Wo bin ich?

Immer mehr nutzen es, immer weniger davon wissen, wie es eigentlich funktioniert. In dieser Serie erfahren Sie, wie GSM funktioniert.

Der Besitzer des Handys weiß natürlich meist, wo er ist. Die Grundlage des freien Wanderns zwischen den Zellen eines modernen Mobilfunknetzes ist aber, daß sowohl Mobiltelephon als auch Mobilfunknetz wissen, wo sich der Besitzer des Telephons aufhält. Das war nicht immer so. Daher ein kurzer Rückblick auf die Entwicklung des Mobilfunkdienstes.

Öffentlich und beweglich

Der erste Schritt zum mobilen Telephonieren war etwas, was in deutschsprachigen Ländern mit "öffentlicher, beweglicher Landfunkdienst" bezeichnet wurde. Dabei gab es im jeweiligen Land einige regionale Funkstationen mit relativ großer Reichweite. Der einzelne Kunde mußte wissen, im Bereich welcher Funkstation er sich befand und diese Daten seiner Vermittlung mitteilen. Nur dann konnte ein Anruf zum mobilen Teilnehmer weitergegeben werden, denn der Ruf zum Mobiltelephon erfolgte nur von der vorher festgelegten Funkstation. Da das System nur wenige Teilnehmer hatte, der Aufwand für die Netzbetreiber vergleichsweise hoch war und die Gebühren entsprechend, waren diese Netze auch grenzüberschreitend im Einsatz. Ein Masseneinsatz dieser Technik war allerdings nicht möglich, weswegen man nach Alternativen zu suchen begann.

Ortungsprobleme

Das wichtigste zu lösende Problem für ein wirklich mobiles Telephon lag darin, daß man die Aufgabe der Ortsbestimmung nicht dem einzelnen Telephonbesitzer, sondern dem System übertragen mußte. Es war auf jeden Fall sicherzustellen, daß nicht durch die Vergeßlichkeit des Mobiltelephonbesitzers der Standort des mobilen Telephons dem Netz unbekannt blieb.

Die Lösung war dann gar nicht so kompliziert, wie man das ursprünglich gedacht hatte: Zellen mit einem automatischen An- und Abmeldesystem sowie einem automatischen Weiterreichen von Gesprächen, wenn ein Mobiltelephon von einer Funkzelle in die nächste wechselt. Und in welcher Zelle meldet man sich an? Natürlich in der, in der man sich gerade befindet - würde man glauben. In der Regel ist das zwar wirklich so, aber da die Feststellung der Zellenzugehörigkeit nicht geographsch, sondern im Wege der Bestimmung von Sendeleistungen erfolgt, meldet sich das Handy in der Zelle an, von der es den besten Empfang hat.

Der Teufel lag - wie so oft - im Detail: Das Frequenzzuordnungsproblem mußte gelöst werden (siehe auch Bild 1). Dieses Problem ist zwar bis heute nicht wirklich gelöst, es gibt aber bereits einige sehr gute Näherungsrechnungen, so daß man tatsächlich Mobilfunknetze aufbauen kann.

Zuerst mußte man jeder "Zelle" eine eigene Frequenz zuteilen. Das hat mindestens zwei Gründe: Zum einen orientiert sich das Mobiltelephon daran, welche Frequenz es am besten empfängt - das ist dann die Zelle, in der man sich aufhält. Zum anderen dürfen sich die Sender, die in angrenzenden Zellen stehen, gegenseitig nicht stören. Das heißt, sie müssen auf verschiedenen Frequenzen senden.

Das Handy selber bzw. seinen Besitzer interessiert natürlich nur, ob er Empfang hat - oder nicht. Das Mobilfunknetz muß aber einiges mehr leisten. Spürt die Basisstation ein Handy in seinem Bereich auf, so fragt es nach der Kennung. Diese wird an eine Zentrale weitergegeben, die überprüft, ob dieser Teilnehmer berechtigt ist. Wenn ja, dann steht dem Telephonieren nichts mehr im Wege - wenigstens so lange, wie ein Gesprächskanal frei ist.

Theoretisch sollte dabei auch festgestellt werden, ob SIM-Karte und das Gerät nicht als gestohlen gemeldet sind. Die International Mobile Subscriber Identity (IMSI) für die SIM-Karte und die International Mobile Equipment Identity (IMEI) werden dazu übermittelt. Man könnte damit sogar den Standort eines gestohlenen Handys ziemlich genau feststellen - wenn man wollte.

So weit die grundlegende Theorie, welche die Basis für eine ganze Reihe von Mobilfunksystemen bildet. Doch schauen wir uns erst einmal an, wie es überhaupt zu GSM kam.

