GSM

Auf dieser Seite finden Sie die Lösungen zu den Fragen und Aufgaben des Kapitels über GSM.

Anmerkung: Alle Antworten sind so kurz wie möglich gehalten und setzen für das Verständnis das Studium des jeweiligen Kapitels voraus. Weitere Erklärungen, Informationen, Details und Zusammenhänge befinden sich im Buch in den jeweiligen Kapiteln.

Antwort 1:

In einem leitungsvermittelten digitalen Telekommunikationsnetzwerk belegt ein Sprachkanal typischerweise einen 64 kbit/s Timeslot. Für die Konvertierung analoger Sprache für die digitale Übermittlung wird das PCM Verfahren verwendet.

Antwort 2:

Im GSM NSS gibt es folgende Netzwerkkomponenten:

MSC: Mobile Switching Center mit dem Visiting Location Register, die für die Gespächsvermittlung und Mobilitätsmanagement verantwortlich sind.

Home Location Register und Authentication Center zur Teilnehmerverwaltung.

Service Control Points für die Bereitstellung von Diensten wie Prepaid oder ortsabhängige Tarifierung.

SMS Service Center

Voice Mail Systeme

Antwort 3:

Im GSM BSS gibt es folgende Netzwerkkomponenten:

Base Station Controller, die Funkkanäle kontrollieren. In seinen Arbeitsbereich fallen auch die Leistungsregelung, Timing Advance Kontroller und Handover.

Transcoding und Rate Adaptation Units für die Umwandlung des im BSS verwendeten Sprachcodecs in 64 kbit/s PCM Kodierung des Kernnetzes. (Anmerkung: Üblicherweise sind die TRAU’s bei der MSC aufgestellt, um die Übertragungskapazität zwischen den MSCs und den BSCs zu minimieren).

Die Basisstationen (BTS): Eine große Anzahl von Basisstationen sind an einem Base Station Controller angeschlossen und sind für die Übertragung der Daten auf der Luftschnittstelle zwischen Teilnehmer und Netzwerk verantwortlich.

Antwort 4:

Es werden drei Verfahren angewandt: Pro Frequenz kann nicht nur ein Teilnehmer, sondern es können mehrere senden. Dazu wird eine Frequenz in 7 Timeslots aufgeteilt. Dieses Verfahren wird Time Division Mutliple Access (TDMA) genannt. Durch die Verwendung mehrerer Frequenzen pro BTS wird eine weitere Kapaziätssteigerung erreicht. Üblich sind 1-3 Frequenzen pro Sektor einer BTS. Dieses Verfahren wird Frequency Division Multiple Access (FDMA) genannt. Schließlich wird der Abdeckungsbereich einer BTS noch in 2-3 Sektoren eingeteilt und in jedem Sektor mit anderen Frequenzen gearbeitet.

Antwort 5:

Zuerst erfolgt die Digitalisierung der über das Mikrofon aufgenommenen Sprache in den PCM Codec. Dieses digitale Signal dient als Input für den Sprachkodierer (Full Rate, Enhanced Full Rate, AMR), der die Sprachdaten komprimiert. Dem so komprimierten Sprachdatenstrom wird im Kanalkodierer Redundanz für Fehlererkennung und Fehlerkorrektur hinzugefügt. Danach verwürfelt der Interleaver den Datenstrom, um punktuelle Übertragungsfehler auf der Luftschnittstelle auf der Empfängerseite möglichst weit zu verstreuen. Dies ermöglicht es auf der Empfängerseite, den Datenstrom besser zu korrigieren. Um die Übertragung abhörsicher zu machen, durchläuft der Datenstrom anschließend die Verschlüsselungseinheit (Cipherer). Danach wird der Datenstrom im Modulator auf die analoge Carrierfrequenz aufmoduliert und übertragen.

Antwort 6:

Als Handover wird das Verfahren bezeichnet, eine bestehende Verbindung von einer Zelle zur nächsten weiterzugeben. Dies kann z.B. erforderlich sein, wenn sich der Teilnehmer aus dem Abdeckungsbereich einer Zelle hinaus in das Abdeckungsgebiet einer anderen Zelle bewegt. Beteiligte Komponenten sind neben der Mobilstation die alte und neue Basisstation und der Base Station Controller. Ist der BSC der alten Zelle nicht für die neue Zelle verwantwortlich, werden in den Handover noch zusätzlich der BSC der neuen Zelle, sowie das MSC mit einbezogen. Wird der neue BSC von einer anderen MSC verwaltet, so nimmt auch diese am Handovervorgang aktiv teil.

Antwort 7:

Bei einem eingehenden Gespräch fragt die Gateway MSC beim Home Location Register des Teilnehmers nach dem Aufenthaltsort des Teilnehmers (Send Routing Information). Das HLR kennt das aktuelle MSC/VLR (Visited MSC) des Teilnehmers und fragt bei diesem nach einer Mobile Station Roaming Number (MSRN) an. Das VLR vergibt eine MSRN und speichert diese kurzfristig im Zusammenhang mit dem vom HLR angefragten Teilnehmer. Das HLR gibt die so erhaltene MSRN zurück an die Gateway MSC. Diese kann nun das Gespräch zur Visited MSC zustellen. Dazu wird die ISUP Signalisierung verwendet, die schon aus dem Festnetz bekannt ist. Statt der Telefonnummer des Teilnehmers wird jedoch für das Routing des Gesprächs die MSRN verwendet. Auf der Visited MSC kann über die MSRN der Teilnehmer gefunden werden. Danach sucht die VMSC den Teilnehmer, da sie nur die aktuelle Location Area des Teilnehmers kennt, nicht jedoch die genaue Zelle. Dieser Vorgang wird Paging genannt. Antwortet das Endgerät auf die Paging Nachricht, kennt die VMSC nun den genauen Aufenthaltsort des Teilnehmers und kann das Gespräch zustellen.

