Digitalfunk einfach erklärt

Ein Beispiel aus dem Alltag der Berufsfeuerwehr:

Mit einem Gong auf der Feuerwache wird der Einsatz eingeleitet.

Dann folgt die Einsatzmitteilung:

"Feuerschein über der Lagerhalle, Musterstadt.
Von der Feuerwache II Musterstadt: der gesamte Löschzug, der Rettungswagen 1-1.
Von der Feuerwache Musterstadt-Süd: das Löschfahrzeug 3-2, die Drehleiter 3-1."

Die Feuerwehrmänner und -frauen der Berufsfeuerwehr Musterstadt sind in wenigen Sekunden umgezogen und einsatzbereit, besetzen die Fahrzeuge und rücken aus.

Kaum hat das Einsatzfahrzeug die Fahrzeughalle verlassen, kommt es bereits zur ersten Funkverbindung mit der Leitstelle. Jetzt werden die jeweiligen Status gesetzt und weitere Informationen zum Einsatz übermittelt. So ähnlich geschieht es täglich in vielen Berufsfeuerwehren, wenn die Einsatzkräfte ausrücken.

Ein Netz für alle BOS

Vorbei sind die Zeiten, in denen die BOS (Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) in vielen verschiedenen Analogfunknetzen kommuniziert. Mit der Einführung des einheitlichen, bundesweiten und flächendeckendem TETRA-Netzes, eröffnen sich neue Möglichkeiten. Nun ist das Kommunizieren über die Grenze des Zuständigkeitsgebiet hinaus realisierbar. Auch das Funken zwischen verschieden Organisationen wie Feuerwehr, Rettungsdiensten, Katastrophenschutz und Polizei ist jetzt problemlos möglich.

Mit geringem technischem Aufwand kann der bisherige Analogfunk abgehört werden. Durch die Abhörsicherheit wird der Funkverkehr vor dem Abhören und der Manipulation durch Dritte geschützt.

Abhörsicherheit

Im TETRA-Standard ist eine Sicherheitsfunktion bereits enthalten: die Funkschnittstellenverschlüssellung. Zusätzlich sind alle Digitalfunkgeräte mit einer integrierten Sicherheitskarte ausgestattet. Diese dient im Digitalfunknetz für die sogenannte Ende-zu-Ende Verschlüsselung. Ausgehende Funkgespräche werden verschlüsselt, eingehende entschlüsselt.

Die Abhörsicherheit spielt besonders für Polizei und Verfassungsschutz eine große Rolle. Auch sensible Patientendaten, die im Rettungsdienst mit Funkwellen übermittelt werden, sind so geschützt.

Klare Sprachqualität

Laute Umgebungsgeräusche sind bei einem Einsatz normal. Der Digitalfunk überzeugt durch eine klare Sprachverständlichkeit und eine hohe Empfangsqualität. Nebengeräusche wie der Straßenlärm, die Motorengeräusche der Einsatzfahrzeuge und der Lärmpegel der Feuerlöschpumpen können weitgehend herausgefiltert werden.

Gruppenkommunikation

Ein klarer Vorteil des Digitalfunks bietet die Gruppenkommunikation. Alle Teilnehmer, die sich in einer Funkgruppe befinden, erhalten zeitgleich denselben Funkspruch. Eine Erleichterung, zum Beispiel bei einer Großschadenslage, stellt das Zusammenarbeiten unterschiedlichen Organisationen in gesonderten Funkgruppen dar.

Einzelkommunikation

Jedes Digitalfunkgerät verfügt über eine eigene Rufnummer. Das ermöglicht Funkgespräche mit einem bestimmten Teilnehmer zu führen, ohne dass weitere Personen mithören.

GPS Lokalisierung

Die übermittelten Positionsdaten des satellitengestützten GPS-Systems dienen der Leitstelle zur Erstellung des Einsatzmittelvorschlags. Die Leitstelle ermittelt das nächstgelegene Einsatzmittel und kontaktiert dieses anschließend. Sind die technischen Voraussetzungen vorhanden, werden die GPS-Koordinaten und Einsatzinformationen zusätzlich per SDS an ein Navigationssystem wie zum Beispiel SELECTRIC Columbus übermittelt. Die Einsatzkoordination wird hierdurch noch effizienter und schneller.
Im Notfall gewährleistet es die Ortung eine verunglückten oder hilfesuchenden Einsatzkraft durch die Totmann-Funktion oder das Drücken der Notruftaste am Funkgerät.

