GSM-Logo. Bild: ® GSM Association.
GSM-Logo. Bild: ® GSM Association.

Wir alle benutzen mittlerweile täglich Mobiltelefone. Aber wie funktioniert eigentlich so ein Handy? Wie erreicht ein Gesprächsaufbau den Gesprächspartner? Wie wird die Sprache übertragen? Wie wird das Gespräch aufrecht erhalten, wenn man sich bewegt? Und wie hat man immer mehr Kapazität in das Netz gebracht? Was bringt 5G?

Darüber möchte ich ein paar Artikel schreiben. Schließlich lautet die Beschreibung meines Blogs “Astronomie, Raumfahrt und Funktechnik”, und zur letzteren habe ich bisher noch keinen Artikel geschrieben. Ich kann noch nicht absehen, wieviele es sein werden und ich werde das auch von der Resonanz der Leser abhängig machen, auf die ich gespannt bin.

Fangen wir heute einmal an mit dem ersten digitalen Mobilfunknetz, dem GSM-Netz, und speziell seinem Aufbau, denn man versteht moderne Netze am besten, wenn man die historische Entwicklung des Mobilfunks nachvollzieht.

 

Das Kambrium des Mobilfunks

Bis zu Beginn der 90er Jahre beruhte der Mobilfunk auf Analogtechnik. Die Endgeräte waren so groß wie Aktenkoffer und üblicherweise in Autos verbaut – Mobilfunk wurde damals von der Öffentlichkeit unter dem Begriff “Autotelefon” geführt. Es gab nur wenige Netzteilnehmer und entsprechend teuer war das ganze, es handelte sich um Luxusartikel für Geschäftsleute und Millionäre. Die analogen Mobilfunknetze der Deutschen Bundespost wurden in zeitlicher Abfolge A-, B- und C-Netz genannt – andere Betreiber gab es damals nicht und waren auch nicht zugelassen, denn die Bundespost war im staatlichen Besitz, der keine private Konkurrenz zuließ.

Das A-Netz (1958-1977) konnte man vom Festnetz noch gar nicht direkt erreichen, man musste sich über eine Vermittlungsstelle von einem menschlichen Operator verbinden lassen und man musste wissen, in welcher Region sich der mobile Teilnehmer ungefähr aufhielt.

Das B-Netz (1972-1994) war zwar direkt anwählbar, erforderte aber immer noch die Kenntnis, in welchem Großraum der mobile Teilnehmer unterwegs war, den man dann unter der dortigen Ortsvorwahl (!) erreichen konnte. Verließ man (wie auch im A-Netz) den Funkbereich einer Landfunkstelle, dann brach der Ruf ab und man musste ihn im Bereich einer neuen Landfunkstelle wieder aufbauen.

AEG Telecar CD-452, tragbares C-Netz-Telefon. Bild: Wikimedia Commons, Christos Vittoratos, CC BY-SA 3.0.

AEG Telecar CD 452, tragbares C-Netz-Telefon. Bild: Wikimedia Commons, Christos Vittoratos, CC BY-SA 3.0.

Das C-Netz (1985-2000) brachte dann erstmals eine bundesweite Erreichbarkeit unter einer einheitlichen Rufnummer mit der Vorwahl 0161, wobei das “C” auch an “zelluläres Netz” (engl. cellular network) erinnern sollte, denn das C-Netz unterteilte das Land in Funkzellen, zwischen denen man auch während des Gesprächs nahtlos wechseln konnte (Handover). Das C-Netz war allerdings nur in Westdeutschland und Berlin verfügbar (bis hinein nach Ostberlin, der ehemaligen Hauptstadt der DDR). Im Ausland wurden andere Systeme verwendet, dort konnte man nicht mit C-Netz-Endgeräten telefonieren, was im Rahmen der Europäischen Annäherung und immer häufiger werdenden Geschäftsbesuchen innerhalb Europas nicht tragbar war.

 

GSM, das Große Spezifikations-Monstrum

1992 wurde in Deutschland der digitale Mobilfunk eingeführt. Genauer gesagt, durch zwei Netze, das D1-Netz der Bundespost und das D2-Netz der Düsseldorfer Mannesmann AG, dem ersten privaten Netzbetreiber auf deutschem Boden.

Der Standard der D-Netze war das von der 1982 gegründeten Groupe Spécial Mobile (GSM) des europäischen Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique (CCITT) spezifizierte Global System for Mobile Communications (auch GSM). Die Idee war, einen europaweiten Standard zu schaffen, der den Herstellern einheitliche Schnittstellen vorgab, für die diese ihre Geräte und Komponenten im marktwirtschaftlichen Wettbewerb bauen konnten und die dann auch in beliebiger Kombination zusammen funktionieren sollten. Der Hintergedanke war, dass auf diese Weise mittelfristig ein weltweiter Standard etabliert werden sollte. In Nordamerika (wie auch China und Japan) verfing diese Idee zunächst allerdings noch nicht, man kochte seine eigenen Standard-Süppchen (in Amerika z.B. das analoge AMPS  sowie die digitalen D-AMPS, CDMAone/CDMA2000/EV-DO und iDEN/WiDEN) und verspottete das GSM-Netz als “Great Specification Monster”. Die Beharrlichkeit der Europäer setzte sich allerdings weltweit durch und heute gibt es kein Land, in dem nicht der GSM-Standard oder seine Nachfolger UMTS und LTE verfügbar wären, auch wenn ältere Standards in manchen Regionen noch unterstützt werden – sie sind im Aussterben begriffen.

