Mobile Kommunikation

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1 Februar 2002 Digitale Vermittlung Dozent : Dipl.-Ing. Hans Thomas $ Deutsche Telekom AG Mobile Kommunikation Seite 1 Einleitung 2 2 Schnurlose Handgeräte im DECT-Standard 3 3 Mobilfunk Kommunikation 3.1 Merkmale und Systemkomponenten Systeme der 1. Generation 6 4 Mobilfunk-Systeme im GSM-Standard 4.1 Parameter des GSM Netzstruktur mit Kleinfunkzellen Nummerierung Funkkanal Basisstationen Mobilfunk Vermittlungsstellen Einbuchen der Mobilstation Verbindungsaufbau 16 5 Erweiterungen um zusätzliche Dienste 18 6 Erweiterungen um paketorientierte Verfahren 19 Anhang mit 14 Bildern

2 Mobile Kommunikation Seite 2 (20) 1 Einleitung Die Funktechnik als Übertragungsform in Fernnetzen ( Backbone- bzw. Core-Netz ) ist mit der Digitalisierung und dem starken Einsatz von Glasfaser-Kabeln heute nahezu bedeutungslos geworden. Die Grundregel der 60er Jahre, dass in den damals analog betriebenen Fernnetzen gleichgewichtig Kabel und Richtfunk als 2-Medien- Führung eingeplant wurden, ist durch den Technologiewandel inzwischen überholt. Lediglich in der besonderen Form des Satellitenfunks ist diese Übertragungsart weiterhin die Hauptanwendung zur Verteilung von Fernseh- und Hörfunk-Programmen zu individuellen Nutzern (einzelne Satellitenantennen zu Hause) oder als Zuführungsmedium zu zentralen Kopfstationen von Kabel-Fernsehnetzen. Ebenso hat sich der kurzfristige Boom in den 90er Jahren mit sogenannten Pager-Diensten mit separaten Empfangsgeräten inzwischen wieder verflüchtigt, da diese besondere Form der Übermittlung von Textnachrichten jetzt als Zusatzdienst ( SMS = Short Message Service ) voll in die heutigen Mobilfunk-Dienste übernommen wurde. Im Gegensatz dazu erlebt die Funktechnik im Zugangsnetz (Accessbereich) seit über 10 Jahren riesige Zuwachsraten, da in diesem Bereich durch drahtlose Anbindung die Mobilität des Teilnehmers erheblich erhöht werden kann. Es haben sich dabei 2 Hauptschwerpunkte entwickelt: schnurlose Handgeräte Mobilfunk-Kommunikation die lediglich eine Mobilität in der Nähe des weiterhin netzgebundenen Anschlusses erlauben die anfangs nur als Autotelefon in den Ballungsgebieten, heute aber als vollwertiges Kommunikationssystem völlig mobil nahezu an jedem Ort alle gängigen Dienste und sogar attraktive Zusatzmerkmale abdeckt Die Einführung von Mobilfunk-Kommunikation erfordert den Aufbau kompletter Netze mit funktechnischen Netz-Teilen im Access-Bereich ( zum Teilnehmer hin ) und terrestrischen Netz-Teilen im Backbone-Bereich dieser Mobilfunknetze jeweils mit allen vermittlungstechnischen und übertragungstechnischen Einrichtungen. Es ist dabei selbstverständlich, dass solche neuen Netze unbedingt vollen Zugang von und zu den bestehenden Festnetzen haben müssen, um den Dienst kundengerecht vermarkten zu können. Die Zahl der "Handys" hat inzwischen in Deutschland, ebenso wie in den Nordischen Staaten schon seit längerem, die Zahl der Festnetz-Anschlüsse überschritten. Hier spielt jedoch auch die extreme Subventionspraxis mit Handy-Angeboten zu 0 DM sowie die äußerst geringe Nutzung von Prepaid-Karten eine große Rolle, welche zwar die Statistiken, nicht aber die Einnahmen, der Serviceprovider und Netzebetreiber erheblich schönen. Folie 1-1

3 2 Schnurlose Handgeräte mit DECT - Standard Seite 3 (20) Mobile Kommunikation Als Ersatz für die 100 Jahre lang stets schnurgebundenen Telefonapparate werden heute von den Kunden bei Neuanschaffungen vermehrt schnurlose Handgeräte an schnurgebundenen Basissstationen eingesetzt. Zunächst war Ende der 70er Jahre der analoge Standard gemäß der Norm CT0 und ab Mitte der 80er Jahre gemäß der verbesserten Norm CT1 und CT1+ ( CT = Cordless Telephone No. 0, 1, 1+ ) üblich, der je nach Land verschiedene Frequenzbereiche ( z.b. 47 MHz in USA bei CT0, 900 MHz in Europa bei CT1 ) nutzte, um die mobilen Handgeräte über eine Funk-Schnittstelle ( störungsfrei zu anderen Funkdiensten ) an die weiterhin am Festnetz angeschlossene Basisstation anzubinden. Inzwischen hat sich der digitale Standard DECT ( = Digital Enhanced Cordless Telecommunications, zunächst als Digital European Cordless Telecommunications bezeichnet ) mit folgenden Verbesserungen gegenüber dem analogen CT-Standard durchgesetzt: mehrere schnurlose Handgeräte an 1 Basisstation betreibbar Dienstemerkmale wie bei einer kleinen Nebenstellanlage interne Gespräche zwischen Handgeräten über die Basisstation möglich bessere Sprachqualität durch Digitalisierung höhere Sicherheit gegen Abhören und Nutzungsmissbrauch der Luftschnittstelle durch häufigen Kanalwechsel Kompensation von Umweglaufzeiten (bis zu 200 ns in Gebäuden) durch dynamische Kanalzuordnung oder Zusatz-Antennen (Diversity) vielfältige Protokolle möglich (auch ISDN) Folie 2-1 Mit dem DECT-Standard können nicht nur einfache Heimanwendungen (größerer Komfort durch örtliche Unabhängigkeit des Apparates) realisiert werden, sondern auch große Nebenstellenanlagen mit vielen Basisstationen und Handgeräten oder sogar komplette drahtlose Ortsnetze ( WLL = Wireless Local Loop ) aufgebaut werden und ergänzend attraktive Zusatzdienste, wie drahtlose Datenerfassung oder Videoübertragung oder Point-of-Sale-Anwendungen, realisiert werden. Es gibt dabei unterschiedliche Ausführungen an Basisstationen und dazugehörigen schnurlosen Handgeräten, je nach dem, ob der Anschluss am Festnetz analog oder als ISDN-Anschluss digital betrieben wird (Bild 2-1). Die Installation ist äußerst einfach, da nur der stationäre Telefonapparat durch eine entsprechende Basisstation ersetzt werden muss. Die technischen Parameter von DECT gemäß Bild 2-2 ermöglichen es, dass in der Nähe der Basisstation das Endgerät über den Funkkanal in nahezu völlig freizügiger Mobilität genutzt werden kann, während der Anschluss selber (Basisstation) weiterhin am Festnetz angeschlossen bleibt. Trotz geringer Sendeleistung im Milli-Watt- Bereich ( zur Vermeidung von Störungen anderer DECT-Geräte ) und auf Grund des aufwendigen ADPCM-Codierverfahrens in speziellen Signalprozessoren wird eine gute Sprachqualität erzeugt. Die geringen Umweglaufzeiten innerhalb von Gebäuden erfordern keine Echokompensationsmaßnahmen. Die maximal 120 Duplex-Kanäle

