Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme: LTE-Advanced, UMTS, HSPA, GSM, GPRS, Wireless LAN und Bluetooth
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Springer Vieweg
2015
|
| Ausgabe: | 6., überarb. und erw. Aufl. |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XV, 433 S. Ill., graph. Darst. 24 cm |
| ISBN: | 9783658083410 3658083417 |
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1 GSM.
1.1 Leitungsvermittelnde Datenübertragung.
1.1.1 Klassische Leitungsvermittlung.
1.1.2 Virtuelle LeitungsVermittlung über IP.
1.2 Standards.
1.3 Übertragungsgeschwindigkeiten.
1.4 Das Signalisierungssystem Nr. 7.
1.4.1 Klassischer SS-7-Protokollstack .
1.4.2 Spezielle SS-7-Protokolle für GSM.
1.4.3 IP-basierter SS-7-Protokollstack.
1.5 Die GSM Subsysteme .
1.6 Das Network Subsystem .
1.6.1 Die Mobile Vermittlungsstelle (MSC), Server
und Gateway .
1.6.2 Das Visitor Location Register (VLR) .
1.6.3 Das Home Location Register (HLR).
1.6.4 Das Authentication Center (AC) .
1.6.5 Das Shoit Message Service Center (SMSC) .
1.7 Das Base Station Subsystem (BSS) und Sprachcodierung
1.7.1 Frequenzbereiche.
1.7.2 Base Transceiver Station (BTS).
1.7.3 Die GSM-Luftschnittstelle.
1.7.4 Der Base Station Controller (BSC).
1.7.5 Die TRAU für Sprachdatenübertragung .
1.7.6 Channel Coder und Interleaver in der BTS.
1.7.7 Verschlüsselung und Sicherheitsaspekte.
1.7.8 Modulation.
1.7.9 Voice Activity Detection .
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54
IX
X Inhaltsverzeichnis
1.8 Mobility Management und Call Control. 56
1.8.1 Cell Reselection und Location Area Update . 56
1.8.2 Mobile Terminated Call. 57
1.8.3 Handoverszenarien. 61
1.9 Mobile Endgeräte. 63
1.9.1 Aufbau eines einfachen GSM Telefons . 64
1.9.2 Aufbau eines Smartphones. 66
1.10 Die SIM-Karte. 67
1.11 Das Intelligent Network Subsystem und CAMEL. 72
1.12 Fragen und Aufgaben. 75
2 GPRS und EDGE . 77
2.1 Leitungsvermittelte Datenübertragung . 78
2.2 Paketorientierte Datenübertragung . 79
2.3 GPRS auf der Luftschnittstelle . 81
2.3.1 GPRS Timeslot-Nutzung im Vergleich zu GSM. 81
2.3.2 Gleichzeitige Nutzung einer Basisstation
von GSM und GPRS . 84
2.3.3 Coding Schemes. 85
2.3.4 EDGE (EGPRS). 86
2.3.5 Mobile Device Classes. 88
2.3.6 Network Operation Mode (NOM). 88
2.3.7 GPRS-Kanalstruktur auf der Luftschnittstelle. 90
2.4 GPRS-Zustandsmodell. 93
2.5 GPRS-Netzwerkelemente . 95
2.5.1 Die Packet Control Unit (PCU). 96
2.5.2 Der Serving GPRS Support Node (SGSN) . 97
2.5.3 Der Gateway GPRS Support Node (GGSN). 99
2.6 GPRS Radio Resource Management. 100
2.7 GPRS-Schnittstellen und Protokolle. 104
2.8 GPRS Mobility und Session Management (GMM/SM). 109
2.8.1 Mobility Management-Aufgaben. 109
