18.12.2010

Aktuelles

Fachartikel: Technische Grundlagen des Digitalfunks

Was ändert sich für den Endanwender? Welche technischen Grundlagen hat der Digitalfunk?

Was ändert sich für den Endanwender?

Die Veränderungen für den Endanwender, sprich den Einsatzdienst der Feuerwehr Hamburg, sind sehr überschaubar. Sicherlich unterscheidet sich die technische Bedienung der nun eingeführten digitalen Handfunkgeräte von den analogen Geräten, was einen entsprechenden Ausbildungsaufwand hervorruft. Ebenso sind sowohl Handfunkgeräte als auch Fahrzeugfunkgeräte technisch dazu in der Lage, den Netzmodus (vergleichbar derzeitiger 4m-Funkverkehr im Gegensprechen) als auch den Direktmodus (vergleichbar derzeitiger 2m-Funkverkehr im Wechselsprechen) zu nutzen.
Eine gewisse Gewöhnung erfordert es, dass man nach dem Drücken der Sprechtaste nicht sofort beginnen kann zu sprechen. Der Digitalfunk bringt auch einige neue Begriffe ins Spiel.

Es bleibt aber festzuhalten, dass sich die Veränderungen für den Endanwender sehr in Grenzen halten. Dies sollte in der Ausbildung der Nutzer entsprechend Berücksichtigung finden.

Dieser Fachartikel soll die Möglichkeit eröffnen, sich intensiver mit dem Thema Digitalfunk auseinander zu setzen. Hierfür konnte das Online-Team der AG MuK erfreulicherweise einen Experten zum Thema Digitalfunk finden. Auf diesem Wege möchten wir uns bei Thomas Menschel, Mitglied der FF Wandsbek Marienthal und Sprecher des Arbeitskreises der Fernmeldewehren, bedanken.

 Der digitale BOS-Funk

 1. Allgemeines

Der zurzeit noch in Betrieb befindliche analoge BOS-Funk (BOS: Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) auf dem 4m- und dem 2m-Band stieß bereits in den letzten Jahrzehnten aufgrund stetig steigenden Kommunikationsbedarfs stark an seine Kapazitätsgrenzen. Insbesondere der Austausch von größeren Datenraten über Funk war bislang nur sehr schleppend möglich. Bundesweite Verbindungen erfordern meistens einen relativ großen Aufwand. Letztendlich besteht besonders bei den polizeilichen BOS die Forderung nach einer absolut sicheren Verschlüsselung der drahtlosen Verkehrsabwicklung, denn das heutige Netz kann mit billigen Funkempfängern (sogenannte Scanner) durch jedermann problemlos abgehört werden.

Ein völlig neues, leistungsfähiges und sicheres Funknetz für alle BOS war und ist somit dringend erforderlich.

Der neue digitale BOS-Funk erfüllt alle vorab genannten Kriterien.

Er ist ein zellulares Bündelfunksystem für Sprech- und Datenverkehr auf Grundlage des europaweit angewendeten Mobilfunk-Standards TETRA (TErrestial Trunked RAdio). Dieser Standard gewährleistet zum Beispiel einen schnellen Verbindungsaufbau unter 300 Millisekunden, was sich zum Vergleich gegenüber dem GSM-Netz mit einem Zeitraum von bis zu 5 Sekunden deutlich positiver für die besonderen Belange der BOS hervorhebt.

Das zukünftig bundesweit flächendeckende Netz wird seit dem Jahr 2006 kontinuierlich aufgebaut und seit den letzten Jahren schrittweise in Betrieb genommen.

Für die gemeinsame Nutzung aller BOS wurden die Frequenzbereiche

von 380 MHz bis 385 MHz und von 390 MHz bis 395 MHz  bei einem Frequenzabstand von jeweils 25 KHz durch die Bundesnetzagentur exklusiv zugewiesen.

Diese Frequenzbereiche liegen somit im 70cm-Wellenbereich, was sich unter anderen günstig auf die mechanische Antennenlänge (also kurze Antennen) der Endgeräte auswirkt.