4 Mobile Kommunikation Seite 4 (20) (24 10 : 2) bewirken durch häufigen Wechsel der genutzten Frequenz ( Zugriffsverfahren mittels FDM, Duplexfähigkeit mittels TDM ) auch eine hohe Abhörsicherheit. Diese dynamische Kanalzuordnung ( DCA = Dynamic Channel Allocation ), die vollautomatisch während des Gesprächs erfolgt, wird auch zur Qualitätsverbesserung bei zu großen Streuungen der Umweglaufzeiten angewandt. Die DECT-Geräte des europäischen Standards können nicht in den USA benutzt werden, da dort diese Frequenzen für das Mobilfunksystem GSM 1900 reserviert sind. Um die DECT-Schnittstelle, die bisher nur schmalbandiges Telefonieren abdeckt, auch auf breitbandige, zukünftige Multimedia-Anwendungen hochrüsten zu können, existieren bereits Protokollvorschläge im Rahmen der Nutzung des offenen MHz-Bandes, in welchem auch Bluetooth-Anwendungen vorgesehen sind, und zwar: DMAP = DECT Multimedia Access Profile DPRS = DECT Packet Radio Service 3 Mobilfunk-Kommunikation 3.1 Merkmale und Systemkomponenten Mit dem Wunsch auf ständige Kommunikationsfähigkeit bei gleichzeitig uneingeschränkter örtlicher Mobilität wurden zunächst in Form des Dienstes "Autotelefon" zum Teil völlig neue Kriterien und Anforderungen an die Netze und die dort eingesetzte Vermittlungstechnik gestellt. Die zunächst in analoger Technik ausgeführten Systeme haben von der späteren Digitalisierung und der ständig weitergetriebenen Miniaturisierung sowie neuer Codec-Algorithmen unter Verwendung leistungsfähiger Signalprozessoren am meisten profitiert, um zu der heute bekannten Ausprägung der Mobilfunk-Kommunikation zu kommen. Die zusätzlichen Parameter und besonderen Anforderungen an die Mobilfunk- Kommunikation sind in Bild 3-1 zusammengefasst. Die netztechnischen Parameter entsprechen den üblichen Anforderungen an neue Netze. Insbesondere die Gateway-Funktion ist eine in der Lizenz vom Regulierer vorgegebene Anforderung zum Schutze der Kunden und zur Aufrechterhaltung des Wettbewerbs. Die vermittlungstechnischen Parameter können durch Ergänzungen der auch im Festnetz eingesetzten rechnergesteuerten, digitalen Systeme (DIV) in Verbindung mit dem Zeichengabesystem Nr.7 durch erweiterte Steuerungsprozeduren im sogenannten Mobile Application Part (MAP) abgedeckt werden. Hier sind insbesondere zur Erfüllung der Roaming-Funktionen ( to roam = herum vagabundieren ) die völlig neuen Funktionen:

5 Seite 5 (20) Mobile Kommunikation Netzanmeldung = Einbuchen der Mobilstation im Netz Handover = unterbrechungsfreie Weiterleitung zwischen Funkzellen bei sich bewegenden Mobilstationen Location Update = ständige Registrierung des Aufenthaltsortes der Mobilstation bzgl. der zugeordneten Steuereinheiten zu realisieren. Dadurch wird naturgemäß auch die gesamte Call Control = Verbindungsaufbau usw. wesentlich komplizierter. Die funktechnischen Parameter erfordern und ermöglichen wegen der Neuartigkeit, dass die Endgeräte beweglich sind, dagegen eine ständige Weiterentwicklung und Verbesserung. Die besondern Schwierigkeiten liegen darin, dass die Endgeräte (Handys) bzgl. der Empfangsparameter einer Zeitvarianz unterliegen. Zur Reduzierung der Einflüsse von Interferenzen, Schwund, Abschattungen und Mehrwegeausbreitung finden sich immer wieder verbesserte technische Lösungen. Dies führt im schnellen Wechsel zu komplett neuen Generationen von Systemen. Insbesondere mussten dabei auch höhere Frequenzbereiche (Bild 3-2) erschlossen werden, um die rasant steigende Zahl an mobilen Teilnehmern überhaupt anschließen bzw. bessere Dienstequalitäten anbieten zu können. Folie 3-1 Zusammengefasst ergeben sich gegenüber Festnetz-Verbindungen spezielle Anforderungen an 3 verschiedenene Management-Ebenen: Radio Resource Mgt Mobility Mgt Communication Mgt Steuerung der Funkschnittstelle in möglichst effizienter Weise Steuerung der Prozeduren bei der Netzanmeldung, beim Handover und beim Location Update Steuerung der üblichen Call Control, aber auch der Supplementary Services und der SMS-Nachrichten Ein Mobilfunknetz besteht gemäß Bild 3-3 grundsätzlich aus den 4 Hauptkomponenten: Mobilstation MS ( = Mobile Station ) Basisstation BS ( = Base Station ) Mobilfunk-Vermittlungsstelle MSC ( = Mobile Services Switching Center ) Zentrale Zusatz-Einrichtungen Völlig neu ist dabei die sogenannte Luftschnittstelle U m, die auch als Funkkanal bezeichnet wird, zwischen der beweglichen MS und der festen BS. Die Weiterführung von der BS zur steuernden MSC erfolgt üblicherweise terrestrisch mit gängigen Schnittstellen (G.703 als Leitung und ZGS Nr.7 als Protokoll). Diese Schnittstelle wird als A-Link bezeichnet und kann bei Bedarf auch höhere Hierarchien als 2 Mbit/s haben. Eine BS versorgt zumeist mehr als 1 Funkzelle. Die Hochfrequenzgeräte ( Sender/Empfänger ) können bei Bedarf auf verschiedenen Sendemasten stehen und

