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

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Präsentation zum Thema: "GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert Fach: Mobile Computing HS Merseburg (FH)"—  Präsentation transkript:

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

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

3 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 3 FrequenzbandSystemRubrik MHz GSM (GSM 900) Mobilfunk MHz GSM (GSM 900) 1227,6 MHz GPS Positionsbestimmung 1575,42 MHz GPS MHz GSM (DCS 1800) Mobilfunk MHz GSM (DCS 1800) MHz DECT Schnurlos-Telefone MHz UMTS (UTRA-TDD) Mobilfunk MHz UMTS (UTRA-FDD) MHz UMTS (UTRA-TDD) MHz UMTS (UTRA-FDD) ,5 MHz WLAN b.HomeRF.Bluetooth drahtlose lokale Netze MHz HIPERLAN/ MHz WLAN a MHz HIPERLAN/ MHz HIPERLAN/ MHz WLAN a

4 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 4 GSM Geschichtliches NetzBetreiberZeitraumEigenschaften Frequenz- bereich Nutzer (Jahr) A Bundespost analog, handvermittelt150 MHz (1970) B analog, Selbstwahl150 MHz (1986) C1986- ca analog, zellular450 MHz (1992) D1Telekomab 1992 digital, GSM MHz 13 Mio. (2000) D2Vodafoneab Mio. (2000) E1E-Plusab 1994 digital, DCS MHz 5,8 Mio. (2000) E2Viag Interkomab 19983,2 Mio. (2000)

5 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 5 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.

6 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 6 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.

7 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 7 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

8 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 8 Internationale Mobilfunknetze 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

9 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 9 Internationale Mobilfunknetze PDC (Personal Digital Cellular) Varianten PDC 800 und PDC 1500 –Einsatz in Japan –Basis MHz oder 1500 MHz je nach Variante

10 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 10 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 gab es 200 GSM-Netze in 109 Staaten mit folgenden Standards: GSM 900 und DCS Handys, die mit beiden Systemen arbeiten können, sind Dualbandhandys. Ausnahmen USA und Japan

11 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 11 Memorandum of Understanding In der USA gibt es neben dem analogen AMPS- System noch eine inkompatible Variante von GSM: GSM Telefone, die alle Bandbreiten abdecken, sind so genannte Tribandhandys.

12 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 12 Memorandum of Understanding

13 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 13 Umgebung Karlsruhe

14 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 14 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.

15 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 15 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).

16 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 16 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 Basisstationen.

17 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 17 GSM-Netze a) k=3b) k=4c) k=7

18 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 18 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.

19 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 19 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

20 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 20 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 wurde die Gruppe durch das Europäische Telekommunikation Standard Institut (ETSI) als Technical Committee (TC) aufgenommen.

21 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 21 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.

22 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 22 GSM-Netze bieten (im Wesentlichen) Sprachübertragung SMS (Short Message Service) WAP (Wireless Application Protokoll)

23 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 23 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

24 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 24 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.

25 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 25 Endgeräte in der GSM-Technologie Unterscheidung nach Sendeleistung –Autotelefone 20 W –tragbare Geräte mit 8 W –Handgeräte mit 5 W –Handgeräte mit 2 W

26 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 26 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.

27 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 27 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 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.

28 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 28 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).

29 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 29 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 B Während Datenverbindung (GPRS) können Anrufe (GMS) nur gemeldet werden. –Klasse C manuelle Umschaltung von Sprache auf Daten und umgekehrt

30 GSM Dipl. Ing. Ulrich Borchert HS Merseburg (FH) 30 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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