Grundlagen des Mobilfunknetzes

Grundlagen der zellularen / mobilen Telekommunikation Enthält:
Was ist die zellulare Kommunikation Konzept des zellularen Systems Mehrfachzugriffstechniken Duplextechniken Was ist in einem Mobiltelefon Handover Backhaul

Das Netz bildet das Herzstück eines jeden zellularen Telefonsystems. Das zellulare Netzwerk erfüllt viele Anforderungen. Das Mobilfunknetz ermöglicht nicht nur die Weiterleitung von Anrufen zu und von Mobiltelefonen sowie die Aufrechterhaltung von Anrufen, wenn sich das Mobiltelefon von einer Zelle in eine andere bewegt, sondern es ermöglicht auch andere wichtige Vorgänge wie den Zugang zum Netz, die Abrechnung, die Sicherheit und vieles mehr. Um all diese Anforderungen zu erfüllen, besteht das Mobilfunknetz aus vielen Elementen, von denen jedes seine eigene Funktion zu erfüllen hat.

Der offensichtlichste Teil des Mobilfunknetzes ist die Basisstation. Die Antennen und die dazugehörigen Geräte, die sich oft in einem Container befinden, sind überall im Land zu sehen, vor allem am Rande von Autobahnen und Schnellstraßen. Dahinter verbirgt sich jedoch noch mehr, denn das System muss über Elemente der zentralen Steuerung verfügen und auch mit dem PSTN-Festnetz verbunden sein, damit Anrufe zu und von drahtgebundenen Telefonen oder zwischen den Netzen getätigt werden können.

Die verschiedenen Mobilfunkstandards verfolgen oft leicht unterschiedliche Ansätze für das erforderliche Mobilfunknetz. Trotz der Unterschiede zwischen den verschiedenen zellularen Systemen sind die Grundkonzepte sehr ähnlich. Außerdem haben Mobilfunksysteme wie GSM eine gut definierte Struktur, was bedeutet, dass die Produkte der Hersteller standardisiert werden können.

Grundstruktur eines zellularen Netzes

Ein gesamtes zellulares Netz enthält eine Reihe verschiedener Elemente, von der Basisstation (BTS) selbst mit ihrer Antenne über einen Basisstationscontroller (BSC) und eine Mobilvermittlungsstelle (MSC) bis hin zu den Standortregistern (HLR und VLR) und der Verbindung zum öffentlichen Telefonnetz (PSTN).

Von den Einheiten innerhalb des zellularen Netzes stellt die BTS die direkte Kommunikation mit den Mobiltelefonen her. Es kann eine kleine Anzahl von Basisstationen geben, die mit einem Basisstationscontroller verbunden sind. Diese Einheit fungiert als kleine Zentrale, die Anrufe an die gewünschte Basisstation weiterleitet, und sie trifft auch einige Entscheidungen darüber, welche Basisstation für einen bestimmten Anruf am besten geeignet ist. Die Verbindungen zwischen der BTS und dem BSC können entweder über Landleitungen oder sogar über Mikrowellenverbindungen erfolgen. Oft tragen die BTS-Antennentürme auch eine kleine Mikrowellenantenne, die für die Verbindung zum BSC verwendet wird. Der BSC ist oft zusammen mit einer BTS untergebracht.

Der BSC hat eine Schnittstelle mit der Mobilfunkvermittlungsstelle. Sie trifft weitreichende Entscheidungen über die Weiterleitung von Anrufen und hat Schnittstellen zum Festnetz sowie zum HLR und VLR.

Basis-Transceiver-Station, BTS

Die Basis-Transceiver-Station oder das System, BTS, besteht aus einer Reihe von verschiedenen Elementen. Das erste ist der Elektronikteil, der sich normalerweise in einem Container am Fuß des Antennenturms befindet. Dieser enthält die Elektronik für die Kommunikation mit den Mobiltelefonen und umfasst Hochfrequenzverstärker, Funktransceiver, Hochfrequenzkombinierer, Steuerung, Kommunikationsverbindungen zum BSC und Stromversorgungen mit Backup.