Bis zum vollständigen und flächendeckenden Ausbau des vorgesehen Funknetzes werden noch Jahre vergehen und somit ist mit einem Parallelbetrieb beider Systeme über einen längeren Zeitraum zu rechnen. Für einen überregionalen Einsatz ist unter anderem auch ein Vorhalten beider Systeme in größeren Einsatzleitfahrzeugen bis zur völligen Migration unumgänglich!

 2. Netzaufbau

Wie bereits erwähnt funktioniert der digitale BOS-Funk als zellulares Bündelfunksystem. Dafür werden innerhalb des gesamten Bundesgebietes insgesamt ca. 4.000 untereinander verknüpfte Basisstationen errichtet, im Staatsgebiet der Freien und Hansestadt Hamburg sind es allein 35 Stationen. Der Versorgungsbereich einer Basisstation wird auch als Funkzelle bezeichnet.

Die jeweiligen Basisstationen unterliegen den Kontrollen einer der insgesamt ca. 60 bundesweit übergeordneten Vermittlungsstellen. Das gesamte Netz obliegt der Hoheit der eigens geschaffenen Bundesanstalt für den Digitalfunk der BOS (BDBOS).

Jede Basisstation stellt für sich die eigentliche Schnittstelle zwischen den Endgeräten und dem Gesamtnetz des digitalen BOS-Funks dar. Hier bucht sich jedes Gerät (bei geschalteten Netzmodus) nach dem Einschalten ein, ähnlich wie bei dem wohlbekannten eigenen Mobilfunk-Handy. Das Endgerät „sucht“ förmlich immer die nächste erreichbare Basisstation, beim Wechsel einer Funkzelle (z. B. bei Mobilbetrieb) erfolgt eine automatische und vor allen Dingen unterbrechungsfreie „Umbuchung“.

Pro Basisstation stehen bis zu 8 fest zugeteilte Kanäle zur Verfügung, die Anzahl bestimmt das jeweils zu erwartende potentielle Verkehrsaufkommen. Eine Basisstation kann somit in der Region weniger Kanäle haben als eine Basisstation in einem Ballungsgebiet wie Hamburg oder Berlin. Jeder Kanal hat jeweils zwei Frequenzen, eine für das „Hochladen“ (Uplink) und eine für das „Runterladen“ (Downlink) der digitalen Funkdaten.

Jedes einzelnes Frequenzpaar (Kanal) ist in der Lage, die digital aufbereiteten Funksignale (also Sprach- und Datenübertragungen) in maximal 4 Zeitschlitzen parallel nebeneinander abzuwickeln!

Allerdings ist ein Kanal pro Basisstation für Steuerungs- und „Verwaltungs“-Zwecke reserviert und steht für die Kommunikation nicht zur Verfügung.

Überall dort, wo kein festes Netz zu Verfügung steht, kann auf 2 Arten ein temporärer Zugang (bzw. eine Netzerweiterung) geschaffen werden:

Entweder durch den Einsatz einer mobilen Basisstation, verlastet auf einem Fahrzeug bzw. Anhänger. Mit einer mobilen Basiseinheit kann vorübergehend eine vollwertige Funkzelle (also die Kommunikation mehrer Funkstellen nebeneinander) in einem nicht ständig versorgten Areal betrieben werden. Allerdings ist für die Einbindung einer mobilen Basisstation ein gewisser Aufwand erforderlich.

Als zweite Möglichkeit besteht der Einsatz eines so genannten Gateway. Diese Funktion wird über ein einfaches Funkgerät erfüllt. Der Nachteil bei diesen Verfahren ist, dass jeweils nur eine Funkstelle abwechselnd über einen Gateway arbeiten kann.

Und letztendlich wird das hohe Sicherheitsbedürfnis des neuen digitalen BOS-Funks durch zwei hauptsächliche Parameter erreicht:

1. Für das Einbuchen in das BOS-Funknetz ist jedes Endgerät mit einer individuellen Sicherheitskarte (ähnlich der bekannten SIM-Karte in den Mobilfunknetzen) bestückt. Durch diese Karten kann jedes Gerät auch gezielt im Netz identifiziert, geortet oder bei Bedarf (z. B. nach einem Diebstahl) sogar vom Netzzugang gesperrt werden.

