GSM – digitales Mobilfunksystem

GSM ist ein Mobilfunk Standard, der erstmalig 1991 in Finnland genutzt wurde. GSM ist die Abkürzung von Global System for Mobile Communication und wird auch mit 2G bezeichnet. Das Mobilfunksystem ist nicht nur in Europa verbreitet, sondern weltweit. Dabei handelt es sich um eine von drei Varianten der drahtlosen Telefontechnologien, zu denen auch TDMA und CDMA zählen. Die GSM Technologie komprimiert und digitalisiert Daten und sendet sie danach mit zwei Datenströmen, die ein eigenes Zeitfenster besitzen, über einen Kanal. Die von GSM genutzten Frequenzbereiche lauten 890 bis 915 MHz, 935 bis 960 MHz, 1.710 bis 1.785 MHz sowie 1.805 bis 1.880 MHz. GSM wird jedoch nicht nur für den Mobilfunk genutzt, sondern auch von anderen Technologien, wie zum Beispiel General Packet Radio System (GPRS), High-Speed Circuit-Switched Data (HSCSD), Long Term Evolution (LTE), Enhanced Data GSM Environment (EDGE), sowie Universal Mobile Telecommunications Service (UMTS).

GSM ist ein weltweit eingesetzter technischer Funkstandard für die digitale Funktelefonie und ist derjenige, der am weitesten verbreitet ist. Der Standard wird nicht nur für die Übertragung von Telefonie genutzt, sondern auch für Datenübertragungen oder für Übertragungen von Kurzmitteilungen. Das Global System for Mobile Communications hat das analoge Mobilfunknetz abgelöst. 1991 erfolgte ein Probebetrieb und im Sommer 1992 gab es dann die ersten GSM Mobilfunknetze. Sie funkten im Bereich von 900 MHz. Etwas später kam dann noch der Frequenzbereich um 1800 MHz dazu.

GSM wurde in den letzten Jahren laufend weiterentwickelt. Dabei handelt es sich um einen Standardisierungsprozess, der kontinuierlich weiterverfolgt wurde. 2000 erfolgte dann die Übergabe an 3GPP, dem 3rd Generation Partnership Project. Das ist eine Kooperation von mehreren weltweiten Standardisierungsgremien für den Mobilfunk. Sie ist verantwortlich für UMTS, GERAN und LTE. In den kommenden Jahren wird das 2G Mobilfunknetz verkleinert werden, allerdings nicht abgeschaltet, denn nach wie vor sind noch viele Geräte auf GSM angewiesen. Nach und nach werden die frei werdenden Frequenzen dann für UMTS (3G) und LTE (4G) genutzt.

Generell werden für ein GSM Netz vier Bauteile benötigt:

1. Ein Mobiltelefon oder mobiles Endgerät, das über eine Antenne und eine Sende- und Empfangseinheit verfügt. Außerdem gibt es ein Mikrofon und einen Lautsprecher. Die Stromversorgung erfolgt mit einem Akku oder mit dem Stromnetz. Mit diesem Gerät besteht die Möglichkeit, mit anderen Teilnehmern zu kommunizieren, indem diese ausgewählt werden. Die Wahl kann über eine Spracheingabe oder über eine Tastatur erfolgen. Darüber hinaus verfügt das mobile Gerät in der Regel über ein Display. Auf dem Bildschirm werden nicht nur Telefonnummern angezeigt, sondern auch Kurznachrichten. Der wesentliche Bestandteil des mobilen Geräts ist aber die SIM-Karte.
2. Ein Mobilfunksendesystem oder ein Base Station Subsystem ist das zweite Bauteil, das es beim GSM Netz gibt. Es kann aus einer oder mehreren Stationen bestehen, die jeweils eine Antenne besitzen und damit eine oder mehrere Funkzellen versorgen. Mit der Basisstation ist eine zentrale Steuerungseinheit verbunden, die die Funkverbindungen überwacht. Außerdem leitet sie - falls erforderlich - einen Zellenwechsel ein. An den Steuerungseinheiten ist eine Umwandlungseinheit gekoppelt, die dafür verantwortlich ist, dass die von GSM komprimierten Sprachkanäle, aber auch unkomprimierte ISDN Audio Kanäle, umgewandelt werden in ein komprimiertes Audio Codec.
3. Der dritte Baustein in einem GSM Netz sind das Network Switching Subsystem bzw. das Core Network Subsystem - die Vermittlungseinheiten. Sie sind die Schnittstelle und Vermittlungsstelle zwischen dem jeweiligen Mobiltelefonnetz und dem Funknetz – dem Mobile-Service Switching Centre. Die Informationen über den Teilnehmer werden innerhalb des Mobilfunknetzes von dem Visitor Location Register gespeichert. Das Home Location Register hingegen speichert lediglich Informationen über Teilnehmer, die zur Kundschaft des jeweiligen Eigentümers des Funknetzes zählen. Die Authentifizierung erfolgt im Authentication Centre und die Speicherung der Seriennummern der für den Kontakt genutzten mobilen Endgeräte wird optional im Equipment Identity Register registriert.
4. Der vierte und letzte Systembaustein ist das Network Management Center bzw. das Operation and Maintenance Center. Hiermit wird das mobile Funknetz überwacht. Dieser Baustein kontrolliert zudem auch die zentrale Steuerungseinheit des Mobilfunksendesystems, die Basisstation sowie das Mobile-Services Switching Centre. Alle Teilnehmer in einem GSM Netz sind mit unterschiedlichen Nummern versehen und adressiert. Dazu ist eine Mobile Subscriber ISDN Number erforderlich. Mit ihr kann der Teilnehmer weltweit erreicht werden. Der Teilnehmer wird innerhalb des Funknetzes mit der International Mobile Subscriber Identity gefunden. Diese ist übrigens auch auf der SIM-Karte gespeichert. Es erfolgt aus Datenschutzgründen allerdings nur eine einmalige Authentifizierung bei der ersten Nutzung. Danach wird ausschließlich die Temporary Mobile Subscriber Identity verwendet. Zu guter Letzt gibt es die Mobile Station Roaming Nummer. Diese kommt dann zum Einsatz, wenn außerhalb des Routings des Mobilfunknetzes telefoniert wird - das sogenannte Roaming.

Außerhalb von Telefongesprächen wird GSM auch für die Datenübertragung genutzt. Allerdings liegt die Datenübertragungsrate bei lediglich 14,4 kbit/s und entspricht daher nicht dem üblichen Standard. Das ist auch der Grund, warum Smartphones und Tablet PCs inzwischen andere Mobilfunknetze nutzen. Denn modernere Technologien schaffen eine deutlich schnellere Übertragung. Ursprünglich wurde GSM ausschließlich für die Sprachübertragung entwickelt und ausgelegt, aus dem Grund ist das GSM Mobilfunknetz auch nur bedingt für eine Datenübertragung nutzbar.

Es gibt inzwischen verschiedene Verfahren, die die Datenübertragung verbessern und beschleunigen. Dazu gehört beispielsweise auch das Verbindungsprotokoll X.75. Es sorgt für einen schnelleren Verbindungsaufbau, allerdings sorgt es nicht für eine tatsächliche Verbesserung der Schnelligkeit der Datenübertragung. Aus dem Grund wurde GSM weiterentwickelt mit GPRS und EDGE. Dadurch erfolgt eine Datenübertragung im Paket und es werden Geschwindigkeiten bei GPRS von 56 erreicht und bei EDGE von 150 bis 200 kbit/s.

https://de.wikipedia.org/wiki/Global_System_for_Mobile_Communications
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/0910181.htm