Grundkurs mobile Kommunikationssysteme: UMTS, HSDPA und LTE, GSM, GPRS und Wireless LAN ; [mit Online-Service]

Cover......Page 1 Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme, 4. Auflage......Page 3 ISBN 9783834814074......Page 4 Vorwort zur vierten Auflage......Page 6 Vorwort zur ersten Auflage......Page 8 Inhaltsverzeichnis......Page 10 1.1.1 Klassische Leitungsvermittlung......Page 17 1.1.2 Virtuelle Leitungsvermittlung über IP......Page 20 1.2 Standards......Page 21 1.3 Übertragungsgeschwindigkeiten......Page 22 1.4 Das Signalisierungssystem Nr. 7......Page 24 1.4.1 Klassischer SS-7-Protokollstack......Page 25 1.4.2 Spezielle SS-7-Protokolle für GSM......Page 28 1.4.3 IP-basierter SS-7-Protokollstack......Page 30 1.6.1 Die Mobile Vermittlungsstelle (MSC)......Page 32 1.6.2 Das Visitor Location Register (VLR)......Page 37 1.6.3 Das Home Location Register (HLR)......Page 38 1.6.4 Das Authentication Center (AC)......Page 44 1.6.5 Das Short Message Service Center (SMSC)......Page 46 1.7.1 Frequenzbereiche......Page 48 1.7.2 Base Transceiver Station (BTS)......Page 51 1.7.3 Die GSM-Luftschnittstelle......Page 53 1.7.4 Der Base Station Controller (BSC)......Page 63 1.7.5 Die TRAU für Sprachdatenübertragung......Page 69 1.7.6 Channel Coder und Interleaver in der BTS......Page 74 1.7.7 Verschlüsselung und Sicherheitsaspekte......Page 77 1.7.9 Voice Activity Detection......Page 82 1.8.1 Cell Reselection und Location Area Update......Page 85 1.8.2 Mobile Terminated Call......Page 87 1.8.3 Handoverszenarien......Page 91 1.9 Mobile Endgeräte......Page 94 1.10 Die SIM-Karte......Page 98 1.11 Das Intelligent Network Subsystem und CAMEL......Page 104 1.12 Fragen und Aufgaben......Page 108 2.1 Leitungsvermittelte Datenübertragung......Page 109 2.2 Paketorientierte Datenübertragung......Page 111 2.3.1 GPRS Timeslot-Nutzung im Vergleich zu GSM......Page 114 2.3.2 Gleichzeitige Nutzung einer Basisstation von GSM und GPRS......Page 117 2.3.3 Coding Schemes......Page 118 2.3.4 EDGE (EGPRS)......Page 120 2.3.5 Mobile Device Classes......Page 122 2.3.6 Network Operation Mode (NOM)......Page 123 2.3.7 GPRS-Kanalstruktur auf der Luftschnittstelle......Page 126 2.4 GPRS-Zustandsmodell......Page 129 2.5.1 Die Packet Control Unit (PCU)......Page 133 2.5.2 Der Serving GPRS Support Node (SGSN)......Page 135 2.5.3 Der Gateway GPRS Support Node (GGSN)......Page 138 2.6 GPRS Radio Resource Management......Page 139 2.7 GPRS-Schnittstellen und Protokolle......Page 143 2.8.1 Mobility Management-Aufgaben......Page 150 2.8.2 GPRS Session Management......Page 154 2.9 Session Management aus Anwendersicht......Page 157 2.9.1 Leitungsvermittelter Verbindungsaufbau......Page 158 2.9.2 GPRS-Verbindungsaufbau......Page 159 2.10 Der Multimedia Messaging Service (MMS) über