Physikalische Grundlagen
Download
Report
Transcript Physikalische Grundlagen
3. PHYSIKALISCHE UND TECHNISCHE
GRUNDLAGEN
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 1
3.1.EINFÜHRUNG TETRA
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 2
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Wie sieht der
Netzaufbau/die
Netzstruktur
aus?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 3
3.1 EINFÜHRUNG TETRA
TETRA= „Terrestrial Trunked Radio“
25= 25kHz Frequenzabstand
Bildquelle: http://www.ffwmainbernheim.de/uploads/pics/TETRA.jpg
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 4
3.1.1 NETZSTRUKTUR
Das Digitalfunknetz ist ein zelluläres Netz
6
5
7
1
2
3
3
4
7
1
7
7
2
6
6
1
3
5
4
Hintergrund:
Geringer Frequenzbedarf
Bildquelle: http://gdkerlp.de/uploads/pics/karte_rlp_01.jpg
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 5
3.1.2 NETZAUFBAU IN 4
EBENEN
Ebene I
Endgeräte
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 6
3.1.2.1 ENDGERÄTE (EBENE I)
Verschiedene Endgerättypen definiert
HRT: Handheld Radio Terminal=
Handfunkgerät
MRT: Mobile Radio Terminal=
Fahrzeugfunkgerät
FRT: Fixed Radio Terminal=
Ortsgebundene Funkanlagen
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 7
3.1.2 NETZAUFBAU IN 4
EBENEN
Ebene II
Basisstationen
Ebene I
Endgeräte
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 8
3.1.2.2 BASISSTATIONEN
(EBENE II)
Die Basisstation leitet die Funkkommunikation in die
Netzinfrastruktur über und versorgt genau eine
Funkzelle
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 9
3.1.2 NETZAUFBAU IN 4
EBENEN
ILTS
Ebene III
Vermittlung
DXT
DXT
Ebene II
Basisstationen
Ebene I
Endgeräte
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 10
3.1.2.3 VERMITTLUNG
(EBENE III)
DXT= Vermittlungsstellen
Hier sind die wesentlichen Funktionen
des Netzes hinterlegt
Administrative Stellen (ILTS) sind mit
den DXT verbunden
Stellen Verbindung zu
Transitvermittlungsstellen (DXTT) her
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 11
3.1.2 NETZAUFBAU IN 4
EBENEN
Ebene IV
Transitvermittl.
NMC
DXTT
ILTS
Ebene III
Vermittlung
DXT
DXT
Ebene II
Basisstationen
Ebene I
Endgeräte
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 12
3.1.2.4 TRANSITVERMITTLUNG
(EBENE IV)
Transitvermittlungsstellen (DXTT) sind übergeordnete
Vermittlungsstellen, die bundesweite Verbindungen
über möglichst wenige Zwischenschritte ermöglichen
NMC= Network Management Center
Überwachungseinheit
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 13
3.1.2 NETZAUFBAU IN 4
EBENEN
Ebene IV
Transitvermittl.
NMC
Kernnetz
ILTS
DXTT
Ebene III
Vermittlung
DXT
DXT
Ebene II
Basisstationen
Zugangsnetz
Ebene I
Endgeräte
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 14
3.1.3 ZAHLEN
2 NMC in Berlin und Hannover
4 Transitvermittlungsstellen
62 Vermittlungsstellen in Deutschland
(Stand Juni 2013)
Koblenz
Trier
Mainz
Bildquelle : Schulungsunterlage Digitalfunk LFKS RLP
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 15
3.1.4 NUTZEN
Somit sind alle
Basisstationen des
Digitalfunks über die
zentrale Netzsteuerung
miteinander verbunden
und machen im
Bedarfsfall einen
bundesweiten Empfang
möglich.
Bildquelle : Schulungsunterlage Digitalfunk LFKS RLP
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 16
3.1.5 EXKURS TEMPORÄRE
NETZERWEITERUNG
Ziel:
Zur kurzfristigen Korrektur von
Versorgungsengpässen, sollen mobile
Basisstationen eingesetzt werden
3 Verfahrenskonzepte:
Systembetrieb (Einbindung ins Netz)
Solobetrieb (autarke mBS)
Mobile Netzstruktur (Bis zu 8 mBS)
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 17
3.1.5 EXKURS TEMPORÄRE
NETZERWEITERUNG
Die mBS soll verlastbar sein und in
folgenden Einzelteilen zur Einsatzstelle
verbracht werden:
Basis-/Transportfahrzeug
Basisstation
Antennenanlage
Technik für Netzanbindung
Stromversorgung
Blitzschutz
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 18
3.1.5 EXKURS TEMPORÄRE
NETZERWEITERUNG
Vorherige Informationen aus Infobrief
der Arbeitsgruppe Digitalfunk RLP
ABER:
Stand jetzt gibt es diese Möglichkeit
noch nicht.