2.8.2 GPRS Session Management . 112
2.9 Session Management aus Anwendersicht . 115
2.9.1 Leitungsvermittelter Verbindungsaufbau. 115
2.9.2 GPRS-Verbindungsaufbau. 116
2.10 Der Multimedia Messaging Service (MMS) über GPRS . 119
2.11 Weiterentwicklung von EDGE. 124
2.12 Fragen und Aufgaben. 124
Inhaltsverzeichnis XI
3 UMTS und HSPA . . 127
3.1 Überblick, Historie und Zukunft., . 127
3.1.1 3GPP Release 99: Die erste Version des
neuen Radionetzwerks. 129
3.1.2 3GPP Release 4: Bearer Independent Core Network. 130
3.1.3 3GPP Release 5: IP Multimedia Subsystem und HSDPA. 132
3.1.4 3GPP Release 6: High Speed Uplink
Packet Access (HSUPA) . 134
3.1.5 3GPP Release 7: HSPA+ und CPC . 135
3.1.6 3GPP Release 8: LTE, HSPA+ Verbesserungen
und Femtozellen. . 136
3.1.7 3GPP Release 9: Digitale Dividende und Dual Cell . . 137
3.1.8 3GPP Release 10 und 11: LTE-Advanced. 138
3.2 Wichtige neue Konzepte in UMTS Release 99. 139
3.2.1 Der Radio Access Bearer (RAB). 139
3.2.2 Aufteilung in Access Stratum und Non-Access Stratum . 140
3.2.3 Gemeinsames Übertragungsprotokoll für CS und PS . 141
3.3 Code Division Multiple Access (CDMA). 142
3.3.1 Spreizfaktor, Chiprate und Prozessgewinn . 146
3.3.2 Der OVSF-Codebaum. 147
3.3.3 Scrambling in Uplink- und Downlink-Richtung. 148
3.3.4 Frequenz- und Zellplanung in UMTS . 150
3.3.5 Near-Far-Effekt und Zellatmung. 150
3.3.6 Vorteile des UMTS-Radionetzwerkes gegenüber GSM . 152
3.4 UMTS-Kanalstruktur auf der Luftschnittstelle. 155
3.4.1 User Plane und Control Plane . 155
3.4.2 Common und Dedicated-Kanäle. 155
3.4.3 Logische, Transport- und Physikalische Kanäle. 156
3.4.4 Beispiel: Netzwerksuche . 160
3.4.5 Beispiel: Der erste Netzwerkzugriff . 163
3.4.6 Der Uu Protokoll Stack . 165
3.5 Das UMTS Terrestrial Radio Access Network (UTRAN) . 170
3.5.1 Node-В, Iub Interface, NBAP und FP. 170
3.5.2 Der RNC, lu, Iub und lur-Schnittstelle,
RANAP und RNSAP._._ 172
3.5.3 Adaptive Multi-Rate-NB und -WB
für Sprachübertragung. 177
3.5.4 Radio Resource Control (RRC)-Zustände . . 179
3.6 Mobility Management aus Sicht des Kernnetzes . . 184
3.7 Mobility Management aus Sicht des Radionetzwerkes. 185
XII Inhaltsverzeichnis
3.7.1 Mobility Management im Cell-DCH-Zustand. 185
3.7.2 Mobility Management im Idle-Zustand . 194
3.7.3 Mobility Management in anderen Zuständen . 195
3.8 UMTS CS und PS - Verbindungsaufbau. 197
3.9 High Speed Downlink Packet Access (HSDPA). 201
3.9.1 HSDPA-Kanäle . 201
3.9.2 Kleinere Delay- Zeiten und Hybrid ARQ (HARQ) . 203
3.9.3 Scheduling im Node-B. 205
3.9.4 Adaptive Modulation, Codierung und Geschwindigkeit. 206
3.9.5 Auf- und Abbau einer HSDPA-Verbindung . 209
3.9.6 HSDPA Mobility Management . 210
