GSM Global System for Mobile

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1 GSM Global System for Mobile Vermittlung, Dienste und Protokolle in digitalen Mobilfunknetzen Von Professor Dr.-Ing. Jörg Eberspächer und Dipl.-Ing. Hans-Jörg Vögel Technische Universität München Mit 177 Bildern und 41 Tabellen B. G. Teubner Stuttgart 1997

2 Inhalt 1 Einführung Digital, mobil, global: Die Evolution der Netze Klassifikation von Mobilkommunikationssystemen Zur Geschichte von GSM 5 2 Mobilfunkkanal und Zellularprinzip Charakteristika des Mobilfunkkanals Richtungstrennung und Duplexübertragung Vielfachzugriffsverfahren Frequenzvielfachzugriff FDMA Zeitvielfachzugriff TDMA Codevielfachzugriff CDMA Raumvielfachzugriff SDMA Zellulartechnik Grundbegriffe Signal-Störabstand Clusterbildung Verkehrsleistung und Verkehrsdimensionierung 32 3 Adressierung und Systemarchitektur Übersicht Adressen und Kennziffern International Mobile Station Equipment Identity International Mobile Subscriber Identity Mobile Subscriber ISDN Number Mobile Station Roaming Number Location Area Identity Temporary Mobile Subscriber Identity Local Mobile Subscriber Identity Cell Identifier Base Transceiver Station Identity Code 43

3 VIII Inhaltsverzeichnis Identifizierung von MSC und Location Register Systemarchitektur Mobilstation Funknetz - BSS Mobilvermittlungsnetz - SMSS Mobilvermittlungszentrum Heimat- und Besucherregister Betrieb und Wartung - OMSS Netzüberwachung und Wartung Benutzerauthentifizierang und Geräteregistratur Teilnehmerdaten im GSM PLMN-Konfigurationen und Schnittstellen 52 Dienste Trägerdienste Telematikdienste Zusatzdienste (Supplementary Services) 66 Funkschnittstelle Physical Layer Logische Kanäle Physikalische Kanäle Modulation Vielfachzugriff, Duplexing und Ubertragungsbursts Optionales Frequenzsprungverfahren Zusammenfassung Synchronisierung Frequenz- und Taktsynchronisierung von Mobilstationen Adaptive Rahmensynchronisierung Abbildung von logischen Kanälen auf physikalische Kanäle Radio Subsystem Link Control Kanalmessung Kanalmessung im Ruhezustand Kanalmessung während einer Verbindung Sendeleistungsregelung Verbindungsabbruch wegen Ausfall der Funkverbindung Zellauswahl und Stromsparbetrieb Cell Selection und Cell Reselection Discontinuous Reception (DRX) Einschaltszenario 115

4 Inhaltsverzeichnis 6 Codierung, Authentifizierung und Chiffrierung Quellencodierung und Sprachbearbeitung Kanalcodierung Übersicht Äußerer Fehlerschutz: Blockcodierung Blockcodierung für Sprach-Verkehrskanäle Blockcodierung für Daten-Verkehrskanäle Blockcodierung für Signalisierungskanäle Innerer Fehlerschutz: Faltungscodierung Interleaving Abbildung auf die Burst-Ebene Sicherheitsrelevante Netzfunktionen und Chiffrierung Schutz der Teilnehmeridentität Verifizierung der Teilnehmeridentität Generierung von Sicherheitsdaten Verschlüsselung von Signalisierungs-und Nutzdaten Protokollarchitekturen Ebenen der Protokollarchitektur Protokollarchitektur der Nutzdatenebene Sprachübertragung Transparente Datenübertragung Nicht-transparente Datenübertragung Protokollarchitektur der Signalisierungsebene Übersicht Signalisierungsarchitektur Nutzdatentransport in der Signalisierungsebene Signalisierung der Benutzer-Schnittstelle (Um) Schicht 1 der Schnittstelle MS-BTS Dienste der Schicht Schicht 1: Prozeduren und Peer-to-Peer-Signalisierung Schicht 2 Signalisierung Radio Resource Management Mobility Management Connection Management Strukturierte Signalisierungsprozeduren 206!7.4.7 Signalisierungsprozeduren für Zusatzdienste Realisierung der Kurznachrichtendienste Signalisierung der Schnittstellen A und Abis Signalisierung der Benutzer-Schnittstelle Roaming und Vermittlung MAP-Schnittstellen 227 IX

5 X Inhaltsverzeichnis 8.2 Location Registration und Location Update Verbindungsaufbau und Verbindungsabbau Routing: Wegesuche für Rufe zu Mobilteilnehmern Einfluß der MSRN-Vergabe auf den Wegesuchablauf Plazierung der Protokollinstanzen zur HLR-Abfrage Verbindungsaufbau und korrespondierende MAP-Prozeduren Verbindungsabbau MAP-Prozeduren und Routing für Kurznachrichten Handover Übersicht GSM Intra-MSC-Handover Entscheidungsalgorithmus für den Handoverzeitpunkt MAP und Inter-MSC-Handover Basic Handover zwischen zwei MSC Subsequent Handover Datenkommunikation und Interworking Referenzkonfiguration Übersicht der Datenkommunikation Dienstauswahl beim Netzübergang Bitratenadaption Asynchrone Datendienste Transparente Übertragung im Mobilnetz Nicht-transparente Datenübertragung PAD-Zugänge zu öffentlichen Paketdatennetzen Asynchrone Verbindung zum PSPDN-PAD DedizierterPAD-ZugangimGSM Synchrone Datendienste Übersicht Synchrone Paketdatennetz-Zugänge nach X Basic Packet Mode Dedicated Packet Mode Telematikdienste: Fax Aspekte des Netzbetriebs Ziele des GSM-Netzmanagements Telecommunication Management Network TMN TMN-Realisierung in GSM-Netzen GSM - wie geht es weiter? Globalisierung 299

6 Inhaltsverzeichnis XI 11.2 GSM Dienste in der Phase Telekommunikationsdienste Zusatzdienste GSM und Intelligente Netze 305 Literatur 309 Anhang A: GSM-Standards 313 L Anhang B: GSM-Adressen 317 Anhang C: Akronyme 319 Index 325