Der Standard des GSM ist in der Tat ein riesiges Werk, das frei zugänglich ist und mittlerweile vom 3G Partnership Project (3GPP) weitergeführt wird, welches aus Vertretern von Standardisierungsgremien aus aller Welt zusammengesetzt ist. Das CCITT heißt mittlerweile European Telecommunication Standards Institute ETSI und vertritt die europäischen Interessen im 3GPP. An ETSI sind Forschungseinrichtungen, Hersteller von Netzkomponenten, Endgeräten und Testausrüstung, Netzbetreiber und sogar einige große Nutzer beteiligt.

Ich kann in diesem Blog nur an der Oberfläche von GSM kratzen und nicht auf die zahlreichen Sonderentwicklungen eingehen, möchte aber einen Überblick vermitteln, wie das Netz aufgebaut ist und funktioniert.

 

Netzaufbau

Das Netz besteht aus einem Funknetz und einem kabelgebundenen Vermittlungsnetz. Das Funknetz wird aufgespannt von Zellen (daher heißen Mobiltelefone in den USA nicht etwa “handys” – das heißt einfach “handlich” – sondern cell phones; bei den Briten heißen sie mobile phones oder einfach mobiles). GSM-Zellen werden normalerweise von Sektorantennen aufgespannt: an einem hohen Mast hängen meist drei Einzelantennen, die jeweils 1/3 des Vollkreises abdecken. Sie strahlen übrigens so gut wie nicht nach unten; ironischerweise hatte man am Eingang der damaligen Mannesmann-D2-Zentrale am Seestern in Düsseldorf anfangs keinen D2-Empfang, obwohl ein Sendemast auf dem Dach stand.

Je nach Sendeleistung kann eine Zelle groß oder klein sein. Die Kapazität einer GSM-Zelle, das heißt die Zahl der Gespräche, die über sie geführt werden können, ist begrenzt, das heißt man wird in dicht besiedelten Gegenden wie Stadtzentren kleine Zellen wählen und in ländlichen, wo es auf die Flächenabdeckung ankommt, große Zellen. Die technische Obergrenze des GSM-Zellradius sind 35 km (dazu später mehr).

GSM verwendet in Europa und Australien/Ozeanien Frequenzbänder bei rund 900 MHz (GSM-900) und 1800 MHz (DCS-1800). Jeder  Netzbetreiber hat darin einige wenige Unterbänder von 5-10 MHz für sich reserviert bekommen, die dann wiederum in die 200 kHz breiten GSM-Kanäle unterteilt werden. Insgesamt gibt es 124 Kanäle im GSM-900 und 374 im DCS-1800. Die Nachbarzellen müssen alle verschiedene Kanäle verwenden, um sich nicht gegenseitig zu stören, aber weiter entfernte Zellen können wieder die gleichen Kanäle einsetzen (Frequenz-Wiederverwendung)

Es ist jeweils ein Band für die Strecke vom Endgerät zu den Zellen (Uplink) und ein zweites für die Strecke von der Zelle zu den Endgeräten (Downlink) eingerichtet, so dass das Endgerät parallel empfangen und senden kann (Frequenzduplex-Verfahren, Frequency Division Duplex, FDD). Bei GSM sind die Kanäle für Uplink und Downlink durch einen festen Abstand von 45 MHz (900-MHz-Band) bzw. 95 MHz (1800-MHz-Band) voneinander getrennt.

Architektur des GSM-Netzes. Das Endgerät (links) tauscht Funksignale mit den Base Transceiver Stations (BTS) aus. Mehrere BTS werden von einem Base Station Controller (BSC) gesteuert. BTSs und BSCs bilden das Base Station Subsystem (BSS). Mehrere BSCs sind an einem Mobile Switching Centre angeschlossen. Die BTS-Zellen, die am gleichen MSC hängen, bilden eine Location Area (2 LAs sind beige und türkis hervorgehoben). Die MSCs verfügen über Visitor Location Registers (VLR) für die in ihren LAs befindlichen Besucher. Die zentrale Teilnehmer-Datenbank bildet das Home Location Register (HLR). Weitere Komponenten sind das Authentication Centre (AuC) für Verschlüsselung und Nutzer-Autentifizierung, sowie das Equipment Identity Register (EIR), in dem die Identitäten der Endgeräte vermerkt sind. Bild: SS7-Blog.

Architektur des GSM-Netzes. Das Endgerät (links) tauscht Funksignale mit den Base Transceiver Stations (BTS) aus. Mehrere BTS werden von einem Base Station Controller (BSC) gesteuert. BTSs und BSCs bilden das Base Station Subsystem (BSS). Mehrere BSCs sind an einem Mobile Switching Centre angeschlossen. Die BTS-Zellen, die am gleichen MSC hängen, bilden eine Location Area (LA; 2 LAs sind beige und türkis hervorgehoben). Die MSCs verfügen über Visitor Location Registers (VLR) für die in ihren LAs befindlichen Besucher. Die zentralen Teilnehmer-Datenbanken sind die Home Location Register (HLR). Weitere Komponenten sind das Authentication Centre (AuC) für Verschlüsselung und Nutzer-Autentifizierung, sowie das Equipment Identity Register (EIR), in dem die Identitäten der Endgeräte vermerkt sind. Der Übergang zum Festnetz wird über eine Gateway-MSC (GMSC) ermöglicht. MSCs und die Datenbanken bilden das Network Subsystem NSS. Bild: SS7-Blog.