Arbeitsgruppe forscht
Land wird die Lösung beschaffen
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 19
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Welche Anforderungen
wurden an das Netz
gestellt?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 20
3.1.6 ANFORDERUNGEN
Verkehr von Endgerät zu Endgerät mit/ohne Zwischenschaltung einer Leitstelle.
Verkehr von Leitstellen zur einer Vielzahl von Endgeräten (Standard Verkehrs
Kreis der BOS).
Permanente Konferenzschaltung mit unterschiedlich vielen Teilnehmern, auch bei
Großeinsätzen.
Keine Verschlechterung
Schutz vor unberechtigtem Mithören und Manipulation durch
Verschlüsselung.
Verbesserung
Beseitigung des durch die Vielzahl der BOS-Funksystem-Betreiber
erzeugten permanenten Frequenzmangels.
Sofortige Verfügbarkeit des Netzes in besonderen Situationen und
zusätzliche Versorgungskapazität im Bedarfsfall, beispielsweise durch
Umschalten eines Fahrzeugfunkgerätes auf die Betriebsart Repeater.
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 21
3.1.7 GAN EINTEILUNG
Festgelegt durch die „Gruppe Anforderungen an
das Netz“
GAN 0 :Flächendeckende Funkversorgung
mindestens für Kfz-Betrieb, auch in schneller
Bewegung
GAN 1 :Handsprechfunkversorgung außerhalb von
Gebäuden in Siedlungsflächen ab einer Größe von
40.000 m² - Trageweise in Kopfhöhe
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 22
3.1.7 GAN EINTEILUNG
GAN 2: Handsprechfunkversorgung außerhalb von
Gebäuden, Trageweise am Gürtel bzw. an der
Schutzausstattung
GAN 3: Handsprechfunkversorgung innerhalb von
Gebäuden, Trageweise in Kopfhöhe
GAN 4: Handsprechfunkversorgung innerhalb von
Gebäuden, Trageweise am Gürtel bzw. an der
Schutzausstattung
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 23
3.1.7 GAN EINTEILUNG
Aktueller Stand in Rheinland Pfalz (09/13):
GAN-Gruppe
Anteil der
Landesfläche
GAN 0/1 und besser
96,69 %
GAN 2 und besser
91,47 %
GAN 3 und besser
86,23 %
GAN 4 und besser
74,49 %
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 24
3.2 GRUNDLAGEN
ELEKTROMAGNETISCHER WELLEN
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 25
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Wie kommen
Informationen
von A nach B?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 26
3.2.1 ELEKTROMAGNETISCHE
WELLEN
Zur drahtlosen Übertragung sind
elektromagnetische Wellen nötig
Bildquelle : Schulungsunterlage Digitalfunk LFKS RLP
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 27
3.2.1 ELEKTROMAGNETISCHE
WELLEN
magnetisches
Feld
Beide Felder existieren nebeneinander und stehen senkrecht
zueinander. Das entstehende elektromagnetische Feld breitet
sich kugelförmig aus.
Abgestrahlte EM-Felder EM-Wellen
Entstehen durch Spannungs- und Stromveränderungen
Bildquelle: J.Wilde, Kommunkations- und Datensysteme,
Vorlesung FH Köln, Rettungsingenieurwesen
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 28
3.2.1 ELEKTROMAGNETISCHE
WELLEN
Elektromagnetische Welle = periodische Schwingung, die sich durch
Wiederholung räumlich ausbreitet.
Bildquelle : Schulungsunterlage Digitalfunk LFKS RLP
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 29
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Frequenz
Was genau
bedeuten die
verschiedenen
Begriffe?
Wellenlänge
Amplitude
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 30
3.2.2 FREQUENZ
Die Anzahl der Schwingungen pro Sekunde bezeichnet
man als Frequenz.
Die SI-Einheit der Frequenz ist Hz (Hertz) und wird in
Anzahl Schwingungen pro Sekunde angegeben
1 Hz= 1(Schwingung)/s
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 31
3.2.2 FREQUENZ
Die für den Digitalfunk zur Verfügung stehenden Frequenzen,
beschränken sich auf folgende Frequenzbänder:
380-385 MHz im Uplink (1MHz = 1.000.000 Hz)
390-395 MHz im Downlink
Bildquelle : Schulungsunterlage Digitalfunk LFKS RLP
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 32
3.2.2 FREQUENZ
380,000 - 380,150 MHZ
14 Frequenzen DMO
390,000 - 390,150 MHZ
380,150 - 384,850 MHZ
390,150 - 394,850 MHZ
186 Frequenzen TMO
Beachte: 25 kHz Frequenzabstand
Bsp:
380,000/ 380,025/ 380,050/ 380,075/ 380,100/ 380,125/ 380,150 MHZ
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 33
3.2.3. WELLENLÄNGE
Die Länge einer kompletten Schwingung, also einer
positiven Halbwelle (Wellenberg) und einer negativen
Halbwelle (Wellental) bezeichnet man als
Wellenlänge.
