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Was ist GSM: Primer

Was ist GSM: Primer

GSM ist ein Mobiltelefonsystem der zweiten Generation oder 2G. Ursprünglich 1991 eingeführt, wird es immer noch für viele Sprachanrufe und einige Dienste mit niedriger Datenrate verwendet, die seine Verwendung erfordern.

Das Akronym für GSM bedeutete ursprünglich Groupe Speciale Mobile, aber dies änderte sich zu Global System for Mobile Communications, da sich das System global verbreitete.

Der Einsatz von GSM hat alle ursprünglichen Erwartungen übertroffen. Ursprünglich war es als europäisches System konzipiert worden, aber seine Nutzung verbreitete sich weltweit und bis 2004 gab es über eine Milliarde Abonnements - ein Meilenstein, da es über 100 Jahre gedauert hatte, bis das Festnetz diesen Punkt erreicht hatte.

Obwohl sich die Technologie seit der Einführung von GSM als 2G-Technologie erheblich weiterentwickelt hat, ist sie immer noch weit verbreitet, da Telefone kostengünstig sind und der Batterieverbrauch gering ist, sodass die Ladeintervalle für Batterien häufig eine Woche oder länger betragen können.

Was ist GSM - Systemübersicht

Das GSM-System wurde als Mobiltelefontechnologie der zweiten Generation (2G) entwickelt. Eines der grundlegenden Ziele bestand darin, ein System bereitzustellen, mit dem eine größere Kapazität erreicht werden kann als mit den analogen Systemen der vorherigen ersten Generation. GSM erreichte dies durch Verwendung eines digitalen TDMA (Time Division Multiple Access Approach).

Durch die Übernahme dieser Technik könnten mehr Benutzer innerhalb der verfügbaren Bandbreite untergebracht werden. Darüber hinaus wurde die Verschlüsselung der digital codierten Sprache übernommen, um die Privatsphäre zu schützen. Mit den früheren analogen Mobilfunktechnologien konnte jeder mit einem Scannerempfänger Anrufe abhören, und eine Reihe berühmter Persönlichkeiten wurden mit peinlichen Konsequenzen "belauscht".

Hinweis zur Geschichte der Mobiltelefontechnologie:

Die Mobiltelefontechnologie hat sich jedes Jahr weiterentwickelt. Von der ersten Einführung von Mobiltelefonsystemen in den 1980er Jahren bis heute hat die Entwicklung neuer Technologien die verfügbaren Systeme stetig verbessert. Beginnend mit den analogen Systemen der ersten Generation wurden neue digitale 2G-Systeme eingeführt, die weiterentwickelt wurden, sodass jetzt die 5G-Technologie entwickelt wird.

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GSM-Dienste

Sprach- oder Sprachanrufe sind offensichtlich die Hauptfunktion für das GSM-Mobilfunksystem. Um dies zu erreichen, wird die Sprache digital codiert und später unter Verwendung eines Vocoders decodiert. Es stehen verschiedene Vocoder zur Verfügung, die auf unterschiedliche Szenarien ausgerichtet sind.

Zusätzlich zu den Sprachdiensten unterstützt die GSM-Mobilfunktechnologie eine Vielzahl anderer Datendienste. Obwohl ihre Leistung bei weitem nicht der von 3G entspricht, sind sie dennoch wichtig und nützlich. Eine Vielzahl von Datendiensten wird mit Benutzerdatenraten von bis zu 9,6 kbps unterstützt. Dienste wie Fax, Videotext und Videotex der Gruppe 3 können unterstützt werden.

Ein Dienst, der enorm gewachsen ist, ist der Kurznachrichtendienst. Es wurde als Teil der GSM-Spezifikation entwickelt und auch in andere Mobilfunktechnologien integriert. Es kann als dem Paging-Dienst ähnlich angesehen werden, ist jedoch weitaus umfassender und ermöglicht bidirektionales Messaging, Speichern und Weiterleiten sowie alphanumerische Nachrichten mit einer angemessenen Länge. Dieser Service ist besonders bei jungen Menschen besonders beliebt geworden, da er einfache, niedrige Fixkosten bietet.

GSM-Grundlagen

Die GSM-Mobilfunktechnologie hatte zu Beginn der Entwicklung eine Reihe von Entwurfszielen:

  • Es sollte eine gute subjektive Sprachqualität bieten
  • Es sollte niedrige Telefon- oder Terminalkosten haben
  • Terminals sollten handgehalten werden können
  • Das System sollte internationales Roaming unterstützen
  • Es sollte eine gute spektrale Effizienz bieten
  • Das System sollte ISDN-Kompatibilität bieten

Die daraus resultierende GSM-Mobilfunktechnologie lieferte all dies. Die Gesamtsystemdefinition für GSM beschreibt nicht nur die Luftschnittstelle, sondern auch die Netzwerk- oder Infrastrukturtechnologie.

