Voice over IP im Mobilfunk

Inhalt

Abkürzungsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Verzeichnis der Tabellen

Verzeichnis der Gleichungen

Symbolverzeichnis

1 Voice over IP im Mobilfunk
1.1 Einführung
1.2 Themenbeschreibung

2 Dienstgüte in Paketnetzen
2.1 Definition
2.2 Dienstgüte bei
2.2.1 Herausforderung Dienstgütebestimmung
2.2.2 Betrachtungsweisen der Dienstgüte
2.2.3 Enduser Quality
2.2.4 Einflüsse von Netzwerk und Terminal auf die Dienstgüte

3 Bestehende Mobilfunknetze
3.1 Mobilität im Mobilfunk
3.1.1 Zellularer Aufbau der Netze
3.1.2 Mobilitätsmanagement in Mobilfunknetzen
3.1.3 Zellwechsel
3.2 General Packet Radio Service
3.2.1 Einführung
3.2.2 Genereller Systemaufbau
3.2.3 Datenübertragung im GPRS
3.2.4 Dienstgütestruktur
3.2.5 Mobilität im GPRS- Netz
3.2.6 Optimierung für GPRS
3.3 Universal Mobile Telecommunication System
3.3.1 Chancen durch UMTS
3.3.2 Grundlegende Systemarchitektur
3.3.3 Paketübertragung im UMTS
3.3.4 Quality of Service im UMTS- Netz
3.3.5 Mobilität im UMTS- Netzwerk
3.3.6 Zellwechselprozesse
3.4 High Speed Downlink Packet Access
3.4.1 Motivation
3.4.2 Prinzipien des HSDPA
3.4.3 Mobilität
3.4.4 Channel Type Switching
3.5 Wireless Local Area Network
3.5.1 Einführung
3.5.2 WLAN- Architektur
3.5.3 Datenübertragung im WLAN
3.5.4 Mobilität bis Layer 2
3.5.5 Mobilität über Subnetgrenzen hinweg

4 Vertikale Zellwechsel
4.1 Einführung
4.2 Wechsel der Radio Access Technologie
4.2.1 Begriffsklärung
4.2.2 Handover zwischen GPRS und UMTS
4.2.3 Wechsel zwischen HSDPA und GPRS
4.3 Cross Bearer Mobility
4.3.1 Begriffsklärung
4.3.2 Genereller Systemaufbau für CBM
4.3.3 Konzept der Mobilität mit CBM
4.3.4 Generic Access Network

5 Messprinzipien
5.1 Einführung
5.2 Idee der Performancemessungen
5.3 Softphones
5.3.1 Anwendungsbereiche
5.3.2 Audiocodec
5.3.3 Jitterbuffereinstelllungen
5.3.4 Anpassung an Delayverringerungen
5.4 Sprachsample
5.5 Sprachqualität
5.6 Anzahl der Messungen
5.7 Zellwechsel
5.8 Zusammenfassung

6 Praktische Untersuchungen
6.1 VoIP im GPRS
6.1.1 Allgemeines
6.1.2 Stationäre Anwendung
6.1.3 Coding Scheme 1, 2 und 3
6.1.4 Coding Scheme 4
6.1.5 Intra BTS Cell Reselection
6.1.6 Inter BTS / intra BSC Cell Reselection
6.1.7 Inter BSC / intra SGSN Cell Reselection
6.1.8 Inter SGSN Cell Reselection
6.1.9 Verbesserung für die stationäre Anwendung von VoIP
6.1.10 Verbesserungsvorschläge bei Zellwechselprozessen
6.1.11 Zusammenfassung
6.2 Network Assisted Cell Change
6.2.1 Network Assisted Cell Change ohne RAU und LAU
6.2.2 Weitere Zellwechsel mit NACC
6.2.3 Zusammenfassung
6.3 Auswertung zu EDGE
6.3.1 Stationärer Fall
6.3.2 Cell Reselection bei EDGE
6.3.3 Zusammenfassung
6.4 UMTS
6.4.1 statische Untersuchungen
6.4.2 Soft Handover
6.4.3 Intra SGSN Area SRNS- Relocation
6.4.4 Inter SGSN Area SRNS- Relocation
6.4.5 Inter frequency Handover Hersteller A
6.4.6 Inter RNC Handover ohne Verwendung des Iur- Interface
6.4.7 Verbesserungsvorschläge und Zusammenfassung
6.5 High Speed Downlink Packet Access
6.5.1 Allgemeines
6.5.2 Stationärer Fall
6.5.3 System Hersteller A
6.5.4 System Hersteller B
6.5.5 Zusammenfassung / Verbesserungsvorschläge
6.6 Intra RAT Conversion
6.6.1 Wechsel zwischen GPRS und EDGE
6.6.2 CTS zwischen HSDPA und UMTS
6.6.3 HS- DSCH to DCH
6.6.4 inter RNC Cell Change
6.6.5 Zusammenfassung / Verbesserungsvorschläge
6.7 WLAN
6.7.1 stationäre Anwendung
6.7.2 Einfluss von Bewegung
6.7.3 Intra Subnet Cell Change
6.7.4 Inter Subnet Roaming
6.7.5 Zusammenfassung / Verbesserungsvorschläge
6.8 Inter RAT Zellwechsel
6.8.1 GPRS to UMTS
6.8.2 UMTS to GPRS
6.8.3 HSDPA to EDGE
6.8.4 EDGE zu HSDPA
6.8.5 Zusammenfassung / Verbesserungsvorschläge
6.9 Cross Bearer Mobility
6.9.1 Serieller Kontext
6.9.2 Paralleler Kontext
6.9.3 Zusammenfassung

7 Dienstgüte von VoIP in bestehenden Mobilfunknetzen
7.1 Allgemeines
7.2 Stationäre Anwendung
7.2.1 GPRS / EDGE
7.2.2 UMTS
7.2.3 HSDPA
7.2.4 WLAN
7.3 Einfluss von Zellwechselprozessen
7.4 Empfehlung an VoIP- Clients
7.5 Zukünftige Untersuchungen

Anhang I

A Bergriffsdefinition I

B Hilfsmittel IV

C Quellenverzeichnis
Literatur
Internetquellen
Sonstige Quellen

Vorwort

Im heutigen Kommunikationszeitalter ist ein Leben ohne Telefonie kaum noch vorstellbar. Auch das Internet ist inzwischen als Kommunikationsmedium unabdingbar. Für Anwender ist es daher praktisch unverzichtbar auch mobil auf eine Vielzahl von Diensten zugreifen zu können. Für die Integration von Sprachdiensten in ein Paketnetz nutzt man eine spezielle Form der Datenübermittlung, welche als Voice over IP bezeichnet wird. Durch die Integration von VoIP werden völlig neue Anforderungen an Paketnetze gestellt. Vor allem im Mobilfunkbereich ergeben sich hierdurch Probleme. Welche Probleme dabei auftreten wird in dieser Arbeit aufgezeigt. Es wird hierbei vordergründig auf Zellwechselprozesse und deren Einfluss auf die Dienstgüte von Voice over IP eingegangen.

Da diese Diplomarbeit gleichzeitig den Abschluss meines Studiums darstellt, möchte ich an dieser Stelle allen Professoren, Doktoren, Dozenten und Lehrkräften für die interessante und abwechslungsreiche Ausbildung danken.

Zudem möchte ich mich recht herzlich bei allen Kollegen der Abteilung TP&E für die motivierende Atmosphäre bedanken. Danke für kritische Anmerkungen und unterstützende Anregungen.

An dieser Stelle möchte ich besonders Dipl. Ing. (FH) Michael Maruschke und Dipl. Ing. Harald Schmitt danken, die mir das Thema zur Verfügung gestellt und mich während der Bearbeitung betreut haben.

Einen besonderen Dank möchte ich auch an meine Eltern richten, ohne die ein Studium nicht möglich gewesen wäre. Danke sehr für Eure hilfreichen Ratschläge und für Eure Geduld.

Romy danke ich vor allem für den Halt und die Unterstützung, die sie mir während der letzten Monate gegeben hat.

Danke auch an alle Personen, die ich um den ein oder anderen Gefallen gebeten habe, die mir gute Ratschläge und wichtige Informationen gegeben und die mir beim Korrektur lesen geholfen haben.

