Zelluläre Konzepte - GSM-Architektur

Das GSM-Netz ist in vier Hauptsysteme unterteilt:

• Vermittlungssystem (SS)

• Basisstationssystem (BSS)

• Mobilstation (MS)

• Betriebs- und Wartungszentrum (OMC)

Das Vermittlungssystem, auch als Netzwerk- und Vermittlungssystem (NSS) bezeichnet, ist für die Ausführung der Anrufverarbeitung und der teilnehmerbezogenen Funktionen verantwortlich. Das Vermittlungssystem umfasst folgende Funktionseinheiten:

• Mobile Vermittlungsstelle

• Heimatregister registrieren

• Besucherregister

• Geräteidentitätsregister

• Authentifizierungszentrum

Mobile Vermittlungsstelle

Das Mobile Switching Center (MSC) führt alle Vermittlungsfunktionen für alle Mobilstationen aus, die sich in dem geografischen Gebiet befinden, das von den zugewiesenen BSSs gesteuert wird. Außerdem ist es mit PSTN, anderen MSCs und anderen Systemeinheiten verbunden.

Funktionen von MSC

• Anrufbearbeitung, die den mobilen Charakter von Teilnehmern berücksichtigt, unter Berücksichtigung der Standortregistrierung, der Authentifizierung von Teilnehmern und Geräten, der Übergabe und des Prepaid-Dienstes.

• Verwaltung des erforderlichen logischen Funkverbindungskanals während eines Anrufs.

• Verwaltung des MSC-BSS-Signalisierungsprotokolls.

• Abwicklung der Standortregistrierung und Sicherstellung der Zusammenarbeit zwischen Mobilstation und VLR.

• Steuert die Übergabe zwischen BSS und MSC.

• Dient als Gateway-MSC zum Abfragen von HLR. Die MSC, die mit dem PSTN / ISDN-Netzwerk verbunden ist, wird als GMSC bezeichnet. Dies ist die einzige MSC im Netzwerk, die mit dem HLR verbunden ist.

• Standardfunktionen eines Schalters wie Laden.

Heimatregister (HLR)

Heimatregister enthält -

• Die Identität des Mobilfunkteilnehmers namens International Mobile Sub Identity (IMSI).

• ISDN-Verzeichnisnummer der Mobilstation.

• Abonnementinformationen zu Diensten.

• Serviceeinschränkungen.

• Standortinformationen für die Anrufweiterleitung.

Ein HLR pro GSM-Netz wird empfohlen und es kann sich um eine verteilte Datenbank handeln. Permanente Daten in HLR werden von der Mensch-Maschine-Schnittstelle geändert. Temporäre Daten wie Standortinformationen ändern sich in HLR dynamisch.

Besucherregister (VLR)

Das VLR ist immer in das MSC integriert. Wenn eine Mobilstation in einen neuen MSC-Bereich wandert, fordert das mit dieser MSC verbundene VLR Daten über die Mobilstation vom HLR an. Wenn die Mobilstation später einen Anruf tätigt, verfügt das VLR über die für den Anrufaufbau erforderlichen Informationen, ohne das HLR jedes Mal abfragen zu müssen. VLR enthält Informationen wie die folgenden:

• Identität des mobilen U-Bootes,

• Jede temporäre mobile Unteridentität,

• ISDN-Verzeichnisnummer des Mobiltelefons,

• Eine Verzeichnisnummer, um den Anruf an die Roaming-Station weiterzuleiten.

• Ein Teil der HLR-Daten für die Mobiltelefone, die sich derzeit im MSC-Servicebereich befinden.

Geräteidentitätsregister

Das Geräteidentitätsregister besteht aus der Identität von Mobilstationsgeräten, die als International Mobile Equipment Identity (IMEI) bezeichnet werden und gültig, verdächtig und verboten sein können. Wenn eine Mobilstation auf das System zugreift, wird das Gerätevalidierungsverfahren aufgerufen, bevor die Dienste bereitgestellt werden.

Die Informationen sind in Form von drei Listen verfügbar.

• Weiße Liste - Das Terminal darf eine Verbindung zum Netzwerk herstellen.

• Graue Liste - Das Terminal wird vom Netzwerk auf mögliche Probleme überwacht.

• Schwarze Liste - Die als gestohlen gemeldeten Terminals sind nicht typgenehmigt. Sie dürfen keine Verbindung zum Netzwerk herstellen. EIR informiert die VLR über die Liste, in der sich die jeweilige IMEI befindet.

Authentifizierungscenter

Es ist mit einem HLR verbunden. Es speichert für jeden Mobilfunkteilnehmer einen Identitätsschlüssel namens Authentifizierungsschlüssel (Ki). Dieser Schlüssel wird zum Generieren der Authentifizierungs-Triplets verwendet.

