Einführung in den GSM-Standard

Das GSM-Netz GSM (Global System for Mobile communications) steht zu Beginn des 21^. Jahrhunders für den meist gebrauchten Mobilfunkstandard in Europa. Es handelt sich um einen Telefonstandard «  der zweiten Generation » (2G), da die Kommunikationen im Gegensatz zur ersten Generation der Mobiltelefone nach einem komplett digitalen Modus erfolgen.

Als « Groupe Spécial Mobile » zu Beginn der Standardisierung 1982 ist es 1991 zu einer internationale Norm geworden, die sich « Global System for Mobile communications » nennt.

In Europa benutzt der GSM-Standard Frequenzbereiche von 900 MHz und 1800 MHz. In den USA hingegen beträgt das benutzte Frequenzbereich 1900 MHz. Deshalb nennt man Tri-Band (manchmal auch Triband genannt), Mobiltelefone, die in Europa und Amerika funktionieren und Bi-Band solche, die nur in Europa funktionieren.

Der GSM-Standard erlaubt eine maximalen Übertragungsrate von 9,6 kbps, was eine Übertragung von Stimme sowie von digitalen Daten von geringem Volumen ermöglicht, zum Beispiel Textnachrichten (SMS, für Short Message Service) oder Multimedia-Nachrichten (MMS, für Multimedia Message Service).

Prinzip des Funktelefonnetzes

Die Funktelefonnetze basieren auf dem Prinzip von Funkzellen, das bedeutet sich überschneidende Rundbereiche zur Abdeckung eines geographischen Bereiches.

Die Funktelefonnetze beruhen auf der Benutzung einer zentralen Sende-Empfang- Einrichung in jeder Funkzelle, die man « Basisstation nennt » (auf Englisch Base Transceiver Station, bzw. BTS).

Je kleiner der Raduis einer Funkzelle ist, desdo höher ist die verfügbare Bandbreite. So sind in stark bevölkerten Stadtgebieten Funkzellen von einer Größe von mehreren hundert Metern vorhanden, wohingegen großflächige Funkzellen von etwa dreißig Kilometern die Abdeckung von ländlichen Gebieten ermöglichen.

In einem Funktelefonnetz ist jede Funkzelle mit 6 benachbarten Zellen umgeben (aus diesem Grund stellt man eine Funkzelle generell in Form eines Sechsecks dar).Zur Vermeidung von Interferenzen können benachbarte Zellen nicht dieselbe Frequenz benutzen. In der Praxis müssen zwei Zellen, die die gleiche Frequenz vorweisen,soweit voneinander entfernt liegen, das die Entfernung zwei oder dreimal so groß ist wie der Durchmesser der Funkzelle.

Architektur des GMS-Netzes

In einem GSM-Netz wird das Endgerät des Benutzers Mobilstation genannt. Eine Mobilstation besteht aus einer SIM- Karte (Subscriber Identity Module), durch die der Benutzer einer Mobilstation auf eindeutige Art und Weise identifiziert werden kann, das bedeutet, das Gerät des Benutzers (meistens ein Mobiltelefon).

Die Endgeräte (Apparate) werden durch eine einmalige Identifikationsnummer identifiziert, die aus 15 Nummern bestehen und IMEI (International Mobile Equipment Identity) genannt wird. Jede SIM-Karte besitzt ebenfalls eine einmalige (und geheime) Identifikationsnummer, die IMSI (International Mobile Subscriber Identity) genannt wird. Dieser Code kann mithilfe eines Schlüssels bestehend aus 4 Zahlen geschützt werden; er wird PIN-Code genannt.

Die SIM-Karte ermöglicht so die Identifizierung aller Benutzer, und dies unabhängig vom bei der Kommunikation mit einer Basisstation benutzten Engerät. Die Kommunikation zwischen einer Mobilstation und einer Basisstation erfolgt über eine Funkverbindung, die im Allgemeinen Luftschnittstelle (oder seltener Um-Schnittstelle) genannt wird.

Alle Basisstationen eines Funktelefonnetzes sind verbunden mit einer Basisstationsteuerung (auf Englisch Base Station Controller, eine sogenannte BSC), deren Aufgabe es ist, die Aufteilung der Ressourcen zu verwalten. Die aus der Basisstationssteuerung und den verbundenen Basisstationen bestehende gesamte Einrichtung nennt sich Funkteil (auf Englisch BSS für Base Station Subsystem).

Schließlich sind die Basisstationssteuerungen selbst physisch verbunden mit der mobilen Funkvermittlungsstelle (auf English MSC für Mobile Switching Center), die durch einen Telefonbetreiber verwaltet wird, die sie mit den öffentlichen Telefonnetz und Internet verbindet. Die MSC ist Teil einer Gesamteinrichtung, die sich Netzteilsystem nennt (auf Englisch NSS für Network Station Subsystem), und verantwortlich ist für die Verwaltung der Identitäten der Benutzer, ihrer Lokalisierung und der Herstellung der Kommunikation mit den anderen Teilnehmern.

Die MSC ist generell mit Datenbanken verbunden, die zusätzliche Funktionen innehaben :

• Das Verzeichnis der lokalen Teilnehmer (genannt HLR für Home Location Register): es handelt sich um eine Datenbank, die Informationen (geographische Lage, administrative Informationen, etc.) über die im Bereich des Vermittlers (MSC) eingeschriebenen Teilnehmer enthalten.
• Das Verzeichnis der Gastteilnehmer (auch genannt VLR für Visitor Location Register): es handelt sich um eine Datenbank, die Informationen über die anderen Benutzer enthalten, die nicht lokale Teilnehmer sind. Das VLR führt die Daten über einen neuen Benutzer des HLR zusammen, die seinem Bezugsbereich entsprechen. Die Daten werden während seiner gesamten Anwesenheit in dem Bereich aufbewahrt und erst dann gelöscht, wenn er den Bereich nach einer langen Zeit des Ruhezustands verlässt (ausgeschaltetes Endgerät).
• Das Verzeichnis der Endgeräte (auch genannt EIR für Equipement Identity Register) : es handelt sich um eine Datenbank, die die mobilen Endgeräte erfasst.
• Das Authentifikationszentrum (auch genannt AUC für Autentication Center) : es handelt sich um ein Element, das die Identität der Benutzer überprüft.

Das so gebildete Funktelefonnetz ist dazu bestimmt, die Mobilität zu unterstützen dank der Verwaltung des handover, das bedeutet, der Übergang einer Funkzelle auf eine andere.

Schließlich unterstützen die GSM-Netze ebenfalls das Prinzip des Roamings (auf Englisch Roaming), das bedeutet der Übergang eines Netzes in ein anderes.

Sim-Karte

Eine SIM-Karte enthält folgende Informationen :

• Telefonnummer des Teilnehmers (MSISDN)
• Internationale Teilnehmernummer (IMSI, international mobile subscriber identity)
• Zustand der SIM-Karte
• Service-Code (Betreiber)
• Authentifikationsschlüssel
• PIN-Code (Personal Identification Code)
• PUK-Code (Personal Unlock Code)