WPP Felder d. Mobilfunks

Dozent: Dr. K. Menzel

Präsentationsthematik: „Wie sieht ein

GSM-Signal aus?“

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Themenübersicht• GSM im Allgemeinen• GSM Kanäle

– Control Channels• Dedicated Channels• Common Control Channels• Broadcast Channels

– Beispiel anhand eines Telefonates• Die Basisstation• Die Mobilstation • TDMA Verfahren• DTX• Power Control

– BS MS– MS BS– Theorie und Praxis

• Gefahr Funkmast?• Video: Die Evolution der Mobiltelefone• Quellenangabe

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GSM im Allgemeinen• GSM verwendet zwei Multiplexverfahren Frequenz [FDMA]- sowie Zeitmultiplex

[TDMA]• Verschiedene Frequenzbereiche (GSM 900 und DCS 1800)

• Übertragungskapazität von 22,8kByte/s (Fullrated) und 11,4Kbps (Halfrated)• In GSM unterscheidet man zwischen logischen Kanälen und physikalischen Kanälen• Physikalischer Kanal wird aufgeteilt in verschiedene Zeitschlitze (TDMA)• Eine aufeinanderfolgende Reihe von Zeitschlitzen bilden einen logischen Kanal• Dadurch mehr logische Kanäle, als physikalisch wirkliche Kanäle verfügbar sind• Jede Zelle besitzt eine privilegierte Basisstation• Direkter P2P Kontakt zwischen Mobiltelefonen gar nicht möglich, sondern nur Ad-Hoc.• Datenverkehr lässt sich in 2 Klassen unterteilen• Downstream macht keine Probleme, Frequenzen der Basisstation sind exklusiv

festgelegt• Upstream macht Probleme bei Mehrfachnutzung• Klassifizierung in Art der zu übertragenen Daten zur Koordinierung

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GSM Kanäle

• Jeder Verkehrskanal hat einen festen zugehörigen Steuerkanal [TCH]

• Steuerkanäle [CCH] werden nach speziellen Nutzungszwecken ausgesucht– Dedicated Channels– Common Control Channels– Broadcast Channels

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Controlchannels [CCH]

• 3 Klassifizierungen á 3 Kanäle• Unterscheidung über den speziellen

Nutzungszweck• Dauerhafte und temporäre Nutzungsdauer• Koordinierungskanäle erfolgen bidirektional

mittels Dedicated Channels [DCCH]• Kontrollkanäle zum Verbindungsaufbau sind

für jede Zelle nur einmal verfügbar [CCCH]• Broadcast Kanäle arbeiten unidirektional zum

Gerät hin und bilden eine Art Funkfeuer [BCH]

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Dedicated Channels• Unterteilung in:

– Standalone Dedicated Control Channel• Existiert ohne zugehörigen Verkehrskanal und funktioniert bis

mit zu 9,2 Kbps.• Weist einen exklusiven Verkehrskanal zu und überträgt

wichtige Nebeninformationen (Rufnummer, Netze)• Wird nur aufgebaut, wenn bestimmte Daten zu übertragen

sind, anschließend wieder abgebaut– Slow Associated Control Channel

• Ist einem bestimmten Verkehrskanal zugeordnet• Synchronisiert die Übertragung• Fest mit einem Verkehrskanal verbunden

– First Associated Control Channel• Selbe Funktion wie SAACH, aber mehr Bandbreite als Dieser• Für besonders datenintensive Operationen gedacht

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Common Control Channels

• Unterteilung in:– Paging Channel

• Funktioniert unidirektional downstream• Kann bestimmte Mobilfunkgeräte dadurch rufen

– Random Access Channel• Funktioniert bidirektional up- und downstream• Arbeitet nach dem Zufallsprinzip (ALOHA)• Jede MS kann versuchen zu senden, wenn es einen

Verbindungsaufbaue zur BS wünscht• Senden mehrere, blockieren sie sich gegenseitig und versuchen nach

einer zufälligen Zeit erneut Kontakt zu finden– Access Grant Channel

• Funktioniert unidirektional downstream• Dient dazu, einen separaten Steuerkanal zu zuweisen auf dem die BS

und die MS weitere Daten austauschen können• Sendet kanalgleich mit PCH, deshalb gleichzeitig entweder nur PCH

oder AGCH nutzbar

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Broadcast Channel

• Unterteilung in:– Frequency Correction Channel

• Sendet Frequenz Burst mit voller Leistung um maximal ankommende Sendeleistung zu ermitteln

