Mobilkommunikation Kapitel 4: Drahtlose Telekommunikationssysteme

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Mobilkommunikation Kapitel 4: Drahtlose Telekommunikationssysteme. Märkte GSM Überblick Dienste Subsysteme Komponenten. GPRS UMTS/IMT-2000. 4.0.4. 700000. 600000. Analog total. 500000. GSM total. 400000. CDMA total. Teilnehmer (x 1000). TDMA total. 300000. PDC/PHS total. - PowerPoint PPT Presentation

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  • MobilkommunikationKapitel 4: Drahtlose Telekommunikationssysteme Mrkte GSM berblick Dienste Subsysteme Komponenten4.0.4GPRS UMTS/IMT-2000

  • Weltweite Verteilung der Mobilfunksysteme4.39.2

  • GSM: berblickGSM:frher: Groupe Spciale Mobile (1982 gegrndet)heute: Global System for Mobile Communicationeuropischer Standard - Standardisierung durch ETSI (European Telecommunications Standardisation Institute)gleichlaufende Einfhrung eines Mindeststandards (essential Services) in drei Phasen (1991, 1994, 1996) durch die europischen Fernmeldeorganisationen (in Deutschland: D1 und D2) europaweites Roaming (freizgiges Bewegen) mglichmittlerweile bernahme durch ber 160 Drittlnder (z.B. in Asien, Afrika, Amerika)ber 500 Millionen Teilnehmer in ber 400 Netzenber 15 Milliarden SMS/Monat70% aller digitalen Mobiltelefone, ber 62% insgesamt!4.2.5

  • Leistungsmerkmale des GSM-SystemsAuswahl der wichtigsten technischen Aspekte:Kommunikation: Mobile Kommunikationsmglichkeit ber einen Funkweg; Untersttzung fr Sprach- und Datendienste.Totale Mobilitt: Internationaler Zugriff; ber Chipkarte Nutzung anderer Mobilfunkstationen mglich.Erreichbarkeit: Grenzbergreifend unter der gleichen Rufnummer erreichbar; das Netz bernimmt die Lokalisierungs-Aufgaben.Hohe Kapazitt: Bessere Frequenzausnutzung und kleinere Funkzellen knnen wesentlich mehr Teilnehmer versorgen.bertragungsqualitt: Hohe Qualitt und Zuverlssigkeit erlauben drahtlos, kontinuierlich, strungsfrei und in Bewegung Telefonate zu fhren.Sicherheitsmanahmen: Zugangskontrolle durch Einsatz von Chipkarte und PIN.

    4.3.3

  • Nachteile des GSM-SystemsEs gibt kein perfektes System!keine End-to-End Chiffrierung der NutzkanleNetzzugriff nur ber reduzierten B-Kanal: keine Verlngerung des transparenten 64 kbit/s Trgerdienstes von ISDN

    eventuelle Beeintrchtigung der Konzentration beim Autofahrenelektromagnetische Vertrglichkeit

    Missbrauch persnlicher Daten nicht ganz ausgeschlossenMglichkeiten der gezielten Kontrolle und berwachung

    hohe Komplexitt des SystemsKompatibilittsprobleme innerhalb des GSM-Standards

    4.4.3

  • GSM: Dienste (Mobile Services)GSM-System bietet:Verschiedene VerbindungstypenSprechverbindungen, Datenverbindungen und KurznachrichtenMultiservice-Optionen (Kombination von Basisdiensten)Einteilung der Dienste in drei Bereiche:Trgerdienste (Bearer Services)Teleservices (Telematic Services)Zusatzdienste (Supplementary Services)4.5.3GSM-PLMNTransit-Netzwerk(PSTN)Ursprungs-/Zielnetzwerkz.B. GSMTETETrgerdiensteTelediensteRSRSUmMTMS

  • Trgerdienste (Bearer Services)Telekommunikationsdienste, die Daten zwischen Benutzer-Netz-Schnittstellen (Access Points) bertragen.Spezifikation der Dienste bis zur Endgerte-Schnittstelle (entsprechend OSI Schichten 1-3).Fr Datendienste werden andere bertragungsraten als fr Sprache verwendet (ursprnglicher Standard)4.6.4