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Definition der QoS [unter Verwendung von 4]

Abbildung 2: Prinzip der Grundzüge des PESQ [Opticom]

Abbildung 3: Prinzip des PESQ Algorithmus [Opticom]

Abbildung 4: Zusammenhang zwischen MOS- Wert und R- Faktor

Abbildung 5: Funktionsweise des Jitterausgleichpuffers [unter Verwendung von 4]

Abbildung 6: Zusammenhang zwischen der Größe des JAP und Pseudoverlust [3]

Abbildung 7: Bestandteile der Ende zu Ende Verzögerung

Abbildung 8: Abhängigkeit der Sprachqualität von der Verzögerung

Abbildung 9: Nachsendung von gepufferten Paketen

Abbildung 10: playout Delay mit Anwendung von no Adaptation bei Zellwechselprozessen

Abbildung 11: Anpassung des mouth to ear Delay über discard Adaptation

Abbildung 12: Anpassung an verringerte Übermittlungszeiten bei Skype

Abbildung 13: Das zellulare Konzept

Abbildung 14: Empfangsqualität zwischen zwei Basisstationen

Abbildung 15: Netzaufbau GPRS

Abbildung 16: Beispiel für die gemeinsame Nutzung einer Zelle für GSM und GPRS

Abbildung 17: Anforderung einer Uplinkressource [7]

Abbildung 18: Acknowledgementstruktur der Schnittstellen im GPRS

Abbildung 19: Zustandsmodell

Abbildung 20: Lokalisierungszonen im GPRS

Abbildung 21: inter SGSN Routing Area Update Prozedur [unter Verwendung von 7]

Abbildung 22: Architektur der Zugangsebene und Schnittstellenbezeichnungen

Abbildung 23: Serviceklassen, mit Anwendungen und deren Anforderungen

Abbildung 24: Faktoren mit Einfluss auf die Dienstgüte beim UMTS

Abbildung 25: parallele und kombinierte Durchführung von RAU und LAU

Abbildung 26: Soft Handover

Abbildung 27: Unterschied zwischen Soft und Hard Handover

Abbildung 28: SRNS Relocation [7]

Abbildung 29: Vergleich UMTS mit HSDPA Ressourcenverteilung

Abbildung 30: Code- und Zeitteilung des HSDPA Übertragungskanals [32]

Abbildung 31: Effektive Ausnutzung der Zellressource, Leistung [32]

Abbildung 32: Retransmission Areas

Abbildung 33: Ablauf eines inter Node B Serving Cell Reselection

Abbildung 34: Reselection der Serving Cell beim HSDPA System Hersteller B

Abbildung 35: Zwei Basic Service Set’s bilden ein Extended Service Set

Abbildung 36: Überlappende Frequenzen

Abbildung 37: Carrier Sense Multiple Access / Collision Avoidance

Abbildung 38: Active Scanning Procedure

Abbildung 39: Reassociation Procedure [31]

Abbildung 40: Tunneling für Mobile IP

Abbildung 41: Roaming mit Mobile SCTP

Abbildung 42: Mid- Call Mobility via SIP

Abbildung 43: vereinfachte Darstellung der CBM- Architektur

Abbildung 44: Vereinfachte Darstellung High Mobility Konzept CBM

Abbildung 45: Integration Architektur

Abbildung 46: allgemeines Messprinzip

Abbildung 47: periodische Sendeunterbrechungen

Abbildung 48: One way Delay bei einer zu geringen Bitrate im GPRS

Abbildung 49: Auswirkung der Delayerhöhung auf die Waveform im Vergleich mit dem Original

Abbildung 50: Anpassung der Bitrate durch Skype bei CS 3 (Darstellung Netmeter)

Abbildung 51: Auswirkungen von Wiederholsendungen im GPRS (mobile-mobile Call)

Abbildung 52: Listening und Conversational Quality bei GPRS

Abbildung 53: Delay von Up- und Downlink intra BTS ohne RAU und LAU

Abbildung 54: LQ bei einem intra BTS Cell Reselection (UL)

Abbildung 55: Paketübermittlungszeiten bei einem inter BTS Cell Reselection mit RAU und LAU

Abbildung 56: LQ bei einem inter BTS Cell Reselection mit RAU und LAU (UL)

Abbildung 57: Paketübermittlungszeit bei einem intra BTS Cell Reselection

Abbildung 58: Listening Quality bei NACC

Abbildung 59: Auswirkungen des Entzuges des Uplink TBF auf die Übermittlungszeit (MCS9)

Abbildung 60: EDGE Listening Quality (stationary use)

Abbildung 61: Paketübermittlungszeit von Up- und Downlink bei einem inter BTS Cell Reselection mit RAU und LAU (mit Extended Uplink TBF)

Abbildung 62: LQ bei Anpassung mit discard Adaptation (UL)

Abbildung 63: Beeinflussung der CQ bei discard when silence Adaptation

Abbildung 64: Paketübermittlungszeit bei statischer Anwendung von VoIP mit Rel

Abbildung 65: Radio Bearer Wechsel im DL bei Hersteller A (Mobile- Mobile Call)

Abbildung 66: MOS und Übermittlungszeit vs. Call Time im Soft Handover Zustand

Abbildung 67: Erhöhte Anzahl an Retransmissions im inter RNC Soft Handover State (UL)

Abbildung 68: Paketübermittlungszeit mit SRNS- Relocation im UL und DL (Mobile- Mobile Call)

Abbildung 69: Listening Quality bei einem intra SGSN Area SRNS- Relocation

Abbildung 70: intra SGSN Area SRNS- Relocation mit rate increase Operation (UL)

Abbildung 71: Unterbrechung des Up- und Downlink durch ein SRNS- Relocation mit Wechsel des SGSN

Abbildung 72: Sprachqualität im UL vor, während und nach einem inter SGSN SRNS- Relocation

Abbildung 73: Paketübermittlungszeit während eines intra Node B Frequenzwechsels im UMTS

Abbildung 74: Listening Quality vor, während und nach einem intra Node B Frequenzwechsel

Abbildung 75: Delay während eines inter RNC Handover mit Frequenzwechsel

Abbildung 76: Beeinflussung der Sprachqualität bei Anwendung von discard Adaptation

Abbildung 77: RFC 1889 Jitter stationary use

Abbildung 78: Übermittlungszeit über die Zeit von Up- und Downlink

Abbildung 79: Paketübermittlungszeit im Up- und Downlink (example)

Abbildung 80: MOS Listening Quality vor, während und nach einem Zellwechsel

Abbildung 81: Zusammenfassung des Verhaltens bei einem

inter Node B / intra RNC Cell Reselection

Abbildung 82: Paketübermittlungszeit von Up- und Downlink

Abbildung 83: Sprachqualität vor, während und nach einem Zellwechsel

Abbildung 84: Sprachqualität inter RNC Area Cell Reselection Hersteller B von Up- und Downlink

Abbildung 85: Vergleich der Paketverluste im Up- und Downlink

Abbildung 86: Paketverzögerung von Up- und Downlink beim CTS von DCH nach HS- DSCH

Abbildung 87: Sprachqualität bei CTS von DCH nach HS- DSCH

Abbildung 88: Uplinkunterbrechung bei CTS

Abbildung 89: Listening Quality vor, während und nach CTS (DL)

Abbildung 90: Übermittlungszeit mit dem Einfluss von CTS

Abbildung 91: Sprachqualität vor, während und nach einem inter RNC Channel Type Switching mit discard when silence Adaptation

Abbildung 92: LQ und CQ bei Voice over WLAN

Abbildung 93: ESS- Architektur T- Mobile

Abbildung 94: Paketübermittlungszeit während eines VoIP- Telefonates mit Roaming- Einfluss

Abbildung 95: LQ Roaming unter idealen Bedingungen (DL)

Abbildung 96: Sprachqualität vor, während und nach einem intra Subnet Roaming (DL)

Abbildung 97: Unterbrechung von Up- und Downlink bei einem Wechsel von GPRS zu UMTS

Abbildung 98: LQ im UL bei Wechsel von GPRS zu UMTS mit discard Adaptation

Abbildung 99: Anpassung über discard when silence Adaptation bei schnell wechselnden Gesprächsanteilen

Abbildung 100: Paketübermittlungszeit bei einem inter RAT Zellwechsel von UMTS zu GPRS

Abbildung 101: Einfluss eines Wechsel von HSDPA nach EDGE auf die Übermittlungszeit (DL)

Abbildung 102: Listening Quality bei Anwendung von discard Adaptation im DL

Abbildung 103: Beeinflussung der Sprachqualität im Uplink, bei Anwendung von discard Adaptation

Abbildung 104: Paketübermittlungszeit bei CBM zwischen WLAN und UMTS (Break before Make)

Abbildung 105: Einfluss von CBM ohne vorherigen Kontext im Zielnetz auf die Sprachqualität

Abbildung 106: Paketübermittlungszeit bei Einfluss eines CBM von WLAN nach GPRS

Abbildung 107: Paketübermittlungszeit bei einem Wechsel aus dem UMTS in ein WLAN

Abbildung 108: Sprachqualität bei einem Wechsel von UMTS in ein WLAN

Abbildung 109: Einfluss eines vertikalen Zellwechsels von WLAN nach UMTS auf die Übermittlungszeit

Abbildung 110: LQ bei einem Wechsel von WLAN nach UMTS (UL)

Verzeichnis der Tabellen

Tabelle 1: MOS Skala [1]

Tabelle 2: MOS Werte ausgewählter Codecs

Tabelle 3: Aufgaben SGSN bei GPRS

Tabelle 4: GPRS Coding Schemes

Tabelle 5: Kanalcodes bei EDGE

Tabelle 6: Aufgaben eines RNC im UMTS

Tabelle 7: IEEE thresholds [31]

Tabelle 8: Grundlegende Einstellungen

Tabelle 9: benötigte Bandbreite mit GSM- FR

Tabelle 10: Verbesserungsmöglichkeiten

Verzeichnis der Gleichungen

Gleichung 1: Beispielrechnung für den R- Faktor

Gleichung 2: Umrechnung zwischen R- und MOS- Faktor

Gleichung 3: Abschätzung des Jitters

Symbolverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Voice over IP im Mobilfunk

1.1 Einführung

Einem eher moderaten Wachstum der transportierten Mengen an Nutzdaten durch die Sprachkommunikation der vergangenen Jahre steht ein exponentieller Anstieg der transportierten Datenmengen gegenüber. Wurden Kommunikationssysteme in der Vergangenheit vorwiegend für eine Sprachkommunikation ausgelegt, werden heutige Netze für den Datentransport entwickelt [1].