• RAND (Zufallszahl),

• SRES (Signed Response) - Zur Authentifizierung von IMSI,

• Kc (Chiffrierschlüssel) - Zum Verschlüsseln der Kommunikation über den Funkpfad zwischen der MS und dem Netzwerk.

Betriebs- und Wartungszentrum (OMC)

Es ist die funktionale Einheit, über die der Netzbetreiber das System überwachen und steuern kann, indem er die folgenden Funktionen ausführt:

• Software Installation

• Verkehrsregelung

• Leistungsdatenanalyse

• Rückverfolgung von Abonnenten und Geräten

• Konfigurationsmanagement

• Abonnentenverwaltung

• Verwaltung mobiler Geräte

• Verwaltung von Gebühren und Abrechnungen

Basisstationssystem (BSS)

BSS verbindet die MS und das NSS. Es setzt sich zusammen aus:

• Basis-Transceiver-Station (BTS), auch Basisstation genannt.

• Basisstationscontroller (BSC).

BTS und BSC kommunizieren über die standardisierte Abis-Schnittstelle. BTS wird von BSC gesteuert und eine BSC kann viele BTS unter ihrer Kontrolle haben.

Basis-Transceiver-Station (BTS)

BTS beherbergt die Funk-Transceiver und verwaltet die Funkverbindungsprotokolle mit der Mobilstation. Jede BTS besteht aus Funkübertragungs- und -empfangsgeräten, einschließlich Antenne, Signalprozessoren usw. Jede BTS kann 1 bis 16 HF-Träger unterstützen. Die Parameter, die die BTS unterscheiden, sind Leistungspegel, Antennenhöhe, Antennentyp und Anzahl der Träger.

Funktionen von BTS

• Es ist für die Zeit- und Frequenzsynchronisation verantwortlich.

• Der Prozess der Kanalcodierung, Verschlüsselung, Multiplexung und Modulation für die Transrichtung und der Umkehrung für den Empfang ist durchzuführen.

• Es muss die Übertragung von den Handys im Voraus in Abhängigkeit von ihrer Entfernung von BTS (Timing Advance) veranlassen.

• Es muss Direktzugriffsanforderungen von Mobiltelefonen erkennen, die Funkkanäle messen und überwachen, um die Stromversorgung zu steuern und zu übergeben.

Basisstations-Controller

BSC verwaltet die Funkressourcen für eine oder eine Gruppe von BTS. Es übernimmt die Einrichtung von Funkkanälen, das Frequenzspringen, die Übergabe und die Steuerung der HF-Leistungspegel. BSC liefert die Zeit- und Frequenzsynchronisationsreferenzsignale, die von seinen BTSs gesendet werden. Es stellt die Verbindung zwischen der Mobilstation und der MSC her. BSC ist über Schnittstellen mit MSC, BTS und OMC verbunden.

Mobilstation

Es bezieht sich auf die Endgeräte, die von den drahtlosen Teilnehmern verwendet werden. Es besteht aus -

• SIM-Abonnenten-Identitätsmodul

• Mobilgeräte

Die SIM-Karte ist austauschbar und mit der entsprechenden SIM-Karte kann mit verschiedenen Mobilgeräten auf das Netzwerk zugegriffen werden.

Die Geräteidentität ist nicht mit dem Teilnehmer verknüpft. Das Gerät wird separat mit IMEI und EIR validiert. Die SIM enthält einen integrierten Schaltkreischip mit einem Mikroprozessor, einem Direktzugriffsspeicher (RAM) und einem Nur-Lese-Speicher (ROM). Die SIM-Karte sollte gültig sein und die Gültigkeit der MS beim Zugriff auf das Netzwerk authentifizieren.

SIM speichert auch teilnehmerbezogene Informationen wie IMSI, Zellenstandortidentität usw.

Funktionen der Mobilstation

• Funkübertragung und -empfang

• Funkkanalverwaltung

• Sprachcodierung / -decodierung

• Funkverbindungsfehlerschutz

• Flusskontrolle von Daten

• Ratenanpassung von Benutzerdaten an die Funkverbindung

• Mobilitätsmanagement

Leistungsmessungen bis zu maximal sechs umgebenden BTSs und Berichterstattung an das BSS. MS kann kurz empfangene alphanumerische Nachrichten auf dem Flüssigkristalldisplay (LCD) speichern und anzeigen, das zum Anzeigen von Anrufwahl- und Statusinformationen verwendet wird.