 

Base Transceiver Station

Die Sektorantennen eines Mastes werden von einer Base Transceiver Station gespeist (BTS, GSM-Basisstation; hier eine hübsche Galerie, teilweise öffnen sich die Schränke, wenn man mit der Maus drüber fährt). Transceiver ist ein Kunstwort aus transmitter (Sender) und receiver (Empfänger). Die BTS kümmert sich im Wesentlichen um die Funkübertragung zum Endgerät (die sogenannte Luftschnittstelle). Die Übertragung findet in 1-8 Frequenzpaaren statt (je ein Frequenzpaar für Uplink und Downlink). Der Kanalzugang über mehrere Frequenzen wird als Frequenzmultiplex-Kanalzugang (Frequency Divsion Multiple Access, FDMA) bezeichnet.

GSM BTS mit Sektorantennen. Bild: Max Pixel, gemeinfrei.

GSM BTS mit drei Sektorantennen (oben) und Richtfunk-Anbindung an das Funknetz (links am Mast unter den Sektorantennen). Bild: Max Pixel, gemeinfrei.

Jedes Frequenzpaar wird von der BTS in regelmäßig wiederkehrende Zeitschlitze (time slots) von 577 µs Dauer organisiert, d.h. jedem Endgerät steht nur ein bestimmter Zeitabschnitt zur Verfügung, in dem es seine Daten in einem sogenannten Burst (etwa: Ausbruch, Feuerstoß) abschicken kann und mehrere Endgeräte senden der Reihe nach ihre Bursts auf der gleichen Frequenz (Zeitmultiplex-Kanalzugang, Time Division Multiple Access, TDMA). Nachdem ein 4615 µs dauernder TDMA-Rahmen (Frame) von 8 Zeitschlitzen abgelaufen ist, darf wieder das Gerät senden, dem der erste Zeitschlitz zugeordnet war usw. Bei 8 Frequenzpaaren könnten von einer Zelle also bis zu 64 parallele Gespräche übertragen werden, allerdings werden regelmäßig einige Zeitschlitze für die Signalisierung reserviert, z.B. für den Rufaufbau oder die Vorbereitung von Zellwechseln (Handover, s.u.).

GSM-Rahmenstruktur. Jedes der beiden Frequenzbänder für Aufwärts- (uplink) und Abwärtsrichtung (downlink) ist in 8 regelmäßig wiederkehrende Zeitschlitze unterteilt, in dem je ein Endgerät seinen Burst versenden kann (uplink) oder Sendungen der BTS empfangen kann. Bild: Wikimedia Commons, Mwka, CC BY-SA 3.0.

GSM-Rahmenstruktur. Jedes der beiden Frequenzbänder für Aufwärts- (Uplink) und Abwärtsrichtung (Downlink) ist in 8 regelmäßig wiederkehrende Zeitschlitze von 577 µs Dauer unterteilt, in dem je ein Endgerät seinen Burst versenden kann (Uplink) oder Sendungen der BTS im Downlink empfangen kann. Bild: Wikimedia Commons, Mwka, CC BY-SA 3.0.

Die BTS misst außerdem die Signallaufzeit anhand des zeitlichen Versatzes der vom Endgerät empfangenen Signale gegenüber der zugewiesenen Sendezeit. Denn das Endgerät sendet zunächst synchron zu der von ihm wahrgenommenen Rahmenstruktur, die von der BTS ausgestrahlt wird. Da aber durch die endliche Lichtgeschwindigkeit das Signal einige Mikrosekunden verspätet beim Endgerät eintrifft und dessen somit bereits verspätet gesendete Antwort dann noch einmal um denselben Zeitraum verspätet bei der BTS eintrifft, kann es zu Überlappungen des Bursts mit den Bursts anderer Mobiltelefone kommen. Daher misst die BTS diesen Zeitversatz und teilt dem Endgerät einen Timing-Advance-Wert mit, um den es seine zukünftigen Bursts verfrüht senden muss. Der Timing Advance (TA) wird von 0 bis 63 codiert und jeder Schritt bedeutet eine zusätzliche Laufzeit von 3,7 µs entsprechend 550 m Entfernung / 1100 m hin-und-zurück-Strecke. Der Wert 63 codiert den TA für eine Entfernung von ca. 35 km – größer kann der Radius einer Standard-GSM-Zelle deshalb nicht sein.

Die BTS verschlüsselt außerdem die über die Luftschnittstelle übertragenen Sprachdaten. Diese Verschlüsselung ist aber nicht sehr sicher und längst geknackt. Außerdem haben sich die Staaten eine Hintertür einbauen lassen, um die Daten entschlüsseln zu können. In China ist die Verschlüsselung komplett abgeschaltet; mein altes Handy zeigte mir damals ein gelbes Warnsymbol an, wenn ich im chinesischen Netz eingebucht war.

 

Base Station Controller

Mehrere BTS hängen per Kabel- oder Richtfunkstrecke an einem Base Station Controller (BSC), der ihre Datenleitungen konzentriert und an das nächste MSC weiterleitet. Der BSC ist zuständig für Zellwechsel und die Signalqualität. Er sammelt Qualitätsdaten vom Endgerät (Bitfehlerrate und gemessener Signalpegel) und fordert ggf. die BTS auf, ihre Sendeleistung zu erhöhen oder zu senken (Downlink Power Control, DPC).