3.10 High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) . 211
3.10.1 E-DCH-Kanalstruktur . 213
3.10.2 Der E-DCH-Protokoll Stack . 217
3.10.3 E-DCH Scheduling . 218
3.10.4 E-DCH Mobility . 221
3.10.5 E-DCH-Endgeräte. 222
3.11 Continuous Packet Connectivity . 223
3.11.1 Ein neues Uplink Control Channel Slot Format . 223
3.11.2 Reduzierung des CQI Reporting Intervals,
DTX und DRX. 224
3.11.3 HS-SCCH Discontinuous Reception. 225
3.11.4 HS-SCCH-less Operation. 225
3.11.5 Enhanced Cell-FACH, Ceil/URA PCH States. 226
3.12 Fast Dormancy. 228
3.13 Fragen und Aufgaben. 228 4
4 Long Term Evolution (LTE)
und LTE-Advanced. 231
4.1 Einleitung und Überblick. 231
4.2 Netzwerk-Architektur und Schnittstellen . 233
4.2.1 LTE-Endgeräte und die LTE Uu-Schnittstelle. 234
4.2.2 Der eNodeB und die S1 und X2-Schnittstellen . 237
4.2.3 Die Mobility Management Entity (MME). 240
4.2.4 Das Serving-Gateway . 241
4.2.5 Das PDN-Gateway. 242
4.2.6 Das HSS. 242
4.2.7 Zusätzliche Systeme zur Abrechnung
und Qualitätssteuerung (QoS) . 243
4.3 Die LTE-Luftschnittstelle und das Radionetzwerk. 244
4.3.1 OFDMA für die Datenübertragung im Downlink. 245
4.3.2 SC-FDMA für Uplink Übertragungen. 247
Inhaltsverzeichnis
4.3.3 Symbole, Slots, Radio Blocks und Frames . 248
4.3.4 Referenz-und Synchronisations-Signale. 250
4.3.5 Das LTE-Kanalmodel in Downlink-Richtung. 251
4.3.6 Downlink Management-Kanäle. 252
4.3.7 System Information Messages. 253
4.3.8 Das LTE-Kanalmodel in der Uplink-Richtung . 253
4.3.9 Multiple Input Multiple Output Übertragungen . 254
4.3.10 HARQ . 256
4.3.11 PDCP ֊֊ Komprimierung und Verschlüsselung . 257
4.4 Scheduling. 258
4.4.1 Downlink Scheduling. 258
4.4.2 Uplink Scheduling. 262
4.5 Grundsätzliche Prozeduren . 263
4.5.1 Netzwerksuche. 263
4.5.2 Attach und Aktivierung des Default Bearers. 266
4.5.3 Handover Szenarien. 270
4.6 Mobility Management und Leistungsoptimierung . 273
4.6.1 Mobilitätsmanagement im Connected State . 273
4.6.2 Mobility Management im Idle State . 274
4.6.3 Mobility Management und Zustandsänderungen
in der Praxis. 276
4.7 LTE Sicherheitsarchitektur . 276
4.8 Zusammenspiel mit UMTS und GSM. 278
4.8.1 Cell Reselection zwischen LTE und GSM/UMTS. 278
4.8.2 RRC Connection Release mit Redirect zwischen LTE
und GSM/UMTS. 280
4.8.3 Handover zwischen LTE und GSM/UMTS. 281
4.9 Backhaulverbindungen . 281
4.10 Self-Organizing Networks. 283
4.11 CS-Fallback für Sprache und SMS mit LTE. 284
4.11.1 SMS über SGs . 284
4.11.2 CS Fallback . 286
4.12 Voice over LTE (VoLTE). 289
4.12.1 Das Session Initiation Protocol (SIP) . 289
4.12.2 Das IP Multimedia Subsystem (IMS) und VoLTE. 294
4.12.3 Single Radio Voice Call Continuity. 298
4.12.4 Intemet-basierte Alternativen. 301
