Linde Aufbau und Technik des digitalen BOS-Funks

Codierung und Entschlüsselung
1. Auflage 2009
ISBN: 978-3-7723-3747-5
Verlag: Franzis Verlag
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 185 Seiten

Reihe: Elektronik

Um die Zusammenarbeit der Schengen-Staaten auf dem Gebiet der inneren Sicherheit zu verbessern, werden derzeit in den meisten EU-Staaten neue Funksysteme für die Sicherheitsbehörden installiert. Außerdem wird ein neues digitales Funknetz für Polizei, Feuerwehr und Rettungsdienste in Betrieb genommen.

Autoren/Hrsg.

Linde, Christof

Inhaltsverzeichnis

1;Cover;1
2;Copyright;5
3;Inhalt;6
4;1 Aufgaben des BOS-Funks;12
5;2 PhysikalischeGrundlagen;13
5.1;2.1 Elektromagnetische Wellen und elektrische Felder;13
5.2;2.2 Dezibel;15
5.3;2.3 Frequenzabhängige Ausbreitungseigenschaften;15
6;3 Von analog zu digital;18
6.1;3.1 Zahlensysteme;18
6.2;3.2 Analoge Signale;19
6.3;3.3 Digitalisierung analoger Signale;20
6.4;3.4 Digitale Codierverfahren;23
6.5;3.5 Abtastrate, Bandbreite und Datenmengen;24
7;4 Was ist digital amDigitalfunk?;26
7.1;4.1 Aufbau analoger Funknetze;26
7.2;4.2 Reichweite des analogen Sprechfunks;28
7.3;4.3 Relaisstellentechnik;29
7.4;4.4 Gleichwellenfunk;31
7.5;4.5 Übertragungssicherheit;33
7.6;4.6 Datenübertragung im analogen Netz;33
7.7;4.7 Übertragung digitaler Daten in BOS-Funk;34
7.8;4.8 Modulation;36
7.8.1;4.8.1 Phasenmodulation;37
7.9;4.9 Aufbau digitaler Funkgeräte;39
8;5 Multiplexverfahren;42
8.1;5.1 Grundlagen;42
8.2;5.2 Frequenzmultiplexverfahren;42
8.3;5.3 Zeitmultiplexverfahren;43
9;6 Verkehrsarten;45
9.1;6.1 Duplex oder Halb-Duplex;45
10;7 WarumDigitalfunk?;48
11;8 Übertragungsqualität;49
12;9 Sprachkompression;51
12.1;9.1 Grundlagen der Datenkompression;51
12.2;9.2 TETRA-Sprachcodec;52
12.3;9.3 Grundlagen der Sprachkompression;52
12.3.1;9.3.1 Verlustbehaftete Kompression;52
12.3.2;9.3.2 Sprachcodecs;53
12.4;9.4 ACELP-Funktionsprinzip;54
13;10 Bildung zellularer Netze;56
13.1;10.1 Grundlagen;56
13.2;10.2 Architektur von GSM-Netzwerken;57
13.3;10.3 Architektur von TETRA-Netzen;58
13.4;10.4 TETRA-Standard;61
13.5;10.5 Systembestandteile;65
13.5.1;10.5.1 Network Management Center (NMC)/Network Operation Center NOC;65
13.5.2;10.5.2 Base Transceiver Station (BTS);65
13.5.3;10.5.3 Main Switching Center (MSC);65
13.5.4;10.5.4 Home Data Base (HDB);66
13.5.5;10.5.5 Visited Data Base (VDB);66
13.6;10.6 Handover;67
14;11 Netzplanung;69
14.1;11.1 Funk-Leistungsbilanz (RF link budget);69
14.2;11.2 Ausbreitungsverluste;70
14.3;11.3 Sonstige Dämpfungsfaktoren;70
14.3.1;11.3.1 Gebäudedämpfung;70
14.3.2;11.3.2 Fahrzeuge;70
14.3.3;11.3.3 Körperdämpfung;71
14.3.4;11.3.4 Fadingreserve;71
14.3.5;11.3.5 Antennengewinne;71
14.3.6;11.3.6 Berechnung der Leistungsbilanz;71
15;12 Adressierung der Endgeräte;72
15.1;12.1 TETRA Equipment Identity (TEI);72
15.2;12.2 TETRA Subscriber Identity;72
15.2.1;12.2.1 Mobile Country Code (MCC);73
15.2.2;12.2.2 Mobile Network Code (MNC);74
15.3;12.3 Short Subscriber Identity (SSI);74
16;13 TETRA-Leistungsmerkmale;75
16.1;13.1 Statische Gruppenbildung;75
16.2;13.2 Dynamische Gruppenbildung;75
16.3;13.3 Notruf;76
16.4;13.4 Prioritäten;76
17;14 Trunked Mode Operation (TMO);77
17.1;14.1 TMO-Zielruf/-Einzelruf;78
17.2;14.2 TMO-Gruppenruf;78
17.3;14.3 Prioritätsruf (Pre-emptive Priority Call);80