Das Sprachsignal auf der Luftschnittstelle ist stark komprimiert. Es werden beim sogenannten Full Rate (FR) Encoder nur 13 kbit/s verwendet, um Sprachfrequenzen bis 8 kHz zu übertragen. Auf ISDN-Leitungen verwendet man dafür unkomprimierte 64 kbit/s (PCM-Standard). Es handelt sich dabei nicht etwa um eine Kompression wie Zip (verlustfrei) oder MP3 (verlustbehaftet, Weglassen von verzichtbaren Frequenzanteilen). Der FR-Encoder überträgt vielmehr Parameter für einen Sprachsynthesizer: was da am anderen Ende herauskommt, ist synthetische Sprache. Damit nicht genug, um noch mehr Kapazität zu erhalten, wurde auch noch ein Half Rate (HR) Encoder vorgesehen, der nur 6,5 kbit/s benötigt und somit doppelt so viele vermittelte Gespräche ermöglicht. Welcher Encoder verwendet wird, entscheidet das Netz je nach Auslastung oder Vorgabe durch den Betreiber. Es fragt das Endgerät, ob es HR unterstützt (tun mittlerweile alle) und erzwingt dann ggf. dessen Gebrauch. Wenn man heutzutage im UMTS-Funknetz manchmal den Eindruck hat, der Gesprächspartner stünde neben einem, dann sind das moderne Sprachencoder wie Adaptive Multi Rate – Wideband (AMR-WB). FR und HR klingen wie Telefon.

Die BSS- und BTS-Komponenten bilden gemeinsam das Base Station Subsystem, das in UMTS- und LTE-Netzen verschieden vom GSM-BSS ist.

 

Mobile Switching Centre und Network Subsystem

Die Mobile Switching Centres (MSCs) sind die Hauptvermittlungsstellen des Mobilfunknetzes und bilden mit einigen weiteren Komponenten das Network Subsytem (NSS). Sie sind prinzipiell (bis auf Software-Updates) identisch in GSM-, UMTS- und LTE-Netzen. Die MSCs sind üblicherweise über Glasfasernetze gut vermascht miteinander verbunden, auf denen logische Leitungen nach dem ISDN PCM-Standard (2 Mbit/s zusammengesetzt aus 30 Nutzkanälen und 2 Signalisierungskanälen zu je 64 kbit/s) übertragen werden. Das NSS ist praktisch ein gewöhnliches ISDN-Netz. Zwischen BSC und MSC wird die Sprachcodierung von GSM auf PCM-Standard umgesetzt.

Ericsson AXE MSC. Bild: Wikimedia Commons, Pan Camel, CC BY-SA 3.0

Ericsson MSC vom Typ AXE-20. Das Bild gibt leider den unerträglichen Lärm nicht wieder, den die Lüfter solcher Geräte machen. Bild: Wikimedia Commons, Pan Camel, CC BY-SA 3.0

Gespräche werden von MSC zu MSC bis hin zum Ziel vermittelt. Das ist die Hauptfunktion einer Vermittlungsstelle: wo früher die berühmten “Damen vom Amt” Kabelverbindungen zwischen den Telefonleitungen zweier Gesprächspartner stecken mussten und dies im analogen Telefonnetz Relais übernahmen, die vom Tackern der Wählscheibe ihre Steuerpulse erhielten (mit jedem Puls drehten sie sich ein Stückchen weiter), da werden heute virtuelle logische Verbindungen geknüpft, Routingtabellen legen für jedes Paket fest, über welchen Weg es ans Ziel gelangt, alles passiert in Halbleiterchips. Ein MSC kann hunderttausende Gespräche parallel vermitteln. Um eine Größenordnung zu haben: ein GSM-Netz kann  über ein bis ca. 100 MSCs verfügen, über hunderte BSCs und über zehntausende BTSs. D1 und D2 umfassten um die Jahrtausendwende jeweils so um die 50 MSCs, bis zu 80 HLRs und 400-600 BSCs [Edit: Dank an Kurt Behnke für die korrigierten Zahlen] und ich meine mich zu erinnern, dass ein luxemburgisches Mobilfunknetz mal mit einem einzigen MSC auskam.

Jedes MSC unterhält eine Datenbank der aktuell (oder zuletzt) in seinem Bereich aktiven Teilnehmer (Location Area; die Location Area umfasst alle an das MSC angeschlossenen BSCs und BTSs), das Visitor Location Register (VLR). So können Gespräche schneller vermittelt werden. Wenn man sein Handy einschaltet, führt es als erstes einen Location Update durch, d.h. es meldet sich im Netz an, teilt mit, welche Zellen es sieht und wer es ist, und diese Info wird dann im VLR vorgehalten. Location Updates finden auch regelmäßig statt, wenn das Gerät eingeschaltet ist und dann noch einmal, wenn es bemerkt, dass es die Location Area gewechselt hat. Die Ortsinformation wird auch an das HLR des Teilnehmers kommuniziert, damit man ihn aufspüren kann, wenn er angerufen wird.

Die zentralen Datenbanken des Netzes sind die Home Location Register (HLR). In diesen Datenbanken stehen alle relevanten Daten des Teilnehmers: Rufnummer(n), eindeutige Identifizierungsnummer der SIM-Karte, Name, Kontostand, wo er sich zuletzt aufgehalten hat, welche Netzdienste er abonniert hat, geschaltete Rufumleitungen oder -sperren sowie die gesamten Abrechnungsdaten (wann nach welchem Tarif wie lange mit wem gesprochen wurde). Auf der Basis dieser Daten kann der Teilnehmer gefunden werden, angeforderte Dienste freigeschaltet und die Rechnungen erstellt werden. Wenn ein HLR mal eine Störung hat, hört man davon im Radio: die darin gespeicherten Teilnehmer können dann nicht mehr telefonieren.

