3 PHYSIKALISCHE UND TECHNISCHE GRUNDLAGEN Feuerwehr und Katastrophenschutzschule

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 Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Wie sieht der Netzaufbau/die Netzstruktur aus? Folie 3

3. 1 EINFÜHRUNG TETRA= „Terrestrial Trunked Radio“ 25= 25 k. Hz 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 Ø HRT: Handheld Radio Terminal= Handfunkgerät Ø MRT: Mobile Radio Terminal= Fahrzeugfunkgerät Ø 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) Ø 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 Ebene II Basisstationen Ebene I Endgeräte Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 10

3. 1. 2. 3 VERMITTLUNG (EBENE III) DXT= Vermittlungsstellen Ø Hier sind die wesentlichen Funktionen des Netzes hinterlegt Ø Administrative Stellen (ILTS) sind mit den DXT verbunden Ø Stellen Verbindung zu Transitvermittlungsstellen (DXTT) her Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 11

3. 1. 2 NETZAUFBAU IN 4 EBENEN NMC Ebene IV Transitvermittl. DXTT ILTS Ebene III Vermittlung 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 Ø Überwachungseinheit Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 13

3. 1. 2 NETZAUFBAU IN 4 EBENEN NMC Kernnetz ILTS Ebene IV Transitvermittl. DXTT Ebene III Vermittlung DXT Zugangsnetz Ebene II Basisstationen Ebene I Endgeräte Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 14

3. 1. 3 ZAHLEN Ø 2 NMC in Berlin und Hannover Ø 4 Transitvermittlungsstellen Ø 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: Ø Zur kurzfristigen Korrektur von Versorgungsengpässen, sollen mobile Basisstationen eingesetzt werden 3 Verfahrenskonzepte: Ø Systembetrieb (Einbindung ins Netz) Ø Solobetrieb (autarke m. BS) Ø Mobile Netzstruktur (Bis zu 8 m. BS) Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 17

3. 1. 5 EXKURS TEMPORÄRE NETZERWEITERUNG Ø Die m. BS 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 Ø Vorherige Informationen aus Infobrief der Arbeitsgruppe Digitalfunk RLP ABER: Ø Stand jetzt gibt es diese Möglichkeit noch nicht. Ø Arbeitsgruppe forscht Ø 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 Ø Verkehr von Endgerät zu Endgerät mit/ohne Zwischenschaltung einer Leitstelle. Ø Verkehr von Leitstellen zur einer Vielzahl von Endgeräten (Standard Verkehrs Kreis der BOS). Ø Permanente Konferenzschaltung mit unterschiedlich vielen Teilnehmern, auch bei Großeinsätzen. Keine Verschlechterung Ø Schutz vor unberechtigtem Mithören und Manipulation durch Verschlüsselung. Verbesserung Ø Beseitigung des durch die Vielzahl der BOS-Funksystem-Betreiber erzeugten permanenten Frequenzmangels. Ø 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“ Ø GAN 0 : Flächendeckende Funkversorgung mindestens für Kfz-Betrieb, auch in schneller Bewegung Ø 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 Ø GAN 2: Handsprechfunkversorgung außerhalb von Gebäuden, Trageweise am Gürtel bzw. an der Schutzausstattung Ø GAN 3: Handsprechfunkversorgung innerhalb von Gebäuden, Trageweise in Kopfhöhe Ø 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 Wellenlänge Was genau bedeuten die verschiedenen Begriffe? 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 Ø Die für den Digitalfunk zur Verfügung stehenden Frequenzen, beschränken sich auf folgende Frequenzbänder: 380 -385 MHz im Uplink (1 MHz = 1. 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 390, 000 - 390, 150 MHZ 380, 150 - 384, 850 MHZ 390, 150 - 394, 850 MHZ 14 Frequenzen DMO 186 Frequenzen TMO Beachte: 25 k. Hz 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 Ø Die Länge einer kompletten Schwingung, also einer positiven Halbwelle (Wellenberg) und einer negativen Halbwelle (Wellental) bezeichnet man als Wellenlänge. Ø Formelzeichen: λ (Lambda) Ø Die Wellenlänge wird mit Längenmaßen angegeben (m, nm etc. ). Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 34