6 Mobile Kommunikation Seite 6 (20) werden von 1 Controller über die A bis -Schnittstelle ( ähnlich einer 2Mbit/s-Leitung ) gesteuert. Eine größere Anzahl von BS wird von 1 MSC, in der im Wesentlichen die gesamte Vermittlungslogik liegt, gesteuert. Die Gesamtheit aller MSC greift, insbesondere in der Phase des Verbindungsaufbaus, auf einige zentrale Datenbanken, die Register genannt werden, zurück. Gerade diese Register erfüllen erst die besonderen Bedingungen und Sicherheitsanforderungen, die im Mobilfunk gegenüber einem Festnetz- Anschluss entstehen. Die Management Center haben über den speziellen OMAP ( Operations & Maintenance Application Part ) des Zeichegabesystems Nr.7 Zugriff auf die MSC und die Controller in den BS. Je nach Entwicklungsstand und einsetzbaren Technologien können die einzelnen Elemente sehr unterschiedlich realisiert sein. 3.2 Systeme der 1. Generation Das erste Mobilfunk-Netz in Selbstwahl in Deutschland wurde für Autotelefone als sogenanntes B2-Netz in den 70er Jahren aufgebaut. Die Funkanlagen beanspruchten im Kofferraum der Autos einen erheblichen Platz. Die Funkzellen waren wegen Verwendung der Trägerfrequenz von 450 MHz großflächig und deckten im Mittel 3 Knotenvermittlungsbereiche des Telefonnetzes ab. Die etwa 150 Basisstationen wurden als Überleiteinrichtungen ( ÜLE ) bezeichnet (Bild 3-4) und übernahmen neben der funktechnischen Steuerung der Sender/Empfänger noch einige Zusatzaufgaben, wie z.b. die Gebührenerfassung. Für den Verkehr Funk Funk gab es kein eigenes Backbone-Netz. Auch als Gateway zum bestehenden Festnetz gab es noch keine eigenständige MSC ( = Mobile Services Switching Center ). Es wurde vielmehr ohne jede Veränderung die vorhandene, registergesteuerte Fernvermittlungstechnik T62/T69 (ausgestattet mit EMD-Wählern ) durch die Wahl bestimmter Ziffern mitbenutzt, die jedoch systembedingt keinerlei Kenntnisse über den jeweils aktuellen Standort des Mobilfunk-Teilnehmers bzw. seiner Mobilstation ( MS ) haben konnte. Beim Verbindungsaufbau von Funk Draht wurde in den Überleiteinrichtungen die automatisch mitübertragene Rufnummer der anrufenden MS erkannt und die Gebührenermittlung je Gespräch durch einen periodischen Zähltakt durchgeführt. Die Verbindung selber wurde als bereits verzonter Verkehr in der nächstgelegenen HVSt des normalen Telefonnetzes eingespeist. Beim Verbindungsaufbau von Draht Funk musste man den ungefähren Standort der MS kennen und die passende Ortsnetz-Kennzahl des Ortsnetzes am Sitze der KVSt mit ÜLE mit der zusätzlichen Ausscheidungsziffer 09 vor der eigentlichen Mobilfunk- Rufnummer wählen. Somit war das B2-Autotelelefon-Netz quasi in jedem der 150 KVSt- Bereiche mit ÜLE jeweils ein "Ortsnetz" mit der Kennzahl 09. Der A-Teilnehmer wurde gemäß der gewählten ONKz wie üblich tarifiert, der Funk-Teilnehmer musste zusätzlich einen "Funkzuschlag" bezahlen. War der Teilnehmer bereits mit dem Auto weitergefahren, musste man andere KVSt (ÜLE)-Bereiche der Umgebung anwählen, in der Hoffnung, die MS irgendwo zu finden. Ebenso unkomfortabel war es, dass bestehende Gespräche plötzlich getrennt wurden und neu aufgebaut werden mussten, nur weil das Auto die bisher benutzte

7 Seite 7 (20) Mobile Kommunikation Funkzelle verlassen hatte. Insgesamt war also kein vollautomatisches Roaming möglich. Ab Mitte der 80er Jahre konnte dann unter Nutzung und funktioneller Erweiterung der gerade verfügbar werdenden Digitalen Vermittlungstechnik ( DIV ) das sogenannte C-Netz aufgebaut werden. Auf Grund der Rechnersteuerung und erweiterter Signalisierungs-Protokolle im Rahmen des ZGS Nr.7 wurde es nun möglich, die Anforderungen des Roaming durch zusätzliche LR ( = Location Register ) und den Einsatz von 8 Mobilfunk-Vermittlungsstellen ( MSC ) technisch zu lösen. Diese 8 MSC bildeten zugleich die Knoten des eigenen, vollvermaschten Backbone- Netzes zwischen den MSC sowie zusätzlich auch die Gateway-Funktionen zum nationalen Telefonnetz. Für das Roamimg wurden bereits dieselben Grundprinzipien angewandt, wie sie auch in den heute verwendeten GSM-Systemen benutzt werden. Funktechnisch wurde weiterhin das 450 MHz-Band genutzt, indem das B2-Netz kontinuierlich reduziert wurde und die Frequenzen stattdessen im C-Netz genutzt wurden. Die Mobilstationen arbeiteten an der Luftschnittstelle nach analogen Standards. Das C-Netz wurde bis an den Rand seiner technischen Kapazität von Teilnehmern ausgebaut und dann jedoch im Jahre 2000 eingestellt. 4 Mobilfunk-Systeme im GSM-Standard 4.1 Parameter des GSM Nach langer Standardisierungsarbeit ( um alle Aspekte beim Roaming und bei der Verwendung der Handys auch in fremden Netzen und fremden Ländern zu berücksichtigen ) gibt es seit 1991 als sogenannte 2.Generation jetzt einen digitalen Standard, der zunächst als GSM ( = Groupe Spéciale Mobile, der in der CEPT zusammenarbeitenden europäischen Fermeldeverwaltungen ) in Europa eingeführt wurde. Wegen seiner schnellen, weltweiten Verbreitung ( außer in USA und Japan ) wird er inzwischen von der UIT-T als GSM ( = Global System for Mobile ) bezeichnet. Die GSM-Standardisierung fiel zeitlich mit der weltweiten Deregulierung der Telekommunikationsmärkte zusammen, so dass die neuen Mobilfunknetze als Mehrwertdienste gelten, die nicht der Regulierung unterliegen. Damit entstanden in Konkurrenz verschiedener Netzbetreiber weltweit eine große Zahl an neuen Mobilfunk-Netzen. Alleine in Deutschland existieren 4 verschiedene Netze, im Rahmen der zukünftigen 3.Generation ( UTMS-Standard ) werden es maximal 6 Netze sein. Die Übersicht im Bild 4-1 zeigt die wichtigsten Parameter des GSM-Standards. Es werden mittlerweile in Europa 2 Frequenzbänder parallel benutzt, um überhaupt die Verkehrsmengen abdecken zu können, da systembedingt im 900 MHz-Band z.b. maximal nur 992 Verbindungen (124 8) gleichzeitig in einem Funkzellen-Cluster hergestellt werden können. Im höherfrequenten 1800 MHz-Band verdreifacht sich dagegen diese Zahl. Die neuesten Handys sind dabei als Duo-Band oder gar als Tri-Band ( Verwendung auch in USA ) ausgerüstet und können vollautomatisch auf der jeweils bereitgestellten Betriebsfrequenz senden und empfangen. Damit wird sowohl das Roaming als