Formelzeichen: λ (Lambda)
Die Wellenlänge wird mit Längenmaßen angegeben
(m, nm etc.).
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 34
3.2.3 WELLENLÄNGE
Beispiel Digitalfunk:
𝐴𝑢𝑠𝑏𝑟𝑒𝑖𝑡𝑢𝑛𝑔𝑠𝑔𝑒𝑠𝑐ℎ𝑤𝑖𝑛𝑑𝑖𝑔𝑘𝑒𝑖𝑡 (𝑐)
𝑊𝑒𝑙𝑙𝑒𝑛𝑙ä𝑛𝑔𝑒 (λ) =
𝐹𝑟𝑒𝑞𝑢𝑒𝑛𝑧 (𝑓)
C= Lichtgeschwindigkeit= 300.000 km/s =300.000.000 m/s
f= 390 MHz = 390.000.000 Hz =390.000.000 *1/s
λ = 0,772m = ca. 0,7 m = 70 cm
Wir bewegen uns mit dem Digitalfunk im 70 cm Band
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 35
3.2.4 AMPLITUDE
Bildquelle : Schulungsunterlage Digitalfunk LFKS RLP
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 36
3.2.5 MODULATION
Frequenzmodulation
Amplitudenmodulation
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 37
3.2.5 MODULATION
Phasenmodulation (Phase Shift Keying)
Durch die Übertragung von Binärcodes wird die
Modulation anders realisiert.
Bei jedem Wechsel von 1 auf 0 und umgekehrt wird
die Welle gedreht
Bildquelle: J.Wilde, Kommunkations- und Datensysteme,
Vorlesung FH Köln, Rettungsingenieurwesen
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 38
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Welche
Reichweiten kann
ich erreichen?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 39
3.2.6 REICHWEITE
Die Reichweite bei TETRA 25 ist durch die
Verwendung von Zeitschlitzen begrenzt.
Beide Funkgeräte müssen absolut parallel laufen,
damit die Zeitschlitze sich nicht verschieben. Das
heißt die Funkgeräte werden synchronisiert.
Ab einer bestimmten Entfernung kann dieses nicht
mehr garantiert werden.
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 40
3.2.6 REICHWEITE
Grundsätzlich hängt die Reichweite von noch
anderen Faktoren ab:
Sende- und Empfangsleistung
Antennenhöhe und –bauart
Geographische Umstände
Empfindlichkeit des Empfängers
Wetter (!)
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 41
3.2.6.1 SENDE- UND
EMPFANGSLEISTUNG
Prinzipiell:
Mehr Sendeleistung= Mehr Reichweite
Feldstärke wird mit dem Quadrat des Abstands
schwächer ( wie Wärmestrahlung)
Eingangsleistung
Empfänger
Ausgangsleistung
Sender
Entfernung
Empfangsfeldstärke
1
2
3
4
5
1
1/4
1/9
1/16
1/25
Bildquelle : Schulungsunterlage Digitalfunk LFKS RLP
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 42
3.2.6.1 SENDE- UND
EMPFANGSLEISTUNG
Reichweitenerhöhung durch
Sendeleistungssteigerung?
Maximal zulässige Sendeleistung reglementiert (Störreichweite)
HRT/FRT 1 W (Regulierung in Schritten bis min. 30 mW)
MRT bis 3 W (Ebenfalls mit Senderegulierung)
Basisstationen: Durchschnittlich 16 W (max. 45W; abhängig vom
Standort)
Aber:
Geographische Gegebenheiten bleiben bestehen
Antennenstandort effizient wählen
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 43
3.2.6.2 ANTENNENHÖHE
Je höher die Antenne, desto größer die Reichweite.
Maximale Höhe ist limitiert, da sonst Einbuchung in zu
viele BS möglich (Max. 15 m)
Einzelbewertung, aber Faustregel: Auf jeden Fall 2,
max. 3 BS empfangbar
A
A
A
Bildquelle: Lehrstoffmappe Sprechfunk NRW
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 44
3.2.6.3 ANTENNENPOSITION
Antennen strahlen ihre volle Leistung nur in
senkrechter Position ab.
Eine Positionsveränderung aus aerodynamischen
Gründen ist indiskutabel.
http://www.kathrein.de/de/mcs/techninfos/download/mobilfunk-antennentechnik.pdf
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 45
3.2.6.3 ANTENNENPOSITION
http://www.kathrein.de/de/mcs/techninfos/download/mobilfunk-antennentechnik.pdf
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 46
3.2.6.4 ANTENNENSTANDORT
Alle Funkgeräte im Versorgungsbereich der
Funkstation müssen diese „quasioptisch“
sehen und mit ihrer Sendeleistung erreichen
können.
