, energieaufwendiger und störanfälliger.)

– Daten können mitgehört, aber nicht ausgewertet werden. Hier setzen

Sicherheitsmechanismen ein.


Besonderheiten der Funkkommunikation

– Die Verwendung von Funk unterliegt hoheitlicher Restriktion. Für den

Betrieb müssen Genehmigungen eingeholt werden.

– Die meisten Unterschiede zwischen der drahtlosen und

drahtgebundenen Kommunikation liegen in der Schicht 1 und 2 im

OSI Referenzmodell.


Internationale Mobilfunknetze

• NMT 450 (Nordic Mobile Telephone)

– arbeiten mit einer Frequenz von 450 MHz

– Einsatz in: Belgien, Dänemark, Finnland, Island, Luxemburg,

Niederlande, Österreich, Schweden und Spanien

– Weiterentwicklung NMT 900 mit 900 MHz

• AMPS (Advanced Mobile Phone System sowie

AMPS-D)– Einsatz in: Australien, Kanada, Neuseeland und USA

– mit 800 MHz betrieben



• TACS und J-TACS ([Japan]-Total Access

Communication System)

– Einsatz in: Bahrain, China, Großbritannien, Indien, Irland, Kuwait und

Japan

– auf Basis 900 MHz

• Radiocomm 2000– Einsatz nur in Frankreich

– 200 und 400 MHz Basis



• PDC (Personal Digital Cellular) Varianten PDC 800

und PDC 1500– Einsatz in Japan

– Basis 800-900 MHz oder 1500 MHz je nach Variante


Memorandum of Understanding

• 1987 unterzeichneten 13 Teilnehmer aus 12 Staaten

das Memorandum of Understanding (MoU). Sie

verpflichteten sich innerhalb eines Zeitrahmens, ein

digitales Mobilfunksystem auf der Basis GSM

aufzubauen.

• 1997 gab es 200 GSM-Netze in 109 Staaten mit

folgenden Standards: GSM 900 und DCS 1800.

• Handys, die mit beiden Systemen arbeiten können,

sind Dualbandhandys. Ausnahmen USA und Japan



• In der USA gibt es neben dem analogen AMPS-

System noch eine inkompatible Variante von GSM:

GSM 1900.

• Telefone, die alle Bandbreiten abdecken, sind so

genannte Tribandhandys.




Umgebung Karlsruhe


Vorteile zellularer Mobilfunknetze

• DCS (Digital Cellular System)

Vorteile:

1. Die Distanz, die ein mobiler Teilnehmer überbrücken muss, ist

gering. In D-Netzen beträgt der maximale Abstand 35 km, im E-Netz

nur 8.

2. Die zur Verfügung stehenden Ressourcen, also Frequenzen und

Zeitschlitze, werden ökonomisch genutzt.

So können verschiedene Zellen dieselben Frequenzen benutzen,

ohne sich gegenseitig zu stören. Voraussetzung ist ein gewisser

Abstand voneinander.


Betrachtung der Nachteile

• Theoretisch physikalisch reduziert sich die Wirkung

elektromagnetischer Wellen im Quadrat zum Abstand

der Sendestation.

• In der Realität nimmt die Wirkung sogar mit der

Potenz vier ab.

• Um gleiche Wirkung zu haben, muss beim doppelten

Abstand zwischen Sende- und Empfangsstation, die

16-fache Sendeleistung aufgebracht werden (ist also

etwas für starke Akkus).


Betrachtung der Nachteile

• Geringe Abstände der Basisstationen verringern den

Leistungsaufwand, erhöhen jedoch Kosten zum

flächendeckenden Zugriff.

• Für die Infrastruktur mussten für die D-Netze 4,5 Mrd.

DM aufgebraucht werden. Für die E-Netze 7,5 Mrd.

DM. Das D1-Netz verfügte im Jahr 2000 über 39000

Basisstationen.


GSM-Netze

a) k=3 b) k=4 c) k=7


Abstand der Basisstationen

• Der Abstand muss hinreichend groß sein, damit

Störungen minimiert werden.

• Sind Zellradius R und Cluster-Größe bekannt, kann

der Mindestabstand nach

D=R*√3k

errechnet werden.

• In GSM-Netzen wird k = 7 verwendet.