Wenn man ein Gespräch führen will, dann wird unter anderen eine Authentifizierung der SIM-Karte des Teilnehmers zum Abgleich mit den Daten durchgeführt (die entsprechende Komponente heißt Authentication Centre, AuC). Ein Teil der Authentifizierung läuft direkt auf der SIM-Karte ab; der Algorithmus ist geheim, damit man SIM-Karten nicht kopieren kann.

Eine weitere (optionale) NSS-Komponente ist das Equipment Identity Register (EIR). Im EIR sind die IMEIs (International Mobile Equipment Identities) aller Endgeräte des Netzes in Weiß-, Grau- und Schwarzlisten gespeichert. Wenn man sein Endgerät verliert oder es gestohlen wird, kann man sich an den Netzbetreiber wenden und ihm die IMEI mitteilen, die dann in die Schwarzliste verschoben wird. Geräte in Schwarzlisten werden vom Netz gesperrt, die in der Grauliste werden beobachtet. Da allerdings kaum ein Abgleich der Listen zwischen den Netzbetreibern stattfindet, ist die Sperre weitgehend wirkungslos und wird nur von wenigen Netzbetreibern unterstützt.

Schließlich verfügen manche MSCs über Verbindungen zu anderen Netzen, z.B. das Festnetz oder auch das Mobilfunknetz eines Nachbarlandes. Über solche Gateway-MSCs (GMSCs) kann man netzübergreifend telefonieren, z.B. auch ins Ausland.

Dies soll für heute reichen. Im nächsten Teil der Reihe erläutere ich, wie die wichtigsten GSM-Prozeduren ablaufen, z.B. wie man sich in das Netz einbucht und wie darin Rufe aufgebaut werden.

 

Abkürzungen

3GPP 3. Generation Partnership Project
AMPS Advanced Mobile Phone System (US-Mobilfunkstandard)
AMR-WB Adaptive Multi Rate – Wideband (Sprachkodierung)
AuC Authentication Centre
BSC Base Station Controller
BSS Base Station Subsystem
BTS Base Transceiver Station (Basisstation)
CCITT Comité Consultatif International Téléphonique et Télégraphique
CDMA Code Division Multiple Access (Kodemultiplex-Kanalzugang)
D-AMPS Digital Advance Mobile Phone System (US-Mobilfunkstandard)
DCS Digital Cellular System
DPC Downlink Power Control
EIR Equipment Identity Register
ETSI European Telecommunication Standards Institute
EV-DO Evolution-Data Optimized (US-Mobilfunkstandard)
FDD Frequency Division Duplex (Frequenzduplex)
FDMA Frequency Division Multiple Acces (Frequenzmultiplex-Kanalzugang)
FR Full Rate (Sprachkodierung)
GMSC Gateway Mobile Switching Centre
GSM Global System for Mobile Communications
GSM Groupe Spécial Mobile
HLR Home LocationRegister
HR Half Rate (Sprachkodierung)
iDEN Integrated Digital Enhanced Network (Motorola Mobilfunkstandard)
IMEI International Mobile Equipment Identity
ISDN Integrated Services Digital Network
LTE Long Term Evolution
LA Location Area
MSC Mobile Switching Centre (Mobilfunk-Vermittlungsstelle)
NSS Network Subssytem
PCM Pulse Code Modulation
PLMN Public Land Mobile Network (Mobilfunknetz)
SIM Subscriber Identity Module
TA Timing Advance
TDMA Time Division Multiple Access (Zeitmultiplex-Kanalzugang)
UMTS Universal Mobile Telecommunications System
VLR Visitor Location Register
WiDEN Wideband Integrated Digital Enhanced Network (Motorola Mobilfunkstandard)

Kommentare (32)

  1. #1 rolak
    31. August 2018

    Durchlesen kommt noch – aber eines steht bereits fest: Krasse Themen-Überraschung!

  2. #2 Hobbes
    31. August 2018

    Ui, sehr schön. Ähnlich wie rolak habe ich es noch nicht gelesen. Aber ich habe gleich eine Zugfahrt…

  3. #3 meregalli
    31. August 2018

    Im Italienischen werden die Mobiltelefone auch vorwiegend “cellulari” genannt. Jetzt weiss ich, warum. Danke!

  4. #4 HF(de)
    31. August 2018

    Wie schön ist das denn? Da fühl ich mich glatt 20 Jahre zurückversetzt in meine Studienzeit :-) Kann mich noch gut erinnern, dass mich die ganzen Abkürzungen mit 3 Buchstaben total konfus gemacht haben — fand ich nicht ganz einfach das ganze… Schöne Auffrischung.
    Freu mich schon auf die Folgebeiträge!

  5. #5 Alderamin
    31. August 2018

    @meregalli

    Und auf Schwedisch heißen sie…

    (das heißt wörtlich übersetzt übrigens „Taschentelefon“)

    😉

  6. […] Wir alle benutzen mittlerweile täglich Mobiltelefone. Aber wie funktioniert eigentlich so ein Handy? Wie erreicht ein … (Orginal – Story lesen…) […]

  7. #7 Matthias
    1. September 2018

    Schöner Text!
    Danke dafür! Die Zeitschlitze und die Größenbegrenzung der Zellen durch die Signallaufzeit ist besonders interessant. Bisher dachte ich immer, dass allein die Sichtbarkeit der Geräte die Zellengröße limitiert.
    Bitte mehr davon – und ebenso ausführlich!
    Matthias

  8. #8 Beobachter
    im Wald
    1. September 2018

    @ Alderamin:

    Weshalb kennen Sie sich mit Mobilfunk und Mobilfunknetzen so gut und im Detail aus?
    Sind Sie in diesem Bereich beruflich tätig?