17.4;14.4 Einfacher Prioritätsruf;81
17.5;14.5 Notruf;81
17.6;14.6 Offener Kanal;82
17.7;14.7 TMO-Broadcast-Ruf;82
17.8;14.8 Ambient Listening;82
17.9;14.9 Late Entry;83
17.10;14.10 Area Selection;83
18;15 Direct Mode Operation (DMO);84
18.1;15.1 DMO-Einzelruf;86
18.2;15.2 DMO-Gruppenruf;86
18.3;15.3 Dual Watch;87
18.4;15.4 Managed Direct Mode;87
18.5;15.5 DMO-Repeater;88
18.6;15.6 DMO-Gateway;90
19;16 Schnittstellen;91
19.1;16.1 TETRA-Luftschnittstelle;92
19.2;16.2 TETRA-Burst;96
19.3;16.3 Logische Kanäle;97
19.4;16.4 Steuerkanäle;98
19.4.1;16.4.1 Signalling Channel (SCH);98
19.4.2;16.4.2 Access Assignment Channel (AACH);98
19.4.3;16.4.3 Broadcast Control Channel (BCCH);98
19.4.4;16.4.4 Stealing Channel (STCH);99
19.4.5;16.4.5 Common Linearisation Channel (CLCH);99
19.5;16.5 Peripherieschnittstelle/Peripheral Equipment Interface (PEI);99
19.6;16.6 Netzwerk-Management-Schnittstelle;101
19.7;16.7 Line Interface;101
19.8;16.8 Aufbau des Inter-System-Interface (ISI);101
20;17 Sicherheit;102
20.1;17.1 Grundlagen;102
20.2;17.2 Sicherheitsmechanismen;103
20.3;17.3 Grundlagen der Verschlüsselung;105
20.4;17.4 Schlüsselmanagement;105
20.5;17.5 Gegenseitige Authentifizierung;106
20.6;17.6 Authentifizierungsschlüssel;108
20.7;17.7 Authentifizierungsschlüssel-Management;109
20.8;17.8 Verschlüsselungsalgorithmen;110
20.9;17.9 Luftschnittstellenverschlüsselung;110
20.10;17.10 Luftschnittstellenverschlüsselung im TMO;111
20.10.1;17.10.1 Punkt-zu-Punkt-Kommunikation;112
20.10.2;17.10.2 Kryptoschlüssel in der Punkt-zu-Punkt-Kommunikation;112
20.11;17.11 Gruppenkommunikation;113
20.11.1;17.11.1 Kryptoschlüssel in der Gruppenkommunikation;114
20.12;17.12 Luftschnittstellenverschlüsselung im DMO;114
20.12.1;17.12.1 Kryptoschlüssel im DMO;115
20.13;17.13 Ende-zu-Ende-Verschlüsselung;115
20.13.1;17.13.1 Kryptoschlüssel in der Ende-zu-Ende-Verschlüsselung;120
20.14;17.14 Over The Air Re-Keying;120
20.15;17.15 Löschen von Geräten;120
20.16;17.16 Angriffsvarianten;122
20.16.1;17.16.1 Verkehrsanalyse;122
20.16.2;17.16.2 Wiedereinspielen von Daten;122
20.16.3;17.16.3 Denial of Service;123
20.16.4;17.16.4 Jamming;123
21;18 Datenübertragung;124
21.1;18.1 Short Data Service (SDS);125
22;19 TETRA-Hardware;127
22.1;19.1 Aufbau einer TETRA-Mobilstation;127
22.2;19.2 Aufbau der Line Station;128
22.3;19.3 Aufbau einer TETRA-Basisstation;129
22.3.1;19.3.1 Aufbau einer TETRA-Basisstationsantenne;131
22.4;19.4 Aufbau einer mobilen TETRA-Basisstation;132
23;20 Das deutsche BOS-Netz;133
23.1;20.1 BOS-Netz;136
23.2;20.2 Alarmierung;139
23.2.1;20.2.1 Iststand;140
23.2.2;20.2.2 Paging;142
23.2.3;20.2.3 Paging im Digitalfunk;143
23.2.4;20.2.4 Anforderungen an ein zukünftiges Funkalarmierungssystem;145
23.2.5;20.2.5 Rahmenbedingungen eines Funkalarmierungssystems;146
23.3;20.3 BSI – Ende-zu-Ende-Verschlüsselung;147
23.3.1;20.3.1 Hardware der BSI-Verschlüsselung;149
23.4;20.4 Betriebskonzept des BOS-Netzes;153
24;21 Endgeräte;154
24.1;21.1 Handfunkgeräte (HRT);154
24.1.1;21.1.1 EADS;154
24.1.2;21.1.2 Motorola;155
24.1.3;21.1.3 Sepura SRH3800 sGPS;156
24.1.4;21.1.4 Sepura STP8038;157
24.2;21.2 Mobilfunkgeräte (MRT);158
24.2.1;21.2.1 EADS;158
24.2.2;21.2.2 Motorola;159
24.2.3;21.2.3 Sepura SRM(G)3500;160
24.3;21.3 Alarmempfänger;161
25;22 Abkürzungen und Begriffe;162
26;23 Literatur;177
27;Sachverzeichnis;182