  • Teleservices (Telematic Services) ITelekommunikationsdienste, die im Mobilfunk den Benutzern die Mglichkeit bieten, ber Telefon-Endgerte miteinander zu kommunizieren.Alle Basisdienste mssen Aspekte wie zellulare Operationen, Sicherheitsmanahmen usw. bercksichtigen.Angebotene Dienste:Mobilfunk-Telefonie Das ganze GSM-Konzept wurde vorrangig auf das mobile Telefonieren ausgelegt. Gesprche werden mit 3,1 kHz Bandbreite bertragen.Notruf Europaweite Notfallnummer (112); Service fr alle Mobilfunknetz-betreiber obligatorisch; kostenlos bereitgestellt; Verbindung mit hchster Prioritt (Verdrngung niederpriorer mglich).Multinumbering mehrere ISDN Telefonnummern pro Teilnehmer.

    4.7.3

  • Teleservices (Telematic Services) IIWeitere Dienste:Non-Voice-TeleservicesFacsimile: Fernkopieren (Fax-Gruppe 3)Telefax: Fernkopieren alternierend mit SprachbertragungVideotex: Datenbankzugriff unter Verwendung eines Videotex-TerminalsSprachspeicherdienst (Voice Mailbox): ber Festnetz realisiertElektronische Post (MHS, Message Handling System): ber Festnetz realisiert

    Kurznachrichtendienst (SMS): Alphanumerische Nachrichtenbertragung von oder zur Mobilstation. Fr die bertragung werden nur die Signalisierungskanle benutzt. Dies erlaubt die simultane Nutzung der Basisdienste und des SMS.4.8.3

  • Zusatzdienste (Supplementary Services)Bilden weitere Dienstmerkmale und sind Ergnzungen der Basisdienste, die nicht alleine angeboten werden knnen.Entsprechen, bis auf die auf dem Funkweg geringeren bertragungsraten, denjenigen des ISDNs.Knnen sich je nach Landesnetz und implementierter Protokoll-version voneinander unterscheiden.Wichtige Dienste:Identifikation: Rufnummer des anderen TeilnehmersIdentifikationsunterdrckungAutomatischer RckrufAnklopfenKonferenzverbindung: Gesprchsrunde mit bis zu 7 TeilnehmernSperren: Sowohl abgehende wie ankommende Gesprche

    4.9.2

  • Aufbau des GSM-SystemsDas GSM-System zhlt zu den PLMNs (Public Land Mobile Networks). Es wird von verschiedenen Betreibern eingerichtet und bereitgestellt.Es besteht aus mehreren Komponenten:MS (Mobilstation)BS (Basisstation)MSC (Mobilvermittlungseinrichtung)LRs (Aufenthaltsregister)Man unterscheidet mehrere Subsysteme:RSS (Funk-Subsystem): Funktechnische AspekteNSS (Netzwerk-Subsystem): Vermittlungstechnische VorgngeOSS (Betriebs- und Wartungs-Subsystem)4.10.3

  • GSM: berblickFestnetzBSCBSCMSCMSCGMSCOMC, EIRAUCVLRHLRNSSmit OSSRSS4.11.3VLR

  • GSM: Netzelemente und Schnittstellen4.40.3NSS MSMSBTSBSCGMSCIWFOMCBTSBSCMSCMSCAbisUmEIRHLRVLRVLRABSSPDNISDN, PSTNRSSFunkzelleFunkzelleMSAUCOSS SignalisierungO

  • GSM: Systemarchitektur im berblickUmAbisABSSFunk-SubsystemMSMSBTSBSCBTSBTSBSCBTSNetzwerk-SubsystemMSCMSCFeste PartnernetzeIWFISDN PSTNPSPDN CSPDNSS7EIRHLRVLRISDN PSTN4.12.2

  • Systemarchitektur: Funk-SubsystemKomponenten:MS (Mobile Station)BSS (Base Station Subsystem): FunkfeststationBTS (Base Transceiver Station): Sende-/EmpfangsstationBSC (Base Station Controller): Zentrale Steuereinrichtung

    Schnittstellen:Um : FunkschnittstelleAbis : offen standardisierte Schnittstelle mit 16 kbit/s Submultiplex-NutzkanlenA: offen standardisierte Schnittstelle mit 64 kbit/s Nutzkanlen (Transkodierung)UmAbisABSSFunk-SubsystemNetzwerk-SubsystemMSMSBTSBSCMSCBTSBTSBSCBTSMSC4.13.2

  • Systemarchitektur: Netzwerk-SubsystemKomponenten:MSC (Mobile Switching Center): MobilvermittlungseinrichtungIWF (Interworking Functions)

    ISDN (Integrated Services Digital Network)PSTN (Public Switched Telephone Network)PSPDN (Packet Switched Public Data Net.)CSPDN (Circuit Switched Public Data Net.)