8 Mobile Kommunikation Seite 8 (20) auch das Wechseln von einem Servicebetreiber zu einem anderen unter Weiterverwendung des Handys ermöglicht. Der Zugriff auf die Funkkanäle erfolgt in einem kombinierten Frequenz- und Zeit- Multiplexverfahren ( FDM / TDM ), wobei die FDM-Technik die Duplexfähigkeit in einem separaten, aber fest zugeordneten Up- und Down-Link bereitstellt und die TDM-Technik je Trägerfrequenz 8 Zeitschlitze für entsprechend 8 Verbindungen bereitstellt. Um die Bandbreite gut auszunutzen, wird zur Digitalisierung der Sprache im Handy und in den Transceivern ein aufwendiges Codierverfahren mit Long Term Prediction angewandt, welches insbesondere periodisch aufkommende Signalteile erkennt und bitsparend codiert, so dass trotz 13 kbit/s je Sprachkanal nahezu eine gleiche Sprachqualität wie beim Festnetz mit 64 kbit/s-pcm-codierung erreicht wird. Hierzu bewertet der Voice-Coder die abgetastete Sprache nach einem adaptiven Verfahren in speziellen Digitalsignalprozessoren (DSP). Es werden alle 20 ms insgesamt 260 Bits errechnet, und zwar 50 sehr wichtige Bits ( Klasse 1a ) 132 wichtige Bits ( Klasse 1b ) 78 andere Bits ( Klasse 2 ) 260 Die unwichtigen Bits werden bei Bedarf zu Gunsten von Steuerinformationen nicht gesendet, was für die Sprachqualität kaum hörbare Auswirkungen hat. Wegen der oft schwierigen Empfangsverhältnisse können bei Bedarf noch ergänzend ein Kanalcodierer (dieser wendet auf die Bits der Klasse 1a und 1b einen Faltungscode zur Vorwärtskorrektur ( FEC = Forward Error Correction ) an) oder ein Interleaver ( dieser erkennt konzentriert auftretende Bündelfehler ) aktiviert werden. Dadurch werden künstlich Redundanzen im Code erzeugt, was jedoch die Wortlängen für 20ms-Sprachblöcke von 260 bit auf 456 bit erhöht. Wegen der gewählten Codierung und der Umsetzung von Funk Draht entstehen typische Signallaufzeiten von über 90 ms, so dass in GSM-Netzen für alle Verbindungen zwingend Maßnahmen zur Echounterdrückung ( EC = Echo Cancelation ) durchgeführt werden müssen.

9 4.2 Netzstruktur mit Kleinfunkzellen Seite 9 (20) Mobile Kommunikation Die grundsätzliche Weiterentwicklung beim GSM liegt im funktechnischen Bereich unter Verwendung von sogenannten Kleinfunkzellen ( CRS = Cellular Radio System ). Hierbei muss bzgl. der knappen Ressource "Frequenz" ein Optimum zwischen den divergierenden Parametern hohe Anzahl an Mobilfunk-Teilnehmern hohe Verkehrsmengen begrenzte Frequenzressourcen angestrebt werden. Es leuchtet sofort ein, dass nicht jede Mobilfunkstation (MS) eine eigene, nur ihr zugeteilte Funkfrequenz haben kann. Vielmehr erhält die MS, je nach dem aktuellen Standort, aus dem dort verfügbaren Frequenzspektrum temporär nur für die aktuelle Verbindung einen gerade freien Funkkanal von der Basisstation zugewiesen. In der Theorie werden beispielhaft 6-eckige Funkzellen mit einigen Kilometern Durchmesser gebildet und davon 7 Stück zu einem Funkzellen-Cluster (Bild 4-2) zusammengefügt. Diese 7 Zellen teilen sich im Beispiel des 900 MHz-Bandes die zur Verfügung stehenden 124 Trägerfrequenzen. Die Cluster können sich nun laufend wiederholen, da die jeweiligen Frequenzen sich bei entsprechend guter Planung erst nach einem ausreichendem Abstand von 3 Zellen wiederholen ( Frequency Reuse ). Somit können ganze Länder mit wenigen Frequenzen und vielen Kleinfunkzellen ökonomisch abgedeckt werden. Im MHz-Band werden sogar sogenannte Picozellen gebildet. Abhängig von den tatsächlichen topologischen und morphologischen Gegebenheiten der Umgebung, wie z.b.: freies, ländliches Gebiet hügeliges Bergland Stadtbebauung in Vororten Stadtbebauung mit Hochhäusern oder voraussehbarer Verkehrsschwerpunkte, wie z.b.: Flughäfen, Bahnhöfe Autobahnstrecken Ausstellungen, Messen, Konferenzen wird in der realen Planung die Anzahl und Größe der Funkzellen die Anzahl der zugewiesenen Frequenzen je Zelle die Anzahl der Basisstationen ( für mehrere Funkzellen ) die Sendeleistungen der Basisstation die Antennencharakteristik ( Rundum- oder Richtstrahler ) entsprechend angepasst, das heisst verkleinert oder vergrößert oder in der Form verändert. Hierzu werden aufwendige Simulations- und Planungstools eingesetzt. In Großstadt-Ballungsgebieten reduzieren sich die Radien der Funkzellen sogar auf einige hundert Meter und erfordern damit ein häufiges Handover. Folie 4-1

10 Mobile Kommunikation Seite 10 (20) Um die Anzahl der Antennenmasten und damit der Bassisstation (BS) zu minimieren, werden so weit wie möglich die Transceiver und Antennen mehrerer Funkzellen oder verschiedener Netzbetreiber zusammen auf 1 Masten montiert ( = Cell Size ). Insgesamt ist Deutschland im D1-Netz durch über BS abgedeckt. 4.3 Nummerierung Im Gegensatz zum Festnetz, wo mit den allgemein bekannten und vom A-Tln gewählten Ziffern Länderkennzahl + Ortsnetzkennzahl + Teilnehmerrufnummer der B-Tln eindeutig identifiziert ist ( max. 15 Ziffern gemäß ITU-T E.164 ) und auch das gesamte Routing auf Grund dieser Informationen in den Vermittlungsstellen abgewickelt wird, werden im Mobilfunk, wegen der komplizierteren Anforderungen des Roaming und aus Sicherheitsgründen wegen der relativ offenen Funkschnittstelle, mehrere verschiedene Nummern zum Zwecke des Anmeldens im Mobilfunknetz Wählens ( durch den A-Tln ) Verbindungsaufbaus interner Steuervorgänge zwischen den Registern angewandt. Die wichtigsten dieser Nummern und Identifizierungen heißen: MSISDN MSIN IMSI TMSI LAI CGI Mobile Station ISDN Number kennzeichnet im Wesentlichen die öffentlich bekannte Teilnehmer-Rufnummer Mobile Subscriber Identification Number kennzeichnet teils codiert eindeutig einen Teilnehmer in einem nationalen Netz International Mobile Subscriber Identification kennzeichnet in codierter und verschlüsselter Form eindeutig einen Teilnehmer im internationalen Netz Temporary Mobile Subscriber Identity temporär vom VLR vergebene Identität Location Area Identification Code kennzeichnet in codierter Form das Mobilfunknetz, darin bis zu 99 MSC und darin bis zu 255 Location Areas, 16 bit groß, individuell je Netzbetreiber Cell Global Identification kennzeichnet zusätzlich zur LAI max Funkzellen Die Inhalte dieser Nummern sind in Teilen inhaltsgleich und werden in den verschiedenen Phasen des Verbindungsaufbaus oder des Location Updates bedarfsweise zwischen den jeweils beteiligten Einrichtungen ausgetauscht. Folie 4-2 Den Teilnehmern wird dabei nur ein Teil der sogenannten MSISDN ( Mobile Station ISDN Number ) bekanntgegeben, den sie auch tatsächlich wählen müssen. Ähnlich einer ISDN-Festnetznummer sind dies die Teile:

11 Seite 11 (20) Mobile Kommunikation Länder-Kennzahl CC = Country Code gemäß ITU-T E.161 Netzbetreiber-Kennzahl NDC = National Destination Code ähnlich einer Ortsnetz-Kennzahl z.b.: 0171, 0172, 0160 usw MobFu-Teilnehmer-Nummer SN = Subscriber Number 7-stellig Nicht bekanntgegeben wird die ebenfalls in der MSISDN enthaltene Kennzahl des HLR 2-stellige Nummer des zuständigen Home Location Register für diesen Teilnehmer Auf Grund des nicht vorhersehbaren Booms beim Mobilfunk wurde der sich abzeichnende Engpass an Rufnummern ( 9 Mio Nummern bei 7 Stellen ) dadurch gelöst, dass die großen Netzbetreiber inzwischen mehrere Netzbetreiber-Kennzahlen von der Reg TP zugewiesen bekamen. Die eigentlich zentral angeordneten Home Location Register werden aus Kapazitätsgründen und wegen der örtlichen Bezogenheit des Hauptaufenthaltsortes der Tln regional aufgeteilt. Im HLR sind auch alle aktivierten Leistungsmerkmale ( Diensteberechtigungen, Voicebox, Rufumschaltungen, Sperren usw. ) des Teilnehmers eingetragen. Nach der erstmaligen Vergabe dieser MSISDN-Nummer wird vom Netzbetreiber im HLR ein entsprechender Datensatz angelegt. Dieser wird unter Nutzung des Authentifizierungs-Zentrums (AUC) verschlüsselt und mit einigen Zusatzangaben als sogenannte IMSI ( = International Mobile Subscriber Identity ) im HLR und in der SIM- Karte ( Subscriber Identity Module ) abgespeichert. Die IMSI enthält gemäß der ITU-T E.212 folgende Angaben: MCC Mobil Country Code 3-stellig, weltweit ( NICHT die Länderkennzahl!! ) MNC Mobil Network Code 2-stellig, max. 99 je Land MSIN Mobile Subcriber Teile der MSISDN (teils codiert) Identification Number Um Manipulationen der SIM-Karten selber und an der relativ offenen Luftschnittstelle zu unterbinden, wird darüber hinaus bei der Netzanmeldung und dann auch bei jedem Gespräch im jeweiligen VLR eine temporäre Nummer ( TMSI = Temporary Mobile Subscriber Identity ) vergeben. Diese wird auch im HLR abgespeichert und am Ende eines Gesprächs wieder gelöscht. Damit sind die internen Steuervorgänge von der öffentlich bekannten MobFu-Rufnummer völlig entkoppelt. Für einen Verbindungswunsch vom Festnetz aus, aber auch innerhalb des eigenen MobFu-Netzes, ist vom Anrufer (A-Tln) vor der MobFu-Teilnehmernummer stets auch die Netzbetreiber-Kennzahl zu wählen ( also abweichend von dem typischen Merkmal der eigentlich offenen Nummerierung ). Die Länderkennzahl ist dagegen wie üblich nur bei Gesprächen aus dem Ausland voranzusetzen. Um auch Internationales Roaming durchführen zu können, enthält die in der SIM- Karte eingetragene IMSI ( = International Mobile Subscriber Identity ) die notwendigen Daten über das zuständige Heimatland und den Netzbetreiber. Dies ist für den

12 Mobile Kommunikation Seite 12 (20) Teilnehmer jedoch unerheblich, da diese Infos nur für die Steuerfunktionen von Interesse sind, um bei bestehenden Roaming-Abkommen die ZGS Nr.7-Nachrichten nach Durchführung einer GTT ( Global Title Translation ) dem richtigen Mobilfunknetz im fremden Land zuzuleiten. 4.4 Funkkanal Um Interferenzen auszuschließen, müssen neben einer sorgfältigen Planung der Frequenzen für die einzelnen Funkzellen darüber hinaus die Sendeleistungen der Mobilstationen (vergl. Bild 4-1) jeweils auf das notwendige Maß reduziert werden. Dies erfolgt durch eine ständige Überwachung des Funkkanals in der Basisstation und daraus abgeleiteten Steuerungsinformationen an die Mobilstation. Zusätzlich wird das Sendesignal mittels eines Gauß-Filters ( GMSK-Verfahren ) abgetastet, was eine Erhöhung der Bandbreiteneffizienz bewirkt und sich insbesondere bei den Mobilstationen ( zumeist mit Akku-Betrieb ) stromsparend auswirkt. So wie beim ISDN-Anschluss auf der physikalischen Anschlussleitung neben den Nutzkanälen zu 64kbit/s noch ein Steuerkanal zu 16 kbit/s übertragen wird, so müssen zur Mobilstation auf dem Funkkanal neben dem Verkehrskanal ( TCH = Traffic Channel ) noch weitere 9 Steuerkanäle ( CCH = Control Channel ) übertragen werden, um die vielfältigen Steuerungsfunktionen in einem Mobilfunknetz gemäß Bild 4-3 wahrnehmen zu können. Die 3 Broadcast-Kanäle dienen dabei der allgemeinen Systemstabilität und der ständigen Verkehrsbereitschaft, während die Control-Kanäle Steuerinformationen für einzelne Verbindungen enthalten. Die Inhalte der o.g. Verkehrs- und Steuerkanäle werden je Kanal mit einer Brutto- Datenrate von 33,85 kbit/s burstartig übertragen. Jeder Burst besteht dabei aus 156,25 bit. Die umschließenden Bits ( 6 Tail-Bits, 8,25 Guard-Bits ) dienen dazu, dem Sender/Empfänger das Ein- und Ausschwingen zu ermöglichen. Es verbleiben somit 142 Nutz-Bits. Je nach Inhalt der Nachricht werden folgende 5 verschiedenen Burst- Typen ausgesendet: Normal-Burst 114 bit für Sprachdaten, 26 bit für Trainings-Sequenz Frequenzkorrektur-Burst nur von BS, mit logisch "0" (= Sinusschwingung) Synchronisations-Burst nur von BS Zugriffs-Burst zum Verbindungsaufbau, 41 Daten-Bits, 68,25 Schutzzeit-Bits Dummy-Burst nur wenn keine sonstigen Systemdaten gesendet werden, von MS zur Messung der Signalleistung genutzt Folie 4-3 Die Aktivierung der Fehlerkorrektur-Maßnahmen hängt vom Ergebnis der stets mitübertragenen Trainings-Sequenzen (TS) im Normal-Burst ab. Hierbei wird von Folie 4-4