Noch treffen diese Aussagen hauptsächlich auf Festnetzanschlüsse zu. Im Mobilfunk werden derzeit noch über 70% der Einnahmen durch leitungsvermittelnde Sprachdienste erzielt [11]. Beachtet man, dass die Entwicklung in Mobilfunknetzen denen im Festnetz etwa 5 bis 6 Jahre nach stehen, erkennt man, dass die Verkehrsmengen durch Datenkommunikation auch in Funknetzen in naher Zukunft überwiegen werden.

Im Gegensatz zu leitungsvermittelnden Festnetzdiensten entstehen im Mobilfunk die höchsten Belastungen nicht durch Vermittlungsknoten, sondern durch das Radio Access Network (RAN). Vor allem die große Anzahl von Basisstationen verursacht hohe Kosten, die auch bei der Umstellung auf eine reine paketvermittelnde Struktur nicht signifikant sinken. Eine Substitution leitungsvermittelnder Dienste wird daher nicht so schnell voran getrieben wie das im Festnetzbereich zu erkennen ist. Um aber auf zukünftige Entwicklungen flexibel reagieren zu können, erfolgt auch im Mobilfunk die langsame Abkehr von leitungsvermittelnden Diensten.

Eine der Schlüsseltechnologien für die Substitution von herkömmlichen Sprachdiensten ist Voice over IP. VoIP beschreibt dabei Verfahren zur Übermittlung von Sprache in IP basierenden Datennetzen. Das heißt, um eine „Konvergenz der Netze“ zu gewährleisten ist es nötig Echtzeitkommunikation in Datennetze zu integrieren. Jedoch entstehen durch diese Integration von Echtzeitdiensten neue Heraus- und Anforderungen.

1.2 Themenbeschreibung

Die Performance von Voice over IP im Mobilfunk wurde sowohl theoretisch als auch praktisch schon vielfach untersucht. Jedoch basierten die Bedingungen für die Untersuchungen stets auf einer stationären Nutzung. Die Frage nach der mobilen Nutzung von VoIP steht aber noch offen.

Welchen Einfluss haben Zellwechselprozesse auf die Dienstgüte von VoIP? Und wie wirkt sich die Teilnehmermobilität auf die Performance von Voice over IP aus?

Hauptaugenmerk dieser Arbeit richtet sich daher auf die Zellwechselprozesse in Mobilfunknetzen. Dabei werden die Systeme GPRS, EDGE, UMTS, HSDPA und WLAN untersucht. Im Mittelpunkt steht dabei die von einem Nutzer wahrnehmbare Dienstgüte von Voice over IP.

Ausgehend von einer theoretischen Betrachtung werden praktische Untersuchungen zu verschiedenen Mobilitätsszenarien durchgeführt und ausgewertet.

Zudem werden Möglichkeiten zur Optimierung und Verbesserung aufgezeigt.

2 Dienstgüte in Paketnetzen

2.1 Definition

Die ITU- T definiert die Dienstgüte (Quality of Service) nach dem Standard E.800 wie folgt:

“Quality of Service describes the collective effect of service performance which determines the degree of satisfaction of a user of the service.”

Diese Definition beleuchtet die Güte eines Dienstes vorwiegend aus Sicht des Nutzers. Dieser beurteilt die Qualität anhand seiner subjektiven Wahrnehmung. Bei Sprachdiensten fließen in die Anwenderbewertung zum Beispiel die Natürlichkeit der Sprache, eventuell hörbares Echo, Verzerrungen, Verzögerungen und die Verständlichkeit ein. Die Kundenzufriedenheit ergibt sich aus dem Vergleich der Störempfindung gegenüber einem persönlichen Gespräch oder eines ungestörten Telefongesprächs. Es erfolgt eine Ende zu Ende Qualitätsbetrachtung unter Einbezug aller Einflussfaktoren, ohne aber speziell auf die einzelnen Qualitätsparameter, welche der Netzbetreiber beeinflussen kann, einzugehen. Um zudem die Wirkung der einzelnen Qualitätsfaktoren des Netzes in die Dienstgütebetrachtung mit einzubeziehen, wurde durch die ITU- T eine weitere Definition zu Quality of Service veröffentlicht (Recommendation X.641).

„ Quality of Service (QoS) is a set of qualities related to the collective behaviour of one or more objects.“

Technisch übersetzt bedeutet dies eine Parametrisierung der Übermittlungseigenschaften mit Einfluss auf die Qualität einer bestimmten Gruppe von Diensten.

Unterschiedliche Dienste haben unterschiedliche Anforderungen an Einflussgrößen, wie Jitter, Paketverluste, Verzögerung und Durchsatz. Für den reinen Datentransfer sind üblicherweise Gesamtdurchsatz, Paketverluste und Fehlerrate die bestimmenden Faktoren. Für Echtzeitkommunikation, wie z. B. Voice over IP, sind die individuelle Paketverzögerung, Paketverluste, Unterbrechungszeiten und der verwendete Audiocodec bedeutende Einflussfaktoren auf die empfundene Dienstgüte.

2.2 Dienstgüte bei VoIP

2.2.1 Herausforderung Dienstgütebestimmung

Die Messung der Sprachqualität einer Telefonverbindung ist kein neues Problem. Jedoch stellen Echtzeitdienste neue Herausforderungen an bestehende Paketnetze. Im Gegensatz zu leitungsvermittelnden Systemen garantieren IP- Netze weder eine Mindestbandbreite noch eine konstante und akzeptable Verzögerung. Paketverluste und variierende Delays stellen Störungen dar, die in den traditionellen Telefonnetzen nicht auftreten. Diese Probleme haben ebenfalls Einfluss auf die Messbarkeit der Sprachqualität. Deshalb wurden für die Bestimmung der Dienstgüte von Voice over IP speziell angepasste Messverfahren entwickelt.

2.2.2 Betrachtungsweisen der Dienstgüte

Abbildung 1 zeigt eine Ende zu Ende Verbindung und den Zusammenhang zwischen den verschiedenen Betrachtungsweisen der Dienstgüte. Die für die Bestimmung der Sprachqualität zu messenden Größen sind ebenfalls mit ihrer Lokalisierung im Netzmodell eingetragen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1: Definition der QoS [unter Verwendung von 4]

2.2.3 Enduser Quality

2.2.3.1 Einteilung in Qualitätsklassen

International wird die Qualität der Sprachübertragung in verschiedene Klassen eingeteilt. Das Empfinden des Hörers kann anhand des Mean Opinion Score (MOS) nach Tabelle 1 ermittelt werden.

Tabelle 1: MOS Skala [1]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Je nach eingeschätzter Qualität wird ein MOS- Wert für den Dienst vergeben. MOS 5 entspricht dabei dem direkten, ungestörten Gespräch.

Die MOS- Skala ist durch die ITU- T standardisiert und wird am häufigsten eingesetzt. Neben dieser gibt es noch weitere Skalen zur Abbildung der Sprachqualität auf einen Zahlenwert. Zur besseren Vergleichbarkeit werden diese Rating’s oftmals auf MOS- Werte zurückgerechnet.

Ob die Qualität einer Sprachübertragung bei Beeinflussung durch Verzerrungen, Störungen oder gar Verbindungsunterbrechungen akzeptabel ist oder nicht, muss vor der Einführung des Dienstes geprüft werden.

2.2.3.2 Subjektive Bewertung der Qualität (ITU- T P.800)

Da die empfundene Dienstgüte stark nutzerabhängig ist, wurden festgelegte Testabläufe für die Bestimmung von MOS- Werten standardisiert. Das Hauptaugenmerk bei diesen Tests liegt auf der Erfassung des wahrgenommenen Höreindrucks einer möglichst repräsentativen Gruppe von mindestens 20 bis 50 Versuchspersonen.

Die Testpersonen beurteilten eine aufgenommene Sprachprobe oder ein Telefongespräch. Es können dabei die Gesamtperformance oder einzelne Sprachcharakteristika, wie Verständlichkeit und verschiedene Störeindrücke, bewertet werden. Dem damit gewonnenen subjektiven Eindruck der Sprachqualität wird entsprechend der MOS- Skala ein Wert zugeordnet. Die Mittelung über die Bewertungen aller Versuchspersonen ergibt eine allgemeingültige Aussage zur Sprachqualität. Typische Werte für Sprachverbindungen heutiger Telefonnetze liegen im Wertungsbereich zwischen 3 bis 4,5 MOS. In Mobilfunknetzen sind diese Werte aufgrund von niederratigen Audiocodecs und größeren Störeinflüssen auf der Luftschnittstelle mit 2,7 bis 4 MOS etwas geringer.

Der Aufwand einer subjektiven Qualitätsbestimmung für eine große Anzahl von verschiedenen Testszenarien, ist enorm. Zudem ist die Rekonstruierbarkeit eines solchen Tests sehr schwierig. Diese Nachteile führten zu der Entwicklung objektiver Messmethodiken.

2.2.3.3 Objektive Bewertung der Enduserqualität

Allgemeines

Für die objektive Bewertung der vom Anwender wahrgenommen Sprachqualität kommen zumeist die folgenden zwei Methoden zum Einsatz. Es sind die beiden Verfahren mit der größten Korrelation der Messwerte mit den aus subjektiven Tests bestimmten MOS- Qualitätswerten.