    Datenbanken:HLR (Home Location Register): Heimatregister VLR (Visited Location Register): AufenthaltsregisterEIR (Equipment Identification Register): GerteidentifikationsregisterNetzwerk-SubsystemMSCMSCFeste PartnernetzeIWFISDN PSTNPSPDN CSPDNZZK-7EIRHLRVLRISDN PSTN4.14.2

  • Funk-SubsystemDas Radio Subsystem (RSS) ist das flchendeckende zellulare Netz bis zu den Vermittlungsstellen.Das Funksystem beinhaltet mehrere Komponenten:Base Station Subsystem (BSS):Base Transceiver Station (BTS): Funktechnische Einrichtung, einschlielich Sende-/Empfangsantennen, fr Kommunikation auf den Funk-Kanlen. Ein BTS kann eine oder, falls Richtantennen installiert werden, auch mehrere Funkzellen versorgen.Base Station Controller (BSC): Die Basisstationssteuerung fhrt die Vermittlung und steuert den Ablauf der bertragungsprozesse der BTSe. Sie ist fr die Verwaltung der Netzressourcen zustndig. Hier erfolgt die Abbildung der Funkkanle der Um-Schnittstelle auf die terrestrischen Kanle der A-Schnittstelle. BSS = BSC + Summe(BTS) + bertragungssysteme

    Die Mobilfunkstationen (MS) werden als bewegliche Netzkomponenten gezhlt.4.15.3

  • GSM: Prinzip zellularer NetzeVerwendung mehrerer Funkfrequenzenkeine gleichen Frequenzen in benachbarten Zellenkeine einheitlichen Zellengren, Gre hngt von Verkehrsauf-kommen und Senderreichweite ab (Stadtzentrum vs. Schwarzwald)hexagonale Zellform ist idealisiert (Zellen berlappen unregelmig)Zellwechsel des mobilen Teilnehmers bergabe der Verbindung in Nachbarzelle: Handovertechnisch mglicher Funkversorgungsbereichsystemtechnische Einschrnkung der ZellengreAufteilung des Versorgungsgebietes in Zellen:4.16.2

  • Flchendeckung von Funknetzen (www.gsmworld.com)e-plus (GSM-1800)D1 (GSM-900) Rund um Karlsruhe4.17.3Viag Interkom (GSM-1800)D2 (GSM-900)

  • Base Transceiver Station und Base Station Controller Die Aufgaben des BSS teilen sich BSC und BTSBTS beinhaltet funktechnische FunktionenBSC bildet die Funkkanal-Vermittlungseinrichtung4.21.4

    Funktionen

    BTS

    BSC

    Management der Funkkanle

    X

    Frequenzspringen (FH)

    X

    X

    Management der terrestrischen Kanle

    X

    Abbildung der Funk- und terrestrischen Kanle aufeinander

    X

    Kanalcodierung / -decodierung

    X

    Ratenanpassung

    X

    Chiffrierung / Dechiffrierung

    X

    X

    Paging

    X

    X

    Messungen

    Uplink

    Traffic

    X

    X

    Mobility Management

    Authentifizierung

    Location Registration, Location Update

    X

    X

    Handover-Verwaltung / Ausfhrung

    X

  • MobilstationEinrichtung fr die Benutzung von Diensten des GSM-Systems.Eine MS besteht aus mehreren funktionellen Gruppen:MT (Mobile Terminal):Bietet Funktionen, die von allen Diensten gemeinsam genutzt werdenEntspricht dem NT des ISDN-AnschlussesEndpunkt der Funkbertragung der Um-SchnittstelleTA (Terminal Adapter):Ist fr die Endgerteanpassung zustndigTE (Terminal Equipment):Peripheriegert der MS, bietet Dienste anEnthlt keine GSM-spezifischen FunktionenSIM (Subscriber Identity Module):Personalisierung des Mobilfunkgertes. Speichert individuelle Teilnehmerdaten.4.20.3

  • Netzwerk-SubsystemDas NSS ist der Hauptbestandteil des ffentlichen mobilen Funknetzes. Es bernimmt die vermittlungstechni

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