GSM Systemstruktur - tkhf.adaxas.net PRE GSM Systemstruktur.pdf · GSM/EDGE Radio Access Network GERAN Ein GERAN besteht aus: • BTS (Base Tranceiver Station) Sende- und Empfangsstation

GSM SystemstrukturGSM Systemstruktur

Grundlagen des ZellularfunksSystemarchitekturFunktionsprinzip

POEL © 2007 GSM Systemstruktur 2

FrequenzFrequenz--MehrfachverwendungMehrfachverwendung

F3 F4

F5

F6F7

F2 F1

F3 F4

F5

F6F7

F2 F1F3 F4

F5

F6F7

F2 F1

F3 F4

F5

F6F7

F2 F1

F3 F4

F5

F6F7

F2 F1

F2

F1

F2F3

F2F3

F2

F1

F1

F1

F2

LINZ

MISTELBACH

KREMS

WIENWELS

VÖCKLABRUCK

AMSTETTENST. PÖLTEN

STEYRSALZBURG

LIEZEN

WR. NEUSTADT

BRUCK/MURLEOBENBISCHOFSHOFEN

ZELL/SEE HARTBERG

FÜRSTENFELD

WOLFSBERG

DORNBIRN

FELDKIRCH

LANDECKINNSBRUCK

WÖRGL

GRAZ

3 Zellen Cluster

7 Zellen Cluster

SPITTALSPITTAL

VILLACH

SPITTALLIENZ

EISENSTADT

HOLLABRUNNZWETTL

KLAGENFURT

F3

F3

F3 F1 F3

F3 F2


MultilayerMultilayer -- NetzstrukturNetzstruktur

Layer 3Makro-Zellekm-Bereich

Layer 2Mikro-Zelle

100m-Bereich

Layer 1Pico-Zelle

10m-Bereich


Zuteilung der FunkkanZuteilung der Funkkanäälele

Zur besseren Ausnutzung der Kapazität eines Übertragungsmediums gibt es verschiedene Methoden um mehrere Verbindungen gleichzeitig im Multiplex zu übertragen.Bei Funksystemen unterscheidet man im wesentlichen folgende Verfahren:• Frequency Division Multiplexing

(FDM, Frequenzmultiplex)• Time Division Multiplexing (TDM, Zeitmultiplex),• Code Division Multiplexing (CDM, Codemultiplex),


Die Funkschnittstelle UDie Funkschnittstelle UmmG

esam

tban

dU

plin

k od

er D

ownl

ink

GSM

900

: 35

MH

zG

SM 1

800:

75

MH

zGSM 900 & GSM 1800

Teilfrequenzband 1

GSM 900: Teilfrequenzband 174GSM 1800: Teilfrequenzband 374

Zeitrahmen 4,615 ms

Zeitschlitz 0 1 2 3 4 5 6 7

Speech Channels(Nutzkanäle)

CommonSignallingChannel

Teifr

eque

nzba

nd-

Ban

dbre

ite je

200

kH

z


GSMGSM--FrequenzbereicheFrequenzbereiche

C868C867C866C512200 kHz 200 kHz 200 kHz 200 kHz

75 MHz

C868C867C866C512200 kHz 200 kHz 200 kHz 200 kHz

75 MHz 20 MHz

1710 MHz UPLINK 1785 MHz 1805 MHz DOWNLINK 1880 MHz

GSM1800

880 MHz UPLINK 890 MHz 925 MHz DOWNLINK 935 MHz

extendedGSM900

C124C123C122C1

20 MHz

890 MHz UPLINK 915 MHz

GSM900

25 MHz

200 kHz 200 kHz 200 kHz 200 kHz

C124C123C122C1

935 MHz DOWNLINK 960 MHz

25 MHz

200 kHz 200 kHz 200 kHz 200 kHz

C1023C975

10 MHz

200 kHz 200 kHz

C1023C975

10 MHz

200 kHz 200 kHz


TDMATDMA--RahmenRahmen

0 1 2 3 4 5 6 7

trainingdata bits data bits

time slot

2657 573 1 1 3

toggle bit

tail bit

burst 148 bit

time slot 156,25 bit0,577 ms

4,615 ms


SystemarchitekturSystemarchitekturPSTN

ISDN

PSDN

BSC

TCE

OSS

VLR

MSC

VLR

MSC

HLRAC EIR

BTS

GSMPLMN

MSOperation

AdministrationMaintenance

Core NetworkCN

RadioAccessNetwork

GERAN


SchnittstellenSchnittstellen

BSC TCE

VLR

MSC

BTSMS VLR

GMSC

LuftschnittstelleUm

SchnittstelleAbis

2 Mbit/s

SchnittstelleAsub

2 Mbit/s - PCM30

SchnittstelleA

2 Mbit/s - PCM30

SchnittstelleE

2 Mbit/s - PCM30

Nutzkanal16 kbit/s

Nutzkanal16 kbit/s

Nutzkanal64 kbit/s

Nutzkanal64 kbit/s

Zeichengabe ZGV764 kbit/s Zeichengabe

ZGV764 kbit/s

Zeichengabe ZGV764 kbit/s

Zeichengabe ZGV764 kbit/s

Zeichengabe LAPDvar. Bitraten

Zeichengabe var. Bitraten

NutzkanalFull Rate

22,8 kbit/s

OSS

OperationAdministrationMaintenance

Schnittstelle O

zu anderenNetzen

Schnittstelle DSchnittstelle C

HLR

Schn

ittst

elle

B


Mobile Equipment (Handy)Mobile Equipment (Handy)

