Mobilfunknetze und ihre Protokolle Band 2

Bündelfunk, schnurlose Telefonsysteme, W-ATM, HIPERLAN, Satellitenfunk, UPT

Von Professor Dr.-Ing. Bernhard Walke Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen

Mit 257 Bildern und 76 Tabellen

B. G. Teubner Stuttgart 1998

Inhaltsverzeichnis

Vorwort VII

Kurzinhalt Band 1 XIX

1 Bündelfunk und Paketdatenfunk 1

1.1 Das MPT-1327-Bündelfunksystem 2 1.2 MODACOM 6

1.2.1 Dienste im MODACOM-Netz 7 1.2.2 Die MODACOM-Netzstruktur 8 1.2.3 Technische Daten 8 1.2.4 Mögliche Verbindungen im MODACOM-Datenfunknetz . . 10 1.2.5 Roaming und Handover 14

2 Bündelfunksysteme der 2. Generation: Der TETRA-Standard 15 2.1 Technische Daten des Bündelfunksystems TETRA 16 2.2 Dienste des Bündelfunksystems TETRA 18 2.3 Architektur des TETRA-Standards 21

2.3.1 Funktioneller Aufbau des TETRA-Systems 21 2.3.2 Schnittstellen des TETRA-Systems 23

2.4 Der Protokollstapel Voice+Data 25 2.4.1 Aufbau des Protokollstapels Voice+Data 25 2.4.2 Die Funkschnittstelle am Bezugspunkt Um 26 2.4.3 Die Bitübertragungsschicht im TETRA-Standard 34 2.4.4 Die Sicherungsschicht im TETRA-Standard 37

2.5 Der TETRA-Protokollstapel Packet Data Optimized 60 2.5.1 Architektur der Sicherungsschicht 62 2.5.2 Burststruktur 79

2.6 Bündelfunk-Abkürzungen 80

3 Funkruf Systeme (Paging-Systems) 85 3.1 EUROSIGNAL 87 3.2 Cityruf 89 3.3 Euromessage 92 3.4 RDS-Funkrufsystem 93

XII Inhaltsverzeichnis

3.5 ERMES 93 3.5.1 Die Dienste im ERMES-Funkrufsystem 94 3.5.2 Die ERMES-Netzarchitektur 95 3.5.3 Technische Parameter des ERMES-Funkrufsystems 97

4 Schnurlose Fernsprechsysteme 101 4.1 CT2/CAI und Telepoint 102 4.2 Technische Parameter von CT2/CAI 103

5 DECT 107 5.1 Realisierungsmöglichkeiten von DECT-Systemen 108

5.1.1 DECT-Festnetze 108 5.1.2 Datenhaltung 113

5.2 Das DECT-Referenzsystem 115 5.2.1 Logische Gruppierung des DECT-Systems 115 5.2.2 Physikalische Gruppierung des DECT-Systems 118 5.2.3 Berechtigungskarte (DAM) 119 5.2.4 Spezifische DECT-Konfigurationen 119

5.3 Das DECT-Referenzmodell 121 5.3.1 Dienste und Protokolle im Überblick 122 5.3.2 Physikalische Schicht 123 5.3.3 Zugriffssteuerungsschicht 124 5.3.4 Sicherungsschicht 126 5.3.5 Netzschicht 126 5.3.6 Verwaltung der unteren Schichten 126

5.4 Dienste- und Protokollbeschreibung im Detail 127 5.4.1 Physikalische Schicht 127 5.4.2 Zugriffssteuerungsschicht 130 5.4.3 Sicherungsschicht 145 5.4.4 Vermittlungsschicht 155

5.5 Dynamische Kanalwahl 169 5.5.1 Blinde Zeitschlitze 170 5.5.2 Kanalverdrängung und Nah-/Fern-Effekt 174

5.6 Sprachcodierung mit ADPCM 175 5.7 Handover 176

5.7.1 Bearer Handover 177 5.7.2 Connection Handover 179 5.7.3 External Handover 179 5.7.4 Handoverkriterien 180

5.8 Protokollstapel für Multicell-Systeme 181 5.9 Die DECT-Netzübergangseinheit 182

5.9.1 Signalisierungsdaten 183

Inhaltsverzeichnis XIII

5.9.2 Benutzerdaten 183 5.10 Sicherheitsaspekte in DECT 184

5.10.1 Authentisierung des Teilnehmers 184 5.10.2 Portable Access Rights Key (PARK) 185 5.10.3 IPUI 185 5.10.4 TPUI 187 5.10.5 Authentisierung der Mobilstation 187 5.10.6 Authentisierung der Feststation 188 5.10.7 Gleichwertige Authentisierung zwischen Mobil- und Feststa­

tion 188 5.10.8 Verschlüsselung von Benutzer- und/oder Signalisierungsdaten 188

5.11 ISDN-Dienste 189 5.11.1 End System und Intermediate System 189

5.12 DECT-Relais 192 5.12.1 Outdoor-Anwendungen 193 5.12.2 Indoor-Anwendungen 194 5.12.3 Relais-Konzept 195 5.12.4 Aufbau einer Relaisstation 198 5.12.5 Parameter zur Leistungsbewertung von DECT-Systemen . . 205