Die Nutzreichweite ist die Größe des
Gebietes, in dem diese Bedingung erfüllt ist.
Bei Erhöhung der Leistung oder Veränderung
der Aufbauhöhe: Störreichweiten
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 47
3.2.6.5 GEOGRAPHISCHE
UMSTÄNDE
Die Abstrahlung der EM-Wellen wird durch diverse Einflüsse
vermindert, ausgelöscht oder auch verbessert
Beugung an Kanten und Ecken (Häuser) Mögliche
Verbesserung der Ausleuchtung bei schlechterer Qualität
Reflexion an Flächen
Absorption
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 48
3.3 AUFBAU VON FUNKANLAGEN
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 49
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Wie sind
Funkanlagen
aufgebaut?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 50
3.3 AUFBAU VON
FUNKANLAGEN
Sender
Empfänger
Antennenumschalter / -weiche
Antenne
Hör- / Sprecheinrichtung
Stromversorgung
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 51
3.3.1 SENDER
Wandelt das Sprachsignal um und gibt es über die
Antenne wieder ab
http://www.fdb-drk.de/funkgeraete.html
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 52
3.3.2 EMPFÄNGER
Empfängt das Sprachsignal über die Antenne und wandelt es so um,
dass es über den Lautsprecher zu hören ist
http://www.fdb-drk.de/funkgeraete.html
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 53
3.3.3. ANTENNENUMSCHALTER/
ANTENNENWEICHE
Antennenumschalter:
Funkgerät im Ruhemodus auf Empfang geschaltet
Bei Betätigen der Sprechtaste: Wechsel auf Senden
Entweder Senden oder Empfangen
Antennenweiche:
Gleichzeitiges Senden und Empfangen möglich
http://www.fdb-drk.de/funkgeraete.html
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 54
3.3.4 ANTENNEN
Dienen der Abstrahlung und Aufnahme
von EM-Wellen
Diverse Bauformen
Beispiele:
Rundstahl- Antennen
Richtantennen
Breitband- Antennen
Kombi- Antennen
Ein- Band- Antennen
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 55
3.3.4 ANTENNEN
Antennenlänge ist abhängig von der
Sendefrequenz
Beste Abstrahleigenschaften bei
λ/4- und λ/2- Antennen
Wendelantenne am HRT ist eine gewickelte
λ/4- Antenne
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 56
3.3.4 ANTENNEN
Hinweis: Durch diverse Anwendungen (Digifunk,
Analogfunk, W-LAN, GSM…) werden teilweise
mehrere Antennen pro Fahrzeugdach verbaut.
(Neuer ELW 2 mit 11(!) Antennen)
Ausreichend Abstand um Störungen zu
vermeiden
J. Wilde, Kommunikations- und Datensysteme
Vorlesung FH Köln, Rettungsingenieurwesen
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 57
3.3.5 HÖR- UND
SPRECHEINRICHTUNG
Hör-/Sprecheinrichtungen wie z.B. „Funkhörer“
wandeln…
auszusendende Schallwellen im Mikrofon in
elektrische Signale (NF) um.
empfangene elektrische Signale im Lautsprecher in
Schallwellen um.
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 58
3.3.6 STROMVERSORGUNG
MRT: 12V Anschluss im KFZ
FRT: Netzspannung gleichgerichtet auf 13,5V
HRT: Akkus
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 59
3.4 LEISTUNGSMERKMALE
DIGITALFUNK
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 60
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Benötigt jeder
Gesprächsteilnehmer
eine eigene Frequenz?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 61
3.4.1 TDMA
Glücklicherweise nicht!
Das TETRA 25 System nutzt das sog.
Zeitschlitzverfahren („Time Division
Multiple Acces“)
Bildquelle : Schulungsunterlage Digitalfunk LFKS RLP
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 62
3.4.1 TDMA
Der sog. TETRA-Codec komprimiert Sprache in Päckchen a ca.