3. 2. 3 WELLENLÄNGE Beispiel Digitalfunk: C= Lichtgeschwindigkeit= 300. 000 km/s =300. 000 m/s f= 390 MHz = 390. 000 Hz =390. 000 *1/s λ = 0, 772 m = 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 m i g n u d n e w n Amplitudenmodulation A t e d n i F Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz k n u f g o l a n A Folie 37

3. 2. 5 MODULATION Ø Phasenmodulation (Phase Shift Keying) Ø Durch die Übertragung von Binärcodes wird die Modulation anders realisiert. Ø 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 Ø Die Reichweite bei TETRA 25 ist durch die Verwendung von Zeitschlitzen begrenzt. Ø Beide Funkgeräte müssen absolut parallel laufen, damit die Zeitschlitze sich nicht verschieben. Das heißt die Funkgeräte werden synchronisiert. Ø 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: Ø Sende- und Empfangsleistung Ø Antennenhöhe und –bauart Ø Geographische Umstände Ø Empfindlichkeit des Empfängers Ø Wetter (!) Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 41

3. 2. 6. 1 SENDE- UND EMPFANGSLEISTUNG Prinzipiell: Ø Mehr Sendeleistung= Mehr Reichweite Ø 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) Ø HRT/FRT 1 W (Regulierung in Schritten bis min. 30 m. W) Ø MRT bis 3 W (Ebenfalls mit Senderegulierung) Ø Basisstationen: Durchschnittlich 16 W (max. 45 W; abhängig vom Standort) Aber: Ø Geographische Gegebenheiten bleiben bestehen Antennenstandort effizient wählen Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 43

3. 2. 6. 2 ANTENNENHÖHE Ø Je höher die Antenne, desto größer die Reichweite. Ø Maximale Höhe ist limitiert, da sonst Einbuchung in zu viele BS möglich (Max. 15 m) Ø 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 Ø Antennen strahlen ihre volle Leistung nur in senkrechter Position ab. Ø 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 Ø Alle Funkgeräte im Versorgungsbereich der Funkstation müssen diese „quasioptisch“ sehen und mit ihrer Sendeleistung erreichen können. Ø Die Nutzreichweite ist die Größe des Gebietes, in dem diese Bedingung erfüllt ist. Ø 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 Ø Beugung an Kanten und Ecken (Häuser) Mögliche Verbesserung der Ausleuchtung bei schlechterer Qualität Ø Reflexion an Flächen Ø 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 Ø Sender Ø Empfänger Ø Antennenumschalter / -weiche Ø Antenne Ø Hör- / Sprecheinrichtung Ø Stromversorgung Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 51

3. 3. 1 SENDER Ø 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 Ø 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 Ø Dienen der Abstrahlung und Aufnahme von EM-Wellen Ø Diverse Bauformen Beispiele: Ø Rundstahl- Antennen Ø Richtantennen Ø Breitband- Antennen Ø Kombi- Antennen Ø Ein- Band- Antennen Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 55

3. 3. 4 ANTENNEN Antennenlänge ist abhängig von der Sendefrequenz Ø Beste Abstrahleigenschaften bei λ/4 - und λ/2 - Antennen Ø 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… Ø auszusendende Schallwellen im Mikrofon in elektrische Signale (NF) um. Ø empfangene elektrische Signale im Lautsprecher in Schallwellen um. Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 58

3. 3. 6 STROMVERSORGUNG Ø MRT: 12 V Anschluss im KFZ Ø FRT: Netzspannung gleichgerichtet auf 13, 5 V Ø 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 Ø Der sog. TETRA-Codec komprimiert Sprache in Päckchen a ca. 60 ms Ø Jeder Sprachkanal wird in 4 Zeitschlitze a ca. 15 ms unterteilt Ø Theoretisch 4 Gespräche gleichzeitig Ø Beachte: Bei Basisstationen wird der erste Zeitschlitz durch einen Organisationskanal belegt (MCCH, „Main Control Channel“) Bei BS mit 2 Trägern: 7 Sprachkanäle belegbar Ø Das System sucht einen freien Zeitschlitz und vergibt diesen an den Nutzer. Nach Gesprächsende wird dieser Zeitschlitz wieder entzogen. (Alle belegt: „Besetztzeichen“) Ø 7 Sprachkanäle: Normalkapazitivfunkzelle Ø 15 Sprachkanäle: Hochkapazitivfunkzelle Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 63