Perceptual Evaluation of Speech Quality

Perceptual Evaluation of Speech Quality (PESQ) ist das neuste Verfahren zur Bestimmung der Sprachqualität. Es stammt aus einer ganzen Reihe von Bewertungsalgorithmen, wurde aber speziell auf die Bedürfnisse von Voice over IP angepasst. Im Gegensatz zu der subjektiven Bestimmung der Sprachqualität vergleicht PESQ die originale Sprachprobe mit der empfangenen Sprachsequenz.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2: Prinzip der Grundzüge des PESQ [Opticom]

Durch den verwendeten Algorithmus wird die menschliche Hörwahrnehmung nachempfunden und als Ergebnis die kalkulierte Güte als MOS- Wert ausgegeben. Dadurch erfolgt eine Ende zu Ende Qualitätsbewertung. Die einzelnen Netzparameter wie Jitter, Bandbreite und Delay sowie dessen Änderungen werden in die Gesamtbewertung mit einbezogen, aber nicht einzeln erfasst. Für die Optimierung der Netze bietet PESQ daher wenig Ansatzpunkte.

Abbildung 3 zeigt eine Prinzipskizze zum PESQ Algorithmus.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Prinzip des PESQ Algorithmus [Opticom]

Im ersten Verarbeitungsschritt wird der Empfang des Audiosignals über das menschliche Ohr nachgebildet. Das so verarbeitete Signal wird dem Feature- Extractor zugeführt. Hier erfolgt der Vergleich der Ausgaben aus dem perceptual model (ear model). Die Gegenüberstellung aus dem Original und dem beeinflussten Signal überführt die hörbaren Störungen in psycho- akustische Parameter. Diese Parameter können zum Beispiel für eine detaillierte Analyse genutzt werden. Um zusätzlich die Verarbeitung des Sprachsignals im menschlichen Gehirn in die Qualitätsbetrachtung einzubeziehen, werden die psycho- akustischen Parameter dem kognitiven Modell übergeben. Hier erfolgt die Bestimmung des Qualitätswertes.

Der so bestimmte PESQ- MOS- Faktor korreliert sehr gut mit den aus subjektiven Tests bestimmten MOS- Werten. Der Bereich des PESQ- MOS Werte reicht von -0,5 bei sehr schlechter Qualität bis 4,5 bei sehr guter Qualität.

E- Model

Die Bestimmung der Sprachqualität bei dieser Methode beruht auf der Messung möglichst aller Einflussgrößen (Impairment factor I) auf die Sprachqualität. Die Impairment Faktoren umfassen Jitter, Verzögerungszeit, Paketverluste, Codec, Echo und viele weitere Einflussfaktoren mit Auswirkungen auf die Qualität des jeweiligen Dienstes.

Mit Hilfe des E- Model erhält man einen R- Faktor der, ähnlich wie bei der MOS- Skala, eine Abbildung der Qualität auf einen Zahlenwert darstellt. Je höher der R- Faktor desto besser die Qualität. Für traditionelle Telefonverbindungen liegt der Maximalwert bei 94.

Ein Beispiel für die Berechnung des R- Faktor für VoIP mit den Einflussfaktoren Codec,

Delay, Jitter und Paketverlust ergibt folgende Gleichung:

R = R₀- I_codec - I_delay - I_jitter - I_loss

Gleichung 1: Beispielrechnung für den R- Faktor

R₀ ist die höchste Bewertung für das System ohne Einfluss von Störungen. Die Werte für verschiedene Einflussfaktoren findet man in der ITU- T Recommendation G.113. Je nach Grad der Beeinflussung sind die I- Werte der einzelnen Parameter höher oder niedriger Der R- Faktor kann als Qualitätsmaßstab verwendet werden oder, wie Abbildung 4 zeigt, auf die MOS- Skala abgebildet werden

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 4: Zusammenhang zwischen MOS- Wert und R- Faktor

Eine genauere Umrechnung zwischen R- und MOS- Wert ist über folgende Formel möglich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Gleichung 2: Umrechnung zwischen R- und MOS- Faktor

Das E- Model war vor der Einführung von PESQ - Algorithmus (Ende 2001) das Verfahren mit der höchsten Korrelation zwischen Nutzer- Bewertung und objektiven Messwert, weshalb es häufig zum Einsatz kam und noch kommt.

2.2.4 Einflüsse von Netzwerk und Terminal auf die Dienstgüte

2.2.4.1 Gewährleistung der Isochronität

Bei der Audio- und Videokommunikation über IP- Netze und damit auch bei Voice over IP wird verlangt, dass die Zeitverhältnisse im Bitstrom an der Sende- und Empfangsseite unverändert bleiben. Insbesondere müssen die Zeitabstände zwischen den aufeinander- folgenden (zumeist ) RTP- Paketen bei einem Telefongespräch auf beiden Seiten identisch sein. Das heißt, die Isochronität muss garantiert werden.

Bei Voice over IP werden im allgemeinen 20ms lange Sprachproben in RTP- Pakete verpackt und versendet. Auf der Gegenseite müssen die Pakete mit der korrekten Sequenznummer spätestens 20ms nach dem vorhergehenden Paket empfangen werden damit die Isochronität erhalten bleibt.

Die Isochronität geht zum Beispiel verloren, wenn IP- Pakete bei ihrer Übermittlung zum Ziel verschiedene Routen nehmen, unterschiedliche Queing Zeiten erfahren oder durch Zellwechsel im mobilen Anschlussbereich zwischengespeichert werden. Als Folge dessen schwanken die Übermittlungszeiten der einzelnen Pakete, was man üblicherweise als Jitter bezeichnet.

2.2.4.2 Verzögerungszeitschwankungen

In der Netzwerktechnik wird unter Jitter die Varianz der Verzögerungszeit von Datenpaketen verstanden. Dieser Effekt ist insbesondere bei Echtzeitdiensten unerwünscht.

Die Berechnung des Jitters aus der Schwankung der Empfangszeitpunkte wurde für Sprachpakete im RFC 1889 wie folgt definiert:

J_i = (J_i-1 + |20ms-( t_i- t_i-1)| - J_i-1 )/ 16 J₀ = 0

Gleichung 3: Abschätzung des Jitters

Das heißt, der Jitter des i-ten Pakets (Ji) ergibt sich aus dem Jitter des vorangegangenen Paketes und der Verzögerungszeitänderung zwischen dem aktuellen Paket und dem direkt vorangegangenen Paket (t). 1/16 beschreibt dabei ein Korrekturfaktor. Es wurde angenommen das ein RTP- Paket 20ms Sprache transportiert. Es handelt sich bei dieser Berechnungsmethode um eine fortlaufende Abschätzung des Jitters.

RTP- Pakete, die infolge von variablen Laufzeiten nicht isochron empfangen werden, beeinträchtigen die Sprachqualität. Da Laufzeitschwankungen bei fast jeder Paketübermittlung in IP- Netzwerken auftreten, werden so genannte Jitterausgleichspuffer auf der Empfängerseite eingesetzt, um den Jitter teilweise oder gänzlich auszugleichen.

2.2.4.3 Jitterausgleichspuffer

Jitterausgleichspuffer (JAP) wurden entwickelt, um die Einflüsse von Jitter auf dem decodierten Audiostrom zu verringern oder zu entfernen und dadurch die Isochronität wieder herzustellen.

Dafür werden die empfangenen Pakete temporär zwischengespeichert. Wie Abbildung 5 zeigt, erlaubt dieser Puffer den empfangenen RTP- Stream „flüssig“ abzuspielen, auch wenn einige Pakete nicht isochron empfangen werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5: Funktionsweise des Jitterausgleichpuffers [unter Verwendung von 4]

Der Einsatz eines Jitterbuffers stellt sicher, dass die RTP- Pakete in der richtigen Reihenfolge und ohne störende Laufzeitschwankungen an die Zielapplikation des Empfängers weitergeleitet werden. Der resultierende Jitter wird um die Größe des JAP verringert.

Falls Pakete nicht in dem vorgesehenen Zeitfenster des JAP eintreffen, werden diese durch den Empfänger verworfen. Es entsteht ein pseudo Paketverlust. Das heißt, die Pakete wurden empfangen, konnten jedoch nicht in die Audioausgabe einbezogen werden.

Bei der Dimensionierung des Jitterbuffers ist auf folgendes zu achten:

- Ein großer JAP ermöglicht, dass viele Pakete in die Reproduzierung des Sprachsignals einfließen, vergrößert aber die Gesamtverzögerung.
- Mit einem kleinen Jitterbuffer wird die Gesamtverzögerung nicht so stark erhöht, jedoch steigt der pseudo Verlust.

Abbildung 6 zeigt den Zusammenhang zwischen der Dimensionierung des Jitterbuffers, dem one way Delay und dem pseudo Verlust.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6 : Zusammenhang zwischen der Größe des JAP und Pseudoverlust [3]

Grundsätzlich gibt es zwei verschiedene Arten von Jitterbuffern. Zum einen statische Jitterbuffer, deren Größe für die gesamte Zeit der Verbindung gleich bleibt und adaptive JAP, welche sich an die Größe des Jitters anpassen. Ein adaptiver Jitterbuffer optimiert das Verhältnis zwischen Pseudoverlusten und Verzögerung. Adaptive JAP’s reagieren auf sich ändernden Jitter bzw. auf pseudo Verluste. Die Buffergröße wird erhöht, wenn pseudo loss auftritt. Tritt kein Verlust auf wird die Puffergröße verringert.