    Die vielen Abkürzungen allein schon unter “Stichworte” sind beeindruckend – so beeindruckend, dass man als Fachfremder leicht von vornherein die Hoffnung aufgibt, da jemals “durchzublicken” …
    Aber vielleicht sollen das eh nur “Eingeweihte” …

  9. #9 uwe hauptschueler
    1. September 2018

    Wie ist die Kapazität der Funknetze ausgelegt? Wenn 80 000 Fußballfans im Stadion sind, wieviele könnten da telefonieren?

  10. #10 Alderamin
    1. September 2018

    @Beobachter

    Ja, ich habe das mal bei einem Hersteller von Vermittlungsstellen gelernt. Der AKüWa (Abkürzungswahn) im Telekombereich ist groß, weil es so viele Begriffe gibt, das kann schon abschrecken. Ist in der Technikwelt aber meistens so. Kein Mensch möchte die langen Originalbegriffe ständig verwenden, schon gar nicht die deutschen („Anwenderteil für leitungsvermittelte Datendienste“ – engl. Data User Part, DUP).

    Deshalb habe ich versucht, nicht so tief in die Protokolle einzusteigen und an der Oberfläche zu bleiben.

    Man muss sich als Leser ja nicht alles merken, wenn man die Grundidee mitnehmen kann, dann reicht das ja zum Verständnis.

  11. #11 Alderamin
    1. September 2018

    @uwe hauptschueler

    Bei Sport- und anderen Veranstaltungen (Kirmes) werden oft mobile Basisstationen eingesetzt, mit denen man zusätzliche Kapazitäten schaffen kann. Es gibt sogar Nanozellen für den Indoor-Bereich, die mit WLAN-Access-Points vergleichbar sind und nur ein paar 10 m Reichweite haben; wie ich hier lese, sind in manchen Stadien an die 50 Funkzellen fest installiert (hier geht es allerdings um LTE und Datendienste; GSM hat geringere Kapazitäten).

    Wenn jede Zelle rund 60 Gespräche unterstützt (mal auf GSM bezogen; UMTS arbeitet anders, da kann man keine bestimmte Zahl von Gesprächen angeben, und LTE ist wieder anders und unterstützt z.T. gar keine Sprachdienste, man fällt für Gespräche auf UMTS zurück) und man von 20 Zellen ausgeht, könnte man 1200 parallele Gespräche führen, so als Größenordnung. Wenn die Hälfte eines Stadions mit 80.000 Leuten während des Spiels telefoniert und ein Gespräch 5 Minuten dauert, hätte man bei 110 Minuten Spieldauer (inkl. Pausen und Nachspielzeit) 40.000*5 Minuten = 200.000 Gesprächsminuten, dividiert durch 110 Minuten Gesamtzeit = 1818 Erlang (so nennt sich die Einheit für das Gesprächsaufkommen, Sprachminuten pro Minute). Da die Rate nicht so schön konstant ist (in der Halbzeit telefonieren viel mehr), möchte man natürlich Überkapazitäten haben und vielleicht 3600 Erlang unterstützen. Dann müsste man 60 GSM-Zellen bereitstellen. Wäre möglich, hat man aber den obigen Zahlen aus dem Artikel nach vermutlich damals nicht gemacht.

    Die Kapazität bei UMTS ist höher und flexibler, da reichen weniger Zellen, dafür wird mehr gesurft; surfen beansprucht das Netz aber wiederum nur stoßweise, wenn man eine neue Seite lädt, und der Download kann auch mal ein paar Sekunden aufgeschoben werden. Ist auf jeden Fall machbar.

    Mit der Dimensionierung von Netzen hatte ich nie zu tun, das sind jetzt nur Bauchschätzungen.

  12. #12 Beobachter
    1. September 2018

    @ uwe hauptschueler
    @ Alderamin

    Also ehrlich, eure Sorgen möcht` ich haben … :-) :

    Die 80.000 Fans sollten im Stadion nicht telefonieren, sondern dem Fußballspiel zugucken und in der Halbzeitpause nen Kaffee oder ein Bier trinken und mit ihren Kumpels vor Ort diskutieren.
    Völlig unnötig, diese zusätzlichen Kapazitäten und Zellen … 😉

    Die meisten Leute sind eh nicht multitasking-fähig, und wenn sie verschiedene Dinge gleichzeitig machen, machen sie keines davon (so) richtig (gut).

  13. #13 Alderamin
    1. September 2018

    @Beobachter

    Bei meinem ersten Länderspiel habe ich zwar nicht telefoniert, aber Bilder an meinen Schwager verschickt. :-)

  14. #14 Karl-Heinz
    1. September 2018

    Mein Gott, das waren noch Zeiten, als noch analog mittels Hebdrehwähler vermittelt wurde.
    Mobile Geräte waren damals noch ein Fremdwort. 😉

    https://de.m.wikipedia.org/wiki/Hebdrehw%C3%A4hler

  15. #15 Beobachter
    1. September 2018

    @ Alderamin:

    Wurden damals noch keine Länderspiele in der Glotze übertragen?

    Mein Gott, waren das noch vorsintflutliche Zeiten, als man noch völlig ohne Handy auskommen musste – und man hat`s trotzdem überlebt … 😉

    Aber mal im Ernst:
    Wird das auch noch mal ein Aspekt/Thema innerhalb Ihrer Mobilfunk-Artikelserie:
    Etwas zu “Risiken und Nebenwirkungen” … ?
    Oder gehört das für Sie nicht zwangsläufig dazu?