GPRS......Page 162 2.11 Weiterentwicklung von EDGE......Page 169 2.12 Fragen und Aufgaben......Page 170 3.1 Überblick, Historie und Zukunft......Page 171 3.1.1 3GPP Release 99: Die erste Version des neuen Radionetzwerks......Page 173 3.1.2 3GPP Release 4: Bearer Independent Core Network......Page 176 3.1.3 3GPP Release 5: IP Multimedia Subsystem und HSDPA......Page 177 3.1.5 3GPP Release 7: HSPA+ und CPC......Page 180 3.1.6 3GPP Release 8: LTE, HSPA+ Verbesserungen und Femtozellen......Page 182 3.1.7 3GPP Release 9: Digitale Dividende und Dual Cell......Page 183 3.2 Wichtige neue Konzepte in UMTS Release 99......Page 184 3.2.1 Der Radio Access Bearer (RAB)......Page 185 3.2.2 Aufteilung in Access Stratum und Non-Access Stratum......Page 186 3.2.3 Gemeinsames Übertragungsprotokoll für CS und PS......Page 187 3.3 Code Division Multiple Access (CDMA)......Page 188 3.3.1 Spreizfaktor, Chiprate und Prozessgewinn......Page 193 3.3.2 Der OVSF-Codebaum......Page 194 3.3.3 Scrambling in Uplinkund Downlink-Richtung......Page 196 3.3.5 Near-Far-Effekt und Zellatmung......Page 199 3.3.6 Vorteile des UMTS-Radionetzwerkes gegenüber GSM......Page 202 3.4.1 User Plane und Control Plane......Page 205 3.4.3 Logische, Transportund Physikalische Kanäle......Page 206 3.4.4 Beispiel: Netzwerksuche......Page 212 3.4.5 Beispiel: Der erste Netzwerkzugriff......Page 215 3.4.6 Der Uu Protokoll Stack......Page 217 3.5.1 Node-B, Iub Interface, NBAP und FP......Page 224 3.5.2 Der RNC, Iu, Iub und Iur-Schnittstelle, RANAP und RNSAP......Page 226 3.5.3 Adaptive Multi Rate (AMR) für Sprachübertragung......Page 233 3.5.4 Radio Resource Control (RRC)-Zustände......Page 234 3.6 Mobility Management aus Sicht des Kernnetzes......Page 241 3.7 Mobility Management aus Sicht des Radionetzwerkes......Page 242 3.7.1 Mobility Management im Cell-DCH-Zustand......Page 243 3.7.2 Mobility Management im Idle-Zustand......Page 254 3.7.3 Mobility Management in anderen Zuständen......Page 256 3.8 UMTS CS und PS-Verbindungsaufbau......Page 258 3.9 High Speed Downlink Packet Access......Page 262 3.9.1 HSDPA-Kanäle......Page 263 3.9.2 Kleinere DelayZeiten und Hybrid ARQ (HARQ)......Page 265 3.9.3 Scheduling im Node-B......Page 268 3.9.4 Adaptive Modulation, Codierung und Geschwindigkeit......Page 269 3.9.5 Aufund Abbau einer HSDPA-Verbindung......Page 272 3.9.6 HSDPA Mobility Management......Page 274 3.10 UMTS Release 6: High Speed Uplink Packet Access (HSUPA)......Page 276 3.10.1 E-DCH-Kanalstruktur......Page 278 3.10.2 Der E-DCH-Protokoll Stack......Page 282 3.10.3 E-DCH Scheduling......Page 285 3.10.4 E-DCH Mobility......Page 289 3.10.5 E-DCH-Endgeräte......Page 290 3.11 Continuous Packet Connectivity......Page 292 3.12 Fast Dormancy......Page 293 3.13 Fragen und Aufgaben......Page 294 4.1 Einleitung