3. 4. 1 TDMA Vorteil: Frequenzschonendes Verfahren Analog: 3 Kanäle für FW, Rett. D, Pol 3 Frequenzen (gleichzeitig Funken möglich) Digital: Dynamische Zeitschlitze für FW, Rett. D, Pol 1 Frequenz (gleichzeitiges Funken möglich, wenn unterschiedlichen Gruppen angehörig) Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 64

PHYSIKALISCHE UND TECHNISCHE GRUNDLAGEN Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Was bedeutet eigentlich Digital und welche Konsequenz ergibt sich? 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: Ø Das altbekannte „rauschen“ bei abnehmender Qualität entfällt Ø Störgeräusche (z. B. laufender Generator) werden herausgefiltert Ø Vergleich: Fernsehgerät „Artefakte“ Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 67

PHYSIKALISCHE UND TECHNISCHE GRUNDLAGEN Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Wie funktioniert die Digitalisierung, Komprimierung und die Filterung? Folie 68

3. 4. 3 ÜBERTRAGUNG Ø Digitalisierung, Komprimierung und Dekomprimierung geschehen bereits im Endgerät Ø Ein sog. Vocoder tastet die Amplitude des analogen Sprachsignals in festen Abständen ab Ø Resultat: Charakteristische Wertreihen, die bezeichnend für Silben und Laute sind Ø Diese Werte werden dann in 1 und 0 übersetzt Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 69

3. 4. 3 ÜBERTRAGUNG Ø Jedes Endgerät enthält eine Codectabelle mit den der menschlichen Sprache zugehörigen binären Wertfolgen Ø Findet der Vocoder eine Übereinstimmung, wird der zu dieser Folge gehörende Binärwert übertragen Ø Beim Empfänger passiert das gleiche in umgekehrter Reihenfolge Komprimierung im Verh. 1: 0, 23 (60 ms ca. 15 ms) Ø Nebengeräusche werden gefiltert, da deren „Wertfolge“ nicht hinterlegt ist Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 70

3. 4. 3 ÜBERTRAGUNG Ø 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 Ø Anschließend wird der Amplitudenwert in bestimmten, definierten Zeitintervallen abgetastet. Bildquelle: Lehrstoffmappe Sprechfunk NRW Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 72

3. 4. 3 ÜBERTRAGUNG Ø Die resultierende Wertereihe wird dann in binäre Signale übersetzt. Bildquelle: Lehrstoffmappe Sprechfunk NRW Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 73

3. 4. 3 ÜBERTRAGUNG Ø 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 Ø Früher: Denken Drücken Sprechen Ø Jetzt: Denken Drücken Warten Sprechen Ø Funkgerät gibt akustisch ein Zeichen, ab wann gesprochen werden kann Ø 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 Ø Übertragungsweg: Endgerät zur BS und umgekehrt Ø Geheimer, geräteinterner Funkschlüssel auf TEA-2 Basis (spezielles Kryptosystem für europ. Sicherheitsbehörden) Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 80

3. 4. 5 VERSCHLÜSSELUNG Ø Unter Ende-zu-Ende-Verschlüsselung versteht man die Verschlüsselung übertragener Daten über alle Übertragungsstationen hinweg. Ø Daten werden beim Sender ver- und beim Empfänger entschlüsselt Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 81

3. 4. 5 VERSCHLÜSSELUNG Ø Der Schlüssel für das Endgerät ist auf der BSI-Sicherheitskarte gespeichert, wobei immer nur der jeweils aktive Schlüssel abgelegt ist Ø 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: Ø Netzzugangsberechtigung Ø Ende-zu-Ende-Verschlüsselung Ø 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 ü 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 ü HLR VLR Authentifizierungsdaten HFG ELW 1 DXT Koblenz HLR ü VLR Lokalisierungsdaten Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz DXT Kusel Folie 86