• Wird beim Einschalten der MS zuerst gesucht– Synchronisation Channel

• Sendet Synchronisationsburst um Zeitschlitze und Frames zu synchronisieren

• Dadurch identifiziert sich die BS– Broadcast Control Channel

• Dient als Orientierungshilfe mit existenziellen Informationen der BS

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Beispiel anhand eines Telefonates:

• Mobiltelefon will Gespräch aufbauen– MS BS (ruft auf RACH)– BS MS (antwortet auf AGCH)

• Weist der MS einen Steuerkanal zu (SDCCH)– SDCCH übernimmt weitere Kommunikation– Nach Gesprächsaufbau wird TCH und SACCH

aufgebaut und SDCCH abgebaut– Auf BCH werden wichtige Informationen gesendet– Einen Zellwechsel meldet die MS dies über den

SACCH an und ändert diesen zu einem FACCH• Zunächst werden entsprechende Verkehrs- und

Steuerkanäle zur neuen BS aufgebaut ehe umgeschaltet wird

• Anschließend werden die Kanäle portiert und die alten abgebaut

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Die Basisstation• Base Transceiver Station ist ein Netzelement im Base Station Subsystem des

digitalen GSM Mobilfunknetzes• Sie versorgt unmittelbar theoretisch eine Funkzelle• Systembedingte Reichweite bei ca 35 km• Maximale Sendeleistung liegt bei 50 Watt• In jeder Funkzelle können je nach Ausbau und Hersteller bis zu 12 Frequenzen

genutzt werden. • Die Basisstation dient hauptsächlich zur Übertragung über die Luftschnittstelle• Die Steuerungs- und Überwachungsfunktionen werden vom Base Station

Controller übernommen.• Standorte von den Mobilfunksendern an:

– Dächern von Gebäuden– Kirchtürmen– Wassertürmen– Aussichtstürmen– Schornsteinen sowie– Auf Sendetürmen und –maste Zusätzlich in manchen Städten gibt es noch Mikrozellen mit einer minimalen Reichweite und

auch Tunnel Funkversorgungen in U-Bahnhöfen, die mit Repeatern funktionieren und nur weitergeleitet werden

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Die Mobilstation

- Datenfluss in der Mobilstation:

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Das TDMA Verfahren• Jedes Frequenzband wird durch TDMA Multiplex in acht Einzelkanäle zerlegt

[Zeitschlitze]• Aus Ökonomiegründen werden die TDMA-Rahmen des Uplinks mit drei

Zeitschlitzen Verzögerung gegenüber dem Downlink gesendet• Es wird also nicht kontnuierlich gesendet, sondern mit einer Wiederholfrequenz

von 217 Hz, also alle 4,615ms

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DTX (discontinuous transmission)

• DTX ist netzabhängig• Entwicklung aus rein ökonomischen

Gründen• Sprechpausen werden per VAD

erkannt• Ein bestimmter Subset der

möglichen Frames werden übertragen um Verbindung zu halten

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(TX) Power Control

• Abkürzung TPC• Regelungstechnisches Verfahren

zur Leistungsregelung bei Funksystemen mit mobilen Teilnehmern

• Zweck ist die Verminderung von Interferenzen sowie verlängerte Akkulaufzeit bei Mobilgeräten

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Funktionsprinzip bei GSM(BS MS)

• Empfänger in MS misst Empfangsfeldstärke des vom Sender der BS kommenden Signals

• Messwert wird in einer Signalisierungsnachricht an die BS übermittelt

• BS wertet aus, ob Sendeleistung verringern, erhöhen oder beibehalten soll

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Funktionsprinzip bei GSM(MS BS)

• Sendeleistung der MS wird von der BS gemessen

• BS wertet erneut aus, ob die Sendeleistung der MS zu ändern ist

• Falls nötig, wird ein Power Control Command an die MS geschickt

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Funktionsprinzip bei GSM(Theorie und Praxis)

• Komplexe Algorithmen werden im Regelkreis verwendet

• Empfangsfeldstärke sowie Qualität werden berücksichtigt um Störungen nicht zu erhöhen

• Mehrere Measurement Reports werden gemittelt um unnötiges Regeln durch kurze Pegeländerungen zu vermeiden

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Gefahr Funkmast?

• Szenario (A): Weniger Masten

BSGrößere Distanzen/Höhere Strahlung

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• Szenario (B): Mehr Masten

BS

Geringere Distanzen/Niedrigere Strahlung

BS

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• Resümee:– Nicht die Masten sind das Problem,

sondern unser Nutzungsverhalten– Strahlungsgefahr geht vom

Mobilgerät aus– Bestes Beispiel Radio

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Video: Die Evolution der Mobiltelefone

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Quellenangabe

• www.fascination.de• www.UMTSlink.at• www.WIKIpedia.de• • Video: www.youtube.com