Global System for Mobile Communications, GSM - Definition

Defintion von Global System for Mobile Communications

Abkürzung: GSM

1982 wurde die Groupe Spécial Mobile (GSM) gegründet um einen einheitlichen digitalen Mobilfunkstandard für Europa zu erarbeiten. Später würde GSM umbenannt in Global System for Mobile Communications.

In Deutschland wurde GSM 1992 von der Post (heute: T-Mobile) und Mannesmann (heute: Vodafone) auf dem 900MHZ Frequenzband (D-Netz) eingeführt. 1994 kamen E-Plus und 1998 Viag Interkom (heute o2) auf dem E-Netz (1800MHz) dazu. GSM eroberte den Markt nicht nur in Europa und ist heute mit über 1,5 Milliarden Teilnehmern das mit Abstand verbreiteteste Mobilfunksystem der Welt. In den USA sendet GSM auf 1900 MHz. Möchte man sein Handy sowohl in einem 900MHz (z.B. T-Mobile), 1800MHz (z.B O2) als auch in den USA benutzen, so benötigt man ein Tri-Band-Handy.

Frequenzen D-Netz:
- Uplink: 890 - 915MHz (+ 880 - 890MHz Extended GSM)
- Downlink: 935 - 960MHz (+ 925 - 935MHz Extended GSM)

Frequenzen E-Netz:
- Uplink: 1710 - 1785MHz
- Downlink: 1805 - 1880MHz

Frequenzen GSM-Rail (nicht für Privatnutzer):
- Uplink: 876 - 880
- Downlink: 921 - 925

Das D-Netz hat zusammen mit Extended-GSM eine Bandbreite von 35MHz (ursprünglich 25MHz). Durch FDMA wird dieses Frequenzband in 175 Kanäle a 200kHz unterteilt, davon dienen 2 Kanäle als Schutzabstand. Jeder dieser 173 Kanäle wird wiederum durch TDMA in 8 Zeitschlitze (Unterkanäle) aufgeteilt. Somit ergeben sich 1384 Kanäle (173*8) für beide Anbieter (T-Mobile & Vodafone) zusammen. Es könnten also theoretisch 692 T-Mobile Kunden und 692 Vodafone-Kunden innerhalb einer Zelle gleichzeitig telefonieren.
Leider ist bei dieser Rechnung noch nicht berücksichtigt, dass zwischendurch auch Signaliserungsinformationen gesendet werden müssen und die Provider einige Kanäle zur internen Organisation benötigen. Ausserdem könnte bei 692 aktiven Teilnehmern innerhalb einer Zelle niemand anders in den benachbarten Zellen mehr über das T-Mobile oder Vodafone Netz telefonieren. Benachbarte Zellen/Sektoren müssen sich die 692 Kanäle also teilen (siehe Frequency Reuse). Eine BTS kann auch nicht so viele Verbindungen auf einmal verwalten (max. 16 TRX pro BTS laut GSM-Spec).

Diese Rechnung ist aber immernoch zu einfach um wahr zu sein, denn ein Nutzer belegt nicht permanent exklusiv einen der 8 Zeitschlitze, also einen physikalischen Kanal.

8 Zeitschlitze = 1 Frame dauert 4,615ms --> 216,7 Frames pro Sekunde
1 Zeitschlitz = 1 physikalischer Kanal = 1 Burst dauert 577µs und enthält 114 Bit Nutzdaten (+ 26 Training + 6 Guards + 2 SF)

daraus folgt:
Pro Sekunde können über einen physikalischen Kanal 216,7*114=24700 Bits übertragen werden.
Allerdings werden zwischendurch immerwieder Bursts für sogenannte Signalisierungskanäle verwendet. Wenn nun pro Multiframe (52 Frames) 48 Frames für logische Nutzdaten-Kanäle benutzt werden, bleiben nur noch 24700*48/52 = 22,8kbit übrig, das entspricht 456Bit/20ms. Für Sprachübertragung werden 13kbit benötigt (260Bit/20ms), es bleiben also noch etwa 10kbit für die Redundanzbits der Kanalkodierung (1a- und 1b-Bits mit Coding Rate 1/2)übrig.
Wollen nun z.B. bei Großveranstaltungen viele Teilnehmer gleichzeitig auf das Netz zugreifen, muß entweder der Sprachcodec verringert werden oder die Zellgröße verkleinert werden, um pro Fläche mehr Teilnehmer versorgen zu können. Zusätzlich besitzen T-Mobile und Vodafone noch Ersatzkanäle im E-Netz. E-Plus und O2 haben jeweils mehr als doppelt so viele Kanäle (372 bei gemeinsamer Bandbreite von 75MHz).

Die theoretische Reichweite von GSM beträgt 35km bzw. an den Küsten bis 70km (größerer Schutzabstand zwischen den Timeslots --> weniger Benutzer). Die meisten Mobilfunkzellen sind nicht reichweitenbegrenzt sondern kapazitätsbegrenzt. Innerstädtisch sind die Sendemasten in Abständen von ein paar hundert Metern aufgestellt.

Siehe auch:

PLMN

UMTS

WiMax

Cell