Struktur und Management der nichtöffentlichen Funknetze

Mémoire (de fin d'études) , 1997 , 119 Pages , Note: 2

Ingénierie - Technique de Communication et Télécommunication

1 Einleitung


Die Mobilkommunikation umfaßt die verschiedenartigsten technischen Ausprägungen. Gemeinsam ist ihnen jedoch die Eigenschaft, Kommunikation in allen Formen unterwegs, also zu Lande, zu Wasser und in der Luft mittels mobiler Kommunikationsgeräte zu betreiben. Mobilkommunikation kann überall dort sinn- voll eingesetzt werden, wo Menschen nicht ständig über ein stationäres Endgerät kommunizieren können, aber kommunikationsfähig sein sollten. Dem unterschiedlichen Mobilitätsbedarf tragen auch unterschiedliche Systeme und Netze Rechnung, die spezifische Mobilitätsanforderungen erfüllen. Im Privatbereich sind das die schnurlosen Telefone mit zellenbegrenzter Mobilität bzw. im Firmenbereich mit zellenübergreifender Mobilität. Die dafür vorgesehenen Verfahren und Netze heißen CT1, CT2 und DECT. Im Firmenbereich ist außerdem der Betriebsfunk zu nennen. Der Bündelfunk ist ein intelligenter Netzdienst, der aus regionalen Zellularnetzen besteht und aufgrund der modernen Technik der Frequenzbündelung den Betriebsfunk ablöst. Weiterhin existieren wichtige Kommunikationsnetze im Bereich der Behörden, Organisation und Sicherheit.


Diese Diplomarbeit gibt Auskunft über nichtöffentliche Funkanwendungen, wie z. B. Betriebsfunk, Bündelfunk und BOS-Funk. Darüber hinaus enthält sie Informationen über den Flug-, See- und Schifffahrtsfunk, über Militärfunksysteme und über moder- ne Systeme und Anwendungen in der Satellitenkommunikation.


Am Anfang dieser Arbeit werden einige häufig angewandte fachliche Grundlagen erläutert. Das Hauptaugenmerk liegt in der anschaulichen Beschreibung der vielen verschiedenen lokalen Kommunikationsnetze im Sprech- und Datenfunkverkehr.


Um den Lesern die Verständlichkeit des technischen Inhaltes dieser Diplomarbeit zu erleichtern, wurde dieser ein übersichtliches Abkürzungsverzeichnis in tabellarischer Form beigelegt.

Inhaltsverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1 Einleitung

2 Fachliche Grundlagen

3 Nichtöffentliche Funknetze
3.1 Betriebsfunk
3.1.1 Zugfunk
3.1.2 Neues GSM-R-System
3.1.2.1 DIBMOF-Pilotstrecke
3.1.2.2 Unterschiede von GSM-R zu GSM
3.1.2.3 GSM-R bei europäischen Bahnen
3.2 Bündelfunk
3.2.1 Grundlagen
3.2.1.1 Grundstrukturen von Bündelfunknetzen
3.2.1.2 Leistungsmerkmale
3.2.1.3 Verkehrsarten
3.2.1.4 Unterschiede zum öffentlichen Bündelfunk
3.2.2 Bündelfunksystem SMARTNET
3.2.2.1 Einleitung
3.2.2.2 Systemeigenschaften
3.2.2.3 Organisation der Funkteilnehmer
3.2.2.4 Konzept des Bündelfunkterminals
3.2.3 Bündelfunksystem PLUS
3.3 BOS-Funk
3.3.1 Grundlagen
3.3.1.1 BOS-Dienste
3.3.1.2 Funkkanäle und Frequenzen
3.3.1.3 Funknetze
3.3.1.3.1 Dispatchernetz
3.3.1.3.2 Relaisstellennetz
3.3.1.3.3 Gleichwellen- und Gleichkanalfunk
3.3.1.3.4 Alarmnetz
3.3.2 Funkfernschreibnetze
3.3.2.1 Polizei
3.3.2.2 Bundesgrenzschutz
3.3.2.3 Interpol
3.3.2.4 Deutsches Rotes Kreuz
3.3.3 Feuerwehrsprechfunk
3.3.3.1 Aufbau einer Funkanlage
3.3.3.2 Funkverkehr
3.3.3.3 Verkehrsformen
3.3.4 BOS-Funkmeldesystem FMS
3.3.4.1 Technik des FMS
3.3.4.2 Telegrammaufbau
3.4 Flugfunk
3.4.1 Beweglicher Funkdienst im VHF-Bereich
3.4.2 Navigationsfunk
3.4.3 Militärischer Flugfunk
3.4.4 Flugfunk im UHF-Bereich
3.4.5 Flugfunk im KW-Bereich
3.5 See- und Schiffahrtsfunk
3.6 Militärfunksysteme
3.6.1 Militärisches Satellitenfernmeldesystem der USA „DSCS“
3.6.2 Satellitennavigationssystem der USA „NAVSTAR“
3.6.3 Satellitenfernmeldesystem der USA „MILSTAR“
3.6.4 Deutsches Automatisiertes Fernmeldenetz „AUTOKO“
3.7 Satellitenkommunikation
3.7.1 Frequenzen
3.7.2 Anwendungen
3.7.2.1 INMARSAT-C-Dienst für den Spediteur
3.7.2.2 Satellitenkommunikation im Schiffsmanagement
3.7.2.3 Satellitenkommunikation in der Luftfahrt