Europäisches Chaos

Daß Europa auf einer ziemlich kleinen Fläche so viele Staaten hat, kommt wohl nicht von ungefähr. Die unterschiedlichen Ideen bei der Realisierung der persönlichen mobilen Kommunikation zeigen das. Vorreiter waren jedenfalls die Skandinavier, die mit ihrem NMT (Nordic Mobile Telephone) Maßstäbe setzten. Geräte, die im 450-MHz-Band arbeiten und in allen skandinavischen Staaten (Dänemark, Färöer, Finnland, Island, Norwegen, Schweden) im Einsatz sein können. Einige andere europäische Staaten folgten den Skandinaviern, allerdings ohne deren Ideen vom internationalen Einsatz zu übernehmen: NMT-450 wurde in Andorra, Belgien, Bulgarien, Estland, Frankreich, Kroatien, Lettland, Litauen, Luxemburg, Österreich (hier hieß es C-Netz), verschiedenen russischen (damals sowjetischen) Provinzen und Städten, Slowenien, Spanien, der Tschechoslowakei, Türkei, der Ukraine, Ungarn, Weißrußland und Usbekistan eingeführt. Sogar außerhalb Europas begann NMT-450 seinen Siegeszug: Kambodscha, Saudi-Arabien, Thailand und Tunesien entschieden sich für dieses System. In Indonesien und Malaysia wurde sogar eine eigene Version im 470-MHz-Band installiert.

Der große Erfolg führte bald zu Frequenzengpässen, weshalb man auch ein NMT-System im 900-MHz-Band einführte. Außer Island waren alle Skandinavier wieder dabei. Außerdem in Europa Jugoslawien, Litauen, die Schweiz (das verwirrenderweise ebenfalls C-Netz genannt wurde), und Zypern. Außereuropäische Staaten waren Algerien, Grönland, Kambodscha und Thailand.

Die großen europäischen Industriestaaten Deutschland, Frankreich, Großbritannien und Italien spielten allerdings nicht mit: Frankreich entwickelte RC-2000, Deutschland C-450 (und nannten es selbstverständlich C-Netz), und Italien erfand das RTMS-450. Diese nationalen Eigensysteme benutzten noch das 450-MHz-Band.

Das deutsche System wurde - teilweise sogar in Varianten - nur in Portugal und Südafrika verkauft. Das französische konnte im Senegal punkten. Vom italienischen RTMS sind uns überhaupt keine Exporterfolge bekannt.

Großbritannien ließ sich von Motorola eine AMPS-Abart namens TACS für das 900-MHz-Band schneidern. TACS bzw. die erweiterte Form ETACS wurde ein Renner wie NMT: Aserbaidschan, Bahrein, viele chinesische Provinzen, Gambia, Ghana, Hongkong, Irland, Italien, der Jemen, Kambodscha, Kenia, Kuwait, Malaysia, Malta, Mauritius, die Philippinen, Singapur, Spanien, Sri Lanka, Tansania, die Türkei, die Vereinigten Arabischen Emirate und Zaire entschieden sich dafür. Auch in Österreich wurde ein TACS-System eingeführt, das wir alle als D-Netz kennen. Nigeria führte aus Frequenzgründen ein ETACS-800 ein, und Japan verwendete das System unter dem Namen JTACS, wobei J eben für Japan steht.

Unverständnis

Wir wissen alle, daß bereits das Nordic Mobile Telephone Roaming möglich machte. Außerdem war Europa beinahe flächendeckend mit NMT versorgt war. Sogar in Frankreich gab es - durch den zweiten Netzbetreiber SFR - ein NMT-Netz. Dennoch waren die nationalen Postverwaltungen nicht in der Lage, das Potential, das in international einsatzfähigen Mobiltelephonen steckt, zu erkennen. Auch als in einigen europäischen Ländern TACS bzw. ETACS eingeführt wurde, das schon fast alles konnte, was GSM kann (SMS, Rufnummernanzeige,...), rührte sich nichts: Bis heute ist nicht einmal mit Italien das Roaming im D-Netz möglich - von Spanien und Großbritannien ganz zu schweigen -, obwohl inzwischen die Telekom Italia an der Telekom Austria und die Telekom Italia Mobile an der Mobilkom beteiligt ist.

Es blieb zwei völlig "untechnischen" Politikern, nämlich Kohl und Mitterand, überlassen, das Problem, das im europäischen Mobiltelephonfleckerlteppich steckte, zu erkennen und ein einheitliches europäisches Mobiltelephonsystem zu fordern.