Antwort 8:

Der Mobile Teilnehmer sendet seine SMS immer an das SMS Service Center (SMSC) im Kernnetz. Dieses ermittelt anhand der Zielrufnummer die aktuelle MSC des Teilnehmers und stellt die SMS dorthin zu. Die MSC sucht danach den Teilnehmer (paging) und stellt die SMS zu. Ist der Teilnehmer nicht erreichbar, wird das Message Waiting Flag in der MSC und im HLR gesetzt und die SMS im SMSC zwischengespeichert. Ist der Teilnehmer wieder erreichbar, wird das SMSC darüber informiert. Das SMSC versucht daraufhin erneut, die SMS zuzustellen.

Antwort 9:

Um einen Teilnehmer zu authentifizieren, fragt das Mobile Switching Center beim Authentication Center nach einem Authentication Tripplet des Teilnehmers. Teil dieses Tripplets ist eine Zufallszahl (RAND) und eine über einen Authentifizierungsalgorithmus von RAND und dem geheimen Schlüssel des Teilnehmers berechnete Antwort (SRES). Die Zufallszahl RAND wird beim Verbindungsaufnahme an das Endgerät in einer Authentication Request Nachricht geschickt. Diese wird vom Endgerät an die SIM Karte weitergegeben, die ebenfalls mit dem Authentifizierungsalgorithmus, RAND und dem auf der SIM Karte gespeicherten geheimen Schlüssel eine Antwort (Signed Response, SRES*) erzeugt. Diese wird danach zum Netzwerk zurückgeschickt. Die MSC überprüft ob SRES des Authentication Centers und SRES* vom Mobiltelefon übereinstimmen. SRES und SRES* können nur übereinstimmen, wenn das Authentication Center und die SIM Karte den gleichen geheimen Schlüssel zur Berechnung verwendet haben.

Antwort 10:

Der DSP dient im Downlink (Netzwerk zu Mobiltelefon) für die Analyse und Aufbereitung des digitalisieren Eingangsdatenstroms. Aus der Training Sequence eines Bursts wird eine Kanalaproximation erstellt und danch auf das restliche Signal angewandt. Auf diese Weise können Übertragungsstörungen besser ausgeglichen werden. Außerdem ist der DSP auch oft für das Komprimieren/Dekomprimieren der Sprachdaten in den Full Rate / Enhanced Full Rate / AMR Codec zuständig. Der RISC-Prozessor kümmert sich um die Kanalkodierung/Kanaldekodierung, das Interleaving/Deinterleaving und das Ciphering/Deciphering des Datenstroms. Außerdem ist der RISC-Prozessor auch für das Benutzerinterface zuständig, für die Kontrolle der Verbindung (Mobility Management / Session Management), für User Programme (Java Midlets, etc.) und externe Schnittstellen (serielle, USB, Bluetooth).

Antwort 11:

Daten werden auf der SIM-Karte in nichtflüchtigem, wiederbeschreibbaren Speicher abgelegt. Nach aussen verwaltet der Microkontroller der SIM Karte den Speicher in Form eines Verzeichnisbaumes und Dateien. Im Unterschied zu einem Verzeichnisbaum auf dem PC haben die Verzeichnisse und Dateien aber keine Verzeichnis- oder Dateiamen, sondern 4-stellige, hexadezimale ID’s. Jede Datei verfügt über Schreib- und Leserechte. So dürfen mache Dateien nur gelesen werden (z.B. die Datei, die die IMSI enthält), manche dürfen weder gelesen noch geschrieben werden (z.B. die Datei, die den Secret Key enthält). Verzeichnisse werden Dedicated Files genannt, Dateien werden als Elementary Files bezeichnet.

Antwort 12:

CAMEL steht für Customized Applicates for Mobile Enhanced Logic und beschreibt, wie Datenbanken und Anwendungen auch über Netzwerkgrenzen hinweg von MSCs, SGSNs und GGSNs abgefragt werden können. Über CAMEL werden Dienste wie PrePaid oder Location Based Services realisiert. Da CAMEL nicht nur im Heimatnetz funktioniert, können auch MSCs im Ausland über das CAMEL Protokoll den PrePaid Billing Node im Heimatnetz kontaktieren. Der CAMEL spezifiziert das Protokoll zwischen den Netzwerkknoten, sowie ein Zustandsmodell für die verschiedenen Phasen mit Detection Points. Ist ein Detection Point für einen Teilnehmer aktiviert, nimmt die Netzwerkkomponente (z.B. das MSC) bei erreichen Kontakt mit dem SCP des Teilnehmers auf und erwartet von ihm weitere Instruktionen.