Datenübertragung

Um den Funkkanal zu entlasten verschickt die Einsatzleitung kurze Befehle per SDS (Short Data Service). Die Einsatzkraft die den Auftrag ausführt, bestätigt dieses ebenfalls mit einer SDS.

Erweiterung durch Applikationen

Die Software SALT bietet eine flexible Grundlage, um ein Digitalfunkgerät mit Applikationen zu erweitern. Applikationen wie Umschalten der DMO-Sendeleistung, Audioprofile, Totmann-Funktion oder Gruppenwechsel erleichtern die Kommunikation und bauen das Spektrum der Möglichkeiten weiter aus.

Vorteile des Digitalfunks

Die Einführung des Digitalfunks bietet den Nutzern der BOS (Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) viele neue Möglichkeiten. Er erfüllt wichtige taktische Anforderungen, die an die Kommunikation der BOS gestellt und von der BDBOS (Bundesanstalt für den Digitalfunk der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) gefordert werden.

TETRA 25 – die Entstehung

Ein immer mehr zusammenwachsendes Europa, erfordert ein einheitliches Funksystem der EU-Staaten. Die Mitte der 1990er Jahre am Markt verfügbaren Technologien entsprachen nicht mehr den bestehenden Anforderungen. Seit Einführung des analogen Funks haben sich nicht nur die Informations-, Kommunikations- und Netzwerktechnik weiterentwickelt, auch der technische Fortschritt bei den Hardwarekomponenten wie elektronischen Prozessoren und Speichermedien ist enorm.
Aus diesem Grund entwickelte die Europäische Gemeinschaft ein neues, speziell an die Aufgaben der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS) angepasstes Netz. Das europäische Gremium für Fernmeldenormen (ETSI = European Telecommunications Standards Institute) erhielt die Anweisung ein solches Netz zu entwickeln. Als Grundlage hierfür diente das GSM-Mobilfunknetz. Neben der Punkt-zu-Punkt-Verbindung erfordert das Funknetz der BOS jedoch auch eine Punkt-zu-Mehrpunktverbindung, die Gruppenrufe ermöglicht.

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So wurde 1995 die erste Version des TETRA Standards veröffentlicht.

Die ETSI gestaltete das Behördenfunksystem TETRA 25. Ursprünglich sollte es „Trans European Trunked Radio“ heißen, was für europaweites Bündelfunknetz steht. Aus verkaufstechnischen Gründen dient die Abkürzung nun für „Terrestrial Trunked Radio“ (erdgebundener, gebündelter Funk). Die 25 bezeichnet den Kanalabstand von 25 kHz.

Eine wichtige Rolle für das deutsche TETRA-Netz spielt die „Bundesanstalt für den Digitalfunk der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben“ (BDBOS). Die BDBOS ist verantwortlich für den Aufbau, Betrieb und die Weiterentwicklung des Digitalfunks der BOS.

Im Jahr 2012 ist es soweit: Das erste Bundesland funkt im TETRA-Netz und auch das erste Handfunkgerät wird zertifiziert.

Digitalfunk vs. Analogfunk – was ist der Unterschied?

Da die TETRA-Infrastruktur in Anlehnung an das Mobilfunknetz (GSM- und UMTS-Netz) entwickelt wurde, ähnelt es diesem sehr. Alle Organisationen der BOS nutzen gemeinsam die gleiche Funkinfrastruktur und bekommen bestimmte Netzkapazitäten (zum Beispiel eine vordefinierte Anzahl logischer Sprechgruppen) zugeteilt. Die BDBOS (Bundesanstalt für den Digitalfunk der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) als Netzbetreiber erstellt und verwaltet das Funkzellennetz, das über komplett Deutschland miteinander verbunden ist.

Analogfunk

Im Analogfunk hatte jede Organisation ihren eigenen Kanal. So kam es vor der TETRA-Einführung häufig zu überlasteten Kanälen. Durch die Verteilung im Digitalfunk sind bei gleichem Gesprächsaufkommen noch Kapazitäten frei. Die Netzinfrastruktur des analogen Funknetzes setzte sich, im Gegensatz zum flächendeckenden TETRA-Netz der kompletten Bundesrepublik, aus einzelnen eigenständigen und örtlich begrenzten Funk-Infrastrukturen zusammen. Diese Gleichwellensysteme bestehen aus einer oder mehreren zusammen geschalteten Relaisstellen. Jede BOS unterhält ihre eigene Infrastruktur für den entsprechenden Einsatzbereich mit ihrem zugeteilten physikalischen Funkkanal. Analoge Sprachsignale müssen erst digitalisiert werden.

