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
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MultilayerMultilayer -- NetzstrukturNetzstruktur
Layer 3Makro-Zellekm-Bereich
Layer 2Mikro-Zelle
100m-Bereich
Layer 1Pico-Zelle
10m-Bereich
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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),
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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
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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
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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
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SystemarchitekturSystemarchitekturPSTN
ISDN
PSDN
BSC
TCE
OSS
VLR
MSC
VLR
MSC
HLRAC EIR
BTS
GSMPLMN
MSOperation
AdministrationMaintenance
Core NetworkCN
RadioAccessNetwork
GERAN
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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
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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
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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
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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
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SendeSende-- und Empfangsantennenund Empfangsantennen
Makroantenne Mikroantenne
Picoantenne
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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
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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
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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
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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
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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)
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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
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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
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WegedurchschaltungWegedurchschaltung
• Einbuchen ins Netz• Mobile Originating Call
(Handover)• Mobile Terminating Call
(Interrogation, Paging und Paging Response)
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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)