Referat Mobilfunk - Netztopologie bei GSM

Mobilfunk:

Beim Mobilfunk ist eine Zellstruktur nötig um hohe Verkehrswerte (Erl/km²) zu erreichen. Eine Zelle wird als Cluster bezeichnet und innerhalb eines Clusters darf jede Frequenz nur einmal verwendet werden.

In der Praxis überlappen  sich die Zellen um 15%.

Der maximale Zellenradius bei GSM beträgt 35km.

Leistungsüberlegung:

• Reichweite C
• Störreichweite R = a I_N + N wobei N thermisches Rauschen 115dbm
• carrier interference ratio CIR = C / R
• typischer CIR Wert bei GSM = 15dB / Minimum 8dB

Teilnehmerzahl:

• Die Teilnehmerzahl wird üblicherweise durch Interferenzen beschränkt.
• Oder durch die Reichweite
• Oder durch die Kapazität

Welche Möglichkeiten gibt es um höhere Verkehrswerte zu erreichen?

• mehr Frequenzen (1800 - Band); weiter Bänder sind nicht vorhanden (für GSM)
• kleinere Zellen:

Großzellen: 10km - 30k

Kleinzellen: 1km - 10km

Mikrozellen: 300m

Picozellen: 50m

• Sektorisierung (Richtantennen mit 3 oder 6 Sektoren): Sektorantennen haben einen Gewinn in der Hauptstreurichtung verglichen mit einer Antenne mit Rundstrahlcharakteristik (isotroper Strahler)

Phänomene der Wellenausbreitung:

• Dämpfung

• Leistungsflussdichte in der Entfernung d von einem Kugelstrahler mit der Sendeleistung P_S

• Gewinn: g

EIRP (effective isotropically radiated power)

d.h. die Sendeleistung, die man brauchen würde um mit einem isotropen Strahler die gleiche Leistungsflussdichte wie mit einer Richtantenne zu erhalten.

• Abschattung (long term fading): durch große Hindernisse
• Beugung: ist umso größer je größer das Verhältnis Wellenlänge zu den Abmessungen des Hindernisses ist. Über 5GHz vernachlässigbar
• Absorption: Oberflächen, Stadt
• Reflexionen: Oberfläche (Wasser, Felswand, )
• Schwund (short term fading): Auslöschung bei Mehrwegempfang durch Reflexion

Modulationen:

FDMA, CDMA, TDMA, SDMA(smart antenna arrays)

Netztopologie bei GSM:

Siehe Unterlagen und ONE - Handout.

Mobile Station

Leistungsklassen: 0,8W - 20W; üblicherweise 2W

dynamische Leistungsanpassung auf Anordnung der BSC

Sender und Empfänger sind um 2-3 Zeitschlitze verschoben

Die Sim enthält:

Seriennummer

IMSI . international mobile subscriber identifier

PIN

PUK . PIN unlocking code

AI . authentification identifier

Service Table . abonierte Dienste

Temporäre Daten: Aufenthaltsinfo, BCCH, Liste benachbarter Funkstationen,.

Aufbau eines Handys: prinzipiell Einchiplösung (Entwicklung teilweise in Linz: DICE)

BSS - Base Station Subsystem (besteht aus BSC und BTS)

BTS Base Transceiver Station

Zur Verfügung stellen der Luftschnittstelle

Mehrere Frequenzen

Frequency Hopping: nach jedem Rahmen folgt ein Frequenzwechsel (keine Auslöschungen)

Raum Diversity: 2 Antennen zum Empfang

Sendeleistung:

o       ~20W

o       für jeden Zeitschlitz eigene Leistungsregelung (für Carrier Interference Ratio)

o       Rundstrahl- oder Sektorantennen (3/6 Sektoren): Gewinn 10dB

BSC Base Station Controller

Handover, location updaten, Aufruf der MS, Konzentration des Verkehrs (64kBit/s auf 16 kBit/s)