2.2.4.4 End to End Delay

Ein weiterer wichtiger Faktor, der die Qualität einer Sprachverbindung bestimmt, ist die Ende zu Ende Verzögerung des Audiosignals. Darunter versteht man die Zeitspanne die ein Sprachsignal vom Mund des Sprechers bis zum Ohr eines Hörers benötigt.

Die Ende zu Ende Verzögerung setzt sich aus den folgenden Bestandteilen zusammen:

- Codierungszeit / Processing Delay / Algorithmic Delay
- Das analoge Sprachsignal wird vor der Übermittlung digitalisiert. Je nach verwendeten Codec kann die Codierungszeit länger oder kürzer sein.
- Paketierungsverzögerung / Packetization Delay
- Die Paketierungszeit beschreibt die Zeit zur Bildung eines Paketes. Es werden Sprachproben gesammelt bis ein Sprachpaket gefüllt werden kann. Im allgemeinen werden Sprachpakete von 20ms Länge verwendet. Je mehr Sprachproben für ein Paket gesammelt werden, desto geringer die benötigte Bitrate. Jedoch steigt dadurch die Ende zu Ende Verzögerung.

- Serialisierungsverzögerung / Serialization Delay
- Beim Aussenden eines Pakets werden die einzelnen Bits seriell gesendet. Die hierfür benötigte Zeit wird als Serialisierungsverzögerung bezeichnet.
- Vermittlungszeit / Transmission Delay
- Das Transmission Delay beschreibt die Zeitspanne die ein Paket benötigt um das Netzwerk bis zum Ziel zu durchqueren. Hierin enthalten sind Zugriffszeiten auf das Übertragungsmedium, die Übertragungszeit und Verarbeitungszeiten in Netzelementen.
- Größe des JAP / Jitterbuffer Delay
- Zeit für den Ausgleich von variablen Paketlaufzeiten

Abbildung 7 zeigt anhand einer VoIP Verbindung, wo die Bestandteile der Gesamtverzögerungauftreten.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 7: Bestandteile der Ende zu Ende Verzögerung

Je höher der Zeitverzug während der Sprachübermittlung ist, desto schlechter die Qualität der Verbindung. Es besteht jedoch kein linearer Zusammenhang zwischen Verzögerung und der wahrgenommenen Qualität.

Die prinzipielle Beziehung visualisiert Abbildung 8. Wobei zu beachten ist das verschiedene Codecs unterschiedlich auf Delay reagieren.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8: Abhängigkeit der Sprachqualität von der Verzögerung

Bis zu dem von der ITU- T spezifizierten Wert von 150ms für das „mouth to ear Delay“ ist die Qualität mit wachsender Latenz annähernd gleich bleibend. Im Bereich von 150ms bis 200ms beginnt die Verzögerung die Dynamik eines Gespräches zu beeinflussen. Dies führt zu einem stärkeren Abfall der Qualität mit steigendem Delay. Ab einer Verzögerung von 400ms kann das Gespräch mit dem „Walkie Talkie Prinzip“ verglichen werden, was für eine Telefonverbindung nicht akzeptabel ist.

2.2.4.5 Latenzänderungen

Allgemeines

Die Anpassung an Latenzveränderungen ist für Voice over IP Clients in bestehenden Mobilfunknetzen von entscheidender Bedeutung.

Unterbrechungszeiten, hervorgerufen durch Zellwechsel, werden von Voice over IP Applikationen häufig als Delayänderungen und nicht als Jitter wahrgenommen. Die relativ langen Unterbrechungen im Mobilfunk verursachen häufig ein leer laufen des Jitterbuffers. Ist der JAP einmal leer gelaufen synchronisiert sich die Anwendung auf das nächste empfangene Sprachpaket neu auf. Da während eines Zellwechsel die zu sendenden Pakete zumeist zwischen gespeichert werden, haben diese eine recht hohe Übermittlungszeit. Ist die maximal mögliche Bitrate für einen Nutzer groß genug, können die gepufferten Pakete zügig nachgesendet werden. Wie Abbildung 9 zeigt, passt sich die Übermittlungszeit dadurch zügig an das Delay vor einem Wechsel an.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 9: Nachsendung von gepufferten Paketen

Jedoch werden dadurch mehr Sprachpakete empfangen als über die Audioausgabe verarbeitet werden können. Es existieren verschiedene Möglichkeiten Übertragungszeitverringerungen auszugleichen.

no Adaptation

Bei Anwendung von no Adaption werden alle empfangenen Sprachpakete in richtiger Reihenfolge in die Audioausgabe einbezogen. Eine Delayerhöhung mit anschließender Verringerung, wie es bei Zellwechseln häufig zu beobachten ist, führt demzufolge zu einer Vergrößerung des Jitterbuffers. Wie Abbildung 10 zeigt, erfolgt keine Anpassung an eine Verringerung der Übermittlungszeit.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 10: playout Delay mit Anwendung von no Adaptation bei Zellwechselprozessen

Vorteil dieses Verfahrens ist, dass die Sprachqualität, ohne Beachtung des mouth to ear Delay (Listening Quality LQ), direkt nach einer Delayverringerung auf das gleiche Niveau steigt wie vorher. Da sich die Anwendung jedoch auf das erste nach dem Zellwechsel empfangene Sprachpaket synchronisiert erhöht sich das mouth to ear Delay um die Zeitspanne der Zwischenspeicherung. Durch die recht langen Unterbrechungszeiten im Mobilfunknetzen geht damit die Dynamik eines Telefongespräches verloren, d. h. die Conversational Quality (CQ) sinkt. Daher sollte dieses Verfahren nicht angewendet werden.

discard Adaptation

Bei discard Adaptation passt sich die Applikation über das Verwerfen von Sprachpaketen an eine Verringerung der Verzögerungszeit an. Es wird hierbei nicht beachtet ob die verworfenen Sprachpakete Ruhe- oder Sprachinformationen enthalten. Falls die verworfenen Pakete keine Ruhe enthalten leidet die Listening Quality, da einzelne Abschnitte in einer Audiosequenz fehlen. Jedoch kann die Dynamik eines Gespräches nach einem Zellwechsel, mit Unterbrechungszeit und Nachsendung gepufferter Pakete, recht schnell wieder hergestellt werden. Die Anpassung des mouth to ear Delays erfolgt etwas zeitversetzt mit der Verringerung der Übermittlungszeit. Wie Abbildung 11 zeigt, erfolgt ein solcher Anpassungsprozess zumeist in mehreren Stufen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 11: Anpassung des mouth to ear Delay über discard Adaptation

Beispielsweise nutzt die Software „X-Lite“ dieses Verfahren.

discard when silence Adaptation

Die dritte Möglichkeit ist im Prinzip eine Kombination der ersten beiden Verfahren. Es werden alle Pakete mit Sprachinformationen in die Audioausgabe einbezogen. Werden jedoch Sprachpakte mit Stille erkannt, können diese verworfen werden um sich an Delayverringerungen anzugleichen. Die Vorteile der beiden ersten Methoden werden dadurch verknüpft.

playout faster Adaptation

Die Anpassung an Delayverringerungen erfolgt bei diesen Verfahren über eine erhöhte Geschwindigkeit der Audioausgabe. Es können alle empfangenen Pakete in die Sprachausgabe integriert werden ohne das gesamte Pakete verworfen werden müssen.

Es erfolgt damit eine Angleichung an verringerte Übermittlungszeiten ohne Informations- und Dynamikverlust. Beispielsweise kann damit, wie Abbildung 12 zeigt, bei dem VoIP Client „Skype“ eine Playout- Delayverringerung von 100ms pro Sekunde Audioausgabe erreicht werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 12: Anpassung an verringerte Übermittlungszeiten bei Skype

Alle charakteristischen Merkmale des oberen Originals sind in der Aufnahme (unten) ebenfalls zu erkennen. Jedoch ist die Aufnahme durch eine erhöhte Geschwindigkeit der Audioausgabe zeitlich verkürzt. Leider kann der PESQ- Algorithmus auf diese Art des Delayausgleichs nicht angewendet werden. Obwohl die Sprachqualität akzeptabel erscheint, ergibt der PESQ- MOS eine schlechte Qualitätsbewertung. Untersuchungen der Sprachqualität konnten daher mit diesem Verfahren nicht durchgeführt werden.

Für die Anpassung an Delayerhöhungen gibt es lediglich eine Möglichkeit. Stehen keine Sprachpakete für die Verarbeitung zur Verfügung wird Ruhe in die Audioausgabe eingefügt.

2.2.4.6 Packet loss

Geht ein Sprachpaket auf dem Weg zum Empfänger verloren, entsteht bei der Audioausgabe eine kurze Pause. Treten zu viele Paketverluste auf kann dies zu einer Verschlechterung der Sprachqualität führen.

Die Gründe für Paketverluste liegen in überlasteten oder defekten Netzelementen. Im Mobilfunk können Paketverluste auch durch Zellwechsel hervorgerufen werden. Bleibt die Unterbrechung der Audioausgabe, verursacht durch Paketverluste, unter dem aus den GSM- Netzen bekannten Wert von maximal 350ms sind diese akzeptabel und stellen nur geringe Qualitätsmängel dar.