Durch diesen Ansatz ist es möglich, den Betrieb des gesamten Netzwerks zu definieren, um internationales Roaming zu ermöglichen, sowie Netzwerkelemente verschiedener Hersteller nebeneinander zu betreiben, obwohl diese letzte Funktion insbesondere bei älteren Elementen nicht vollständig funktioniert hat.

Die HF- oder Luftschnittstelle der GSM-Mobilfunktechnologie verwendet 200-kHz-HF-Kanäle. Diese werden zeitlich gemultiplext, damit bis zu acht Benutzer auf jeden Träger zugreifen können. Auf diese Weise handelt es sich um ein TDMA / FDMA-System.

Die Basis-Transceiver-Stationen (BTS) sind in kleinen Gruppen organisiert, die von einer Basisstations-Steuerung (BSC) gesteuert werden, die sich typischerweise zusammen mit einer der BTS befindet. Die BSC mit ihren zugehörigen BTSs wird als Basisstationssubsystem (BSS) bezeichnet.

Weiter im Kernnetz befindet sich der Hauptvermittlungsbereich. Dies ist als Mobile Switching Center (MSC) bekannt. Damit verbunden sind die Standortregister, nämlich das Heimatstandortregister (HLR) und das Besucherstandortregister (VLR), die den Standort von Mobiltelefonen verfolgen und die Weiterleitung von Anrufen an diese ermöglichen. Zusätzlich gibt es das Authentication Center (AuC) und das Equipment Identify Register (EIR), die zur Authentifizierung des Mobiltelefons verwendet werden, bevor es in das Netzwerk aufgenommen und abgerechnet werden kann. Die Funktionsweise dieser wird auf den folgenden Seiten erläutert.

Last but not least ist das Handy selbst. Oft als ME oder mobiles Gerät bezeichnet, ist dies der Gegenstand, den der Endbenutzer sieht. Dieses Element der gesamten Netzwerkarchitektur führte einige neue Elemente ein und förderte das Wachstum des gesamten Mobiltelefon-Ökosystems.

Eine wichtige Funktion, die erstmals in GSM implementiert wurde, war die Verwendung eines Teilnehmeridentitätsmoduls. Diese Karte enthielt die Benutzeridentität und andere Informationen, damit der Benutzer ein Telefon sehr einfach aktualisieren kann, während die gleiche Identität im Netzwerk erhalten bleibt. Es wurde auch verwendet, um andere Informationen wie "Telefonbuch" und andere Gegenstände zu speichern.

Die Einführung der SIM-Karte hat es den Menschen ermöglicht, Telefone sehr einfach zu wechseln. Dies hat die Telefonherstellungsbranche befeuert und die Einführung neuer Telefone mit zusätzlichen Funktionen ermöglicht. Auf diese Weise konnten Mobilfunkbetreiber ihren durchschnittlichen Umsatz pro Benutzer (ARPU) steigern, indem sichergestellt wurde, dass Benutzer auf alle neuen Funktionen zugreifen können, die möglicherweise im Netzwerk gestartet werden und anspruchsvollere Telefone erfordern.

Die Batterielebensdauer war ein weiterer wichtiger Aspekt, und die Verwendung von GMSK bedeutete, dass der Mangel an HF-Senderverstärkern hoch sein konnte, sodass die Batterielebensdauer mehr als mehrere Tage betragen konnte, insbesondere aufgrund der verbesserten Batterietechnologie.

GSM-SMS-Nachrichten

Eine weitere Fähigkeit von GSM, die sich auf eine Art und Weise entwickelte, die nicht erwartet wurde, war die SMS. SMS-Nachrichten wurden am 3. Dezember 1992 zum ersten Mal verwendet, als Neil Papworth einen PC verwendete, um die Textnachricht "Frohe Weihnachten" über das britische Vodafone-GSM-Netz zu senden.

Obwohl das Prinzip der Textnachrichten 1992 eingeführt wurde, bot der finnische Netzbetreiber Radiolinja erst 1994 als erster einen kommerziellen SMS-Textnachrichtendienst von Person zu Person an.

Sobald sich Textnachrichten etabliert hatten, nahm es bald Fahrt auf, da es eine viel billigere Möglichkeit zum Versenden von Nachrichten bietet als das Tätigen eines Anrufs. Infolgedessen nutzten viele Menschen es, da sich die Nutzung von Mobiltelefonen ausgebreitet hatte und die jüngere Generation die Kosten durch das Senden von Texten viel besser verwalten konnte.

