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.
... weiterlesen
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 seinen 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.
Der Digitalfunkstecker (DF-Stecker)
Um die im TETRA-BOS-Netz verfügbaren Ressourcen zu schonen, werden Leitstellen aufgrund Ihres intensiven Nutzungsverhaltens im Regelfall nicht wie „normale“ Digitalfunkteilnehmer über die Luftschnittstelle an das Digitalfunknetz angebunden, sondern per „Draht“ (LS1- und LS2-Anbindung).
Zu diesem Zweck werden Digitalfunk-Gateways (DF-Gateways) eingesetzt. Jede Leitstelle verfügt über eine eigene Leitstellentechnik, diese beinhaltet einen Einsatzleitrechner, das Kommunikationssystem, Sprachaufzeichnung, Wachenalarm, Digitalalarm und einiges mehr.
Um diese individuelle Leitstellentechnik an das Digitalfunknetz anzubinden, benötigt es eine einheitliche, herstellerübergreifende Schnittstelle. Da bislang jeder Leitstellentechnik-Hersteller seine eigenen, sogenannte proprietäre Anschaltungen einsetzte und im Bundesland Nordrhein-Westfalen, durch die extrem hohe Anzahl von Leitstellen die DXT-Schnittstellen knapp wurden, hätte man nicht mehr jede Leitstelle an das BOS-Digitalfunknetz anbinden können. Zu diesem Zeitpunkt kam der PMeV (Professioneller Mobilfunk eV.) ins Spiel und definierte in Zusammenarbeit mit allen Herstellern den sogenannten Digitalfunkstecker, welcher nun einen herstellerübergreifenden, einheitlichen Schnittstellenstandard aufweist. Ferner könnten jetzt durch die IP-Architektur beliebig viele Leitstellen angebunden werden.
Die Vermittlungsschnittstelle (DXT = Data Exchange for TETRA) beinhaltet die Leitstellenschnittstelle (LS), die wiederum aus den Schnittstellen LS1, LS2 und LS3 besteht.
Die LS1 ist eine E1- oder auch PCM-Schnittstelle (= Pulsmodulationsverfahren: setzt analoges in digitales Signal um) und überträgt die reinen Sprachdaten, also Funk und Telefonie. Diese LS1-Schnittstelle, relevant für das Kommunikationssystem, wird durch die aktuell stattfindende Modernisierung des Digitalfunknetzes durch eine performantere und modernere IP-Schnittstelle (LS-VoIP) ersetzt.
Notwendigen Verbindungsdaten wie Gruppen- und Kanalzuordnung oder PTT, aber auch Status- und Kurznachrichten (SDS) stellt die LS2 bereit und kommuniziert in der Regel mit dem Einsatzleitrechner.
Derzeitig ist die LS3-Anbindung nur für die „Autorisierten Stellen“ der jeweiligen Bundesländer für diverse Steuerungen im Netz vorgesehen.
Für die DF-Steckerredundanz steht weiterhin die Luftschnittstelle via FRT(s) zur Verfügung.
Datenkommunikation via SDS und FMS-Status
Mithilfe des FMS-Status können neben Funkgesprächen auch Kurzbefehle oder Textnachrichten SDS (Short Data Service) über den Organisationskanal im TETRA-Netz übermittelt werden.
Die kurzen Textnachrichten (ähnlich der SMS im Mobilfunk) kann der Sendende an einzelne Funkteilnehmer oder mehrere, die sich in derselben Rufgruppe befinden, adressieren. Der Status unterstütze die Einsatzkommunikation oder steuert ein Alarmierungssystem im Digitalfunknetz, zum Beispiel einer Sirenensteuerung. Weitere Anwendung finden Statusnachrichten in der Haussteuerung.
SDS
Eine einzelne SDS im BOS-Netz verfügt über bis zu 85 Zeichen zuzüglich der 24-stelligen OPTA (operativ taktische Adresse, also die Rufnummer des sendenden Funkgerätes). Ist der Text länger, spricht man von einer verketteten SDS. Um eine SDS zu erhalten, muss das Funkgerät eingeschaltet sein und sich im TMO-Betrieb befinden.
Flash SDS
Es besteht die Möglichkeit einen Alarm an das zu disponierende Einsatzmittel als Flash SDS zu senden. Bei dieser Sendungsart erscheint die Nachricht, welche zum Besispiel die Einsatzdaten enthält, direkt auf dem Display des Handfunksprechgerätes oder des Bediengerätes ohne das diese über das Menü im Posteingang aufgerufen werden muss.
FMS-Status
Der FMS (Funkmeldesystem)-Status entlastet die Funkkanäle und hält diese für wichtigere Kommunikation frei. Außerdem erleichtert er nicht nur die Funkkommunikation mit der Leitstelle, sondern auch die Einsatzplanung des Disponenten.
Die Einsatzkräften übermitteln mit Hilfen von Kurzbefehlen, die über einen circa 3-sekündigem Druck der entsprechenden Tasten des Funkgerätes, beziehungsweise des Bediengerätes im Auto (zum Beispiel SEPURA HBC, SCC oder Columbus) einzugeben sind.
So meldet die Einsatzkraft sich beispielsweise nach dem Einschalten des Funkgerätes mit der „1“ „Einsatzbereit über Funk“ bei der Leitstelle an. Auf einem strukturierten Statustableau verschafft sich der Disponent einen Überblick, welche Kapazitäten zu Verfügung stehen oder in laufenden Einsätzen gebunden sind.