4 Öffentliche Funknetze
4.1 Öffentliche Standards
4.2 Zellulare und satellitengestützte Netze

5 Zusammenfassung

Literaturverzeichnis

Anhänge A, B, C, D, E

Erklärung über die Selbständigkeit der Arbeit

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1 Einleitung

Die Mobilkommunikation umfaßt die verschiedenartigsten technischen Ausprä- gungen. Gemeinsam ist ihnen jedoch die Eigenschaft, Kommunikation in allen Formen unterwegs, also zu Lande, zu Wasser und in der Luft mittels mobiler Kommunikationsgeräte zu betreiben. Mobilkommunikation kann überall dort sinn- voll eingesetzt werden, wo Menschen nicht ständig über ein stationäres Endgerät kommunizieren können, aber kommunikationsfähig sein sollten. Dem unterschied- lichen Mobilitätsbedarf tragen auch unterschiedliche Systeme und Netze Rechnung, die spezifische Mobilitätsanforderungen erfüllen. Im Privatbereich sind das die schnurlosen Telefone mit zellenbegrenzter Mobilität bzw. im Firmenbereich mit zellenübergreifender Mobilität. Die dafür vorgesehenen Verfahren und Netze heißen CT1, CT2 und DECT. Im Firmenbereich ist außerdem der Betriebsfunk zu nennen. Der Bündelfunk ist ein intelligenter Netzdienst, der aus regionalen Zellularnetzen besteht und aufgrund der modernen Technik der Frequenzbündelung den Betriebs-funk ablöst. Weiterhin existieren wichtige Kommunikationsnetze im Bereich der Be-hörden, Organisation und Sicherheit.

Diese Diplomarbeit gibt Auskunft über nichtöffentliche Funkanwendungen, wie z. B. Betriebsfunk, Bündelfunk und BOS-Funk. Darüber hinaus enthält sie Informationen über den Flug-, See- und Schiffahrtsfunk, über Militärfunksysteme und über moder- ne Systeme und Anwendungen in der Satellitenkommunikation.

Am Anfang dieser Arbeit werden einige häufig angewandte fachliche Grundlagen er-läutert. Das Hauptaugenmerk liegt in der anschaulichen Beschreibung der vielen ver-

schiedenen lokalen Kommunikationsnetze im Sprech- und Datenfunkverkehr.

Um den Lesern die Verständlichkeit des technischen Inhaltes dieser Diplomarbeit zu erleichtern, wurde dieser ein übersichtliches Abkürzungsverzeichnis in tabellarischer

Form beigelegt.