Digitalfunk

Im Digitalfunk hingegen werden die Signale digital übertragen. Der Digitalfunk sendet und empfängt über das Zeitschlitzverfahren. Alle Organisationen funken in verschiedenen Gruppen auf den vier BOS-Frequenzen. Diese sind die Träger von jeweils vier Zeitschlitzen. Der erste Zeitschlitz der ersten Trägerfrequenz einer Basisstation dient als Organisationskanal. Dieser Kanal regelt die Datenkommunikationsdienste. Nach Bedarf werden die anderen Zeitschlitze automatisch den verschiedenen BOS zugeteilt und somit effektiv ausgelastet. Das Zeitschlitzverfahren/Zeitmultiplexverfahren (engl. Time Division Multiple Access = TDMA). Auf jeder Funkfrequenz mit einer Bandbreite von 25 kHz befinden sich vier Zeitschlitze, die sich immer wiederholen. Zusammengefasst nennt man diese TDMA-Rahmen.

Aufbau des Funknetzes im Digitalfunk

Viele einzelne Funkzellen ergeben zusammen das BOS-Digitalfunknetz. Wobei je eine TETRA-Basisstation (TBS) im Zentrum, eine Zelle mit einem Durchmesser von zum Teil mehreren Kilometern versorgen kann.
Die Signalreichweite jeder Zelle reicht mit einer geringen Überlappung in die Nachbarzellen hinein. Da benachbarte Zellen unterschiedliche Sende- und Empfangsfrequenzen nutzen, ist eine gegenseitige Störung im Regelfall ausgeschlossen.
Dennoch ist es möglich, dass sich bereits genutzten Sende- und Empfangsfrequenzen im Gesamtnetz wiederholen.
Der Versorgungsbereich einer Basisstation hängt neben topografischen und baulichen Gegebenheiten auch vom Nutzungsverhalten (sollen nur Fahrzeugfunkgeräte kommunizieren können oder auch Handsprechfunkgeräte) ab.
Durch den intelligenten, zellularen Netzaufbau ist die Bewegung auch über die Grenze einer Funkzelle möglich. Die Weitergabe eines laufenden Funkgesprächs in eine andere Zelle und somit an eine andere Basisstation nennt man „Handover“. Das Umbuchen eines empfangsbereiten, und damit vom Grundsatz erreichbaren, Funkgerätes von einer Zelle in eine Nachbarzelle wird als Roaming bezeichnet.

Mit rund 4.650 Basisstationen, deckt das BOS-Digitalfunknetz über 99 Prozent (Quelle:BDBOS) der Fläche Deutschlands ab.

Vermittlungsstellen und Tranist-Vermittlungsstellen

Jede Basisstation ist über eine Kabel- oder Richtfunkverbindung mit einem Main Switching Center (MSC), das ist die zuständige Vermittlungsstelle (DXT = Data Exchange for TETRA), verbunden. Die DXT sind für die regionale Steuerung und Weiterleitung von Kommunikations- und Steuerdaten zuständig. Dabei übernehmen verschiedenen Datenbänke die Verwaltung der Teilnehmer und Teilnehmergruppen im Digitalfunknetz.
Eine Ebene höher als die Vermittlungsstellen befinden sich die hochredundant miteinander verbundenen Transvermittlungsstellen (DXTT = Data Exchange for TETRA, Transit Type ). Dessen Aufgabe der Distanzverkehr im digitalen TETRA-Netz ist. Also das Austauschen von Nutzer- und Steuerdaten der Vermittlungsstellen.

TETRA ausserhalb der BOS

TETRA Funktechnik findet nicht nur bei der BOS Anwendung. Auch einige zivile Endkunden setzen eigene TETRA Netzwerke für die innerbetriebliche Kommunikation ein. Kunden die eigene Basisstationen mit entsprechenden Endgeräten betreiben finden sich in der Industrie, Verkehrsunternehmen (Flughäfen, ÖPNV Anbieter) sowie in besonderen Sicherheitsbereichen.