Kapitel 9: GSM & UMTS Historisches: Natel A: 4500 Teilnehmer, B

Kapitel 9: GSM & UMTS
Historisches: Natel A: 4500 Teilnehmer, B: 9000, C: 450‘000 D: heutiges GSM seit 1993
GSM: Global System for Mobile Communication, 2te Generation, max 76.8kBit/s
Merkmale: vollständig Digital, Standard in >60 Ländern, zellulare Netzstruktur (1-70km d), hohe Teilnehmerkapazität, Verschlüsselung Nutzdaten
Frequenzbereiche: 900MHz entwickelt, heute 1800 und 1900
Dienste: Telefondienst (auch in Festnetz), Notruf, Leistungsvermittelte Datenübertragung (bis 9600Bit/s), SMS (Short Message Service bis 160 Zeich)
Aufbau:
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MS (Mobile Station): besteht aus ME Mobile Equipment und SIM Subscriber Identity Module (Karte enthält Teilnehmerverwaltung, Zugangskontrolle, Verschlüsselung)  Handy
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BTS (Base Transceiver Station): Umwandlung von Luftschnittstelle in A.bis Interface  Zelle
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BSC (Base Station Controller): steuert mehrere BTS, Managment der Funktverbindung (Leistungsregelung) und lokales Handover, über A-Interface an MSC verbunden
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MSC (Mobile Switching Center): Vermittlungsstelle mit BSC und anderen MSC verbunden, Schaltet GSM interne Verbindungen, Interworking Telefonnetz und ISDN,
Mobilitätsmanagement
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OMC (Operation and Maintenance Center): Teilnehmeradministration, Gebührenverwaltung, Wartung und Netzoptimierung
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A.bis und A-Interface: PCM30 (30Kanäle, 1 Sig, 1 Synch a 64Kbit/s): unterschied Signalisierung GSM und Festnetzsignalisierung
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HLR (Home Location Register): Teilnehmerdaten, weiss in welchem VLR man zuletzt war  Sunrise, Orange, Swisscom hat jeweils eins
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Daten: IMSI, MSISDN, Auth-Key (SIM Schlüssel ob berechtigt), adresse letztes MSC
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VLR (Visitor Location Register): Daten von Teilnhemer die in Einflussbereich
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Daten: IMSI, TMSI, MSISDN, Auth-Key, LAI
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EIR (Equipment Identiy Register): sperren von gestohlenen/fehlerhaften Geräten und alle Registriert (Weisse/graue/schwarze liste)
Funktionsprinzip:
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IMEI (International Mobile Equipment Identity): 15 stellige Fabriknummer, weltweit einzigartig
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IMSI (Int. Mobile Subscriber Identify) : 15 stellig(3 Land, 2 Netz, 10 Teilnehmer) die SIM identifiziert
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TMSI (Temporary Mobile Subsriber Identity): 32 Bit Nummer mit welcher MSC Teilnehmer unterscheidet
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LAI (Location Area Identifier): gibt aktuellen Standord an, 3Ziff Land, 2 Ziff, Netz 16bit Location Area
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LA (Location Area): eine oder Mehrere Zellen einer MSC, wird periodisch signalisiert
Abläufe
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Erstes Einschalten SIM: IMSI an MSC  MSC holt von HLR Teilnehmerdaten  MSC sendet HLR aktuelles VLR  MSC sendet Handy TMSI und LAI (danach IMSI nicht mehr benötigt)
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Einschalten im gleichen MSC: Handy sendet TMSI und LAI an MSC  MSC überprüft LAI (wenn Location Area geändert aber MSC gleich  LAI korrigieren)
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Einschalten anders MSC: anfrage des alten MSC VLR nach Teilnehmerdaten  HLR melden neuer VLR neue TMSI und LAI an Handy
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Wechsel einer LA: MS meldet MSC verlassen der LA  falls gleiche MSC: neue LAI in VLR und MS aktualisieren, falls neue MSC: TMSI und LAI aktualisiert
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Anruf von Festnetz: werden über Gateway-MSC geleitet  MSC Fragt HLR nach letzter VLR an  MSC macht Suchanfrage an alle BTS (Zellen die zu LA gehören)