2 Fachliche Grundlagen

Abstimmgeschwindigkeit

Bei Scannern mit automatischem Suchlauf werden zwei Eckfrequenzen angegeben, zwischen denen ständig nach aktiven Sendern gesucht werden soll. Die Abstimm- geschwindigkeit (auch Suchlaufgeschwindigkeit) wird in Kanälen pro Sekunde an- gegeben. Mittlere Scanner schaffen zwischen 10 und 20 Kanäle je Sekunde, die

Spitze handelsüblicher Scanner liegt bei 55 Kanälen/Sekunde.
AFC

Automatische Frequenzabstimmung beim Empfang von FM-Sendern, die im Fre-

quenzbereich oberhalb von 29 MHz liegen.
Bandbreite

Die Bandbreite bezeichnet bei Filtern und Verstärkern den Frequenzdurchlaßbereich, oder sie kennzeichnet das belegte Frequenzspektrum von Signalen bestimmter Mo-

dulations- und Betriebsarten. Je größer die Bandbreite eines Sendesignals ist, um so mehr Informationen können gleichzeitig übertragen werden und um so größer ist auch die notwendige Sendeleistung zum Erzielen einer bestimmten Reichweite. Sehr

breitbandig sind zum Beispiel Fernsehen und Stereorundfunk. Sehr schmalbandig sind dagegen Amateurfunksendungen im unteren oder oberen Seitenband auf Kurz- welle. Hier kann mit geringsten Leistungen teilweise rund um den Globus gefunkt

werden.

Basisstation BS

Sie ist die Zentralstation eines Mobilfunksystems. Die Basisstation übernimmt die Abwicklung des Funkbetriebs mit den mobilen Benutzern und sorgt darüber hinaus

für den Zugang zu terrestrischen Netzen.

Bewegliche Funkstelle

Sie ist eine Funkstelle des beweglichen öffentlichen oder nichtöffentlichen Land-funkdienstes mit einer oder mehreren Sprechfunkanlagen, die dazu bestimmt sind, während der Bewegung oder des Haltens an beliebigen Orten betrieben zu werden.

Bodenstation

Eine Kommunikationseinrichtung, bestehend aus Empfangsgeräten, Sendegeräten und Antennen zum Empfangen und normalerweise auch zum Senden von Signalen von und zum Kommunikationssatelliten. In diesem Zusammenhang spricht man auch von einer Basisstation, wobei diese in der Regel für die terrestrische Versorgung in

der Mobilkommunikation benutzt wird.

Daten

Sind Informationen zum Zwecke der Verarbeitung. Man unterscheidet zwischen di-

gitalen und analogen Daten. In diesem Zusammenhang hat man es vor allem mit Nachrichten zu tun, die nicht durch menschliche Sinne aufgenommen, sondern da- tenverarbeitenden Anlagen zur automatischen Verarbeitung zugeführt werden oder von diesen herrühren. Daten sind Informationen, die in Dateien für die Verarbeitung durch den Computer gespeichert sind. Bei den Daten kann es sich um Buchstaben, Zahlen oder Symbole handeln. Daten werden als Arbeitsgrundlage für Anwendungs- programme in den Computer eingegeben. Nach DIN 44 300 sind Daten als Zeichen oder kontinuierliche Funktionen definiert, die aufgrund von bekannten oder unter- stellten Abmachungen dem Zwecke der Verarbeitung dienen.

Duplex-Betrieb

Wenn gleichzeitig gesprochen (gesendet) und gehört (empfangen) werden kann, nennt man diese Kommunikationsart Duplex-Betrieb. Da die drahtgebundenen Bedienplätze bzw. Dispatcherplätze jederzeit in der Lage sein müssen, auf einen Zwischenruf (z. B. Notruf) zu reagieren, ist diese Betriebsart in Bündelfunksystemen

nur bei diesen im Einsatz. Prinzipiell könnte der Duplex-Betrieb auch bei den Mobil- stationen angewendet werden, jedoch führt ein echter Telefonie-Betrieb zu einer we- sentlich längeren Gesprächsdauer als ein Wechselsprechbetrieb und damit zu einer höheren Verkehrsbelastung des Bündelfunksystems. Aus dem Bild 2.1 ist diese häu- fig verwendete Betriebsart anhand eines Beispiels in der Datenübertragung ersicht- lich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 2.1: Duplex-Betrieb bei der Datenübertragung