60ms
Jeder Sprachkanal wird in 4 Zeitschlitze a ca. 15 ms unterteilt
Theoretisch 4 Gespräche gleichzeitig
Beachte: Bei Basisstationen wird der erste Zeitschlitz durch einen
Organisationskanal belegt (MCCH, „Main Control Channel“)
Bei BS mit 2 Trägern: 7 Sprachkanäle belegbar
Das System sucht einen freien Zeitschlitz und vergibt diesen an
den Nutzer. Nach Gesprächsende wird dieser Zeitschlitz wieder
entzogen. (Alle belegt: „Besetztzeichen“)
7 Sprachkanäle: Normalkapazitivfunkzelle
15 Sprachkanäle: Hochkapazitivfunkzelle
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 63
3.4.1 TDMA
Vorteil: Frequenzschonendes Verfahren
Analog: 3 Kanäle für FW, RettD, Pol
3 Frequenzen (gleichzeitig Funken möglich)
Digital: Dynamische Zeitschlitze für FW, RettD, Pol
1 Frequenz (gleichzeitiges Funken möglich, wenn
unterschiedlichen Gruppen angehörig)
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 64
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Was bedeutet
eigentlich Digital
und welche
Konsequenz
ergibt sich?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 65
3.4.2 ÜBERTRAGUNG
Im wesentlichen bedeutet „Digital“, eine
Übertragung von 1 und 0
Das Signal wird
digitalisiert, das heißt
entweder Spannung oder
keine Spannung ( 1 oder
0)
Signalrauschen wird
wieder entfernt, da kein
Wert sondern Spannung
oder keine Spannung
ermittelt wird.
Es kann zu einem
gewissen Maß korrigiert
werden.
Bildquelle : Schulungsunterlage Digitalfunk LFKS RLP
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 66
3.4.2 ÜBERTRAGUNG
Konsequenz:
Das altbekannte „rauschen“ bei abnehmender
Qualität entfällt
Störgeräusche (z.B. laufender Generator) werden
herausgefiltert
Vergleich: Fernsehgerät „Artefakte“
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 67
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Wie funktioniert die
Digitalisierung,
Komprimierung und die
Filterung?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 68
3.4.3 ÜBERTRAGUNG
Digitalisierung, Komprimierung und Dekomprimierung
geschehen bereits im Endgerät
Ein sog. Vocoder tastet die Amplitude des analogen
Sprachsignals in festen Abständen ab
Resultat: Charakteristische Wertreihen, die
bezeichnend für Silben und Laute sind
Diese Werte werden dann in 1 und 0 übersetzt
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 69
3.4.3 ÜBERTRAGUNG
Jedes Endgerät enthält eine Codectabelle mit den der
menschlichen Sprache zugehörigen binären
Wertfolgen
Findet der Vocoder eine Übereinstimmung, wird der zu
dieser Folge gehörende Binärwert übertragen
Beim Empfänger passiert das gleiche in umgekehrter
Reihenfolge
Komprimierung im Verh. 1:0,23 (60 ms ca.15 ms)
Nebengeräusche werden gefiltert, da deren
„Wertfolge“ nicht hinterlegt ist
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 70
3.4.3 ÜBERTRAGUNG
Die Sprache wird zunächst vom Mikrofon als analoges
Signal aufgezeichnet.
Bildquelle: Lehrstoffmappe Sprechfunk NRW
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 71
3.4.3 ÜBERTRAGUNG
Anschließend wird der Amplitudenwert in bestimmten,
definierten Zeitintervallen abgetastet.
Bildquelle: Lehrstoffmappe Sprechfunk NRW
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 72
3.4.3 ÜBERTRAGUNG
Die resultierende Wertereihe wird dann in binäre
Signale übersetzt.
Bildquelle: Lehrstoffmappe Sprechfunk NRW
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 73
3.4.3 ÜBERTRAGUNG
Die binäre Signalfolge wird in der CODEC-Tabelle des
Endgerätes einem definierten Binärwert zugeordnet,
der dann per Funk übertragen wird.
Bildquelle: Lehrstoffmappe Sprechfunk NRW
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 74
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Und wie wird jetzt
gefunkt?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 75
3.4.4 VERBINDUNGSAUFBAU
Hier muss ein Umdenken zur bisherigen
Technik erfolgen
Früher: Denken Drücken Sprechen
Jetzt: Denken Drücken Warten Sprechen
Funkgerät gibt akustisch ein Zeichen, ab wann gesprochen
werden kann
Schulungsbedarf: Leicht entstehen Missverständnisse, da ganze
Worte möglicherweise verloren gehen
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 76
3.4.4 VERBINDUNGSAUFBAU
Bildquelle : Schulungsunterlage Digitalfunk LFKS RLP
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 77
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Kann ich abgehört
werden?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 78
3.4.5 VERSCHLÜSSELUNG
Im Gegensatz zum Analogfunkverkehr ist
der Digitalfunk verschlüsselt und das
sogar doppelt.
1) Verschlüsselung über Luftschnittstelle
2) Ende zu Ende Verschlüsselung
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 79
3.4.5 VERSCHLÜSSELUNG
Übertragungsweg: Endgerät zur BS und
umgekehrt
Geheimer, geräteinterner Funkschlüssel auf
TEA-2 Basis (spezielles Kryptosystem für
europ. Sicherheitsbehörden)
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 80
3.4.5 VERSCHLÜSSELUNG
Unter Ende-zu-Ende-Verschlüsselung
versteht man die Verschlüsselung
übertragener Daten über alle
Übertragungsstationen hinweg.
