Erweiterungen für GSM

 
Bei der Standardisierung des heutigen GSM-Netzes im Jahr 1990 stand die Sprachübertragung im Vordergrund. Es wurden zwar der Short Message Service (SMS) und Datenübertragung mit 9.6 kbit/s vorgesehen, doch diese geringe Datenrate erlaubte keine befriedigende mobile Nutzung moderner Datendienste wie etwa dem Internet.
Deshalb begann man bereits 1994 mit der Spezifikation der sogenannten GSM-Phase 2+ Dienste, welche auf der gleichen technischen Basis höhere Datenraten erlaubten.

Auf dieser Seite ist eine Übersicht über die GSM-Erweiterungen der Phase 2+ sowie einiger Zusatzdienste:

Erweiterungen: HSCSD (High Speed Circuit Swiched Data)
  GPRS (General Packet Radio Service)
  EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution)
Zusatzdienste: Kurznachrichten: SMS, EMS & MMS
  WAP
  i-mode

 
HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)

Bei HSCSD können von einem einzelnen Teilnehmer zur Datenübertragung mehrere Zeitschlitze eines Trägers benutzt werden, das Mobilteil verhält sich einfach so, als führe es mehrere Gespräche zugleich. Allerdings werden von den Netzbetreibern derzeit nicht maximal alle acht Zeitschlitze, sondern jeweils nur bis zu vier für einen einzelnen Teilnehmer nutzbar gemacht. Da bei GSM pro Zeitschlitz je nach Kanalkodierung (unterschiedlich gute Fehlerkorrektur) 9,6 kBit/s oder 14,4 kBit/s übertragen werden können, sind somit bis zu 57,6 kBit/s für die einzelnen Teilnehmer verfügbar.

Dieser Datendienst ist in bestehenden GSM-Netzen auf der Netzbetreiberseite relativ einfach (meist) durch ein Software-Update einzurichten, wogegen die Teilnehmer neue und dafür eingerichetete Mobilgeräte benötigen.
Durch die gleichzeitige Nutzung mehrerer Übertragungskanäle (Zeitschlitze), unabhängig ob gerade Daten übertragen werden oder nicht, ist dies eine vergleichsweise uneffektive und damit teure Art der Datenübertragung.

HSCSD wird von E-Plus seit November 1999 und von Vodafone D2 seit Oktober 2000 angeboten.

Wikipedia: High Speed Circuit Switched Data

 

 
GPRS (General Packet Radio Service)

Bei GPRS, dessen erste Spezifikation im Frühjahr 1998 erschien, können mehrere der 8 Zeitschlitze des GSM-Systems zusammengefasst werden, um so Daten in einzelnen "Paketen" mit einer theoretischen maximalen Übertragungsgeschwindigkeit von bis zu 171.2 kbit/s zu übertragen. Diese Art der Übertragung nennt man "paketvermittelt" anstatt "leitungsvermittelt" wie beim gewöhnlichen GSM oder HSCSD.
Die Abrechnung kann so nach der übertragenen Datenmenge erfolgen und es können permanente Verbindungen aufrechterhalten werden, ohne dem zeit- und datenaufwändigem Verbindungsaufbau.
Dadurch ist GPRS ideal für Anwendungen, bei denen man auf kostengünstige Weise ständig online sein möchte: Beim mobilen Internet wird nur das Herunterladen der WWW-Seite in Rechnung gestellt (und nicht die Zeit des Betrachtens) und durch die "virtuelle Standleitung" werden ankommende Emails gleich angezeigt.
In Entwicklung sind auch weitere Applikationen wie etwa die Übertragung von Mautgebühren oder Zustandsmeldungen von Geräten.

Die technische Umsetzung dieses Services erfordert Änderungen sowohl auf der Netzseite wie auch bei den Mobilgeräten.
Auf der Netzseite müssen zum Einen Erweiterungen auf der Funkseite eingebracht werden (beim sog. "Funkprotokoll"), als auch zusätzliche Vermittlungsrechner, da Sprache und auf dem IP-Protokoll basierende Daten getrennt weitergeführt werden müssen.
Bei den Mobilgeräten wurden unterschiedliche Typen definiert, welche sich folgendermassen unterscheiden: Klasse-A-Geräte, die zugleich Sprache und Paketdaten bearbeiten können, Klasse-B-Geräte, die beides zwar können, aber nicht zur gleichen Zeit, und Klasse-C-Geräte speziell für einen der beiden Einsätze, etwa reine PC-Karten.
Für die Datenübertragung selbst werden je nach geforderter Qualität der Übertragung unterschiedliche Codierungsverfahren eingesetzt (CS 1 - 4, CS = Coding Scheme), welche verschieden starke Fehlerkorrekturmechanismen und damit verschieden hohe Datenübertragungsraten haben. Der Bereich ist dabei zwischen 9.05 kbit/s bei CS 1 und 21.4 kbit/s bei CS 4 je Zeitschlitz.