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Roaming: Wechseln des VLR während Betrieb
Authentisierung: jeder Teilnehmer wird immer identifiziert beim MSC
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128Bit Zufallszahl, Beide errechnen mit dieser und Authenticationschlüssel über A3 Algorithmus die SRES (Signed Response), Handy ihren wert an MSC  vergleichen  A8 114Bit
Schlüssel zurück mit welchem alle weiteren Daten verschlüsselt werden
Handover: Zellenübergänge durch messung der MS: Intracell H.: Qualität schlecht gleiche Zelle ändert sich nur Frequenz Intercell H.: gleiche MSC andere Zelle (BSC) Inter MSC H: andere MSC VLR
vom alten ins neue neue TMSI & LAI  aufwändig und zeitkritisch
SIM Subscriber Identity Module : Chipkarte mit Mikrokontroller, RAM, ROM, nicht flüchtiger Speicher
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Berechtigung: PIN Personal Identification Number  3mal Falsch sperren(PUK entsperren)
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Daten: PIN, PUK, IMSI (TMSI, LAI), Auth-Key, Rufnummerverzeichnis, SMS Nachrichten
Luftschnittstelle GSM 900
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Up- und Downlink immer paarweise verwendet, aber Uplink 3 Kanäle verschoben  Grund vereinfachung in MS weil nicht gleichzeitig empfangen und senden, 2W
Luftschnittstelle GSM 1800 (DCS von ETSI)
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374 Frequenzbänder, 2992 Duplex-Kanäle, 1W,
Logische Kanäle
Time Advance: zur Synchronisation BTS an MS Rahmenanfang Signal, Wichtig unterschiedliche Entfernung  darum Schutzzonen
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Access Burst: erstes Anmelden mit Schutzzone von 251us  limitiert Distanz von Zelle
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BTS berechnet laufend Round Trip Delay 500ms einen Time Advance Wert  sendet an MS  MS
sendet daten vorverschoben
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Time Advance Wert mit 64 Abstufung, je 3.69us oder 550m  reduzirt Schutzlänge
High Speed Circuit Switched Data Service HSCSD: zuteilung mehrere Kanäle an MS dadurch alle 8* 9.6  76.8kBit/s Fehlerk.8* 14.4
= 115.2kBit/s
GPRS General Packet Radio Service: zusatzlich paketvermittelt
PCU Packet Control Unit: Paketdaten in GSM Kanäle packen
SGSN Serving GPRS Support Node: Vermittlungsstelle + Mobilitätsmanag.
GGSN Gateway GPRS Support Node: Gatway in andere Netze, wirkt wie ISP
GR GPRS Register: GPRS bezogene Daten des HLR
Codierverfahren: 9.05, 13.4, 15.6 oder 21.4 kBit/s bei 8Kanälen 72.4 -171.2 kBit/s muss von mehreren MS geteilt
werden
Ablauf: Attach Prozedur: wie oben nur mit TLLI (Temp Link Identity) und RAI (Routing Area Identity) Check EIR
optional
MS Zustände: Idle (nicht angemeldet), Ready, Standby (kennt nur Routing Area)
Client benötigt PDP Packet Data Protocol Context
EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution
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Modulation: Eight-phaseshift-keying (8 Phasenlagen)  3bit takt max 384kBit/s (normal
256kBit/s)
Location Based Services: 100-200m, GPS 10-20
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Funktionen: Positionsanzeige, Notruf mit Pos, Ortsabhängige Info
UMTS Universal Mobile Telecommunication System: Generation 3
Hohe Datenrate 144 Kbit/s, asymetrisch/symetrisch (up/down), Leitungs/Paket Übertragung, hohe
Sprachqualität, kooperiert mit 2.Gen, Global erreichbar, W-CDMA als Übertragungsstandard, Frequenzen 19002025 und 2110-2200MHz je 60 Down/Up 35 ungepaart, je 30 sat Prinzip: GERAN und UTRAN Sprache weiterhin
GSM , Trägernetz gleich, Funktnetz anders; verwendet CDMA (Code Division Multiple Access)
UTRAN UMTS Terrestrial Radio Ais Network
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12 gepaarte Frequenzbänder von 5Mhz mit Chiprate 3.84MChip/s, 12 * 128 = 1536 Kanäle
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Zellen: World-, Makro- (4km, 144kbit/s), Mikro-(1km, 384kbit/s), Pikozellen(200m, 2Mbit/s)
HSPA High Speed Packet Access: weiterentwicklung UMTS, andere Modulationsarten  uplink bis 3.6Mbit/s Down 7.2Mbit/s