und Überblick......Page 295 4.2 Netzwerk-Architektur und Schnittstellen......Page 298 4.2.1 LTE-Endgeräte und die LTE Uu-Schnittstelle......Page 299 4.2.2 Der eNodeB und die S1 und X2-Schnittstellen......Page 301 4.2.3 Die Mobility Management Entity (MME)......Page 305 4.2.4 Das Serving-Gateway......Page 307 4.2.5 Das PDN-Gateway......Page 308 4.3 Die LTE-Luftschnittstelle und das Radionetzwerk......Page 309 4.3.1 OFDMA für die Datenübertragung im Downlink......Page 310 4.3.2 SC-FDMA für Uplink Übertragungen......Page 313 4.3.3 Symbole, Slots, Radio Blocks und Frames......Page 315 4.3.4 Referenzund Synchronisations-Signale......Page 316 4.3.5 Das LTE-Kanalmodel in Downlink-Richtung......Page 318 4.3.6 Downlink Management-Kanäle......Page 319 4.3.7 System Information Messages......Page 320 4.3.8 Das LTE-Kanalmodel in der Uplink-Richtung......Page 321 4.3.9 Multiple Input Multiple Output Übertragungen......Page 322 4.3.10 HARQ......Page 324 4.4 Scheduling......Page 325 4.4.1 Downlink Scheduling......Page 326 4.5 Grundsätzliche Prozeduren......Page 330 4.5.1 Netzwerksuche......Page 331 4.5.2 Attach und Aktivierung des Default Bearers......Page 334 4.5.2.1 Die erste Kontaktaufnahme......Page 335 4.5.2.3 Context Establishment im Radionetzwerk......Page 337 4.5.3 Handover Szenarien......Page 339 4.5.3.1 X2 Handover......Page 340 4.5.3.2 MME und Serving-Gateway-Änderungen......Page 342 4.6.1.1 Discontinuous Reception (DRX) im Connected State......Page 343 4.6.2 Mobility Management im Idle State......Page 344 4.7 Zusammenspiel mit UMTS und GSM......Page 346 4.7.1 Cell Reselection zwischen LTE und GSM/UMTS......Page 347 4.7.2 Cell Change Order zwischen LTE und GSM/UMTS......Page 348 4.8 Self-Organizing Networks......Page 350 4.9 Fragen und Aufgaben......Page 352 5.1 Wireless LAN Überblick......Page 353 5.2 Geschwindigkeiten und Standards......Page 354 5.3.1 Ad-hoc, BSS, ESS und Wireless Bridging......Page 357 5.3.2 SSID und Frequenzwahl......Page 361 5.4 Management-Operationen......Page 364 5.5 Die MAC-Schicht......Page 371 5.5.1 Zugriffssteuerung auf das Übertragungsmedium......Page 372 5.5.2 Der MAC Header......Page 376 5.6.1 IEEE 802.11b mit bis zu 11 MBit/s......Page 377 5.6.2 IEEE 802.11g mit bis zu 54 MBit/s......Page 382 5.6.3 IEEE 802.11a mit bis zu 54 MBit/s......Page 384 5.6.4 IEEE 802.11n mit bis zu 600 MBit/s......Page 385 5.7 Wireless LAN-Sicherheit......Page 399 5.7.1 Wired Equivalent Privacy (WEP)......Page 400 5.7.2 WPA und WPA2 Personal Mode-Authentifizierung......Page 401 5.7.3 WPA und WPA2 Enterprise Mode Authentifizierung......Page 404 5.7.4 Authentifizierung mit EAP-SIM......Page 406 5.7.5 Verschlüsselung mit WPA und WPA2......Page 409 5.8 IEEE 802.11e und WMM — Quality of Service......Page 411 5.9 Vergleich zwischen Wireless LAN und