Bei der Nutzung wird der Teilnehmer allerdings kaum alleine auf alle acht Zeitschlitze zugreifen können, da die Netzbetreiber einerseits nur einen Teil davon für GPRS freigeben und er sich zudem die verfügbare Kapazität mit anderen Teilnehmern teilen muss. In der Praxis wird eine Begrenzung auf höchstens drei bis vier "eigene" Zeitschlitze erfolgen und eine gesicherte Übertragungsrate von maximal etwa 50 kbit/s zu erwarten sein.

Die gleichzeitige Nutzung mehrerer Zeitschlitze beim Mobilteil eröffnet auch weitere Aspekte der Belastung durch die dabei ausgesandten elektromagnetischen Felder. Die bisherigen SAR-Werte der Handys beziehen sich ja auf die Nutzung alleine eines Zeitschlitzes, wobei sich der jeweilige SAR-Wert bei Übertragung mehrerer Zeitschlitze natürlich entsprechend erhöht. Da bei Datenübertragung z. B. vom Internet jedoch selten ein permanenter Sendebetrieb des Mobilgerätes benötigt und das Gerät dabei auch nicht unbedingt am Kopf gehalten wird, sind die Diskussionen über eine diesbezügliche Neu-Definition des SAR-Wertes von GPRS-Handys noch nicht abgeschlossen. Diese Überlegungen gelten auch für die Nutzung von HSCSD.

Anmerkung: GPRS sollte nicht verwechselt werden mit dem Global Position System (GPS), welches ein satellitengestütztes Positionsbestimmungssystem ist.

Wikipedia: General Packet Radio Service
Datenübertragung mit GPRS
Ein Artikel der Zeitschrift Funkschau von 8/1999 mit vier Seiten technischer Einführung (234 KB).

 

 
EDGE (Enhanced Data Rates for Global Evolution)

Bei EDGE, welches 1997 von Ericsson vorgeschlagen wurde, wird die Datenübertragungsrate gegenüber dem "normalen" GSM-System dadurch erhöht, indem statt der dort angewandten GMSK-Modulation eine 8-PSK-Modulation eingesetzt wird (GMSK: Gaussian Minimum Shift Keying; PSK: Phase Shift Keying).
Dieses Modulationsverfahren nutzt die vorhandene Bandbreite von 200 KHz je GSM-Frequenzkanal mehr als dreimal besser aus, sodass die Bruttoratendate je Zeitschlitz bis zu 48 kbit/s betragen kann und bei Zusammenlegung mehrerer Zeitschlitze bis zu 384 kbit/s.

Allerdings werden bei der Nutzung dieser Modulationsart bessere Funksignale mit weniger Störungen als beim bisherigen GSM-System vorausgesetzt, vor allem aber wird eine anspruchsvollere Gerätetechnik u. a. mit höheren Anforderungen an die Linearität der Sendeverstärker benötigt. Insgesamt erfordert die Einführung von EDGE eine grundlegende Modifikation aller beteiligten Geräte (Netzseite und Mobilgeräte)
EDGE wird vorwiegend im Zusammenspiel mit GPRS verwendet und nennt sich dann auch EGPRS (Enhanced GPRS). Die Vorteile der Modulationsarten und Kanalcodierungen von EDGE können aber auch zusammen mit HSCSD eingesetzt werden und heisst dann ECSD (Enhanced Circuit Switched Data).

Mobilfunk-Basisstationen, welche mit EDGE arbeiten, senden nicht permanent ein Signal mit dieser 8-PSK Modulation, da Mobiltelefone diese nicht für normale Gespräche verwenden können. EDGE wird nur für solche Zeitschlitze verwendet, welche auch tatsächlich zur Datenkommunikation mit damit verbundenen Mobiltelefonen genutzt werden.

Wikipedia: Enhanced Data Rates for GSM Evolution
Technikinfo: EDGE - Enhanced Datarate for Global Evolution
Der Turbo für GSM
Dieser Artikel der Zeitschrift Funkschau aus dem Jahr 12/1999 stellt auf zwei Seiten die Technik von EDGE vor (118 KB).
Enhanced Data for GSM Evolution (Edge)
In diesem Beitrag aus der Funkschau 4/2002 wird neben EDGE auch das dafür verwendete Modulationsverfahren 8-PSK etwas näher beschrieben (30 KB).