Kanal-codierer

Kanal-decoder

AD

300 - 3400Hz

AD

4000 Hz

Sprach-encoder

Sprach-decoder

ComfortNoise

Function

VoiceActivity

Detection

Extrapolation

8000

x 1

3 bi

t je

Seku

nde

(nic

ht k

ompr

imie

rt)

"Bru

ttoda

tenr

ate"

22,

8 kb

it/s

alle

20

ms

ein

Rah

men

mit

260

bit (

ents

pric

ht 1

2,2

kbit/

s)

Modulator

Demodulator

EFR


Mobile Station MSMobile Station MS

Die MS besteht aus:• Hardware- und Softwarekomponenten• Subscriber Identity Module SIMDie SIM-Karte enthält folgende wichtige Daten:• IMSI International Mobile Station Identity• TMSI Temporary Mobile Station Identity• LAI Local Area Identity• Ki teilnehmerindividueller Schlüssel• A3, A5, A8 Algorithmen zur Überprüfung der

Netzugangsberechtigung und zur Funkkanal-Verschlüsselung


GSM/EDGE Radio Access NetworkGSM/EDGE Radio Access NetworkGERANGERAN

Ein GERAN besteht aus:• BTS (Base Tranceiver Station)

Sende- und Empfangsstation• BSC (Base Station Controller)

incl. TCE (Transcoding Equipment)Steuereinheit für die Verwaltung der Funkkanäle


SendeSende-- und Empfangsantennenund Empfangsantennen

Makroantenne Mikroantenne

Picoantenne


Base Station Controller BSCBase Station Controller BSC

BSC

Steuerung

Koppelnetz

TCE Link

Inte

rfac

e

Link

Inte

rfac

e

OSS

BTS

ZGV7 LAPD

TrafficChannels

TrafficChannels

PCM 30 PCM 30


TranscodingTranscoding Equipment TCEEquipment TCE

ZGV7 Signalling Channel64 kbit/s

Speech Channel64 kbit/s

Speech Channel16 kbit/s

2 M

bit/s

PCM

-Sch

nitts

telle

PCM30Strecke B

SC

PCM30StreckeM

SC

2 M

bit/s

PCM

-Sch

nitts

telleVocoder

TCE


Mobile Services Switching Center Mobile Services Switching Center und Visitor Location Registerund Visitor Location Register

NIF

SP

KN

Rechner- Steuerung

NIF

IWU

PCM 30PCM 30

Visitor Location Register


Home Location Register und Home Location Register und Authentication CenterAuthentication Center

MSC

HLR

VLR

MSC

MSRNB-Rufnummer

PSTN

MSRN-Anfrage

Nutzverbindung

Signalisierungs-verbindungen

Nutzverbindung

MSRN

Teilnehmer-daten

Teilnehmer-Daten

Tln-Daten-Anfrage

ACAuthentication Center

IMSIKiA3A8

SIM

SIM Karte

AuthenticationRAND

RAND + Ki + A3 = KcRAND + Ki + A8 = SRES

TriplesTriples

Visitor LocationRegister

VLRRAND

SRES


Operation and Maintenance Operation and Maintenance Subsystem OMCSubsystem OMC

Das Operation und Maintenance Subsystem OSS des GSM umfasst alle für Betrieb und Wartung wichtigen Funktionen, welche drei Aufgabengebieten zugeordnet sind:

• Mobilendgeräteverwaltung (Mobile Equipment Administration)

• Teilnehmerverwaltung (Subscriber Data Management)

• Netzbetrieb und Wartung (Network Operation and Maintenance)


FunktionsprinzipFunktionsprinzip

GERAN GSM Radio Access NetworkPSTN Public Switched Telephone Network (nalog)CN GSM Core NetworkISDN Integrated Services Digital Network (digital)

GERAN

CN

Mobilnetz A Mobilnetz B

PSTN/ISDN

CN

GERAN

GERAN

GERAN

GERAN

GERAN

GERAN

GERAN


Base Station SystemBase Station System

1

23

3

3

1

1

2

BSC1

BSCx

Base Station Controller

Base Transceiver Stations(Zellenstruktur)

Festnetz-VerbindungenFunkschnittstelle

zum ME

TCETCE

zum Core NW


WegedurchschaltungWegedurchschaltung

• Einbuchen ins Netz• Mobile Originating Call

(Handover)• Mobile Terminating Call

(Interrogation, Paging und Paging Response)


SignalisierungSignalisierung

• Im Core und Access Network:ZGV7

• Auf der Luftschnittstelle:Verfahren ähnlich DSS1Steuerkanäle:

o BCH (Broadcast Channel)o DCCH (Dedicated Control Channel)o ACCH (Associated Control Channel)o CCCH (Common Control Channel)

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