UMTS......Page 419 5.10 Fragen und Aufgaben......Page 425 Literaturverzeichnis......Page 427 B......Page 429 D......Page 430 H......Page 431 M......Page 432 P......Page 433 S......Page 434 U......Page 435 Z......Page 436 Cover 1 Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme, 4. Auflage 3 ISBN 9783834814074 4 Vorwort zur vierten Auflage 6 Vorwort zur ersten Auflage 8 Inhaltsverzeichnis 10 1 GSM 17 1.1 Leitungsvermittelnde Datenübertragung 17 1.1.1 Klassische Leitungsvermittlung 17 1.1.2 Virtuelle Leitungsvermittlung über IP 20 1.2 Standards 21 1.3 Übertragungsgeschwindigkeiten 22 1.4 Das Signalisierungssystem Nr. 7 24 1.4.1 Klassischer SS-7-Protokollstack 25 1.4.2 Spezielle SS-7-Protokolle für GSM 28 1.4.3 IP-basierter SS-7-Protokollstack 30 1.5 Die GSM Subsysteme 32 1.6 Das Network Subsystem 32 1.6.1 Die Mobile Vermittlungsstelle (MSC) 32 1.6.2 Das Visitor Location Register (VLR) 37 1.6.3 Das Home Location Register (HLR) 38 1.6.4 Das Authentication Center (AC) 44 1.6.5 Das Short Message Service Center (SMSC) 46 1.7 Das Base Station Subsystem (BSS) und Sprachcodierung 48 1.7.1 Frequenzbereiche 48 1.7.2 Base Transceiver Station (BTS) 51 1.7.3 Die GSM-Luftschnittstelle 53 1.7.4 Der Base Station Controller (BSC) 63 1.7.5 Die TRAU für Sprachdatenübertragung 69 1.7.6 Channel Coder und Interleaver in der BTS 74 1.7.7 Verschlüsselung und Sicherheitsaspekte 77 1.7.8 Modulation 82 1.7.9 Voice Activity Detection 82 1.8 Mobility Management und Call Control 85 1.8.1 Cell Reselection und Location Area Update 85 1.8.2 Mobile Terminated Call 87 1.8.3 Handoverszenarien 91 1.9 Mobile Endgeräte 94 1.10 Die SIM-Karte 98 1.11 Das Intelligent Network Subsystem und CAMEL 104 1.12 Fragen und Aufgaben 108 2 GPRS und EDGE 109 2.1 Leitungsvermittelte Datenübertragung 109 2.2 Paketorientierte Datenübertragung 111 2.3 GPRS auf der Luftschnittstelle 114 2.3.1 GPRS Timeslot-Nutzung im Vergleich zu GSM 114 2.3.2 Gleichzeitige Nutzung einer Basisstation von GSM und GPRS 117 2.3.3 Coding Schemes 118 2.3.4 EDGE (EGPRS) 120 2.3.5 Mobile Device Classes 122 2.3.6 Network Operation Mode (NOM) 123 2.3.7 GPRS-Kanalstruktur auf der Luftschnittstelle 126 2.4 GPRS-Zustandsmodell 129 2.5 GPRS-Netzwerkelemente 133 2.5.1 Die Packet Control Unit (PCU) 133 2.5.2 Der Serving GPRS Support Node (SGSN) 135 2.5.3 Der Gateway GPRS Support Node (GGSN) 138 2.6 GPRS Radio Resource Management 139 2.7 GPRS-Schnittstellen und Protokolle 143 2.8 GPRS Mobility und Session Management (GMM/SM) 150 2.8.1 Mobility Management-Aufgaben 150 2.8.2 GPRS Session Management 154 2.9 Session Management aus Anwendersicht 157 2.9.1 Leitungsvermittelter Verbindungsaufbau 158 2.9.2 GPRS-Verbindungsaufbau 159 2.10 Der Multimedia Messaging Service (MMS) über GPRS 162 2.11 Weiterentwicklung von EDGE 169 2.12 Fragen und