3. 4. 6 WEITERLEITUNG Ø Beim Wechsel in das Gebiet einer anderen fremden DXT (3): Ø Gleicher Vorgang aber zusätzlich: Ø (Koblenz) löscht alle Daten aus dem VLR von (Kusel) Ø Gruppenmitgliedschaften von (Kusel) zu (3) übertragen Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 87

PHYSIKALISCHE UND TECHNISCHE GRUNDLAGEN Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Welche Betriebsarten stehen zur Verfügung? Folie 88

3. 4. 7 BETRIEBSARTEN 1) Netzbetrieb (Grundmodus) Ø Trunked Mode Operation (TMO) Ø HRT Basisstation Ø In einigen Gruppen bundesweit erreichbar 2) Direktbetrieb Ø Direct Mode Operation (DMO) Ø HRT (keine Infrastruktur nötig) Ø Begrenzte Reichweite Ø Egtl. als Rückfallebene vorgesehen (Bei Netzausfall z. B. ) 3) Datenverkehr mittels SDS Ø 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? DMO TMO 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 Ø z. B. ILTS FME S 1 Frequenz Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz E Folie 94

3. 5. 1 VERKEHRSARTEN Halbduplex (Wechselverkehr) Ø z. B. DMO-Verkehr S 1 Frequenz E Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz S E Folie 95

3. 5. 1 VERKEHRSARTEN Vollduplex (Gegenverkehr) Ø z. B. Zielruf 2 Frequenzen S S E E Ø Uplink: HRT BS Ø Downlink: BS HRT Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 96

3. 5. 2 VERKEHRSFORMEN Linienverkehr Ø 2 beteiligte Stellen A Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz B Folie 97

3. 5. 2 VERKEHRSFORMEN Sternverkehr Ø Eine Übergeordnete Stelle Ø Die anderen gleichberechtigt A B 1 B 3 B 2 Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 98

3. 5. 2 VERKEHRSFORMEN Kreisverkehr Ø Mehrere gleichberechtigte Stellen A B D C Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 99

3. 5. 2 VERKEHRSFORMEN Querverkehr Ø 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 Ø 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 Ø Gleiches Prinzip wie in der Netzwerktechnik Ø Das vorhandene Signal wird abgegriffen und erneut ausgesendet (verstärkt auf neuem Zeitschlitz) Reichweitenerhöhung Ø Nicht eskalierend Bildquelle: Projektgruppe Digitalfunk RLP Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 104

3. 6. 1 REPEATER Ø Repeater hat einen erhöhten Strombedarf Ø Repeater kann je nach Einstellung selbst funken, sollte jedoch nicht mehr bewegt werden Ø 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 Ø 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 Ø 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 TMO DM O Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz 0 Folie 107 Digitalfunk

3. 6. 2 GATEWAY Ø Beachte: Das Gateway-MRT ist nicht mehr für den Funkverkehr nutzbar Ø Mehrere Gateways in räumlicher Nähe stören sich gegenseitig Ø Schlimmstenfalls Kommunikationsausfall Ø Gateway während der Fahrt ist untersagt Ø Empfehlung der Autorisierten Stelle: Maximal ein Gateway pro Gruppe und Einsatzort Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 108

3. 6. 3 OBJEKTVERSORGUNG Ø Jedes zusätzlich in das Digitalfunk BOS-Netz eingebrachte Netzelement verursacht Rückwirkungen auf die Freifeldversorgung Beispielhafte Möglichkeiten: Ø TMO-Repeater/ Eigene TBS Ø DMO Repeater Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 109

3. 6. 3 OBJEKTVERSORGUNG TMO-Repeater Ø TMO Repeater empfangen das Tetra-Signal einer benachbarten Tetra Basisstation, verstärken dieses und senden es im Gebäudeinneren aus. Ø Es gibt zwei Arten von TMO-Repeatern, On-Air oder LWLRepeater Ø Beispiel: Flughafen Ø Eigene TBS Zusätzliche Ressource im Netz zu verwalten Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 110

