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GSM

1 Einleitung

Anfang der 80er Jahre entstanden die ersten (damals noch analogen) Mobilfunknetze. Da zu dieser Zeit noch kein einheitlicher Standard existierte, waren die Systeme zueinander inkompatibel. Ein grenzüberschreitender Telefonverkehr war daher nicht möglich. Um einen gemeinsamen europäischen Standard für Mobilfunksysteme zu entwickeln, gründete die CEPT 1982 eine Arbeitsgruppe mit dem Namen GSM (Groupe Special Mobile), die 1989 der ETSI unterstellt wurde. GSM ist heute jedoch die gebräuchliche Abkürzung für "Globales System für Mobilkommunikation" (Global System for Mobile Communications).

GSM gilt als der erste digitale, zellulare Mobilfunkstandard, der aufgrund seiner weltweiten Akzeptanz eine länderübergreifende Mobilität durch internationale Roaming-Abkommen und Nutzung von ISDN (Integrated Services Digital Network) bietet.

Dass sich der GSM-Standard durchgesetzt hat, belegen folgende Zahlen (Stand: Mai 1997). Weitere aktuelle Informationen findet man unter http://www.gsmworld.com

GSM Association total members (October 2000) - 501
GSM Networks on Air (September 2000) - 373
GSM Countries on Air (October 2000) - 161 
GSM Total Subscribers - 396.6 million (to end of October 2000) 
World Subscriber Growth - 655 million (to end of December 2000) 
SMS messages sent per month - 12 Billion (to end of October 2000)
SMS forecast to year end 2000 - 1 Billion per month
GSM accounts for 68.5% of the World's digital market and 60.6% of the World's wireless market

1.1 Leistungsmerkmale 

Die wichtigsten Leistungsmerkmale von GSM sind: 

hohe Mobilität (dank Roaming auch international), 
hohe Teilnehmerkapazität (als Massendienst geeignetes Kommunikationsmedium), 
hohe Erreichbarkeit unter einer einheitlichen Rufnummer, 
hohe Sicherheit (abhörsicher dank Verschlüsselung, Authentikation), 
hohe Verfügbarkeit (Flächendeckungsgrad größer als 60% ), 
hohe Übertragungsqualität (zuverlässiger Dienst dank effektiver Fehlererkennungs- und -Korrekturverfahren), 
flexible Dienstgestaltung (sowohl Vielfalt als auch Entwicklungsfähigkeit), 
Notrufdienst, 
Integration in ISDN, 
relativ niedriges Kostenniveau.

1.2 Entwicklungsphasen

Hauptziel der GSM-Arbeitsgruppe war, eine Interoperabilität zwischen Geräten verschiedener Hersteller und Netzbetreiber gewährleisten zu können, ohne auf zukünftige Entwicklungen verzichten zu müssen. Erst 1990 wurde die ca. 6000 Seiten umfassende GSM-Empfehlung

Phase 1 verabschiedet. Zu dieser Zeit war die Spezifikation aller Erweiterungen und Dienste noch nicht abgeschlossen, da sie deutlich mehr Zeit in Anspruch nahmen, als zuvor angenommen. Um jedoch die Einführung von GSM nicht zu verzögern, wurde die GSM-Spezifikation in die Entwicklungsphasen 1, 2 und 2+ eingeteilt.

Phase 1

Die erste und immer noch aktuelle Phase 1 beschränkt sich zunächst auf die Spezifikation der grundlegenden Systemkomponenten (s. Kap. 5 Netzstruktur) sowie auf die Übertragung von Sprache, transparenter Daten und dem Versenden bzw. Empfangen von Faxen. Außerdem werden einige Zusatzdienste (s. Kap. 2 GSM-Dienste) wie Rufumleitung, Roaming und der Kurznachrichtendienst (SMS -Short Message Service) behandelt. Die GSM-Empfehlungen der Phase 1 bestehen aus insgesamt 12 Hauptkapiteln:

  1. Allgemeines (General)
  2. Dienstaspekte (Service Aspects)
  3. Netzaspekte (Network Aspects)
  4. Schnittstellendefinition -Mobilstation und Basisstation (MS-BSS Interface & Protocols)
  5. Funkschnittstellendefinition (Physical Layer on the Radio Path)
  6. Sprachkodierung (Speech Coding Specification)
  7. Terminaladapter der Mobilstationen (Terminal Adapters for the Mobile Stations)
  8. Schnittstellendefinition -Basisstationen und Vermittlungsstellen (BSS-MSC Interface )
  9. Anschluß an Fremdnetze -Signalisierung (Network Interworking)
  10. Anschluß an Fremdnetze -Verkehrsdaten (Service Interworking)
  11. Typ- Prüfverfahren der Mobilstation und Spezifikation der Mobilfunk- Entitäten (Equipment and Type-Approval Specification)
  12. Netzmanagement (Operation and Maintenance)

Phase 2

Die zweite Entwicklungsphase widmet sich weniger den technischen Details, hier geht es vorrangig um die Erweiterung und Verbesserung bestehender Dienste und der Einführung neuer Dienste wie z.B.:

persönliche Rufnummern, Mehrfachnummern, -Rufnummernübermittlung,
Anklopfen, Parken, MakeIn, -Gesprächsweitergabe,
geschlossene Benutzergruppen, Konferenzschaltungen, -Gebührenanzeige,
Einführung von Mikrozell-Strukturen, -HaIbraten-Kodierung,
verbesserte Hand-Over-Methoden,
Kompensation des Doppler-Effekts (s. Kap. Zellulare Netze -Funkstörungen).