2. Als weiteren Sicherheitsaspekt werden an jedes Endgerät kryptovariable Schlüssel gesendet, die für die Teilnahme am digitalen Funkverkehr unumgänglich sind.

Durch die vorab geschilderten Maßnahmen ist sichergestellt, das der Nachrichtenverkehr aller BOS ausschließlich nur von autorisierten Personen oder Gruppen empfangen oder ausgesendet wird.

 3. Abwicklung des Funkverkehrs

Mit der Einführung des neuen BOS-Funksystems muss sich der Anwender zukünftig auf die Verwendung von englischen Begriffen einstellen, wegen der allgemein fortschreitenden Globalisierung bzw. im Interesse grenzüberschreitender Zusammenarbeit!

Grundsätzlich gibt es beim digitalen BOS-Funk nur zwei Betriebsarten:

TMO: Trunked Mode Operation (netzgebundene Kommunikation, vergleichbar mit dem analogen Relaisverkehr)

DMO: Direct Mode Operation (direkte Kommunikation ohne Netzanbindung, vergleichbar mit dem analogen Wechselverkehr)

Die Kommunikation im digitalen BOS-Funknetz soll grundsätzlich im TMO erfolgen, denn nur in diesem Modus stehen (je nach Berechtigung der Endgeräte!) die gesamten nutzbaren Verkehrsarten zur Verfügung:

– Gruppengespräche: Bei dieser bevorzugten Verkehrsart kann jeder Teilnehmer eines Funkverkehrskreises jeden Anderen hören und auch mit jeden Anderen sprechen, wie jetzt auch schon im analogen Funksystem. Für den Verkehr mit Leit- und Führungsstellen ist diese Verkehrsart erfahrungsgemäß zur Einsatz- und Auftragsvergabe sowie für Rück- und Lagemeldungen am besten geeignet. Die Übertragung als Gruppengespräch erfolgt über eine Basisstation in einem Zeitschlitz und ist somit sehr rationell. Allerdings kann trotz Netzanbindung nur abwechselnd gesprochen oder gehört werden (Wechselverkehr).

– Einzelgespräche: Jede Endstelle kann (eingebucht im BOS-Funknetz) auch gezielt in einem Einzelgespräch angesprochen werden. Dafür muss die Rufnummer des gewünschten Endgerätes (bzw. des jeweiligen Nutzers) gewählt werden. Die Verbindung kann dabei von weiteren Funkstellen nicht mitgehört werden. Netzbezogene Einzelgespräche können nur unter BOS-Funkgeräten aufgebaut werden. Da aber Einzelgespräche ein komplettes Frequenzpaar (Duplex-Betrieb) einer Basisstation belegen, sind diese nur einem besonderen Personenkreis (Führungskräften) vorbehalten. Diese Berechtigung wird über eine Programmierung auf die jeweiligen Geräte aufgespielt.

– Telefongespräche: Auch Gespräche in das öffentliche Mobilfunknetz können bei einer möglichen Freischaltung mit einem BOS-Endgerät geführt werden. Im Prinzip kommt hier das allseits vertraute Procedere im Mobilfunkverkehr zum Tragen. Bei einem Telefongespräch muss auch nicht die Sprechtaste zum Senden gedrückt werden. Wie bei einem Einzelgespräch wird auch bei einem Telefonat ein komplettes Frequenzpaar in der Basisstation belegt und eine Berechtigung muss vorliegen.

Für die bewegliche Funkkommunikation stehen zwei hauptsächliche Gerätetypen zu Verfügung:

HRT: Handheld Radio Terminal (Handfunkgeräte)

MRT: Mobile Radio Terminal (Fahrzeugfunkgeräte)

Für die Verwendung in den Leitstellen und Einsatzzentralen werden integrierte FRT (Fixed Radio Terminal) betrieben.

Ein großer gravierender Unterschied der neuen Digitaltechnik zum bisherigen Analogfunk ist, dass in den Endgeräten keine Kanäle (also Frequenzen), sondern Rufgruppen geschaltet werden.

Diese Rufgruppen (je nach Gerät bis zu 9.000!) sind entweder als statische Gruppen im Gerät fest abgelegt oder sie werden bei Bedarf als dynamische Gruppe operativ hinzugefügt.