5.13 Verkehrsleistung des DECT-Systems 206 5.13.1 Ausstattungsbedingte und interferenzbedingte Kapazität . . 207 5.13.2 Abschätzung der Kapazität des DECT-Systems 208

5.14 Verkehrsleistung von DECT-RLL-Systemen 210 5.14.1 Einsatz einer höheren Dichte von Basisstationen 210 5.14.2 Einsatz mehrerer Transceiver pro Basistation 211 5.14.3 Reservierung von Kanälen 211 5.14.4 Erwartete Probleme durch gegenseitige Beeinflussung . . . 212 5.14.5 Trennung konkurrierender Betreiber im Spektrum 213

5.15 DECT-Abkürzungsverzeichnis 215

6 Integration des DECT-Systems in GSM/DCS1800-Zellularnetze 217 6.1 Ansätze zur Integration von DECT in das GSM900/1800 218

6.1.1 Schnittstelle DECT-GSM 218 6.1.2 Schichtenmodell und Protokolle 221 6.1.3 Verwaltung der Benutzerdaten 222 6.1.4 Sicherheitsanforderungen 224 6.1.5 Handover 229 6.1.6 Vorbereitete DECT-Elemente zur GSM-Integration 231

6.2 Interworking Unit DECT-GSM 233 6.2.1 Umsetzung der Signalisierungsnachrichten 234 6.2.2 Übertragung der Sprachdaten 235 6.2.3 Alternative Signalisierung 239

XIV Inhaltsverzeichnis

6.3 Dualmode-Gerät DECT-GSM 241

7 Wireless-Local-Loop-Systeme 245 7.1 Technologien für WLL-Systeme 246

7.1.1 Zellulare Mobilfunknetze 248 7.1.2 Digitale schnurlose Funknetze 248 7.1.3 Digitale PMP-Systeme 249

7.2 Untersuchte WLL-Szenarien 250 7.3 Direkter Teilnehmeranschluß im Zugangsnetz 252

8 Schnurlose Breitbandsysteme (Wireless ATM) 255 8.1 Europäische Forschung bei Breitbandsystemen 255

8.1.1 MBS 256 8.1.2 Drahtlose Breitband-Kommunikation im ACTS-Programm . 258 8.1.3 ATMmobil 260 8.1.4 Der Beitrag des ATM-Forums zur Standardisierung draht­

loser ATM-Systeme 261 8.1.5 Der ETSI-Beitrag zur ATM-Standardisierung 261

8.2 Dienste im Breitband-ISDN 262 8.2.1 ATM als Übermittlungstechnik im B-ISDN 263 8.2.2 Aufbau einer ATM-Zelle 264 8.2.3 ATM-Vermittlungstechnik 265 8.2.4 ATM-Referenzmodell 266 8.2.5 ATM-Dienstklassen 268 8.2.6 Funktionen und Protokolle der AAL-Schicht 270

8.3 Architektur der ATM-Funkschnittstelle 270 8.3.1 Funkzugangssystem als verteilter ATM-Multiplexer 271 8.3.2 Frequenzen und Frequenzetiketten für W-ATM-Systeme . . 272 8.3.3 Protokollstapel der ATM-Funkschnittstelle 273 8.3.4 Kanalzugriff 274 8.3.5 Die LLC-Schicht 277 8.3.6 Dynamische Kapazitätszuweisung bei paketorientierten

Funkschnittstellen 278 8.3.7 Ein Kanalkonzept für eine paketorientierte Funkschnittstelle 279

8.4 Mobilitätsunterstützung für W-ATM-Systeme 282 8.4.1 Funk-Handover 283 8.4.2 Netz-Handover 285

9 HIPERLAN/1 , eine Einführung 291 9.1 Wireless LANs 291 9.2 Standards 292 9.3 Die technischen Eigenschaften von HIPERLAN/1 293

Inhaltsverzeichnis

9.4 Netzumgebungen für HIPERLAN/1 295 9.4.1 HIPERLAN- Anwendungen 295 9.4.2 Netztopologien 296

9.5 HIPERLAN-Referenzmodell 298 9.6 Die HIPERLAN-Medium-Access-Control-Teilschicht 300

9.6.1 Aufgaben der MAC-Teilschicht 300 9.6.2 MAC-Dienste 303 9.6.3 HIPERLAN-MAC-Protokoll 306

9.7 Die HIPERLAN-Channel-Access-Control-Teilschicht 314 9.7.1 Aufgaben der CAC-Teilschicht 314 9.7.2 CAC-Dienste 316 9.7.3 HIPERLAN-CAC-Protokoll 320