Zu beachten ist hierbei, dass die meisten herkömmlichen Endgeräte über Möglichkeiten verfügen Unterbrechung zu verschleiern. Beispielsweise werden direkt vor einem Zellwechsel empfangene Sprachproben wiederholt ausgegeben.

Eine besondere Form von Packet Loss stellen Pseudo Paketverluste dar. Dieser entsteht, wie unter 2.2.4.2 Verzögerungszeitschwankungen beschrieben, falls Sprachpakete außerhalb des vorgesehenen Zeitfensters empfangen werden und nicht mehr in die Audioausgabe aufgenommen werden können.

Insgesamt sollte die Paketverlustrate, für eine akzeptable Sprachqualität, 5% nicht übersteigen. Dabei haben aufeinanderfolgende Paketverluste eine höhere Auswirkung als zeitlich verteilte Verluste. Die Verringerung der Sprachqualität hängt damit entscheidend von der Verteilung der Verluste ab.

Zudem beeinflusst Packet loss zu Beginn bzw. Ende eines Gesprächs die wahrgenommene Qualität nicht so stark, wie Paketverluste in der Mitte einer Verbindung [27].

Bei einem Codec, welcher der Gruppe der differenziellen Codierer zu zuordnen ist, kann sich ein einziger Paketverlust auf mehrere Folgepakete auswirken. Bei dieser Art der Codierung werden vorher gesendete Sprachproben als Grundlage für die Rekonstruktion des Originals genutzt. Geht ein Sprachpaket verloren, so können nachfolgend empfangene Pakete nicht korrekt decodiert werden.

2.2.4.7 Audiocodec

Durch die Analog- zu Digital- Wandlung (Codierung) und die für die Ausgabe benötigte Digital- zu Analog- Wandlung (Decodierung) entstehen stets Verfälschungen des originalen Sprachsignals. Im Vergleich zu einem persönlichen Gespräch ist die Qualität daher vermindert.

Die geringste Beeinflussung entsteht bei PCM Codier- Decodierverfahren, wie zum Beispiel dem G.711 A- Law bzw. m- Law. Die Auswirkungen von Packet loss und Delay sind im allgemeinen ebenfalls nicht so weitreichend wie bei Codecs mit höheren Kompressionsraten.Tabelle 2 zeigt eine Aufstellung ausgewählter Codecs mit ihren maximalen MOS Qualitätswerten.

Tabelle 2: MOS Werte ausgewählter Codecs

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Stark komprimierende Sprachcodec’s entfernen aus dem bandbegrenzten Sprachsignal auch hörbare Anteile, was zu einer Verringerung der Qualität führt.

Um das Verhalten eines Codec’s gegenüber Störungen durch Paketverluste zu verbessern gibt es Verfahren die bei der Decodierung angewendet werden um Paketverluste auszugleichen. Das so genannte Packet Loss Cancellation (PLC) verbessert das Verhalten des Codec bei Paketverlusten. Die Auswirkungen einzelner Paketverluste sind bei Anwendung dieses Verfahrens kaum wahrnehmbar.

2.2.4.8 Echo

Eine weitere Störquelle bei der Sprachkommunikation sind Echoeffekte. Als Echo bezeichnet man in der Telekommunikation den Effekt, dass der Sprecher die eigene Stimme zeitversetzt noch einmal wahrnimmt. Beim Kommunikationspartner können ebenfalls Echoeffekte auftreten. Der Partner hört den Sprecher und dessen verzögertes und gedämpftes Echo. Diese Effekte können auch bei VoIP auftreten, wenn die analogen Audio Komponenten der Verbindung nicht korrekt abgeschlossen sind. Zudem besteht praktisch immer eine akustische Kopplung zwischen Lautsprecher und Mikrofon, was zu Echo führt.

Ein Echo wird nur bei einer Verzögerung zwischen Echo und Sprachsignal als störend empfunden. Schon bei einem zeitlichen Unterschied von 30ms kann die Sprachqualität leiden.

3 Bestehende Mobilfunknetze

3.1 Mobilität im Mobilfunk

3.1.1 Zellularer Aufbau der Netze

Praktisch alle bestehenden Mobilfunknetze haben eine regelmäßige zellulare Struktur. Jede Basisstation bildet durch ihre Funkfeldabstrahlung eine oder mehrere Zellen. Indem mehrere Funkzellen aneinander angrenzen, wobei sich die Randbereiche überlappen, können flächendeckende Funknetze gebildet werden. Der Vorteil des zellularen Konzepts liegt, wie Abbildung 13 zeigt, in der Widerverwendbarkeit der Frequenz- bzw. Coderessourcen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 13: Das zellulare Konzept

Durch die begrenzte Sendeleistung und die Freiraum- Dämpfung ist die Reichweite einer Sendestation begrenzt. In einiger Entfernung kann damit eine verwendete Ressource, z. B. Frequenz oder Code, fast ohne Interferenzen erneut verwendet werden.

3.1.2 Mobilitätsmanagement in Mobilfunknetzen

Die Verwaltung der Mobilität ist eine wesentliche Aufgabe von drahtlosen Netzen. Anders als beim traditionellen Festnetz kann die Position des Endgerätes im Laufe der Zeit variieren. Daher ist es notwendig, Funktionen einer Mobilitätsverwaltung in Mobilfunknetze zu integrieren. Diese gestatten es dem Teilnehmer zu erreichen, wo immer dieser sich im Netz aufhält. Zudem muss eine Kontinuität der Nutzerdienste, unabhängig von seinem Aufenthaltsort im Netz, zu gewährleisten.

Vereinfacht dargestellt, ist das Mobilitätsmanagement in drei verschiedene Bereiche geteilt. Je nach Aktivitätsniveau des Teilnehmers unterscheidet man den Idle, Standby und Connected Mode. Da diese Arbeit auf die Beurteilung der Performance von Voice over IP ausgerichtet ist, wird fortführend lediglich die Mobilität im Connected Mode, d. h. bei aktiver Datenübertragung, betrachtet.

Des weiteren umfasst das Mobilitätsmanagement die folgenden Aufgaben:

- Registrierung und Authentifizierung
- Paging (Positionsbestimmung eines Teilnehmers auf Zellebene)
- Location Update
- Zellwechsel

3.1.3 Zellwechsel

3.1.3.1 Einführung

Während einer Datenverbindung kann es notwendig werden die Funkzelle zu wechseln. Dabei wird die Verwaltung des Terminals von einer Zelle an eine andere Zelle weitergegeben. Der häufigste Grund hierfür ist, dass der Teilnehmer das Versorgungsgebiet der aktuellen Funkzelle verlässt. Aber auch die Qualität des Funkkanals oder administrative Gründe, wie beispielsweise Überlast, können einen Zellwechsel erforderlich machen. Zellwechselvorgänge sind schwierig, da möglichst keine Beeinträchtigung der Dienstgüte auftreten sollte.

Je nach System und Art des Zellwechsels können Unterbrechungen der aktiven Verbindung entstehen. Während eines Gespräches im GSM Netz tritt bei einem Zellwechsel eine maximale Unterbrechungszeit von 350ms auf [T- Mobile]. Im UMTS wird durch Soft Handover eine Dienstunterbrechung häufig vermieden.

Bei den mobilen Paketdiensten lag der Focus in der Vergangenheit nicht auf Unterbrechungszeiten hervorgerufen durch Zellwechsel, da deren Einfluss auf primäre Datendienste wie File transfer und Web sekundär ist. Im Vergleich mit den leitungsvermittelnden Diensten sind die Unterbrechungen relativ lang und können durchaus mehrere Sekunden beanspruchen. Ziel aller Bestrebungen auf dem Gebiet der Mobilitätsverwaltung über Zellgrenzen hinweg ist der nahtlose Zellwechsel (seamless Cell Change). In der paketorientierten Ebene der mobilen Zugangsnetze heißt dies nicht zwingend eine Unterbrechungszeit so gering wie möglich zu halten. Beim Webbrowsen oder der E- Mail Abfrage, den Hauptanwendungen in der PS Ebene, werden längere Unterbrechungszeiten zumeist nicht wahrgenommen. Dies liegt an dem burstartigen Charakter der dominierenden PS- Dienste.

Aber woran merkt das Netz bzw. das Terminal, ob ein Zellwechsel nötig ist? Hierfür werden fortwährend die Funkfeldbedingungen überprüft. Das Monitoring der HF- Qualitätsparameter, wie Empfangsfeldstärke, Bitfehlerrate Signallaufzeit und Signal to Noise Ratio (SNR), erfolgt anhand von Messungen in verschiedenen Signalisierungskanälen. Abbildung 14 zeigt den Zusammenhang zwischen Empfangsqualität und Zellwechselzone.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 14: Empfangsqualität zwischen zwei Basisstationen

Welche Verfahren Anwendung finden, um die Übergabe der Verbindung von einer Zelle zur Anderen zu gewährleisten, wird im folgenden Abschnitt dargelegt. Es erfolgt dabei eine Focusierung auf die paketorientierte Ebene.

3.1.3.2 Handover

Über einen Handover wird die Verbindung eines Teilnehmers von einem Funkkanal auf einen anderen Funkkanal übergeben. Wird dabei ein Zellwechsel vollzogen, so werden die Verbindungsparameter an die Zielzelle übermittelt. Zudem ist eine Reservierung von Ressourcen für die Nutzdatenübertragung erforderlich.