13 Seite 13 (20) Mobile Kommunikation der BS eine bekannte Bitfolge (26 bit) übertragen und in der Mobilstation ausgewertet. Wird auf Grund schlechter Empfangsverhältnisse eine festgelegte Bitfehlerrate überschritten, so werden die Korrekturmaßnahmen ( FEC und Interleaver ) aktiv geschaltet und später bei besserem Empfang wieder ausgschaltet. Eine zweite, automatisch einsetzende Empfangsverbesserung ist das sogenannte Frequency Hopping. Werden bestimmte Empfangspegel unterschritten, so weist die BS der augenblicklichen Verbindung ggf. mehrere Frequenzen zu und verwendet zyklisch bei jedem neuen Burst ( also alle 4,6 ms ) eine andere Frequenz. Um einerseits die Belastungen durch Elektrosmog zu reduzieren, andererseits Batteriestrom in der MS einzusparen, wird eine schnell reagierende Spracherkennung ( VAD = Voice Activity Detection ) eingesetzt. Dies ermöglicht, bei Sprachpausen eine Unterbrechung der Übertragung ( DTX = Discontinuous Transmission ) vorzunehmen. Stattdessen wird im Traffic-Kanal nur ein leises Rauschen mit lediglich 500 bit/s gesendet. Eine ganz besondere Bedeutung hat inzwischen der Control-Kanal SDCCH erlangt. Über diesen Funkkanal werden, unabhängig vom Traffic-Kanal, die inzwischen so beliebten Kurztextnachrichten ( SMS = Short Message Service ) ausgesandt. Auch im Zuführungsnetz von der MSC zur BS belegen diese SMS keinen Nutzkanal, sondern werden als SCCP-Nachrichten im Zeichengabekanal übertragen. Dadurch sind inzwischen im ZZK-Netz statt der eigentlich üblichen verbindungsorientierten ISUP-Messages nun überwiegend dort SMS-Nachrichten enthalten. 4.5 Basisstationen Eine Basisstation ( BS = Base Station ) ermöglicht über die Luftschnittstelle U m den Access zu den Mobilstationen und steuert mehrere Funkzellen. Durch modularen Ausbau der Sender/Empfänger-Einheiten ( BTS = Base Transceiver Station ) können viele Funkkanäle betrieben werden (Bild 4-4). Jeder Transceiver stellt 8 Zeitkanäle im TDM-Verfahren bereit. Im Minimalfall hat 1 Funkzelle nur 1 Frequenz und kann dann nur 8 Telefonate gleichzeitig ermöglichen. Je nach verwendeter Technik sind bis zu 12 BTS je Basisstation aufgebaut. Die BTS setzen das eingehende Funksignal über die interne A bis -Schnittstelle in eine systeminterne 2 Mbit/s-Verbindung um. Die BTS mehrerer Basisstationen haben ggf. eine gemeinsame Steuerung ( BSC = Base Station Controller ), über die auch die hierarchisch zugeordnete MSC angeschlossen ist. Der Controller enthält zugleich den TRAU ( = Transcoder and Rate Adapter Unit ) der die Umsetzung der 13 kbit/s- Sprachkanäle in die übliche PCM-Codierung mit 64 kbit/s vornimmt. Zur Einsparung von Übertragungskapazitäten kann der Transcoder jedoch auch in der MSC stehen, so dass die Verbindungsleitungen von den BSC bis dorthin 4-fach besser ausgenutzt werden ( nur 16 kbit/s je Nutzkanal ). Das Handover zwischen den Funkzellen des eigenen Steuerbereichs ( Location Area der BS ) steuert die BSC selbständig und ohne Information an die übergeordnete MSC.

14 Mobile Kommunikation Seite 14 (20) 4.6 Mobilfunk-Vermittlungsstellen Die Mobilfunk-Vermittlungsstelle ( MSC = Mobile Service Switching Center ) ist vom Prinzip her eine übliche DIV-VSt, die alle vermittlungstechnischen und administrativen Aufgaben übernimmt, allerdings mit vielen speziellen Zusatzfunktionen bzw. dem Zugang zu einigen ausgelagerten, zentralisierten Zusatzfunktionen (Bild 4-5). Um einerseits Funkteilnehmer zu verwalten, andererseits andere MSC in einem separaten Mobilfunk-Backbone-Netz anzusteuern und zusätzlich zu anderen Mobilfunk- Netzen und dem öffentlichen Telefonnetz als Gateway zu fungieren, umfasst die MSC kombiniert Funktionen einer TVSt, FVSt und einer Netzübergangs-VSt, ggf. sogar einer AuslVSt. Darüber hinaus sind die speziellen funktechnischen Steuerfunktionen im Rahmen des Mobile Application Parts zu bearbeiten. Um die für das Roaming notwendige Funktion "Location Update" zu ermöglichen, führt jede MSC eine sogenannte Besucher-Datei ( VLR = Visitor Location Register ), in der alle aktuell eingebuchten Funkteilnehmer und deren Veränderungen ( IMSI-Nummer des MobFu-Tln / Einschalten / Ausschalten / Wechsel der Location Area ) innerhalb des Bereiches der angeschlossenen Basisstationen registriert werden. Diese aktuellen Informationen werden auch in die jeweils zuständige Heimat-Datei ( HLR = Home Location Register ) weitergegeben, wo ohnehin schon die allgemeinen Daten und Zusatzdienste des Funkteilnehmers abgespeichert und bei Bedarf auch Sperrvermerke eingetragen sind. Für sicherheitsrelevante Aufgaben wird inzwischen zentral auch noch eine Gerätekennzeichen-Datei EIR ( = Equipment Identity Register ) Authentifikations-Zentrum AUC ( = Authentication Center ) betrieben, in der jedes Handy mit seiner 15-stelligen Gerätenummer IMEI ( = International Mobile Equipment Identification Number ) registriert ist, um missbräuchliche Benutzung aktiv und so früh wie möglich zu verhindern. Das AUC hält nach dem Prinzip der "Private and Public Key"-Methode Verschlüsselungs-Algorithmen bereit, die insbesondere auch zur Erzeugung und Überprüfung der IMSI und TMSI benutzt werden. Hierbei ist der Private-Schlüsselteil im AUC und in der SIM-Karte gespeichert und braucht nicht über die Luftschnittstelle ausgetauscht zu werden. Nur der 64 bit lange Public-Schlüsselteil wird vom AUC gesendet und in der SIM-Karte zur Berechnung genutzt. Zum Betreiben der DIV-VSt und zur allgemeinen Netzadministration sind alle MSC zusätzlich an einem Management Center und an einem Billing Center angeschlossen. Das O&M-Center hat über den OM Application Part im ZGS Nr.7 fernmäßigen Zugriff auf alle MSC und alle Controller in den Basisstationen.