4.12.5 LTE Bearer Konfigurationen für VÒLTE . 301
4.13 LTE-Advanced (3GPP Release 10-12). 303
4.13.1 Carrier Aggregation . 303
4.13.2 8x8 Downlink und 4x4 Uplink MIMO. 304
4.13.3 Relays. 305
XIV Inhaltsverzeichnis
4.13.4 HetNets, ICIC und elCIC. 305
4.13.5 Coordinated Multipoint Operation. 307
4.13.6 Zukünftige LTE Anwendungszenarien: Machine
Type Communication und Sicherheitsnetze. 309
4.14 Fragen und Aufgaben. 310
5 Wireless LAN IEEE 802.11 . 311
5.1 Wireless LAN Überblick. 311
5.2 Geschwindigkeiten und Standards. 312
5.3 WLAN-Konfigurationen: Von Ad-hoc bis Wireless Bridging. 314
5.3.1 Ad-hoc, BSS, ESS und Wireless Bridging. 314
5.3.2 SSID und Frequenzwahl . 318
5.4 Management-Operationen. 320
5.5 Die MAC-Schicht . 325
5.5.1 Zugriffssteuerung auf das Übertragungsmedium. 325
5.5.2 Der MAC Header. 328
5.6 Physical Layer und MAC-Erweiterungen. 330
5.6.1 IEEE 802.1 lb mit bis zu 11 Mbit/s . 330
5.6.2 IEEE 802.1 lg mit bis zu 54 Mbit/s . 333
5.6.3 IEEE 802.1 la mit bis zu 54 Mbit/s . 335
5.6.4 IEEE 802.1 ln mit bis zu 600 Mbit/s . 335
5.6.5 IEEE 802.1 lac mit bis zu 6.8 Gbit/s . 346
5.7 Wireless LAN-Sicherheit. 351
5.7.1 Wired Equivalent Privacy (WEP) . 352
5.7.2 WPA und WPA2 Personal Mode-Authentifizierung . 353
5.7.3 WPA und WPA2 Enterprise Mode-Authentifizierung. 355
5.7.4 Authentifizierung mit EAP-SIM und EAP-AKA. 357
5.7.5 Verschlüsselung mit WPA und WPA2. 359
5.7.6 Wi-Fi Protected Setup (WPS) . 361
5.8 IEEE 802.1 le und WMM ֊ Quality of Service. 363
5.9 Vergleich zwischen Wireless LAN und LTE. 369
5.10 Fragen und Aufgaben. 373 6
6 Bluetooth . 375
6.1 Überblick und Anwendungen . 375
6.2 Physikalische Eigenschaften. 377
6.3 Piconetze und das Master Slave Konzept . 379
6.4 Der Bluetooth Protokoll Stack. 382
6.4.1 Der Baseband Layer. 382
6.4.2 Der Link Controller. 387
6.4.3 Der Link Manager. 391
6.4.4 Das HCl Interface . 392
Inhaltsverzeichnis XV
6.4.5 Der L2CAP Layer . 395
6.4.6 Das Service Discovery Protocol . 396
6.4.7 Der RFCOMM Layer. 398
6.4.8 Aufbau einer Verbindung im Überblick. 400
6.5 Bluetooth Sicherheit . 401
6.5.1 Pairing bis Bluetooth 2.0. 402
6.5.2 Pairing ab Bluetooth 2.1 (Secure Simple Pamng). 403
6.5.3 Authentifizierung. 405
6.5.4 Verschlüsselung. 406
6.5.5 Autorisierung. 407
6.5.6 Sicherheitsmodi . . 408
6.6 Bluetooth Profile . 409
6.6.1 Grundlegende Profile: GAP, SDP und Serial Profile. 411
6.6.2 Object Exchange Profile: FTP, Object
Push und Synchronize. 412
6.6.3 Headset, Hands-Free und SÏM-Access Profile. 415
6.6.4 High Quality Audio Streaming . 419
6.6.5 Das Human Interface Device (HID) Profile. 422
6.7 Fragen und Aufgaben. . 424
Weiterführende Literatur. 425
Sachverzeichnis
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