Es gibt fünf verschiedene Kategorien von Mobiltelefoneinheiten, die vom europäischen GSM-System spezifiziert werden: 20 W, 8 W, 5 W, 2 W und 0,8 W. Diese entsprechen Leistungspegeln von 43 dBm, 39 dBm, 37 dBm, 33 dBm und 29 dBm. Die 20-W- und 8-W-Einheiten (Spitzenleistung) sind entweder für die Verwendung am Fahrzeug oder für tragbare Stationen vorgesehen. Die MS-Leistung ist in 2-dB-Schritten von ihrem Nennwert bis zu 20 mW (13 dBm) einstellbar. Dies erfolgt automatisch ferngesteuert über die BTS.

Transcoder

Transcoder sind Netzwerkeinheiten, die eingefügt werden, um die MSC-Seite mit der mobilen Seite zu verbinden. Die Sprachcodierungsrate auf der PSTN-Seite beträgt 64 Kbit / s, und bei drahtlosem GSM wird die Sprache mit 13 Kbit / s codiert. Um die Datenrate über die Luftschnittstelle zu verringern und die Belastung der terrestrischen Verbindung (4: 1) zu verringern, werden Transcoder an einer geeigneten Stelle eingeführt, meist mit MSC.

Der Transcoder ist das Gerät, das 13-Kbit / s-Sprache oder 3,6 / 6/12-Kbit / s-Datenmultiplexe verwendet und vier davon in Standarddaten mit 64 Kbit / s konvertiert. Zuerst werden die 13 Kbit / s oder die Daten mit 3,6 / 6/12 Kbit / s auf das Niveau von 16 Kbit / s gebracht, indem zusätzliche Synchronisationsdaten eingefügt werden, um den Unterschied zwischen einer 13-Kbit / s-Sprache oder Daten mit niedrigerer Rate auszugleichen, und dann sind es vier im Transponder kombiniert, um einen 64-Kbit / s-Kanal innerhalb des BSS bereitzustellen. Vier Verkehrskanäle können dann in einer 64-Kpbs-Schaltung gemultiplext werden. Somit beträgt die TRAU-Ausgangsdatenrate 64 Kbit / s.

Dann werden bis zu 30 solcher 64-Kpbs-Kanäle auf 2,048 Mbit / s gemultiplext, wenn ein CEPT1-Kanal auf der A-Bis-Schnittstelle bereitgestellt wird. Dieser Kanal kann bis zu 120 (16x 120) Verkehrs- und Steuersignale übertragen. Da die Datenrate zum öffentlichen Telefonnetz normalerweise bei 2 Mbit / s liegt, ist dies das Ergebnis der Kombination von Kanälen mit 30 x 64 Kbit / s oder Kanälen mit 120 x Kbit / s und 16 Kbit / s.

Andere Netzwerkelemente

Weitere Netzwerkelemente sind Komponenten wie SMS Service Center, Voicemailbox und SMS Flow.

SMS Service Center

Es ist mit MSC verbunden und verfügt über Interworking-Funktionen, um Mobilfunkteilnehmern einen Kurznachrichtendienst (Short Message Service, SMS) bereitzustellen. SMS können für Faxgeräte, PCs im Internet oder andere MS bestimmt sein. Der Standort der Empfänger-MS wird von MSC abgefragt und zugestellt.

Anrufbeantworter

Wenn der Mobilfunkteilnehmer aufgrund eines besetzten / außer Betrieb befindlichen Bereichs nicht in der Lage ist, eingehende Anrufe zu beantworten, wird der Anruf an eine Mailbox umgeleitet, die bereits vom Teilnehmer aktiviert wurde. Zu diesem Zweck wurde eine separate Konnektivität von MSC eingerichtet. Der Teilnehmer wird später per SMS benachrichtigt und kann die Nachricht abrufen.

SMS-Fluss

• Wenn ein Benutzer eine SMS sendet, wird die Anfrage über die MSC gestellt.

• Die MSC leitet die SMS an die SMSC weiter, wo sie gespeichert wird.

• Die SMSC fragt das HLR ab, um herauszufinden, wo sich das Zielmobil befindet, und leitet die Nachricht an die Ziel-MSC weiter, wenn das Zielmobil verfügbar ist.

• Wenn das Mobiltelefon nicht verfügbar ist, wird die Nachricht im aktuellen SMSC selbst gespeichert. In den meisten Installationen versucht der SMSC nicht erneut, wenn ein Mobiltelefon nicht für die SMS-Zustellung verfügbar ist. Stattdessen informiert die Ziel-MSC die SMSC, wenn das Mobiltelefon wieder in Reichweite ist. Die SMS-Verarbeitung ist im Gegensatz zur USSD eine Speicher- und Weiterleitungsoperation.

• SMS hat eine Gültigkeitsdauer, für die es darauf wartet, dass das Zielmobil verfügbar ist. Nach dieser Zeit löscht der SMSC die Nachricht. Die Gültigkeitsdauer kann vom Benutzer festgelegt werden. Die normale Gültigkeit beträgt 1 Tag.