In den bestehenden Mobilfunknetzen findet diese Art der Verbindungsübergabe innerhalb des UMTS- und GSM- Netz Anwendung. Im amerikanischen Sprachraum wird häufig der Begriff Handoff anstelle von Handover verwendet.

3.1.3.3 Cell Reselection / Cell Update

Bei einem Cell Reselection, oder auch Cell Update genannt, wird der Zielzelle mitgeteilt, dass ein neues Terminal in dessen Verwaltungsbereich eintritt. Dabei werden jedoch keine Ressourcen reserviert. Die Mitteilung über einen Zellwechsel kann je nach Zustand der Verbindung sowohl vom Terminal als auch vom Netz erfolgen.

Dieses Verfahren findet Anwendung, falls Endgeräte innerhalb einer Zelle um die zur Verfügung stehende Datenrate konkurrieren. Für die Zuteilung von Übertragungsressourcen werden im GPRS und HDSPA gesonderte Kanäle verwendet.

Bevor eine Nutzdatendatenübertragung erfolgen kann, muss ein Sendebedarf bei der Zelle angemeldet werden. Die Anmeldung bei der neuen Zelle und die Anforderung, mit anschließender Zuteilung von Ressourcen, benötigt eine gewisse Zeit. Es entsteht eine Unterbrechung in der keine Nutzdaten übertragen werden können, da jeweils nur eine Nutzdatenverbindung gleichzeitig (zu einer Zelle) unterhalten wird.

3.1.3.4 Roaming

Der Begriff Roaming besitzt in Funknetzen eine doppelte Bedeutung.

Zum einen bezeichnet Roaming den Zellwechsel im Wireless Local Area Network (WLAN). Auch bei diesen Verfahren kommt es zu einer Unterbrechungszeit, da nur eine Nutzdatenverbindung unterhalten wird. Die Zielzelle erfährt durch das Terminal von einem Zellwechsel. Wie auch bei einem Cell Reselection werden keine Ressourcen für das neue Endgerät reserviert, da sich alle Teilnehmer ein Medium teilen. Eine Mitteilung über einen Zellwechsel erfolgt aber stets durch das Terminal.

Zum Anderen bezeichnet Roaming die Nutzung einer Teilnehmeridentität in einem anderen Netzwerk (visited network) als dem Heimatnetz (home network). Hierzu ist es erforderlich, dass die Betreiber der verschiedenen Netzwerke ein Roamingabkommen getroffen haben sowie die erforderlichen Signalisierungs- und Datenverbindungen zwischen ihren Netzen geschaltet haben. Aus Sicht der beteiligten Netzwerke ist Roaming ein vermittlungstechnisches Leistungsmerkmal. Durch das Einbuchen in einem fremden Netzwerk erfährt das Heimatnetz den Standort des Teilnehmers und kann ankommende Gespräche in das besuchte Netz weitervermitteln. Diese Art des Roaming ist nicht Bestandteil dieser Arbeit und wird im Folgenden nicht weiter betrachtet. Wird nachstehend der Begriff Roaming verwendet, so werden Zellwechselprozesse in einem WLAN benannt.

3.2 General Packet Radio Service

3.2.1 Einführung

General Packet Radio Service (GPRS) ging aus der Zielstellung hervor, auch im GSM Netz einen paketorientierten und effektiven Datendienst anbieten zu können.

Es ist, von den paketorientierten Mobilfunknetzen das System mit der größten Netzabdeckung. Gleichzeitig aber auch die älteste Technologie. Die Bitrate ist mit maximal 87 kbit/s im Downlink und 32 kbit/s im Uplink (jeweils realer FTP Load) gering und das one way Delay mit minimal 150ms hoch [T- Mobile]. Dies wirkt sich negativ auf die Performance von VoIP aus. Jedoch ist die hohe Netzabdeckung ein Vorteil von GPRS. UMTS, HSDPA oder WLAN sind meist nur räumlich begrenzt verfügbar. Durch die in vielen Ländern flächendeckende Existenz von GPRS bildet diese Technik die Verbindung zwischen den einzelnen „Insellösungen“ weiterer Zugangstechnologien.

3.2.2 Genereller Systemaufbau

Für eine kostengünstige Einführung von GPRS war es nötig die bestehenden Basisstationen (BTS’en) weiter nutzen zu können. Die Schicht 1 des GSM blieb somit unverändert und wurde für GPRS einfach übernommen. Die höheren Schichten mussten für die Integration einer GPRS Datenübertragung angepasst werden. Neue Netzelemente wurden eingeführt, um den Zugang zum paketorientierten Kernnetz zu gewährleisten.

Abbildung 15 zeigt den generellen Netzaufbau von GPRS mit den zugehörigen Schnittstellenbezeichnungen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 15: Netzaufbau GPRS

Da das GSM Netzwerk ursprünglich als leitungsvermittelndes Netz konzipiert wurde, wird für eine Sprach- oder Datenkommunikation ein exklusiver Kanal eingerichtet. Für Anwendungen, wie das Webbrowsen, ist ein exklusiver Kanal mit konstanter aber geringer Bandbreite nicht von Vorteil.

Viel effizienter ist ein virtueller Kanal mit einer höheren möglichen Bitrate, der nur während der eigentlichen Datenübertragung belegt und danach wieder freigegeben wird. Für die Integration von GPRS wird daher der Übertragungskanal nicht mehr in kleine Kanäle für einzelne Nutzer aufgeteilt und fest zugeordnet. Stattdessen werden die Datenpakete der Anwender mit einer Quell- und Zielkennung versehen und nacheinander übertragen.

Über eine Trennung der Timeslots für GSM und GPRS, wie es Abbildung 16 zeigt, kann die Basisstation und der BSC aus dem GSM- Netz weiter genutzt werden. Auch die vorhandenen Datenbanken werden in die Netzstruktur von GPRS integriert.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 16: Beispiel für die gemeinsame Nutzung einer Zelle für GSM und GPRS

Base Transceiver Station

Alle unmittelbar mit der Funkschnittstelle zusammenhängenden Aufgaben, wie zum Beispiel das grundsätzliche Timing Advance Management für die Einhaltung der zeitlichen Anforderungen der Luftschnittstelle, werden über die BTS geregelt.

Die Vorgaben hierfür werden durch den BSC oder die PCU erteilt. Über eine BTS können eine oder mehrere Zellen verwaltet werden.

Base Station Controller

An den Base Station Controller (BSC) sind mehrere Basisstationen (BTS) angeschlossen. Dieser bietet Kontrollfunktionen für das Base Station Subsystem (BSS). Zum Beispiel erfolgt die Leistungsregelung für die Funkschnittstelle durch den BSC.

Packet Control Unit

GPRS User nutzen keine dedizierten Kanäle für die Verbindung mit dem Kernnetzwerk. Für die Einbindung in GSM- Netze müssen daher vom SGSN kommende Datenpakete in PCU- Frames konvertiert werden. Diese haben die selbe Größe wie Transcoder- Rahmen (TRAU- Frames) des GSM und enthalten neben den Nutzdaten zusätzliche Steuerungsinformationen um den Datentransport auf der Funkschnittstelle zu koordinieren.

Des Weiteren übernimmt die PCU folgende Funktionen:

- Die PCU übernimmt die Allokierung der GPRS Timeslots im Up- und Downlink Richtung. Das heißt, die PCU regelt die Vergabe von Up- und Downlinkressourcen für jeden User in dessen Bereich.
- Priorisierung von Datenströmen für das Angebot differenzierter Dienste
- Die PCU überprüft in Uplinkrichtung jeden Datenblock auf Übertragungsfehler. Die eventuelle Fehlerkorrektur erfolgt über die erneute Anforderung der fehlerhaften Blöcke (Retransmissions).
- Falls vom Netzwerk neue Daten für die Übertragung an das Endgerät bereitstehen, übernimmt die PCU das Paging.
- Zudem wird die Flusskontrolle für Up- und Downlink über die PCU geregelt.

Serving GPRS Support Node

Der SGSN übernimmt für die paketorientierten Dienste die gleichen Aufgaben wie die Einheit aus MSC und VLR im leitungsvermittelten GSM.

Ein SGSN muss somit eine Datensession verwalten können, das Mobilitäts- Management durchführen, Vergebührungsinformationen einer Verrechnungsstelle zur Verfügung stellen und Datenpakete entsprechend einer Zielangabe weiterleiten. In Tabelle 3 sind weitere Aufgaben aufgelistet.

Tabelle 3: Aufgaben SGSN bei GPRS

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Gateway GPRS Support Node

Der GGSN verbindet das GPRS Kernnetz mit dem Ziel- Paketnetz, z. B. dem Internet. Als Ankerpunkt für eingehenden IP- Verbindungen wird dem Internet die eventuelle Mobilität der Nutzer verschleiert. Der mobile Teilnehmer behält auch bei einem SGSN- Wechsel seine, über die PDP Attach Prozedur, zugewiesene IP Adresse. Da die IP- Verbindung aus Sicht des Internet am GGSN terminiert, merkt dieses nichts von einer Ortsveränderung. Dies ist auch notwendig, da Router im Internet Datenpakete für eine IP- Adresse stets an das gleiche Ziel weiterleiten und ihre Routing Tabellen für mobile Teilnehmer nicht anpassen können [7].