Aufgaben 170 3 UMTS und HSPA 171 3.1 Überblick, Historie und Zukunft 171 3.1.1 3GPP Release 99: Die erste Version des neuen Radionetzwerks 173 3.1.2 3GPP Release 4: Bearer Independent Core Network 176 3.1.3 3GPP Release 5: IP Multimedia Subsystem und HSDPA 177 3.1.4 3GPP Release 6: High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) 180 3.1.5 3GPP Release 7: HSPA+ und CPC 180 3.1.6 3GPP Release 8: LTE, HSPA+ Verbesserungen und Femtozellen 182 3.1.7 3GPP Release 9: Digitale Dividende und Dual Cell 183 3.1.8 3GPP Release 10: LTE Advanced 184 3.2 Wichtige neue Konzepte in UMTS Release 99 184 3.2.1 Der Radio Access Bearer (RAB) 185 3.2.2 Aufteilung in Access Stratum und Non-Access Stratum 186 3.2.3 Gemeinsames Übertragungsprotokoll für CS und PS 187 3.3 Code Division Multiple Access (CDMA) 188 3.3.1 Spreizfaktor, Chiprate und Prozessgewinn 193 3.3.2 Der OVSF-Codebaum 194 3.3.3 Scrambling in Uplinkund Downlink-Richtung 196 3.3.4 Frequenzund Zellplanung in UMTS 199 3.3.5 Near-Far-Effekt und Zellatmung 199 3.3.6 Vorteile des UMTS-Radionetzwerkes gegenüber GSM 202 3.4 UMTS-Kanalstruktur auf der Luftschnittstelle 205 3.4.1 User Plane und Control Plane 205 3.4.2 Common und Dedicated-Kanäle 206 3.4.3 Logische, Transportund Physikalische Kanäle 206 3.4.4 Beispiel: Netzwerksuche 212 3.4.5 Beispiel: Der erste Netzwerkzugriff 215 3.4.6 Der Uu Protokoll Stack 217 3.5 Das UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) 224 3.5.1 Node-B, Iub Interface, NBAP und FP 224 3.5.2 Der RNC, Iu, Iub und Iur-Schnittstelle, RANAP und RNSAP 226 3.5.3 Adaptive Multi Rate (AMR) für Sprachübertragung 233 3.5.4 Radio Resource Control (RRC)-Zustände 234 3.6 Mobility Management aus Sicht des Kernnetzes 241 3.7 Mobility Management aus Sicht des Radionetzwerkes 242 3.7.1 Mobility Management im Cell-DCH-Zustand 243 3.7.2 Mobility Management im Idle-Zustand 254 3.7.3 Mobility Management in anderen Zuständen 256 3.8 UMTS CS und PS-Verbindungsaufbau 258 3.9 High Speed Downlink Packet Access 262 3.9.1 HSDPA-Kanäle 263 3.9.2 Kleinere DelayZeiten und Hybrid ARQ (HARQ) 265 3.9.3 Scheduling im Node-B 268 3.9.4 Adaptive Modulation, Codierung und Geschwindigkeit 269 3.9.5 Aufund Abbau einer HSDPA-Verbindung 272 3.9.6 HSDPA Mobility Management 274 3.10 UMTS Release 6: High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) 276 3.10.1 E-DCH-Kanalstruktur 278 3.10.2 Der E-DCH-Protokoll Stack 282 3.10.3 E-DCH Scheduling 285 3.10.4 E-DCH Mobility 289 3.10.5 E-DCH-Endgeräte 290 3.11 Continuous Packet Connectivity 292 3.12 Fast Dormancy 293 3.13 Fragen und Aufgaben 294 4 Long Term Evolution (LTE) 295 4.1 Einleitung und Überblick 295 4.2 Netzwerk-Architektur und Schnittstellen 298 4.2.1 LTE-Endgeräte und die LTE Uu-Schnittstelle 299 4.2.2 Der eNodeB und die S1 und X2-Schnittstellen 301 