Als statische Rufgruppen sind all die Gruppen zu betrachten, die zum „alltäglichen“ Gebrauch des Anwenders notwendig sind. Diese Gruppen werden unterschieden in

– allgemeine (regionale) Anrufgruppen

– regionale Arbeits- (Einsatz-) Gruppen

– organisationsbezogene Rufgruppen

– Rufgruppen für organisationsübergreifende Zusammenarbeit

– Rufgruppen für eine überregionale Zusammenarbeit aller BOS

– Rufgruppen für die bundesweite Zusammenarbeit aller BOS

Regionale bzw. organisationsbezogene Rufgruppen sind in der Regel nur in den Basisstationen des eigentlichen Tätigkeitsbereiches der betreffenden BOS hinterlegt und somit auch nur dort im Endgerät schalt- bzw. aktivierbar!

Dynamische Rufgruppen werden immer dann gebildet, wenn aufgrund von Großschadenslagen bzw. Katastropheneinsätzen eine Zusammenarbeit einer größeren Anzahl von verschieden BOS anfällt. Dabei werden die dynamischen Gruppen in der zuständigen Vermittlungsstelle gebildet und an alle betreffenden Endgeräte sowie den Basisstationen drahtlos übermittelt. Nach dem Einsatz können diese dynamischen Gruppen wieder problemlos gelöscht werden.

In allen geschalteten Rufgruppen kann das bereits aus der analogen Technik bekannte und auch bewährte FMS-System (FunkMeldeSystem) weiterhin benutzt und ein taktisches Status-Telegramm ggf. an die Leitstelle übermittelt werden.

Für die Übersendung von Kurznachrichten (ggf. auch unter den Endgeräten) kann eine Diensteigenschaft ähnlich dem bekannten SMS-System benutzt werden, hier Short-Data-Service (SDS) genannt.

Die aber wertvollste Neuerung ist die Möglichkeit zum Absetzen eines Notrufs. Ein Notruf kann gleichermaßen im TMO und DMO gesendet werden und erreicht dabei alle Endgeräte in einer Gesprächsgruppe sowie die ggf. zuständige Leitstelle auf eine optische sowie akustische Weise. An jedem digitalen Funkgerät ist eine spezielle und farblich abgesetzte Taste für den Notruf integriert.

Für eine einwandfreie Identifizierung jedes Funkgerätes bzw. des dazu gehörigen  Funktionsträgers oder der dazu gehörigen Einheit wird eine einmalige OPerativ-Taktische Adresse (OPTA) zugewiesen, die bei jeder Aussendung auf dem Display der empfangenden Geräte angezeigt wird. Somit sind alle Geräte im digitalen Funknetz definitiv fest zugeordnet.

Überall dort, wo keine Netzstruktur (bzw. kein TMO) vorhanden ist, kann auf dem DMO zurückgegriffen werden (also auch als Rückfallstufe). Zur Erhöhung der Reichweite können so genannte Repeater (Umsetzer, ähnlich einer analogen Rs1-Schaltung) örtlich eingesetzt werden.

Bei den nicht-polizeilichen BOS wird der DMO weiterhin als Einsatzstellenfunk für die vorgehenden Trupps verwendet.

Rufgruppen im DMO stehen bundesweit nur in begrenzter Anzahl zur Verfügung, da auch hier pro Gruppe eine volle Frequenz benötigt wird.

Auch eine Alarmierung durch Meldeempfänger (Pager, im Volksmund „Pieper“ genannt) ist im digitalen Netz möglich. Selbst eine „Rückmeldung“ jedes Einzelnen nach einer Alarmierung (Bestätigung für das Personalmanagement / das Ausrücken der gerufenen Einheit) ist mit der digitalen Technik kein Problem.

Von allen Migrations-Schritten wird die Alarmierung in den nächsten Jahren als Letztes umgesetzt, das liegt zum Teil auch an den zurzeit hohen Anschaffungskosten für jeden einzelnen Empfänger im Gegensatz zu den momentan üblichen Geräten.

Text: Thomas Menschel, FF Wandsbek-Marienthal und Sprecher AK Fernmeldewehren

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