Daten werden beim Sender ver- und
beim Empfänger entschlüsselt
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 81
3.4.5 VERSCHLÜSSELUNG
Der Schlüssel für das Endgerät ist auf der BSI-Sicherheitskarte
gespeichert, wobei immer nur der jeweils aktive Schlüssel
abgelegt ist
Mit Hilfe abhanden gekommener oder gestohlener Karten ist
keine Rekonstruktion früherer Schlüssel o.ä. möglich
Bildquellen:
http://www.digitaler-bos-funk.de/tetra/BSI-Karte_a.jpg
http://www.digitaler-bos-funk.de/tetra/BSI-Karte_b.jpg
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 82
3.4.5 VERSCHLÜSSELUNG
Ähnlich SIM-Karte im Handy
Enthält:
Netzzugangsberechtigung
Ende-zu-Ende-Verschlüsselung
OPTA
Bildquellen:
http://www.digitaler-bos-funk.de/tetra/BSI-Karte_a.jpg
http://www.digitaler-bos-funk.de/tetra/BSI-Karte_b.jpg
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 83
3.4.6 WEITERLEITUNG
Ausgangssituation
HLR
VLR
Authentifizierungsdaten
Lokalisierungsdaten
HFG ELW 1
DXT Koblenz
HLR= Home Location Register (Berechtigungen/ Kennungen für alle im Bereich
dieser DXT beheimateten Geräte hinterlegt)
VLR= Visitor Location Register (Register für alle von „Extern“ auflaufenden
Geräte, z.B. RTW aus Köln fährt in RD Gruppe Koblenz ein)
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 84
3.4.6 WEITERLEITUNG
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 85
3.4.6 WEITERLEITUNG
HLR
VLR
Authentifizierungsdaten
HFG ELW 1
DXT Koblenz
HLR
VLR
Lokalisierungsdaten
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
DXT Kusel
Folie 86
3.4.6 WEITERLEITUNG
Beim Wechsel in das Gebiet einer anderen fremden
DXT (3):
Gleicher Vorgang aber zusätzlich:
(Koblenz) löscht alle Daten aus dem VLR von (Kusel)
Gruppenmitgliedschaften von (Kusel) zu (3)
übertragen
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 87
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Welche Betriebsarten
stehen zur
Verfügung?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 88
3.4.7 BETRIEBSARTEN
1)
Netzbetrieb (Grundmodus)
Trunked Mode Operation (TMO)
HRT Basisstation
In einigen Gruppen bundesweit erreichbar
2) Direktbetrieb
Direct Mode Operation (DMO)
HRT HRT (keine Infrastruktur nötig)
Begrenzte Reichweite
Egtl. als Rückfallebene vorgesehen (Bei Netzausfall z.B.)
3) Datenverkehr mittels SDS
Short Data Service (ähnlich einer SMS)
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 89
3.4.7 BETRIEBSARTEN
Im DMO stehen weniger Frequenzen zur
Verfügung
Mehrfachvergebung der lediglich
nummerierten DMO-Gruppen
(bundesweit einheitliche Nummerierung)
Mögliche Störungen durch
Überreichweiten
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 90
3.4.7 BETRIEBSARTEN
Wann sollte man welche
Betriebsart nutzen?
TMO
Außeneinsatz
DMO
Außeneinsatz
ohne
Netzanbindung
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Innenangriff
Folie 91
3.5 VERKEHRSARTEN UND
VERKEHRSFORMEN
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 92
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Was bedeutet
Verkehrsform
und Verkehrsart?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 93
3.5.1 VERKEHRSARTEN
Richtungsverkehr
z.B. ILTS FME
S
1 Frequenz
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
E
Folie 94
3.5.1 VERKEHRSARTEN
Halbduplex (Wechselverkehr)
z.B. DMO-Verkehr
S
1 Frequenz
E
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
S
E
Folie 95
3.5.1 VERKEHRSARTEN
Vollduplex (Gegenverkehr)
z.B. Zielruf
2 Frequenzen
S
S
E
E
Uplink: HRTBS
Downlink: BS HRT
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 96
3.5.2 VERKEHRSFORMEN
Linienverkehr
2 beteiligte Stellen
A
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
B
Folie 97
3.5.2 VERKEHRSFORMEN
Sternverkehr
Eine Übergeordnete Stelle
Die anderen gleichberechtigt
A
B1
B3
B2
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 98
3.5.2 VERKEHRSFORMEN
Kreisverkehr
Mehrere gleichberechtigte Stellen
A
B
D
C
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 99
3.5.2 VERKEHRSFORMEN
Querverkehr
Austausch von Betriebsstellen verschiedener
Funkverkehrskreise
A
B
E
C
D
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
H
F
G
Folie 100
3.6 HILFSMITTEL
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 101