 

 
Kurznachrichten: SMS, EMS & MMS

Der "Short Message Service" (SMS) wurde bei GSM gleich zu seiner Anfangszeit definiert, er erlaubt das Übertragen von Textnachrichten bis zu 160 Zeichen. Diese werden in dem sogenannten Organisationskanal (BCCH) übertragen und benötigen daher keinen eigenen freien Sendekanal.

Die Erweiterung von SMS ist der "Enhanced Messaging Service" (EMS), mit welchem Textnachrichten durch Schwarzweiß-Bilder, Töne und Animationen ergänzt werden können. Dafür ist natürlich ein entsprechend ausgestattetes Mobilgerät notwendig.

Seit dem Sommer 2002 ermöglicht der neue "Multimedia Messaging Standard" (MMS) auch Farbe und kurze Videos. Dafür ist allerdings GPRS und entsprechende Gerätetechnik notwendig.

Wikipedia: Short Message Service

 

 
WAP (Wireless Application Protocol)

WAP ist ein de-facto-Standard, der einen mobilen Zugang ins Internet und neuartige Dienste im Mobilfunk ermöglicht. Allerdings beschränkt sich dieser Zugang wegen der geringe Größe und Auflösung der Displays von Handys oder PDA's und der bei GSM geringen Datenübertragungsrate auf kleine Textseiten mit einfachen Schwarzweiß-Bildchen.
Dafür entwickelte das World Wide Web Consortium (W3C) die Wireless Markup Language WML als eine vom HTML-Format kommende, optimierte Seitenbeschreibungssprache. Sie basiert auf der Anfang 1998 verabschiedeten Extensible Markup Language XML. Die Seiteninhalte sind in sogenannten Stapeln (decks) und Karten (cards) organisiert. Ein Stapel entspricht einer HTML-Seite (Hypertext Markup Language) im World Wide Web mit einer eigenen Adresse. Ein Stapel besitzt mehrere Karten mit jeweils unterschiedlichen Inhalten. Die Navigation zwischen den Karten geschieht mit Sprungmarken. Damit die zu übertragende Datenmenge gering bleibt, läßt sich der Inhalt von Karten und Stapeln über Parameter verändern.

Die Mobilgeräte müssen einen integrierten WAP-Browser haben, als Zugang genügt der normale GSM-Standard, wobei GPRS natürlich schnellere Übertragungsraten bietet. Damit können dann von den verschiedenen Anbietern unterschiedlichste Informationen heruntergeladen werden, wie etwa Börsenkurse oder Fahrplanauskünfte. Ebenso sind auch interaktive Anwendungen wie Hotelbuchungen möglich.

Die Nutzung von WAP ist in allen Mobilfunknetzen zwar möglich, wird jedoch kaum genutzt. Böse Zungen haben für das Kürzel "WAP" zudem eine andere Bedeutung definiert, nämlich: "Wait And Pay".

Wikipedia: Wireless Application Protocol

 

 
i-mode™

i-mode ist das japanische Gegenstück zu WAP und wurde dort im Februar 1999 vom japanischen Mobilfunkanbieter NTT-DoCoMo gestartet, heute wird es von mehr als 45 Millionen Japanern genutzt.
Auch i-mode arbeitet wie WAP mit einem für die Bedürfnisse der Mobilgeräte abgespeckten HTML-Seitenformat, dem cHTML (compactHTML). Allerdings lassen sich hiermit auch animierte und farbige Grafiken darstellen und es wurden einige spezielle Zugriffsmöglichkeiten auf Funktionen der Mobilgeräte hinzugefügt.
Für die Zukunft ist zu erwarten, daß cHTML und WML zusammenwachsen.

Durch die Datenübertragung über GPRS ist die Übertragungsrate vergleichsweise schnell und die Abrechnung erfolgt nicht über die Zeit, sondern nach dem übertragenen Volumen. Dazu benötigt der Anwender natürlich ein technisch dafür ausgestattetes Handy.

In Deutschland wird i-mode, das eigentlich einen Markennamen darstellt, seit dem März 2002 von E-Plus angeboten. Dies kommt durch den Umstand, dass die japanische NTT-DoCoMo zusammen mit der KPN Mobile (Niederlande) an E-Plus beteiligt ist.

Wikipedia: i-mode

 


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Zuletzt geändert: 01.03.07