3.2.3 Datenübertragung im GPRS

Ein Zeitschlitz im GPRS kann gleichzeitig mehreren Teilnehmern zugeordnet sein. Die Datenpakete werden dann abwechselnd übertragen. Für die Übertragung der Daten steht der GPRS Packet Data Traffic Channel (PDTCH) zur Verfügung.

Möchte das Netzwerk Daten an ein Endgerät senden muss eine virtuelle Verbindung aufgebaut werden. Dies geschieht über die Zuweisung eines Temporary Flow Identifier (TFI). Alle GPRS Frames mit diesen TFI im Header sind für ein Endgerät bestimmt. Im Uplink steht für die Bestätigung der empfangenen Datenblöcke ein spezieller logischer Kanal zur Verfügung (Packet Associated Control Channel PACCH). Auch hierfür gibt das Netzwerk, über die Headerinformation im Downlinkblock, vor in welchen Uplinkblock die Bestätigungen gesendet werden dürfen.

Bevor das Endgerät Daten senden darf muss ihm die PCU die Sendeerlaubnis erteilen. Das Terminal sendet über den Random Access Channel (RACH) eine Packet Channel Request Nachricht für die Anforderung von Übertragungsressourcen an das Netz. Beim Aufbau der virtuellen Verbindung wird dem Endgerät neben dem TFI zusätzlich ein Uplink Temporary Bit Flow (Uplink TBF) zugeteilt. Das Terminal prüft im Header eines jeden Downlinkframes ob sein Uplink TBF gesetzt ist. Erkennt ein Gerät sein Uplink TBF, ist der nächste Uplinkblock zur Datenübertragung freigegeben. Auch Netzseitig werden empfangene Blöcke über den PACCH bestätigt.

Abbildung 17 zeigt den Ablauf für die Anforderung von Uplinkressourcen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 17: Anforderung einer Uplinkressource [7]

Je nach Geräteklasse können dem Endgerät gleichzeitig unterschiedlich viele Zeitschlitze (TS) zugeteilt werden. Class 10 Endgeräte werden heute am häufigsten eingesetzt. Diese Geräte können bis zu 4 TS’s in Downlinkrichtung und bis zu 2 Timslots im Uplink nutzen. Maximal sind jedoch fünf TS’s gleichzeitig für die Datenübertragung zulässig.

3.2.4 Dienstgütestruktur

Im GPRS gibt es derzeit keine Garantie einer gewissen Dienstgüte. Alle Datenpakete werden nach dem Prinzip des best effort Verfahrens übermittelt. Auch eine maximal auftretende Fehlerrate kann nicht garantiert werden. Die Datenübertragung kann Abschnittsweise im gesamten Zugangsnetz mit Hilfe eines Bestätigungsverfahren abgesichert werden. Fehlerhafte Pakete werden einfach wiederholt gesendet. Wie Abbildung 18 zeigt, können je nach verwendeter Relaibility Klasse verschiedene Schnittstellen über ein Bestätigungsverfahren abgesichert werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 18: Acknowledgementstruktur der Schnittstellen im GPRS

Praktisch findet zumeist nur eine Absicherung zwischen MS und PCU Anwendung. Trotzdem bleibt die Paketfehlerrate in einem kaum merklichen Bereich, kann aber nicht explizit eingerichtet werden. Die Dienstgüte wird neben der Fehlerrate über die Häufigkeit von Wiederholsendungen beeinflusst. Fehlerhaft empfangene Pakete werden erneut angefordert. Die hohe Round Trip Zeit führt dabei zu hohen Jitter. Als Regelgröße für Retransmissions gilt im GPRS ein Wert von maximal 10%. Durch lange Zugriffszeiten und träge Leistungsregelung schwankt dieser Wert aber zwischen 2 und 10%. Steigt die Fehlerrate über den Schwellwert, wird zuerst die Sendeleistung erhöht, wenn dies nicht mehr möglich ist, wird eine größere Anzahl an Fehlerkorrekturbits eingefügt. Dadurch wird die maximal mögliche Datenrate reduziert. Wie Tabelle 4 zeigt, kann zwischen vier verschiedenen Kanalcodierungsverfahren (Coding Scheme CS) gewechselt werden.

Tabelle 4: GPRS Coding Schemes [T-Mobile]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

CS 1 und CS 2 werden in allen GPRS- Netzen verwendet. CS 3 und CS 4 sind noch nicht flächendeckend verfügbar.

3.2.5 Mobilität im GPRS- Netz

3.2.5.1 Serviceareas / Lokalisierungszonen

Die Genauigkeit mit der ein Endgerät im mobilen Anschlussbereich verfolgt wird, hängt vom dessen Aktivitätsniveau ab.

Abbildung 19 zeigt die einzelnen Zustände und die zugehörigen Übergänge.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 19: Zustandsmodell

Da bei einer aktiven Voice over IP Verbindung fortlaufend Daten übertragen werden, ist nur der Ready Zustand zu betrachten. In diesem Zustand wird die Position des Terminals im Netz auf Zellebene gespeichert und verfolgt. Das heißt, jeder Zellwechsel wird den Netzwerk angezeigt.

Wie Abbildung 20 zeigt, finden zusätzlich zu einer Zelle weitere Lokalisierungszonen Verwendung.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 20: Lokalisierungszonen im GPRS

Im Standby State wird die Position des Endgerätes durch das Netz nur auf RA- Ebene verwaltet. Falls das Endgerät auch für GSM Dienste genutzt werden kann, besteht noch eine dritte Lokalisierungszone. Die Location Area (LA) kann eine oder mehrere Routing Areas beinhalten, wobei eine RA immer genau einer LA zugeordnet werden kann. Bei den dargestellten Zellwechseln im Ready Zustand ist zu beachten, dass ein Zellwechsel mit Wechsel der Routing Area und Location Area länger dauert, als ein Zellwechsel bei dem nur ein RAU erfolgt. Der „einfache“ Zellwechsel ohne RAU und LAU führt zur kürzesten Unterbrechung der Nutzdatenverbindung. Ist die Schnittstelle zwischen SGSN und MSC (Gs- Interface) aktiviert, so kann ein RAU und LAU kombiniert durchgeführt werden. Die Unterbrechungszeit kann damit verringert werden, da beide Prozesse (LAU und RAU) zeitgleich durchgeführt werden.

3.2.5.2 Allgemeiner Ablauf einer Reselection Prozedur

Im GPRS verwendet man Cell Reselection um die Verbindung von einer zur anderen Zelle weiter zu geben. Dabei erfolgt stets ein Frequenzwechsel, da benachbarte Zellen über die Trägerfrequenzen unterschieden werden. Hierbei entsteht immer eine Unterbrechung der Verbindung, was dazu führt, dass die zu sendenden Daten in Puffern zwischengespeichert werden.

Je nach Netzkonfiguration wird die Steuerung der Mobilität bei GPRS dem Endgerät oder dem Netz überlassen. Wie auch im GSM führt das Terminal beständig Messungen der Signalqualität durch. Neben dem HF- Monitoring der aktuellen Zelle werden auch Nachbarzellen geprüft. Bei Bedarf wird, je nach Netzkonfiguration, mit oder ohne Anweisung des Netzwerks ein Zellwechsel eingeleitet.

Zu Beginn eines Wechsels in die neue Zelle werden zunächst die Zellinformationen aus dem BCCH (Broadcast Channel) ausgelesen. Danach nimmt das Endgerät über den RACH (Random Access Channel) Verbindung mit dem Netzwerk auf und sendet ein leeres Datenpaket [7]. Das Netz erkennt hieran, dass der Teilnehmer die Zelle gewechselt hat und ändert das Routing für die nachfolgenden Pakete. Die einzelnen Reselection Prozeduren unterscheiden sich anhand welche Lokalisierungszonen und Netzelemente gewechselt werden.

3.2.5.3 Intra Cell Mobility

Durch die Bewegung der Teilnehmer entstehen Störungen der Empfangssignale. Dopplereffekt, Fading und erhöhtes Rauschen sind die Folge und vermindern die Signalqualität. Die Signale auf der Funkschnittstelle werden aufgrund der geringen Bandbreite von 200 kHz sehr schnell und stark durch Bewegung gestört.

Eine Signalbeeinflussung kann somit die Fehlerrate erhöhen. Das System reagiert darauf mit einer Verringerung der Datenrate, da mehr Fehlerkorrekturbits eingefügt werden müssen, um die angestrebte Retransmission Rate von 10% zu erzielen. Bei hohen Geschwindigkeiten kann es vorkommen, dass die Verbindung zum Netz vollständig verloren geht.

3.2.5.4 Inter Cell / intra BTS Cell Reselection

Sind mehrere Zellen an eine BTS angeschlossen, so spricht man auch von einer Sektorisierung. Wechselt ein User die Zellen innerhalb des Bereiches einer BTS nennt man dies intra BTS Cell Reselection. Dies ist der vermeintlich einfachste Zellwechsel im GPRS, führt aber schon zu einer Unterbrechung von mindestens 2 Sekunden [7]. Alle, in der Hierarchie der Netzelemente, höher einzuordnenden Netzelemente werden durch den Zellwechsel nicht beeinflusst. Theoretisch ist es zwar möglich, dass die Zellen einer BTS verschiedenen Routing Areas angehören, wird aber in der Praxis nicht angewendet. Ein RA Update ist somit nicht erforderlich.

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