    Z. B., kein Witz:
    Schon mal was von “Bompeln” gehört?
    Die braucht man jetzt, weil süchtige Handy-User sonst fast nix mehr sehen und hören und selbst im Gehen nur noch nach unten vor sich hin in Richtung Display starren … :

    https://www.augsburger-allgemeine.de/augsburg/Augsburger-Bodenampeln-finden-weltweit-Nachahmer-id41165856.html

  16. #16 Karl Mistelberger
    1. September 2018

    Chinese city gets ‘smartphone zombie’ walkway

    https://www.bbc.co.uk/news/blogs-news-from-elsewhere-44383449

  17. #17 Alderamin
    1. September 2018

    @Beobachter

    Wurden damals noch keine Länderspiele in der Glotze übertragen?

    So lange her ist das noch gar nicht… nein, ich musste dem Schwager ein Beweisfoto schicken, wo ich gerade mit seiner Schwester unterwegs war 😉

    Mein Gott, waren das noch vorsintflutliche Zeiten, als man noch völlig ohne Handy auskommen musste – und man hat`s trotzdem überlebt …

    Bei uns in der o.g. Firma hing damals ein Cartoon im Druckerraum, ein Bettler mit Hut und Schild “Kein Mobiltelefon” und zwei Passanten, die zueinander sagten “Meine Güte, so ein Elend!” Ist heute gar nicht mehr so witzig…

    Wird das auch noch mal ein Aspekt/Thema innerhalb Ihrer Mobilfunk-Artikelserie:
    Etwas zu “Risiken und Nebenwirkungen” … ?
    Oder gehört das für Sie nicht zwangsläufig dazu?

    Hatte ich eigentlich nicht vorgehabt, aber ich denk’ mal drüber nach. Es gab mal einen Artikel bei SpOn (wenn ich mich recht entsinne), da waren Stimmen aus den Zeiten zitiert worden, als der Buchdruck aufkam und später das Fernsehen. Beide Male machte man sich Sorgen, dass die Jugend davon verdorben würde. Die Jugend hat’s beidesmal überstanden.

    Schon mal was von “Bompeln” gehört?
    Die braucht man jetzt, weil süchtige Handy-User sonst fast nix mehr sehen und hören und selbst im Gehen nur noch nach unten vor sich hin in Richtung Display starren … :

    Nee, “Bompeln” habe ich noch nicht gehört, gute Idee, aber hier gibt’s schon mal ein Video über die Gefahren des Handy-Gebrauchs beim Gehen.

  18. #18 Elektriker
    2. September 2018

    “Wir alle benutzen mittlerweile täglich MobiltelefonE”

    Dies ist ein Allquantor und falsch. Ich benutze so ein Spielzeug nicht, ich bin ernsthaft und im Leben verhaftet. So ein Spielzeug nutzen nur Dummköpfe und Uninformierte, die seich wichtig machen (Ich hab eiun Handü, ich bin gajohl….)……

  19. #19 Karl-Heinz
    2. September 2018

    @Elektriker

    Was, man hat dir noch kein Firmentelefon aufgebürdet? Na dann sei doch froh. 😉

  20. #20 rolak
    2. September 2018

    noch kein?

    Geht doch garnicht, Karl-Heinz, er mußte zwangsläufig beim Bindfadentelefon bleiben, bis er in grundlegenderen Themenbereichen auf dem halbwegs aktuellen Stand der Dinge angekommen ist. So wie es aussieht, ist der seit Jahren geplante Semantikkurs schon wieder aufgeschoben worden, anders läßt sich die krasse Verwechslung zwischen Aussagenkategorie (Generalisierung bzw Allaussage) und Name eines mathematischen Symboles (Generalisator bzw Allquantor) nicht erklären.

  21. #21 Alderamin
    2. September 2018

    @Elektriker

    Ich benutze so ein Spielzeug nicht, ich bin ernsthaft und im Leben verhaftet.

    Ernsthaft? So ein Elend!

    So ein Spielzeug nutzen nur Dummköpfe und Uninformierte, die seich wichtig machen (Ich hab eiun Handü, ich bin gajohl….)……

    Da es mehr Mobilfunkverträge als Einwohner in Deutschland (ich glaube sogar weltweit) gibt, ist die Chance, durch ein Handy auf sich aufmerksam zu machen, ziemlich gering. Eher im Gegenteil – wer keins hat, fällt auf und sagt etwas über sich aus. Es ist dann aber irgendwie inkonsequent, einen Computer zu benutzen und in sozialen Netzen zu kommentieren (die Kommentarfunktion hier kann man durchaus als soziales Netz bezeichnen). Das sind ja gerade solche Funktionen, die ein Smartphone vom gewöhnlichen Telefon zum Spielzeug machen.

  22. #22 stone1
    2. September 2018

    Ein so interessanter wie unerwarteter Hintergrundartikel, ich hätte mir in der Rubrik ‘Funktechnik’ ja eher Artikel mit starkem Raumfahrtbezug erwartet.

    Luxusartikel für Geschäftsleute und Millionäre

    Das erste Autotelefon dass mir in den 80ern unterkam gehörte einem Nationalratsabgeordneten, obwohl die Grenzen hier wohl fließend waren, gleichzeitig war er Versicherungsvertreter und über mangelndes Einkommen konnte er sich wohl auch nicht beschweren. ; )

  23. #23 Beobachter
    3. September 2018

    Auch ein Aspekt des Themas “Mobilfunknetz” und Handys:

    https://www.welt.de/wirtschaft/webwelt/article151650363/Nach-diesem-Handyrohstoff-buddeln-Kinder-metertief.html

    ” … Niemand, der sein Smartphone in die Hand nimmt, würde vermuten, dass ein Teil davon aus Kinderhänden stammt, die in der Dunkelheit selbst gegrabener Minentunnel mit primitiven Werkzeugen schuften. Dennoch wirft die Menschenrechtsorganisation Amnesty International allen großen Smartphone- und Elektronikherstellern vor, dass ihre Produkte mithilfe von Kinderarbeit hergestellt werden.