Mit der „5“ ist einen Sprechwunsch bei der Leitstelle anzumelden.
Ein akustischer Ton und der im Display erscheinende Text „Status gesendet“ quittiert, dass der Status versendet wurde.
Prinzipiell sind die verschiedenen Status bei allen BOS-Organisationen fast gleich, weichen geringfügig voneinander ab.
SDS trifft Columbus
Weitere hilfreiche Features im Zusammenspiel mit der SDS hält unser Navigationssystem Columbus bereit. Die Einsatzdaten bekommt das Navigationssystem per SDS, dies erspart die manuelle Eingabe des Einsatzortes. Auch kann das Columbus SDS an die Leitstelle übermitteln zum Beispiel die Stärkemeldung, welche die personelle Zusammensetzung der Mannschaft im Einsatzfahrzeug angibt.
Ebenso ist die Eingabe zum Patienten und seiner Verletzung im Columbus, über das in einigen Bundesländern verwendete IVENA-System, ein hervorragendes Hilfsmittel, um schnell das bestgeeignetste Krankenhaus, das über freie Kapazitäten verfügt, zu ermitteln und den Patienten dort anzumelden.
Zusätzlich kann das Columbus einige Aufgaben der Haussteuerung, sowie die Steuerung von Objekten übernehmen zum Beispiel das Öffnen von Toren oder das Versenken von Pollern, für die sonst das Mitführen einer separaten Fernbedienung notwendig wäre.
Aufbau eines Funkgespräches
In der Praxis funktioniert der Aufbau eines Funkgesprächs wie folgt:
Die Einsatzkraft/der Bediener*in drücken die Sprechtaste, auch PTT (Push to talk) genannt, am Funkgerät und die Gegenstelle oder auch die Gegenstellen hören den rufenden Teilnehmer.
Doch was passiert eigentlich im Hintergrund? Durch den Druck der PTT-Taste fragt das Funkgerät entsprechende Ressourcen in der Infrastruktur an und bekommt nun eine Kommunikationsberechtigung zugewiesen. Erst jetzt baut das Funkgerät das Funkgespräch durch Funkwellen zur Basisstation auf. Von der Basisstation gelangt das Gespräch über eine Richtfunk- oder Kabelstrecke in die Vermittlungsstelle. Diese übergibt das Gespräch an alle Basistationen in der sich Teilnehmer derselben Rufgruppe befinden. Über diese Basisstation gelangt das Gespräch nun zum Endgerät des gewünschten Empfängers. Die Funkstrecke zwischen einer Basisstation und einem Funkteilnehmer*in nennt man auch „TETRA-Luftschnittstelle“ und ist durch die Luftschnittstellenverschlüsselung geschützt.
Zusätzlich zur Luftschnittstellenverschlüsselung (Air Interface Encryption) gibt es im deutschen BOS Netz noch die sogenannte Ende zu Ende (E2E) Verschlüsselung. Diese beschränkt sich nicht nur auf die Verbindung vom Funkgeräte zur Basisstation sondern verschlüsselt den kompletten Kommunikationszweig – also vom Endgerät – über die Basisstation - zur Vermittlungsstelle – zur nächsten Basisstation – zum Funkgerät des Empfänger. Für diese E2E Verschlüsselung wird die BSI Sicherheitskarte in den Funkgeräten benötigt.
TMO
In der Betriebsart TMO (Trunk Mode Operation) kommuniziert das Funkgeräte immer über das TETRA-BOS Netz. Das heißt also – es bucht in eine Basisstation ein und muss dafür die jeweilige Basisstation empfangen und auch bis zur Basisstation senden können. Vorteil hier ist, Teilnehmer dieser Gesprächsgruppen können im Netz über mehrere Basisstationen und somit sehr große Distanzen kommunizieren.
Da die Ressourcen im Netz aber auch nicht unendlich sind, werden die Gesprächsgruppen in der Regel mit einem Areacode versehen, der vorgibt in welcher Region Teilnehmer diese Gruppe schalten können. Somit wird die Reichweite aus Gründen der Ressourcenschonung eingeschränkt. In der Regel reicht es der Feuerwehr und auch dem Rettungsdienst innerhalb Ihres Einsatzbereiches kommunizieren zu können. Diese Einsatzbereich sind häufig an Kreis oder Gemeindegrenzen gebunden.
DMO
Der Direktbetrieb (DMO = Direkt Mode Operation) ist eine netzunabhängige Betriebsart im Digitalfunk. Bei Gebieten, die nicht durch Basistationen versorgt sind, dient er als Rückfallebene oder er findet Verwendung, wenn die TETRA-Infrastruktur nicht genutzt werden soll (Einsatzstellenfunk). Ein Beispiel dafür wäre der Angriffstrupp der Feuerwehr der in das Gebäude vorgeht, hier aber unbedingt mit der Abschnitts- und Einsatzleitung kommunizieren muss.
DMO-Frequenzen sind eigens für diese Verwendung vorgesehen. Die Frequenzzuteilung erfolgt nach Vorgaben der BDBOS durch die autorisierten Stellen der Bundesländer.
Die Reichweite des DMO ist durch die jeweilige Sendeleistung des Funkgerätes beschränkt, da wir hier eine Gerät zu Gerät Kommunikation haben an der keine Basisstation beteiligt ist. Im Freifeld kann es sich hier um einige wenige Kilometer handeln, in Gebäuden und Freiflächen ist es entsprechend weniger.
Anfahrt