Mobilfunknetze

• Mobilfunksysteme der ersten Generation:

analoge Netze (A, B, C Netze)

• Mobilfunk der zweiten Generation:

digitale GSM-Netze (D- und E-Netze)

• Mobilfunk der dritten Generation:

UMTS-Netze


Standard GSM

• Die Group Special Mobile war eine Organisation, die

damit beauftragt wurde, einen europäischen digitalen

Mobilfunkstandard zu entwickeln.

• Der Name GSM stand lange Zeit für diese

Organisation, später wurde daraus Global System for

Mobile Communication.

• 1989 wurde die Gruppe durch das Europäische

Telekommunikation Standard Institut (ETSI) als

Technical Committee (TC) aufgenommen.


Standard GSM

• Ziel ist eine vollständige Flächendeckung.

• Bewegt sich ein Mobilfunkteilnehmer aus dem Bereich

seiner Basisstation, wird durch das so genannte

Handover sichergestellt, dass der Datenaustausch

nicht abbricht.

• Durch das Roaming-Abkommen zwischen den

Netzbetreibern wird gewährleistet, dass der

Teilnehmer im anderen Netz unter dieser Nummer

erreichbar ist.


GSM-Netze bieten (im Wesentlichen)

• Sprachübertragung

• SMS (Short Message Service)

• WAP (Wireless Application Protokoll)


GSM-Netze bestehen aus 3 Subsystemen

• Betriebssubsystem (Operation and Maintenance

Subsystem, OMSS)

dient der Administration und Kontrolle des Netzwerkes

• Vermittlungssubsystem (Mobile Switching and

Management Subsystem, SMSS)

vermittelt Nutzdaten innerhalb des Netzes und stellt

eine Anbindung an andere Netze zur Verfügung


GSM-Netze bestehen aus 3 Subsystemen

• Funksubsystem (Basis Station Subsystem, BSS)

bindet die Mobilfunkteilnehmer an das Netz an

• Mehrere Datenbanken speichern relevante

Informationen zur Verwaltung der Teilnehmer und zur

Kontrolle der Datenflüsse.


Endgeräte in der GSM-Technologie

• Unterscheidung nach Sendeleistung– Autotelefone 20 W

– tragbare Geräte mit 8 W

– Handgeräte mit 5 W

– Handgeräte mit 2 W


Weiterentwicklung von GSM

• Eine Datenrate von 9600 bits/s, die GSM zur

Verfügung stellt, ist bei weitem nicht mehr zeitgemäß.

• Deshalb wurden weitere Standards entwickelt.

• Da diese zwischen der 2. und 3. Generation liegen,

werden diese auch als Phase 2+ bezeichnet.


HSCSD (High Speed Circuit Switched Devices)

• Dieses Verfahren erfordert kaum Veränderung an der Infrastruktur.

• Steigerung der Datenrate durch:– Bessere Kodierungsverfahren (von 9600 bits/s auf 14400 bits/s)

– Durch Bündelung mehrerer Kanäle kann Datenrate vervielfacht werden (theoretisch auf 115,2 kbits/s).

• HSCSD erfordert Veränderungen an den Endgeräten.

• Es ist ein leitungsvermitteltes Verfahren, d.h. der Nutzer muss auch Kosten tragen, wenn keine Daten ausgetauscht werden.


GPRS (General Packet Radio Service)

• Alternative zu HSCSD

• bessere Ausnutzung der Übertragungskapazitäten

• dient als Zugang in verschiedene Netze, z.B. Netze,

die auf IP oder X.25 basieren

• theoretische Datenrate von 171,2 kbits/s

• Geräte, die einmal eingebucht sind, sind quasi ständig

am Netz und benötigen die Infrastruktur nur beim

Datenaustausch (allways online).


GPRS Klassen

• Änderungen am Netz und an den Endgeräten sind nötig.

• Multislotklassen geben an, wie viele Funkkanäle gleichzeitig genutzt werden können.

• Endgeräteklassen:– Klasse A

unterstützt Sprache und Daten gleichzeitig (Leitungsvermittlung [GSM] und Paketvermittlung [GPRS] gleichzeitig).

– Klasse BWährend Datenverbindung (GPRS) können Anrufe (GMS) nur gemeldet werden.

– Klasse Cmanuelle Umschaltung von Sprache auf Daten und umgekehrt


EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution)

• Steigerung durch neues Modulationsverfahren

• Datenrate pro Kanal 59,2 kbits/s bei 8 Kanälen

473,6 kbits/s

• in der Praxis 170 kbits/s hohe Fehleranfälligkeit

• „sanfter“ Übergang zu UMTS

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