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Was, wenn
der Empfang
weg ist?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 102
3.6 HILFSMITTEL
Erste Maßnahme: Standort
geringfügig verändern
Sollte die Netzversorgung schlecht, oder
nicht vorhanden sein, bietet sich der
Einsatz folgender Hilfsmittel an:
1) Repeater
2) Gateway
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 103
3.6.1 REPEATER
Gleiches Prinzip wie in der Netzwerktechnik
Das vorhandene Signal wird abgegriffen und erneut
ausgesendet (verstärkt auf neuem Zeitschlitz)
Reichweitenerhöhung
Nicht eskalierend
Repeater
Bildquelle: Projektgruppe Digitalfunk RLP
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 104
3.6.1 REPEATER
Repeater hat einen erhöhten Strombedarf
Repeater kann je nach Einstellung selbst
funken, sollte jedoch nicht mehr bewegt
werden
In einer DMO Gruppe, in der ein Repeater
geschaltet ist, ist das Senden und
Empfangen in dieser Gruppe nur von
Geräten möglich, die den Repeater auch
empfangen
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 105
3.6.2 GATEWAY
Hat ein HRT, beispielweise innerhalb
eines Gebäudes oder in einem Tal,
keinen TMO Empfang kann es in den
DMO wechseln, während ein MRT den
Gateway Modus schaltet
Hierdurch wird quasi ein Tunnel
geöffnet durch den das DMO-HRT in
den TMO-Verkehr eingespeist wird
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 106
3.6.2 GATEWAY
0
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 107
Digitalfunk
3.6.2 GATEWAY
Beachte: Das Gateway-MRT ist nicht mehr
für den Funkverkehr nutzbar
Mehrere Gateways in räumlicher Nähe stören
sich gegenseitig
Schlimmstenfalls Kommunikationsausfall
Gateway während der Fahrt ist untersagt
Empfehlung der Autorisierten Stelle: Maximal
ein Gateway pro Gruppe und Einsatzort
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 108
3.6.3 OBJEKTVERSORGUNG
Jedes zusätzlich in das Digitalfunk BOS-Netz
eingebrachte Netzelement verursacht
Rückwirkungen auf die Freifeldversorgung
Beispielhafte Möglichkeiten:
TMO-Repeater/ Eigene TBS
DMO Repeater
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 109
3.6.3 OBJEKTVERSORGUNG
TMO-Repeater
TMO Repeater empfangen das Tetra-Signal einer benachbarten
Tetra Basisstation, verstärken dieses und senden es im
Gebäudeinneren aus.
Es gibt zwei Arten von TMO-Repeatern, On-Air oder LWLRepeater
Beispiel: Flughafen
Eigene TBS Zusätzliche Ressource im Netz zu verwalten
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 110
3.6.3 OBJEKTVERSORGUNG
TMO-Repeater über LWL/Luftschnittstelle
Basisstation wird unempfindlicher
Alle Trägerfrequenzen auch im Objekt vorhanden
Direkte HF-Kopplung an BS
Nur bei räumlicher Nähe möglich
Passive Einkopplung
Richtfunk zur BS
Eigene Basisstation
Zusätzliche Trägerfrequenz erforderlich
DMO Repeater
Frequenzmangel
Keine Netzanbindung
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 111
3.7 KOMMUNIKATIONSWEGE
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 112
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Wen kann
ich, wie
erreichen?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 113
3.7.1 GRUPPENRUF
Alle Funkgeräte enthalten mehrere
Rufgruppen in ihrer „Kontaktliste“
Diese sind meist lokal in ihrer
Reichweite begrenzt, teilweise jedoch
sogar bundesweit schaltbar
Das Gruppensystem ist hierarchisch
aufgebaut
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 114
3.7.1 GRUPPENRUF
Gesprächsgruppen in RLP
FW
RettD
Nachbargrp.
DMO
OEZ/TBZ/RZ/TUIS
LK MYK
Land/
LFKS
ILST KO
ILST KH
Bund
Hessen
OEZ
TBZ
DMO FW
StV
Andernach
RP ANDER F1
LFKS 22
RP KO R
RP KH R
BU_RTHAnruf
Wiesbaden
WI_EL
OEZ MYK
TBZ_301_BOS
301F (+)
Diese Tabelle stellt einen Auszug aus der Gruppenstruktur dar!
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 115
3.7.1 GRUPPENRUF
Einer spricht, alle anderen hören zu und können
antworten
Die Zeitschlitzvergabe erfolgt automatisch
Man hat keine Handhabe über die verwendete
Frequenz
Die Identität des Sprechenden wird übermittelt
Der Gruppenruf stellt die Regelkommunikationsart im
Digitalfunkverkehr dar
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 116
3.7.1 GRUPPENRUF
Es ist möglich unter taktischen
Gesichtspunkten, dynamische Gruppen
zu bilden.