15 Seite 15 (20) Mobile Kommunikation 4.7 Einbuchen der Mobilstation Gegenüber dem Verbindungsaufbau im Festnetz ergeben sich auf Grund der Mobilität der Endstelle deutlich kompliziertere Abläufe, die durch Funktionen der Anmeldung am Netz und des Location Updates, die auch unabhängig von tatsächlich geführten Gesprächen anfallen, um weitere Steuerungsfunktionen ergänzt werden. Mit dem Einschalten der Mobilstation ( Handy ) wird automatisch zunächst eine Anmelde-Prozedur ( "Einbuchen im Netz" ) in folgenden, sehr vereinfacht dargestellten 12 Einzelschritten gestartet (Bild 4-6): 1 Die Mobilstation (MS) wird eingeschaltet 2 Die MS empfängt ggf. aus mehreren Funkzellen deren laufend ausgesendete Broadcast-Control-Kanäle (BCCH) 3 Die MS gibt die höchsten Messwerte an die empfangenen Funkzellen zurück 4 Der BS-Controller (BSC) verbindet den günstigsten (pegelstärksten) Sender mit der MS, indem er 1 Frequenz und 1 Time Slot, also 1 Kanal zuweist 5 Die MS sendet im RACH-Kanal aus der SIM-Karte die eigenen, verschlüsselten Teilnehmerdaten (IMSI) zur Identifizierung. Der BS-Controller setzt diese in den Mobile Application Part (MAP) des ZGS Nr.7 um und sendet diese als Connection Request-Nachricht weiter zur MSC, wo sie im Visitor Location Register (VLR), ergänzt um die ebenfalls empfangene LAI-Kennung des steuernden BTC, abgespeichert werden. Damit kennt das VLR den Aufenthaltsort der Mobilstation 6 Die Angaben der SIM-Karte werden zur Sicherheit vom VLR dem EIR zwecks Überprüfung in den Sperrlisten übergeben 7 Aus Sicherheitsgründen wird zusätzlich auch eine Authentifizierungs- Prozedur eingeleitet, indem über das HLR des Teilnehmers auch dem AUC die IMSI-Daten zur Überprüfung übergeben werden 8 Als Antwort wird der MS der Verschlüsselungscode übersandt 9 Die sendet daraufhin die errechnete Antwort als Quittung zur Überprüfung an das VLR 10 Erst danach wird von VLR das HLR informiert, dass die MS ab sofort in diesem VLR eingebucht ist 11 Das HLR übergibt anschließend dem VLR die Dienstberechtigungen dieses Teilnehmers 12 Zum Abschluss aktiviert das VLR die Verschlüsselung und weist der MS für weitere Aktivitäten eine TMSI (temporäre MSI) zu, die von der MS quittiert wird und auf der SIM-Karte gespeichert wird Damit ist die MS im Netz als aktiv "eingebucht" und für die Steuerungsvorgänge örtlich grob identifizierbar. Nur eine so angemeldete Station kann auch Telefonate empfangen oder selber aufbauen.

16 Mobile Kommunikation Seite 16 (20) Örtliche Veränderungen der Mobilstation, und damit Veränderungen der Signalempfangsleistung des zugeordneten Senders, werden auf Grund der laufend in der MS durchgeführten Messungen per Rückmeldung im SACCH-Kanal vom BS- Controller erkannt und führen bei einer bestimmten Signalschwelle zur Übergabe ( Handover ) an die nächste, pegelstärkere Funkzelle, indem ein dort freier Kanal ( Frequenz und Zeitschlitz ) vom BS-Controller zugeordnet wird. Erst wenn ein anderer BS-Controller oder gar eine andere MSC wegen eines Bereichswechsels ( Location Area ) die Steuerung übernehmen muss, wird ein entsprechender Datenaustausch zwischen den beteiligten VLR und HLR veranlasst und ggf. eine neue TMSI vergeben. Insgesamt ergeben sich 3 mögliche Situationen für ein Handover: Handover "intra BSC" Handover "inter BSC" Handover "zwischen MSC" wird selbständig innerhalb des BSC durchge führt von BSC über MSC veranlasst, im VLR registriert zwischen 2 MSC durch Vergabe einer temporären Handover-Nummer intern veranlasst, im neuen VLR und HLR registriert 4.8 Verbindungsaufbau Sobald eine "eingebuchte" Mobilstation ein Gespräch führen will, muss für den Verbindungsaufbau vor allem in der MSC die Zieladresse analysiert werden und es werden insgesamt folgende 15 Hauptschritte durchlaufen (Bild 4-7): 1 Die MS "ruft" über den Random Access Kanal ( RACH ) 2 Dies wird in der Bassisstation erkannt und es wird über den Paging-Kanal ( PCH ) ein Kanal zugewiesen 3 Anschließend wird aus der SIM-Karte über den RACH-Kanal die im Rahmen der Anmeldeprozedur zugewiesene TMSI zum VLR übertragen 4 So wie bei der Anmelde-Prozedur wird bei jedem neuen Verbindungswunsch erneut eine Authentifizierungs-Prozedur beim AUC veranlasst 5 Diese führt zu einer neuen Verschlüsselung und der Zuweisung einer neuen TMSI, die der MS übersandt wird 6 Anschließend werden in der Set Up-Nachricht von der MS vor allem die Wählziffern zum Transceiver gesendet und über den BS-Controller in eine ZGS Nr.7-Nachricht im Mobile Application Part (MAP) umgesetzt und zur MSC übertragen 7 Die MSC übergibt die Daten zur Überprüfung an das VLR 8 Abhängig vom gewünschten Dienst, veranlasst das VLR über die MSC die Festlegung des terrestrischen Kanals (zwischen MSC und BSC) sowie die Zuteilung des Traffic-Funkkanals ( TCH )

17 Seite 17 (20) Mobile Kommunikation 9 Die MSC wertet mit der üblichen VSt-Software die Ziffern der Zieladresse (B-Tln) aus 10a Ist die Zieladresse im Festnetz oder in einem fremden Mobilfunknetz, so übergibt die MSC die teilaufgebaute Verbindung als Gateway-VSt zur weiteren Bearbeitung an das fremde Netz. Die Rückwärtsrichtung des Sprachkanals wird bereits durchgeschaltet, um ggf. gebührenfreie Ansagen anlegen zu können Die vermittlungstechnischen Vorgänge innerhalb der MSC entsprechen genau dem Verbindungsaufbau in einer DIV-VSt des Festnetzes 10b Ist die Zieladresse im eigenen Mobilfunknetz, wird im zuständigen HLR nachgefragt, in welchem Bereich sich der B-Tln gerade aufhält oder ob er z.z. überhaupt am Netz aktiv angemeldet ist 11 Die HLR-Antwort wird im VLR ausgewertet und führt je nach Inhalt zu verschiedenen Prozeduren 12a Ist der B-Tln an einer anderen MSC eingebucht, so wird die Verbindung zu dieser weiteren MSC durchgeschaltet 12b Ist der B-Tln an der eigenen MSC eingebucht, so wird der zuständige BS- Controller über den MAP des ZGS Nr.7 angesteuert 13 Der BS-Controller veranlasst dann, dass alle Sender seines Bereichs im Paging-Kanal ( PCH ) die B-Tln-Rufnummer aussenden, was zum "Klingeln" beim betroffenen B-Tln führt 14 Im Falle einer Answer Message ( Gesprächsbeginn ) wird zusätzlich auch die Vorwärtsrichtung durchgeschaltet sowie ein Kommunikations-Datensatz ( KDS ) erstellt 15 Dieser wird später an das Billing Center weitergegeben und dann in der Monatsrechnung abgerechnet Sofern irgendein Teilnehmer aus einem anderen Netz eine Verbindung zu einem MobFu-Tln herstellen will, übergibt das fremde Netz an seinem Gateway ( Interconnection Point gemäß Regulierungsvorgaben ) die Verbindung an die regional zuständige MSC. Es wird dann aus dem oben beschriebenen Ablauf ab dem Punkt 10b die Verbindung aufgebaut. Durch die im Jahre 2002 auch beim Mobilfunk eingeführte Rufnummern-Portabilität müssen nun alle MobFu-Netzbetreiber eine gemeinsame MRDB ( Master Routing Datenbank ) betreiben, in der die Zuordnung aller portierten Kunden vermerkt werden. Somit müssen auch "Alt-Kunden", die den Betreiber gewechselt haben, dennoch in dessen HLR mit einem entsprechenden Hinweis auf eine notwendige Abfrage in der MRDB weiterhin gepflegt werden.