9.8 Die Bitübertragungsschicht 327 9.8.1 Aufgaben 327 9.8.2 Dienste der Bitübertragungsschicht 327 9.8.3 Übertragungsraten und Modulationsverfahren 329 9.8.4 Paketstruktur 331 9.8.5 Empfängerempfindlichkeit 331

9.9 HIPERLAN - Parameter 332 9.9.1 Glossar 333

10 Mobile Satellitenkommunikation 337 10.1 Grundlagen 337

10.1.1 Einsatzfelder 337 10.1.2 Satellitenorganisationen 338 10.1.3 Satellitenbahnen 338 10.1.4 Elevationswinkel und Ausleuchtzone 348 10.1.5 Frequenzregulierung für mobile Satelliten 349

10.2 Geostationäre Satellitensysteme (GEO) 350 10.2.1 Inmarsat-A 353 10.2.2 Inmarsat-B 354 10.2.3 Inmarsat-C 354 10.2.4 Inmarsat-Aero 355 10.2.5 Inmarsat-M 356

10.3 Nicht-geostationäre Satellitensysteme 356 10.3.1 ICO 357 10.3.2 IRIDIUM 359 10.3.3 Globalstar 360 10.3.4 TELEDESIC 362 10.3.5 Odyssey 367

10.4 Antennen und Satellitenausleuchtzonen 368 10.4.1 Antenne 369

X V I Inhaltsverzeichnis

10.4.2 Satellitenversorgungsgebiet und Zellstruktur 371 10.4.3 Funkausbreitung 374 10.4.4 Leistungssteuerung (Power-Control) 377

10.5 Interferenzen im Satellitenfunknetz 379 10.5.1 Gleichkanalinterferenz 379 10.5.2 Uplink-Störpegelabstand 379 10.5.3 Downlink-Störpegelabstand 380 10.5.4 DLR-Modell des landmobilen Satellitenkanals 381

10.6 Handover in Mobilfunk-Satellitensystemen 386 10.6.1 Häufigkeit von Handover-Ereignissen 386 10.6.2 Handover-Typen 387

10.7 Verbindung drahtloser Zugangsnetze mit dem Festnetz über Satelliten393 10.7.1 Einfaches fiktives WLL-System 395

11 UPT - Universelle Persönliche Telekommunikation 399 11.1 Klassifizierung von Telekommunikationsdiensten 400 11.2 Ergänzende Dienstmerkmale im ISDN und GSM 401

11.2.1 Zusatz- und Mehrwertdienste im ISDN 402 11.2.2 Zusatz- und Mehrwertdienste im GSM 403

11.3 Der UPT-Dienst für die universelle, personalisierte Telekommuni­kation 404 11.3.1 Bisherige Untersuchungen zum UPT-Dienst 405 11.3.2 Weiterentwicklung von UPT 406 11.3.3 Phase 1 - Szenario mit eingeschränkter UPT-Funktionalität 407 11.3.4 Phase 2 - Szenario mit UPT-Grundfunktionalität 407 11.3.5 Phase 3 - Szenario mit erweiterter UPT-Funktionalität . . 407 11.3.6 Dienstmerkmale von UPT in Phase 1 der Einführung . . . 407

11.4 Geschäftsbeziehung des UPT-Benutzers zu Anbietern 408 11.4.1 Gebührenerhebung - Neue Konzepte bei Einführung von UPT410 11.4.2 Beispiel einer Registrierung eines UPT-Teilnehmers 410 11.4.3 Möglichkeiten der Authentisierung 412

11.5 Das UPT-Dienstprofil 413 11.6 Anforderungen an das UPT-unterstützende Netz 414 11.7 PSCS als Weiterentwicklung von UPT 416 11.8 Numerierung 417

11.8.1 ISDN, PSTN 417 11.8.2 ÖbL - GSM 418 11.8.3 UPT 419

11.9 Intelligente Netze und ihre Mehrwertdienste 424 11.9.1 Funktionsprinzip eines Intelligenten Netzes 425 11.9.2 Beschreibung von Diensten im Intelligenten Netz 425 11.9.3 Das Anwendungsprotokoll im Intelligenten Netz 428

Inhaltsverzeichnis XVII

11.9.4 UPT im IN-Schichtenmodell 430

12 Der drahtlosen Kommunikation gehört die Zukunft 431 12.1 Ein Tagesablauf im Jahre 1998 431 12.2 Drahtlose Kommunikation im Jahre 2005 433 12.3 Schlußbemerkung 433

Literaturverzeichnis 437

Index 449