So können FW, Pol, RettD etc.
unmittelbar miteinander funken, ohne
mühsam durch die Gruppen zu
wechseln.
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 117
EXKURS ANWENDUNGSMÖGLICHKEIT
IM EINSATZ
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 118
PHYSIKALISCHE UND
TECHNISCHE GRUNDLAGEN
Wie wird das
Gruppenkonzept
an der E-Stelle
umgesetzt?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 119
LANDESKONZEPT FERNMELDERICHTLINIE
DIGITALFUNK
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 120
LANDESKONZEPT FERNMELDERICHTLINIE
DIGITALFUNK
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 121
LANDESKONZEPT FERNMELDERICHTLINIE
DIGITALFUNK
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 122
LANDESKONZEPT FERNMELDERICHTLINIE
DIGITALFUNK
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 123
LANDESKONZEPT FERNMELDERICHTLINIE
DIGITALFUNK
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 124
LANDESKONZEPT FERNMELDERICHTLINIE
DIGITALFUNK
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 125
LANDESKONZEPT FERNMELDERICHTLINIE
DIGITALFUNK
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 126
LANDESKONZEPT FERNMELDERICHTLINIE
DIGITALFUNK
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 127
3.7.2 INDIVIDUALRUF
Neben dem Gruppenruf besteht die Möglichkeit,
einen Funkteilnehmer gezielt zu erreichen.
Hierfür ist die ISSI des anderen nötig. Der Einzelruf
kann auf 2 verschiedene Arten erfolgen
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 128
3.7.2 INDIVIDUALRUF
Als Einzelruf
Es wird ganz normal mit dem Funkpartner, unter
Verwendung der Sprechtaste gefunkt
(Halbduplexbetrieb)
Verbraucht nur die normalen Ressourcen
Als „Telefongespräch“ oder Zielruf
Wie bei der Telefonie, kann gleichzeitig gesendet und
empfangen werden (Vollduplexbetrieb). Diese
Methode kostet erhebliche Netzressourcen und wird
voraussichtlich nur begrenzt freigeschaltet sein
Achtung: Einzelruf im DMO blockiert die ges. Gruppe
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 129
3.7.2 INDIVIDUALRUF
Entsprechend konfigurierte Geräte sind
in der Lage, Festnetztelefonate zu
führen
Ressourcenverbrauch enorm
Kostenpflichtig
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 130
3.7.3 NOTRUF
Bei den verwendeten Funkgeräten ist eine
Notruffunktion integriert
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 131
3.7.3 NOTRUF
Grundsätzlich können verschiedene
Gesprächsprioritäten festgelegt werden. Wollen
mehrere Personen gleichzeitig sprechen, wird
derjenige mit der höheren Priorität durchgelassen.
Notruf= Höchste Prioritätsstufe
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 132
3.7.3 NOTRUF
Bei Betätigen der Notruf – Taste werden laufende
Gespräche sofort für eine definierte Zeit unterbrochen
und der Teilnehmer, der die Notruftaste gedrückt hat,
kann sprechen.
Ein erneutes Drücken der Sprechtaste ist nicht
erforderlich
GPS-Übermittlung der Koordinaten programmierbar
Identität des Hilfeersuchenden wird am HRT angezeigt
Notruf kann durch Tastendruck beendet werden
Geräte mit nicht gelesener Meldung: Nicht
ausschaltbar
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 133
3.7.3 NOTRUF
30 Sekunden
Sprachübertragun
g
Anschließend 30 Sek. Antwort Notruf=1 Min.
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 134
3.7.4 DATENVERKEHR/FMS
Ähnlich einer SMS soll es möglich sein, kurze
Textnachrichten zu übermitteln
Maximale Zeichenanzahl: 140
Auch das Versenden von FMS-Status ist in der
Diskussion, um den Funkverkehr zu entlasten
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 135
3.8 VORTEILE ZUSAMMENGEFASST
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 136
3.8 VORTEILE
ZUSAMMENGEFASST
Die Vorteile des Digitalfunks sind vielfältig
im Bezug auf:
1)Technische Möglichkeiten
2) Benutzerfreundlichkeit
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 137
3.8 VORTEILE
ZUSAMMENGEFASST
Hohe Reichweiten
Dynamische
Gruppen
Frequenzökonomie Gateway/Repeater
Einzelruf
Geräte sperrbar
Geräteidentifikation „Ein Netz für alle“
Notruf
GPS Ortung
Sprachqualität
DMO/TMO in
einem Gerät
Verschlüsselung
0800/ DIFURLP
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 138
FRAGEN?
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
Folie 139
Ende des Kapitels „Physikalische und
technische Grundlagen“
Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz
09. Februar 2009
Folie 140