Leseproben

15 Direct Mode Operation (DMO) (S. 83-84)

Der Direct Mode beschreibt die Fähigkeit eines TETRA-Funkgeräts, unabhängig von eventuell vorhandener Netzinfrastruktur die Kommunikation mit anderen Funkgeräten aufzunehmen. Zum einen wird durch dieses Leistungsmerkmal die Möglichkeit geschaffen, bei Ausfall der Netzinfrastruktur ein Mindestmaß an Kommunikationsmöglichkeiten aufrecht zu erhalten. Zum anderen ist es damit möglich, innerhalb einer bestehenden und funktionierenden TETRA-Infrastruktur unabhängige Gesprächsgruppen aufzubauen und so eine Überlastung des Netzes zu verhindern. Um das Leistungsmerkmal Direct Mode einsetzen zu können, müssen alle, die an einer DMO-Gruppe teilnehmen wollen, ihr Gerät in die Betriebsart Direct Mode manuell umschalten.

Da eine Frequenzvergabe über das Netz ohne vorhandene Infrastruktur nicht möglich ist (im TMO erhält das Funkgerät sowohl Frequenz als auch Zeitschlitz von der Basisstation zugeteilt), ist neben der Wahl der Betriebsart auch die Wahl des Kanals erforderlich. Alle Verkehrsteilnehmer, die beabsichtigen, eine DMO-Gruppe zu errichten, müssen also zwangsläufig ihr Gerät auf dieselbe (zuvor im Gerät einprogrammierte) Gruppe schalten. Eine DMOGruppe wird durch eine festgelegte DMO-Frequenz sowie eine Gruppenkennung gekennzeichnet. Somit ist es möglich, dass auf einer DMO-Frequenz mehrere DMO-Gruppen aktiv sind, ohne sich gegenseitig zu hören.

Die Gruppen „verdrängen“ sich aber gegenseitig. Nur einer kann zur Zeit senden. Dieser Fall sollte möglichst durch eine gute Kanalplanung (Fleetmapping) unterbunden werden. Die Bereitstellung des Zeitschlitzes (die Synchronisierung der einzelnen Funkgeräte) erfolgt durch den DMO-Master. Dieser DMO-Master ist nicht etwa ein speziell geschaltetes, sondern das erste Funkgerät, das in dieser Gruppe die Sprechtaste betätigt. Nach Bestätigung der Sprechtaste prüft das Funkgerät zunächst, ob auf der gewählten Frequenz kein weiteres Gerät sendet. Wurde festgestellt, dass der Kanal nicht belegt ist, stellt der DMO-Master das erforderliche Zeitschlitz-Muster zur Verfügung.

Die übrigen Geräte, soweit sie das Signal empfangen können, schalten daraufhin auf Empfang, sodass die vom Master übertragenen Signale aus dem Lautsprecher wiedergegeben werden können. Wie aus dieser Beschreibung hervorgeht, können im Direct Mode daher ausschließlich Gespräche im Halb-Duplex geführt werden. ImVorfeld müssen die für den DMO-Betrieb vorgesehenen Funkkanäle verbindlich netzweit festgelegt werden. Diese Frequenzen stehen daraufhin im Netz für den TMO-Betrieb nicht mehr zur Verfügung. Im Rahmen der Frequenzplanung muss daher geprüft werden, wie viele Frequenzen für den Aufbau einer zufriedenstellenden Versorgung im TMO benötigt werden. Insbesondere im Bereich der innereuropäischen Staatsgrenzen müssen die DMOKanäle grenzübergreifend harmonisiert werden.

Grundsätzlich benötigt der DMO-Master zur Übertragung seiner Nachricht lediglich einen Zeitschlitz. Für einen sicheren Betrieb werden im DMO-Kanal insgesamt zwei Zeitschlitze benötigt. Der zweite Zeitschlitz dient anderen Gesprächsteilnehmern dazu, dem Mastergerät anzuzeigen, dass ein Sprechwunsch höherer Priorität vorliegt. In der Regel ist dieser Ruf höherer Priorität ein Notruf. Ohne die Zurverfügungstellung eines zweiten Übertragungskanals wäre es keinem Gerät möglich zu senden, solange der Master seine Sprechtaste gedrückt hat.

Wie die Darstellung 15.1 verdeutlicht, besteht prinzipiell die Möglichkeit auf einem DMO-Kanal, der wie ein TMO-Kanal vier Zeitschlitze umfasst, parallel zwei unabhängig voneinander bestehende DMO-Gruppen zu installieren. Dieses Leistungsmerkmal wird in der ETSI-Spezifikation als Frequency Efficient Mode beschrieben. Da die Synchronisation der beiden unabhängigen Gruppen gegeneinander in der Praxis mit erheblichen Problemen verbunden ist, wird dieses Leistungsmerkmal derzeit nur von wenigen Funkgeräten unterstützt.