    Kobalt, ein unersetzliches Metall in den Lithium-Ionen-Akkus aller Mobilgeräte, so schreibt die Organisation in einem ausführlichen Bericht, stammt aus Minen des afrikanischen Kongo, in denen Minderjährige arbeiten.
    … “

  24. […] ersten Teil haben wir den Netzaufbau des GSM-Netzes kennen gelernt. Im heutigen Artikel schauen wir uns […]

  25. #25 Alderamin
    3. September 2018

    @Beobachter

    Kobalt, ein unersetzliches Metall in den Lithium-Ionen-Akkus aller Mobilgeräte,

    Lithium-Ionen-Akkus sind aber nichts Handy-Spezifisches, sie finden sich in Kameras, Laptops, elektrisch betriebenem Spielzeug, Elektroautos etc etc.

    Man kann die Rohstoffe auch Recyceln. Im Kölner Zoo steht (stand?) ein Behälter, in dem alte Handies gesammelt werden, um die Ressourcen in Afrika zu schonen. Da habe ich mal einen Stapel alter Handies der ganzen Familie deponiert. Elektroschrott soll man ohnehin nicht in den Hausmüll werfen, sondern sachgerecht beim lokalen Verwerter entsorgen.

  26. #26 Kurt Behnke
    4. September 2018

    Schön dargestellt. Ich hätte mal den ersten vor dem 2. Teil lesen sollen. Das Angebot, etwas hinzuzuliefern besteht dennoch weiter.

    Zum MSC Lärm: etwas unfair, das gerade mit den vergleichsweise superleisen AXE von Ericsson zu erwähnen. Wenn man wirklich Maschinenraum-Feeling haben wollte, musst man in die Telekom-VSTn gehen, wo Siemens EWSD basierte MSC aufgestellt waren. Die waren laut!

  27. #27 Kurt Behnke
    4. September 2018

    Noch ein Kommentar; diesmal zu den Netzdimensionen.
    Im GSM hatten wir in beiden D-Netzen in etwa 50 MSC und bis zu 80 HLR. Beide Zahlen sind durch Übergang zu IP Transmission und “Soft Switching” drastisch heruntergegangen. Logisch stimmen die Diagramme für GSM immer noch; physikalisch ist es heute komplett anders aufgebaut.

    Es gibt, glaube ich, nirgends Tausende von BSC in einem Netz. In den deutschen Netzen hatte man aus Kapazitätsgründen anfangs so etwas wie 400 – 600 BSC aufgebaut (die kamen damals wie die BTS von der PKI in Nürnberg, die später in Lucent, dann mit dem Rest von Lucent in Alcatel und schliesslich mit allen zusammen in Nokia aufging). Da die Topologie damit festgelegt war, kamen auch spätere Lieferanten (Motorola, Ericsson, Huawei, Nokia) von dieser Grössenordnung nicht herunter, obwohl kapazitätsmäßig heute wohl nur noch 10% nötig wären. Mit dem Ausbau von LTE werden (oder wurden, ich bin mir da nicht so sicher) die BSC ohnehin von sogenannten EVO Controllern (gemeinsam mit 3G RNC) abgelöst — wenn das Netz nicht vorher schon heruntergefahren wird. Die Frequenzen bringen mit LTE deutlich mehr Geld.

  28. #28 Alderamin
    4. September 2018

    Was den Lärm betrifft – volle Zustimmung. Bei der Bahn laufen unter anderem Siemens-Switches im Testlabor, da fliegen einem die Ohren weg. Die AXE 20 war jedenfalls bedeutend leiser.

  29. #29 Alderamin
    4. September 2018

    @Kurt Behnke

    Danke für die korrigierten Zahlen, habe sie oben eingefügt. Ich war nur bei einem Zulieferer beschäftigt und hörte von den Zahlen nur in unseren Gesprächen mit den Kunden.

  30. […] ersten Teil haben wir ein wenig über die Historie und die Motivation für das GSM-Netz erfahren. Im zweiten […]

  31. #31 leo
    Ja bitte
    5. September 2018

    @Alderamin
    … ich werde das auch von der Resonanz der Leser abhängig machen …

    Astronomie interessiert mich.
    Funken interessiert mich.

    Freu mich schon auf die Kombination: Satelliten Telefon

  32. #32 Beobachter
    20. September 2018

    Zu “Risiken und Nebenwirkungen”:

    Mobilfunk-süchtige Handynutzer gefährden sich und andere im Straßenverkehr:

    https://www.swr.de/marktcheck/todesgefahr-durch-handynutzung-am-steuer/-/id=100834/did=20981840/nid=100834/1vhjwsz/index.html

    https://www.swr.de/swr1/rp/tipps/landesweiter-kontrolltag-gegen-smartphones-im-strassenverkehr-wenn-das-handy-am-ohr-richtig-teuer-wird/-/id=446880/did=22477850/nid=446880/e1i92y/index.html

    Ich selbst bin schon mehrmals von rasant Fahrrad fahrenden und auf`s Display starrenden Smartphone-Nutzern mit Stöpseln im Ohr auf Radwegen (!) fast umgenietet worden – konnte gerade noch ausweichen.

    I. d. R. finden viel zu wenig Kontrollen statt.