SSC - Switching Subsystem

MSC Mobile Switching Center

Digitale Vermittlungsstelle

Schnittstelle zu anderen Netzen

LR Location Register

HLR Home location register

o       Teilnehmerdaten, Berechtigungen, Erreichbarkeit

VLR Visitor location register

o       Enthält alle im VLR-Bereich befindlichen MS

o       Temp. Daten (temp. Rufnummern)

o       Aktive Dienste

o       Location Area

o       Steuert die Zuordnung der TMSI (temp. Mobile subscriber identifier)

o       Sicherheitsfunktionen

AUC Authentication Center

Ereugt eine Zufallszahl die zusammen mit dem Autheticationsschlüssen als Eingabe für den AC- Algorithmus verwendet wird. Das Ergebnis ist eine Zahl (signed responce). Die Zufallszahl wird an die MS übermittelt und dirt wird der gleiche Prozess durchgeführt. Falls das gleiche Resultat herauskommt ist die Authentification erfolgreich.

EIR Equipment Identification REgister

black list, gray list,

Rufnummern:

• MSISDN: +43699.
• IMSI (International mobile subscriber identifier): auf der Sim; eindeutige Gerätekennung, falls mehrere Rufnummern verwendet werden für verschieden Dienste
• MSRN (MS routing number): im HLR; gibt die momentane Erreichbarkeit an
• TMSN (temporäre moblie subscriber number)
• die auf der Luftschnittstelle verwendete Nummer

Sprachkodierung:

• Full Rate

13 Bit lineare Quantisierung

8kHz -> 104kBit/s komprimiert auf 13kBit/s Nettobitrate

Zerlegung auf 20ms Abschnitte

260 Bit je Abschnitt (die 50 wichtigsten werden CRC gesichert)

codiert mit ADPCM; danach Fehlerschutzkodierung auf 22,8kBit/s

jeder 20ms Abschnitt wird auf 2 HF - Zeitschlitze aufgeteilt (Spreizung)

• Half Rate

6,5kBit/s Nettobitrate

wird in Österreich nicht verwendet

Physikalische- und logische Kanäle:

Phsikalische Kanäle: Zeitschlitz, Frequenz und Frequenzabfolge (hopping); durch mapping werden logische Kanäle zugeteilt

Logische Kanäle: definiert durch Rahmen (Kodierung)

• Verkehrskanäle

Voll- oder Halbdatenkanal (Datenkanal 9,6 kBit/s)

• Organisationskanäle

BCCH (Broadcast Control Channel): Stationskennung, Syschronisations­information, Hopping Sequenz

CCCH (Common Control Cahnnel): zum Aufruf einer MS

DCCH (Dedicated Control Channel): z.B.: SMS; Signalisierung

Luftschnittstelle:

Frequenzen

• 890 - 915 MHz -> Uplink
• 935 - 960 MHz -> Downlink
• 45 MHz Duplexabstand
• 200 kHz Kanalabstand -> Bandbreite ~ 200kHz

TDMA Rahmen: siehe Kopie

• 1 Burst 156,25 Bit
• Bruttobitrate von 270,833kBit/s
• Durch 8 Zeitschlitze minus Synchronisation -> 22,8kBit/s

Felder im TDMA - Rahmen:

• TS Trainingssequenz: ist dem Empfänger bekannt -> ermöglicht Entzerrung
• Information: 2 Blöcke zu je 57 Nutzbit
• Flag - Bits: Status der Informationsblöcke (Info, Daten, HR, FR)
• Guard Time: Schutzzeit von 8,25 Bits; ermöglich definiertes hinauf- und hinunterfahren der Leistung

Zwichen Sende- und Empfangsschlitz sine 3 Zeitschlitze Unterschied. Senden stört empfangen nicht. Nur ein Synthesizer (PLL) nötig.

Bursts

• normal Burst
• access Burst: bei Zugriff einer MS; erweiterte Guard-Time (Laufzeitkorrektur, TA Timing Advance noch nicht möglcih)
• Synchronisation Burst: zur genauen Systemzeiteinstellung
• Frequenzkorrekturbust: wegen Dopplerverschiebung
• Dummy Burst: Feldstärkemessung

Fehlerschutz

• Frequency Hopping
• Space diversity
• Redundanz im Signal
• Interleaving