4.2.3 Die Mobility Management Entity (MME) 305 4.2.4 Das Serving-Gateway 307 4.2.5 Das PDN-Gateway 308 4.2.6 Das HSS 309 4.3 Die LTE-Luftschnittstelle und das Radionetzwerk 309 4.3.1 OFDMA für die Datenübertragung im Downlink 310 4.3.2 SC-FDMA für Uplink Übertragungen 313 4.3.3 Symbole, Slots, Radio Blocks und Frames 315 4.3.4 Referenzund Synchronisations-Signale 316 4.3.5 Das LTE-Kanalmodel in Downlink-Richtung 318 4.3.6 Downlink Management-Kanäle 319 4.3.7 System Information Messages 320 4.3.8 Das LTE-Kanalmodel in der Uplink-Richtung 321 4.3.9 Multiple Input Multiple Output Übertragungen 322 4.3.10 HARQ 324 4.3.11 PDCP — Komprimierung und Verschlüsselung 325 4.4 Scheduling 325 4.4.1 Downlink Scheduling 326 4.4.2 Uplink Scheduling 330 4.5 Grundsätzliche Prozeduren 330 4.5.1 Netzwerksuche 331 4.5.2 Attach und Aktivierung des Default Bearers 334 4.5.2.1 Die erste Kontaktaufnahme 335 4.5.2.2 Das Erzeugen einer Session 337 4.5.2.3 Context Establishment im Radionetzwerk 337 4.5.3 Handover Szenarien 339 4.5.3.1 X2 Handover 340 4.5.3.2 MME und Serving-Gateway-Änderungen 342 4.6 Mobility Management und Leistungsoptimierung 343 4.6.1 Mobilitätsmanagement im Connected State 343 4.6.1.1 Discontinuous Reception (DRX) im Connected State 343 4.6.2 Mobility Management im Idle State 344 4.7 Zusammenspiel mit UMTS und GSM 346 4.7.1 Cell Reselection zwischen LTE und GSM/UMTS 347 4.7.2 Cell Change Order zwischen LTE und GSM/UMTS 348 4.7.3 Handover zwischen LTE und GSM/UMTS 350 4.8 Self-Organizing Networks 350 4.9 Fragen und Aufgaben 352 5 Wireless LAN IEEE 802.11 353 5.1 Wireless LAN Überblick 353 5.2 Geschwindigkeiten und Standards 354 5.3 WLAN-Konfigurationen: Von Ad-hoc bis Wireless Bridging 357 5.3.1 Ad-hoc, BSS, ESS und Wireless Bridging 357 5.3.2 SSID und Frequenzwahl 361 5.4 Management-Operationen 364 5.5 Die MAC-Schicht 371 5.5.1 Zugriffssteuerung auf das Übertragungsmedium 372 5.5.2 Der MAC Header 376 5.6 Physical Layer und MAC-Erweiterungen 377 5.6.1 IEEE 802.11b mit bis zu 11 MBit/s 377 5.6.2 IEEE 802.11g mit bis zu 54 MBit/s 382 5.6.3 IEEE 802.11a mit bis zu 54 MBit/s 384 5.6.4 IEEE 802.11n mit bis zu 600 MBit/s 385 5.7 Wireless LAN-Sicherheit 399 5.7.1 Wired Equivalent Privacy (WEP) 400 5.7.2 WPA und WPA2 Personal Mode-Authentifizierung 401 5.7.3 WPA und WPA2 Enterprise Mode Authentifizierung 404 5.7.4 Authentifizierung mit EAP-SIM 406 5.7.5 Verschlüsselung mit WPA und WPA2 409 5.8 IEEE 802.11e und WMM — Quality of Service 411 5.9 Vergleich zwischen Wireless LAN und UMTS 419 5.10 Fragen und Aufgaben 425 Literaturverzeichnis 427 Sachwortverzeichnis 429 1 429 8 429 A 429 B 429 C 430 D 430 E 431 F 431 G 431 H 431 I 432 K 432 L 432 M 432 N 433 O 433 P 433 Q 434 R 434 S 434 T 435 U 435 V 436 W 436 X 436 Z 436 3834814075,9783834814074 Vieweg+Teubner Verlag