3. 6. 3 OBJEKTVERSORGUNG TMO-Repeater über LWL/Luftschnittstelle Ø Basisstation wird unempfindlicher Ø Alle Trägerfrequenzen auch im Objekt vorhanden Direkte HF-Kopplung an BS Ø Nur bei räumlicher Nähe möglich Passive Einkopplung Ø Richtfunk zur BS Eigene Basisstation Ø Zusätzliche Trägerfrequenz erforderlich DMO Repeater Ø Frequenzmangel Ø 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 Ø Alle Funkgeräte enthalten mehrere Rufgruppen in ihrer „Kontaktliste“ Ø Diese sind meist lokal in ihrer Reichweite begrenzt, teilweise jedoch sogar bundesweit schaltbar Ø Das Gruppensystem ist hierarchisch aufgebaut Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 114

3. 7. 1 GRUPPENRUF Gesprächsgruppen in RLP FW LK MYK St. V Andernach RP ANDER F 1 Rett. D Land/ LFKS 22 Nachbargrp. DMO OEZ/TBZ/RZ/TUIS ILST KO ILST KH Bund Hessen OEZ TBZ DMO FW RP KO R RP KH R BU_RTH-Anruf Wiesbaden WI_EL OEZ MYK TBZ_301_BOS 301 F (+) Diese Tabelle stellt einen Auszug aus der Gruppenstruktur dar! Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 115

3. 7. 1 GRUPPENRUF Ø Einer spricht, alle anderen hören zu und können antworten Ø Die Zeitschlitzvergabe erfolgt automatisch Ø Man hat keine Handhabe über die verwendete Frequenz Ø Die Identität des Sprechenden wird übermittelt Ø Der Gruppenruf stellt die Regelkommunikationsart im Digitalfunkverkehr dar Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 116

3. 7. 1 GRUPPENRUF Ø Es ist möglich unter taktischen Gesichtspunkten, dynamische Gruppen zu bilden. Ø So können FW, Pol, Rett. D 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

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3. 7. 2 INDIVIDUALRUF Ø Neben dem Gruppenruf besteht die Möglichkeit, einen Funkteilnehmer gezielt zu erreichen. Ø 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 Ø Es wird ganz normal mit dem Funkpartner, unter Verwendung der Sprechtaste gefunkt (Halbduplexbetrieb) Ø Verbraucht nur die normalen Ressourcen Als „Telefongespräch“ oder Zielruf Ø Wie bei der Telefonie, kann gleichzeitig gesendet und empfangen werden (Vollduplexbetrieb). Diese Methode kostet erhebliche Netzressourcen und wird voraussichtlich nur begrenzt freigeschaltet sein Ø Achtung: Einzelruf im DMO blockiert die ges. Gruppe Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 129

3. 7. 2 INDIVIDUALRUF Ø Entsprechend konfigurierte Geräte sind in der Lage, Festnetztelefonate zu führen Ø Ressourcenverbrauch enorm Ø 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 Ø Grundsätzlich können verschiedene Gesprächsprioritäten festgelegt werden. Wollen mehrere Personen gleichzeitig sprechen, wird derjenige mit der höheren Priorität durchgelassen. Ø Notruf= Höchste Prioritätsstufe Feuerwehr- und Katastrophenschutzschule Rheinland-Pfalz Folie 132

3. 7. 3 NOTRUF Ø Bei Betätigen der Notruf – Taste werden laufende Gespräche sofort für eine definierte Zeit unterbrochen und der Teilnehmer, der die Notruftaste gedrückt hat, kann sprechen. Ø Ein erneutes Drücken der Sprechtaste ist nicht erforderlich Ø GPS-Übermittlung der Koordinaten programmierbar Ø Identität des Hilfeersuchenden wird am HRT angezeigt Ø Notruf kann durch Tastendruck beendet werden Ø 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 Ø Ähnlich einer SMS soll es möglich sein, kurze Textnachrichten zu übermitteln Ø Maximale Zeichenanzahl: 140 Ø 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