Sehr eilig hatte man es mit der Etablierung der Groupe Spécial Mobile zwar nicht, aber immerhin, sie wurde 1982 errichtet, und schon vier Jahre später gab es den Kern einer Arbeitsgruppe. Und irgendwie - die postamtliche CEPT wurde inzwischen durch das eher professionelle ETSI ersetzt - entstand dann doch ein Standard. Es war zwar eigentlich wieder ein skandinavischer Standard und kein EU-Standard, und das erste Netz wurde von der finnischen Radiolinja errichtet (Finnland war da noch nicht EU-Mitglied). Das erste GSM-Handy, das in Österreich als "Schrack Hotline Pocket" verkauft wurde, stammte aus dem damals ebenfalls nicht der EU angehörenden Schweden. Das erste überhaupt genehmigte GSM-Gerät stammte zwar aus Großbritannien, aber von einer Firma namens Panasonic.

Muntermacher

GSM machte tatsächlich Europas Telekommunikationsszene munter: Man entschied sich zwar erst 1987 für die zu verwendende Funktechnik, aber schon im Jahr davor hatten sich 13 Mitglieder aus 12 Ländern zusammengefunden, um eine MoU-Gruppe zu formen. 1989 wurde GSM dann ein technisches Kommitee des ETSI. Im gleichen Jahr erfolgte die Fixierung der Spezifikationen für GSM 900 Phase 1. 1990 - es war noch nirgends ein GSM-Netz im Betrieb - begann man mit dem Regelwerk für DCS, das 1991 fixiert wurde. Auf der Telecom '91 in Genf wurden die ersten GSM-Systeme vorgeführt. Im Jänner 1992 begann die finnische Radiolinja mit dem kommerziellen Dienst. Bis Jahresende waren dann insgesamt 13 Netze in sieben Staaten im Betrieb, und die ersten Roaming-Abkommen wurden geschlossen.

Das Grundprinzip

Die Grundeinheiten des GSM sind die "Mobile Station" - im Sprachgebrauch als Handy bezeichnet -, die mit MS abgekürzt wird, das Base Station Subsystem (BSS), das aus Base Transceiver Station (BTS) und Base Station Controller (BSC) besteht, und aus dem Netzwerk-Subsystem, dessen zentrale Komponente das Mobile Switching Center (MSC) bildet.

Die ITU hat für mobile Telephonie in Europa zur Verbindung vom Handy zur Funkstelle den Frequenzbereich 890 bis 915 MHz und für die Gegenrichtung 935 bis 960 MHz festgelegt. Davon hat die damalige CEPT die oberen 10 MHz, also 905-915 bzw. 950-960 für GSM reserviert. Der Rest wurde ja von analogen Netzen wie NMT 900 und TACS/ ETACS bereits benutzt. Inzwischen ist praktisch überall vorgesehen, mittelfristig die vollen 2 × 25 MHz ausschließlich für GSM zu verwenden.

Zeit- und Frequenzteilung

Bekanntlich sind Frequenzen ein ziemlich kostbares und nicht vermehrbares Gut, weshalb man damit sehr sparsam umgehen muß. Die GSM-Macher entschieden sich für eine Kombination verschiedener Methoden, um die zur Verfügung stehenden Frequenzen optimal auszunutzen. Zuerst wurden die 25 MHz Bandbreite in 124 Trägerfrequenzen geteilt, von denen jede 200 kHz Bandbreite ausweist. Die Differenz, die sich beim Nachrechnen ergibt, wird für einen Schutzabstand zwischen den einzelnen Trägern benötigt. Das angewandte Verfahren nennt sich Frequency Division Multiple Access bzw. FDMA.

Jede Trägerfrequenz wird dann in acht einzelne Zeiteinheiten bzw. Zeitschlitze zerlegt. Jeder dieser Zeitschlitze steht einem anderen Teilnehmer zur Verfügung: Die acht Teilnehmer, die sich eine Trägerfrequenz teilen, telephonieren niemals gleichzeitig, sondern nacheinander. Das Verfahren heißt Zeitschlitzverfahren bzw. Time Division Multiple Access (TDMA). GSM ist also ein Mischsystem aus FDMA und TDMA.

Damit nun aber der hörende Teilnehmer von diesem Vorgang nichts merkt, muß ein wenig an Technik her. Die Sprache auf der Seite des Senders muß zerlegt und in einzelne Datenpakete, die in einem der Zeitschlitze Platz finden, verpackt werden. Am Empfängerende muß der Vorgang dann wieder umgekehrt werden.

Wie das alles gemacht wird, lesen Sie im nächsten Heft von MOBILE TIMES (>>).

Franz A. Köttl