Phase 2+

Die ersten beiden Phasen waren nicht notwendigerweise kompatibel zueinander. Deshalb ist die Phase 2+ auch eher als eine Migrations-Phase zu verstehen, mit dem Ziel, bestehende Dienste zu verbessern. Dazu gehört auch eine Erhöhung der Übertragungsraten der Trägerdienste auf ISDN-Niveau (64 kbps). Im Zuge dessen wird auch die Bitrate für den reinen Datentransport erhöht. Die Einführung der Phase 2+ soll ab 1998 beginnen.

1.3 DCS-1800

Leider wurde von Großbritannien der Standard nicht akzeptiert, und es entstand bereits Ende 1988 eine GSM-Variante unter dem Namen DCS-1800 (Digital Cellular Telecommunications System), die 1991 fertiggestellt wurde. Dieser Standard ist mit dem Ziel entwickelt worden, eine größere Teilnehmeranzahl als GSM zu unterstützen und durch kostengünstigere Endgeräte besser für die Erschließung des Massenmarkt geeignet zu sein. Als potentielle Abnehmer werden nicht nur geschäftliche, sondern auch private Kunden betrachtet.

GSM und DCS-1800 sind im wesentlichen identisch, mit kleinen Unterschieden. Wie der Name schon andeutet, verwendet der DCS-1800-Standard einen Frequenzbereich um 1800 MHz, der GSM-Standard hingegen einen um 900 MHz. Ein Grund dafür ist, dass in einigen Länder das 900-MHz-Band bereits belegt ist. Außerdem nimmt die Funkfelddämpfung bei höheren Frequenzen zu, was einen Netzaufbau mit kleineren Funkzellen erfordert.

Das Frequenzband für Up- bzw. Downlink beträgt beim DCS-1800-Standard 75 MHz, bei GSM lediglich 25 MHz. Der Duplexabstand ist bei GSM ebenfalls geringer. Insgesamt stehen bei DCS-1800 deshalb mehr Kanäle zur Verfügung, was sich wiederum positiv auf die maximale Netzkapazität auswirkt. Sie beträgt bei GSM ca. 20 Millionen unter Verwendung der Full-Rate-Kodierung (s. Kapitel 6.7 GSM-Datenübertragung) und bei DCS ca. 40 Millionen. Bei Verwendung der Half-Rate-Kodierung kommt es theoretisch zu einer Verdopplung der Werte. Durch die kleineren Funkzellen verringert sich die Sende- und Empfangsleistung, und es lassen sich kostengünstigere Endgeräte benutzen. Diese sind obendrein sparsamer, leichter und kleiner als vergleichbare GSM-Endgeräte.

1.4 Systemparameter

Die nachfolgende Tabelle stellt die Systemparameter des GSM-Standards und die der Weiterentwicklung DCS-1800 gegenüber.

Parameter

GSM -900

DCS-1800

Frequenzbereich (Uplink)

890- 915 MHz

1710- 1785 MHz

Frequenzbereich ( Downlink)

935 - 960 MHz

1805- 1855 MHz

Kanalanzahl ( Fullrate )

992

2976

Kanalanzahl (Halfrate)

1984

5952

Duplexverfahren

Frequenzduplex

Frequenzduplex

Duplexabstand

45 MHz

95 MHz

Multiple.,ve rfahren

FDMA

FDMA

Modulation

GSMK

GSMK

Sprachkodierer

RPE-LTP

RPE-LTP

Netto-Sprachübertragung srate

13.000 bps

13.000 bps

Datenübe rtragung srate

9.600 bps

9.600 bps

Kanalabstand

200 kHz

200 kHz

Trägerfrequenzen

124

374

Zeitschlitze

8

8

Max. SendeleisUmg Basisstation

320 W (55 dBm)

20 W ( 43 dBm)

Max. Sendeleistung Mobilstation

8 W (39 dBm)

1 W (30 dBm) I

Min. Sendeleistung Mobilstation

0,02 W (13 dBm)

0,0025 W ( 4 dBm) I

Max. Reichweite

< 35 km

8-10 kml

Max. Geschwindigkeit der MS

250 km/h

130 km/h I

Tabelle 14: GSM und DCS-1800 im Vergleich

Anmerkung: Im Zuge der Weiterentwicklung des GSM-Standards werden jetzt auch die höheren Frequenzbereiche genutzt. Je nachdem welches Frequenzband genutzt wird, unterscheidet man in GSM-900, GSM-1800 oder GSM-1900.