Der zweite Teil der BTS ist die Antenne und die Zuleitung zum Anschluss der Antenne an die Basis-Sende-Empfangsstation selbst. Diese Antennen sind auf Masten und hohen Gebäuden sichtbar, so dass sie das erforderliche Gebiet abdecken können. Schließlich gibt es noch die Schnittstelle zwischen der Basisstation und ihrem Controller weiter oben im Netz. Diese besteht aus Steuerlogik und Software sowie der Kabelverbindung zum Controller.

BTS werden an verschiedenen Orten aufgestellt. In Städten sieht man die charakteristischen Antennen oft auf den Dächern von Gebäuden, während auf dem Land separate Masten verwendet werden. Es ist wichtig, dass der Standort, die Höhe und die Ausrichtung richtig sind, damit die gewünschte Abdeckung erreicht wird. Wenn die Antenne zu niedrig oder an einem ungünstigen Standort angebracht ist, ist die Abdeckung unzureichend und es entsteht ein „Versorgungsloch“. Ist die Antenne dagegen zu hoch und falsch ausgerichtet, wird das Signal weit über die Grenzen der Zelle hinaus zu hören sein. Dies kann zu Interferenzen mit einer anderen Zelle führen, die dieselben Frequenzen nutzt.

Die in Basisstationen verwendeten Antennensysteme verfügen häufig über zwei Sätze von Empfangsantennen. Diese ermöglichen einen so genannten Diversity-Empfang, bei dem das beste Signal ausgewählt wird, um die Auswirkungen der Mehrwegeausbreitung zu minimieren. Die Empfangsantennen sind mit einem verlustarmen Kabel verbunden, das die Signale zu einem Multikoppler im Container der Basisstation leitet. Hier teilt ein Multikoppler die Signale auf, um die verschiedenen Empfänger zu speisen, die für alle HF-Kanäle erforderlich sind. Ebenso wird das Sendesignal vom Combiner über ein verlustarmes Kabel zur Sendeantenne geleitet, um ein optimales Sendesignal zu gewährleisten.

Mobilvermittlungsstelle (MSC)

Die MSC ist das Kontrollzentrum für das zellulare System, das die Aktionen der BSCs koordiniert, die Gesamtsteuerung übernimmt und als Vermittlungsstelle und Anschluss an das öffentliche Telefonnetz fungiert. Als solche verfügt sie über eine Vielzahl von Kommunikationsverbindungen, darunter Glasfaserverbindungen, einige Mikrowellenverbindungen und einige Kupferkabel. Diese ermöglichen die Kommunikation mit den BSCs, die Weiterleitung von Anrufen und die Steuerung der BSCs nach Bedarf. Er enthält auch die Heimat- und Besucherregister, die Datenbanken mit den letzten bekannten Standorten der Mobiltelefone. Es enthält auch die Einrichtungen für das Authentifizierungszentrum, das die Mobiltelefone für das Netz zulässt. Darüber hinaus enthält es auch die Einrichtungen zur Erstellung der Rechnungsinformationen für die einzelnen Konten.

In Anbetracht der Bedeutung des MSC enthält es viele Sicherungs- und Duplikatschaltungen, um sicherzustellen, dass es nicht ausfällt. Natürlich sind Backup-Stromversorgungssysteme ein wesentliches Element, um der Möglichkeit eines größeren Stromausfalls vorzubeugen, denn wenn das MSC ausfällt, würde das gesamte Netz zusammenbrechen.

Während das Mobilfunknetz von der Außenwelt nicht wahrgenommen wird und seine Funktionsweise für viele ein Rätsel ist, steht das Mobilfunknetz im Zentrum des gesamten Mobilfunksystems und der Erfolg des gesamten End-to-End-Systems hängt weitgehend von seiner Leistung ab.

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