Infolge der Verwendung von SMS-Nachrichten im GSM-Netz wurde es von anderen 2G-Systemen übernommen, da es den Netzbetreibern zusätzliche Einnahmen und eine kostengünstige Form der Kommunikation für die Benutzer ermöglichte.

GSM-Systemübersicht

Die folgende Tabelle fasst die Hauptpunkte der GSM-Systemspezifikation zusammen und zeigt einige der wichtigsten Merkmale von technischem Interesse.


Spezifikationszusammenfassung für GSM Cellular System
MehrfachzugriffstechnologieFDMA / TDMA
Duplex-TechnikFDD
Uplink-Frequenzband890 - 915 MHz
(nur Basisband 900 MHz)
Downlink-Frequenzband933-960 MHz
(nur Basisband 900 MHz)
Kanalabstand200 kHz
ModulationGMSK
SprachcodierungVerschiedene - Original war RPE-LTP / 13
Sprachkanäle pro HF-Kanal8
Kanaldatenrate270,833 kbps
Rahmendauer4,615 ms

Weiterentwicklungen von GSM

GSM war ein besonders erfolgreiches mobiles Telekommunikationssystem. Ursprünglich war es für den Einsatz in Europa vorgesehen, aber innerhalb relativ kurzer Zeit wurde das System weit über die Grenzen Europas hinaus eingesetzt und entwickelte sich zu einem international anerkannten System.

Zusätzlich zu seinem Erfolg als Sprachkommunikationssystem wurde es über die grundlegenden Sprachfähigkeiten hinaus entwickelt, um Daten übertragen zu können. Mit der zunehmenden Nutzung des Internets wurde GSM entwickelt, um diesen Anforderungen gerecht zu werden.

  • GPRS: GPRS, der General Packet Radio Service, war eine Weiterentwicklung des zellularen Telekommunikationssystems GSM 2G. Durch die Verwendung von Paketdaten anstelle von leitungsvermittelten Datenschaltungen konnten unter idealen Bedingungen ähnliche Geschwindigkeiten wie bei DFÜ-Netzwerkdiensten erreicht werden. Die Datengeschwindigkeit war jedoch im Vergleich zu den heute verwendeten Systemen sehr langsam.

    Hinweis zu 2G GPRS:

    GPRS - General Packet Radio System führte Paketdaten in das GSM-Mobiltelefonsystem ein. Obwohl die Daten nach aktuellen Standards langsam waren, konnten sie zu einem Hauptbestandteil des Systems werden.

    Lesen Sie mehr über 2G GPRS.

  • GSM EDGE: GSM EDGE, Enhanced Data Rates für GSM Evolution, war die Weiterentwicklung von GSM & GPRS, bei der mithilfe der 8PSK-Modulation Datenübertragungsraten von bis zu 384 kbps erzielt wurden. Obwohl dies einen signifikanten Anstieg gegenüber GPRS darstellte, waren die Datengeschwindigkeiten immer noch sehr langsam.

    Hinweis zu 2G GSM EDGE:

    GSM EDGE - Verbesserte Datenraten für GSM Evolution sorgten für eine Erhöhung der Datenraten, die mit dem 2G GSM-basierten System erreicht werden können. Durch die Verwendung von Paketdaten (die bereits in GPRS verwendet werden) und die Änderung des Modulationsformats auf 8 PSK wurde eine erhebliche Steigerung der Datenleistung erzielt.

    Lesen Sie mehr über 2G GSM EDGE.

Als sich GSM weiterentwickelte und mehr als nur Sprachanrufe bereitstellte, als es anfing, Daten zu übertragen, zeigte es, wie sich die Mobilkommunikationstechnologie entwickeln würde.

Obwohl es einige Jahre dauerte, wurde GSM stetig zum dominierenden 2G-Mobiltelefonsystem. Bahnbrechende Eigenschaften wie die SIM-Karte, mit der dieselbe Nummer und dasselbe Konto beim Upgrade des Telefons beibehalten werden können, sowie Aspekte wie internationales Roaming haben ihm einen deutlichen Vorsprung gegenüber anderen Systemen verschafft.

Noch viele Jahre später werden das grundlegende GSM-Netz sowie die GSM-Upgrade-Technologien und -Architektur verwendet, um Legacy-Dienste für viele Systeme bereitzustellen, die auf einer grundlegenden Technologie basieren. Obwohl die Betreiber das ihr zur Verfügung stehende Spektrum reduziert haben, wird GSM wahrscheinlich noch einige Jahre aufrechterhalten.

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