18 Mobile Kommunikation Seite 18 (20) 5 Erweiterungen um zusätzliche Dienste Auf Grund der systembedingten Besonderheit im Mobilfunk mit ortsveränderlichen sowie eingeschalteten / ausgeschalteten Teilnehmerstationen, haben sich hier auch typische zusätzliche Dienste etabliert Voice Box SMS LBS als Anrufbeantworter im Netz Short Message System Location Based Services ortsbezogene Info-Dienste Positionierungs-Systeme Diese Dienste werden durch passende Infos im Handy-Display, durch selbst initialisierte Aktivitäten oder durch automatisierte Erinnerungen für den Benutzer immer attraktiver. Insbesondere für zeitweise ausgeschaltete oder auf Grund der äußeren Umstände gerade nicht nutzbaren Handys ist die Weiterleitung eines ankommenden Anrufs auf die eigene Voice Box ein viel genutztes Merkmal. Einen ungeahnten Siegeszug hat der SMS-Dienst angetreten. Hier wird der eigentlich nur für Steuerzwecke vorgesehene Funkkanal DCCH ( Dedicated Control Channel ) genutzt, um alphanumerische Daten ( im Regelfall maximal 160 Zeichen ) unabhängig und außerhalb des Telefon-Nutzkanals zu übertragen. Unter Verwendung der SCCP-Nachrichten im ZGS Nr. 7 können diese Daten auch im Festnetz-Teil an andere Standorte und im Rahmen des Roamings an andere Netze weitergeleitet werden. Zur Steuerung werden alle SMS zunächst auf zentralisierten Servern zwischengespeichert und dann nach Möglichkeit zeitnah zugestellt. Besonders innovativ und ausbaufähig sind die LBS-Dienste. Hierbei wird die Kenntnis des Mobilfunksystems über die jeweils benutzte Funkzelle genutzt, um für diesen geografischen Bereich gegen Entgelt ganz gezielte, ortsbezogene Infos ( z.b. Kino, Theater, Autobahnstaus, Gaststätten o.ä. ) bereitzustellen. In Konkurrenz zum GPS ( Global Positioning System ) kann auch eine recht genaue Ortsbestimmung mittels Handy erfolgen, da alle Funkzellen vermessen und den einzelnen Funksektoren ID-Nr. zugeordnet sind. Über mehrfach durchgeführte Laufzeitmessungen zwischen Basisstation und Mobilstation wird die Position errechnet und mitgeteilt. Folie 5-1

19 6 Erweiterungen um paketorientierte Verfahren Seite 19 (20) Mobile Kommunikation Die Hauptanwendung beim Mobilfunk der 2.Generation liegt heute in der Übertragung von Sprache auf leitungsvermittelten Verbindungen. Mittels zusätzlicher Modems ist es zwar möglich, bis zu einer Geschwindigkeit von bit/s auch Daten zu übertragen. Für die heutigen PC-basierten Anwendungen ist dies aber zumeist zu unkomfortabel und zu langsam. Die große Vision, zukünftig Multimedia-Anwendungen auch auf mobilen Endgeräten nutzen zu können, erfordert eine völlig neue Technik der 3. Generation, das sogenannte UTMS ( = Universal Telecommunications Mobile System ). Genauso wie im Festnetz bei Datenanwendungen ( Datex P, X.25, Frame Relay, ATM usw ) und auch bei Multimedia-Anwendungen ( Internet, Videostreaming usw ) sich eine paketorientierte Technik statt der Leitungsvermittlung durchgesetzt hat, wird auch das UTMS speichervermittelt sein und somit eine komplett neue Technik einschließlich neuer Endgeräte erfordern. Vom ETSI wurde hierzu die international geltenden Standardisierungsvorschriften IMT-2000 ( International Mobile Telecommunications Standard 2000 ) erstellt, die weltweit nutzbare Endgeräte mit bis zu 2 Mbit/s-Übertragungsrate ermöglichen, und damit Multimedia-Anwendungen und schnellen Datenaustausch auch mobil erlauben. Der Zugriff auf die 5 MHz breiten UTMS-Kanäle erfolgt nicht in festen Zeitschlitzen (TDM-Access) sondern über zugeteilte Adressen ( CDMA = Code Division Multiple Access). Damit ergibt sich automatisch, dass ein Teilnehmer "Allways On" am Netz ist und entsprechend ein neues Billingverfahren eingeführt werden muss. Als Trägerfrequenz werden die Bereiche MHz ( up link ) sowie MHz ( down link ) genutzt. Als Zwischenschritt zum UTMS-Netz werden die derzeitigen GSM-Netze durch ein Overlay-Netz (Bild 6-1) in einem begrenzten Umfang schon Multimedia- und Internet-fähig gemacht. Diese Technik heißt GPRS ( = General Packet Radio Service ) und wird häufig auch als Generation 2+ oder G 2,5 bezeichnet. Die Grundidee besteht darin, bedarfsweise die heutigen 8 TDM-Kanäle eines Senders zu bündeln und anwendungsabhängig maximal 171,2 khz Bandbreite ( z.z. nur 115 kbit/s üblich ) für 1 paketorientierte Verbindung an der Luftschnittstelle zur Verfügung zu stellen. Es müssen hierzu alle Basisstationen "nur" mit neuer Software geladen werden, einige Basisstationen müssen zur Koordination mit dem weiter bestehenden GSM-Dienst ergänzend eine PCU ( = Packet Control Unit ) erhalten, die in einem separaten Overlay-Netz mit einigen zentralisierten, Server-basierten Support Nodes verbunden werden. Diese haben folgende Aufgaben: SGSN = Serving GPRS Supprt Node GGSN = Gateway GPRS Support Node Realisierung der Anwendungen Gateway-Funktion zum Internet

20 Mobile Kommunikation Seite 20 (20) Die Inhalte des Internets können mit ihrer Darstellung im HTML-Format ( = Hypertext Markup Lanuage ) nicht sinnvoll auf den kleinen Displays von Mobilfunkgeräten dargestellt werden. Hier muss vorher eine spezielle Umsetzung in das WML-Format ( = Wireless Markup Language ) erfolgen. Dies wird auf bereits heute schon eingesetzten WAP-Servern durchgeführt, welche die für Mobilfunk-Teilnehmer interessantesten Internet-Inhalte ( z.b. Fahrpläne, Börsendaten, Veranstaltungskalender) parallel als WAP ( = Wireless Application Protocol ) bereithalten. Bei entsprechenden Endgeräten kann der WAP-Dienst auch ohne GPRS schon heute genutzt werden, dann aber nur mit der vorhandenen Geschwindigkeit eines GSM-Nutzkanals von 13 kbit/s. Die Hauptschwierigkeit für die GPRS-Einführung als Vorstufe zu UTMS-Anwendungen wird sein, dass die Kunden selbstverständlich neue Mobilfunkgeräte benötigen und noch kaum absehbar ist, ob wirklich Multimedia-Dienste, die sonst in Ruhe zu Hause und komfortabel auf großen Bildschirmen am PC genutzt werden, im selben Umfang auch mobil auf mini kleinen Displays genutzt werden.