Einzellen-Netz

Eine einzelne Funkzelle stellt die kleinstmögliche Einheit eines Zellularnetzes dar. Drahtlose lokale Netzwerke, die lediglich aus einer einzigen Funkzelle bestehen, nennt man Einzellen-Netze. Solche Netze können autonom oder als LAN-Segment eines drahtgebundenen lokalen Netzwerks betrieben werden. Der Aufbau von meh- reren autonomen Funkzellen nebeneinander ist denkbar und unter Umständen aus Si-

cherheitsgründen sogar sinnvoll.

Empfindlichkeit

Ist die Maßeinheit dafür, wie gut auch relativ schwache Stationen noch empfangen werden können, d. h. mit welchem Signal eine mittlere Verständlichkeit (Signal-/ Rauschabstand von 10-12 dB) erreicht wird. Die Empfindlichkeit wird in Mikrovolt angegeben (je kleiner der Wert, desto empfindlicher ist der Empfänger). Eine zu ho- he Empfindlichkeit kann zu Geisterstationen und Pfeifen führen. Deshalb sollte das

Werbeargument einer hohen Empfindlichkeit mit Vorsicht betrachtet werden.

Fading

Als Fading oder Schwund bezeichnet man die Schwankung der Empfangsfeldstärke. Diese Erscheinung kann bei Kurzwellen auftreten, wenn sich Wellenzüge mit ver- schiedener Laufzeit und dadurch verschiedener Phasenlage an der Empfangsantenne

gegenseitig abschwächen oder sogar auslöschen.

Funkverkehrsbereich

Er ist die betriebliche Zusammenfassung mehrerer Funkverkehrskreise.

Funkverkehrskreis

Er ist die organisatorische Zusammenfassung der Funkstellen, die in einem bestimm-ten Gebiet auf einem Kanal als Orts-, Bezirks- oder Landesfunkverkehrskreise betrie-

ben werden können.

Funkzentrale

Sie ist eine ortsfeste Landfunkstelle, deren technische Einrichtungen die Verbindung ihrer Funkanlagen untereinander und/oder die Verbindung mit unmittelbar ange-schlossenen Betriebsstellen einer privaten Drahtfernmeldeanlage, mit einer Telefon-nebenstellenanlage oder mit einem Telefonhauptanschluß ermöglicht.

Halbduplex-Betrieb

In dieser Betriebsart können Stationen senden und empfangen. Das Halbduplex-Verfahren erlaubt die wechselseitige Nutzung eines Übertragungskanals in bei- den Richtungen (Wechselverkehr). An den Schnittstellen kann zu einem Zeitpunkt nur gesendet oder empfangen werden. Die Signalrichtung kehrt sich dabei um. Sie entspricht einer nichtsimultanen Zweiweg-Kommunikation. Ein typisches Beispiel dafür ist das Fernschreibnetz. In Bild 2.2 ist der Halbduplex-Betrieb als Blockschalt- bild dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 2.2: Halbduplex-Betrieb bei der Datenübertragung

Nachbarkanalselektion

Sie ist ein Maß für die Fähigkeit eines Empfängers, einen gewünschten Sender, möglichst ohne Störungen durch einen frequenzmäßig benachbarten Sender, wieder- zugeben. Maßeinheit ist dB (Dezibel). Je größer der Wert ist, desto besser die Trenn-

schärfe.

Rauschen, Rauschzahl

Schwache Signale gehen in den vielfältigen Arten des Rauschens (z. B. atmosphä- risches, thermisches, kosmisches oder technisches Rauschen) durch von Menschen hergestellte elektrische Geräte wie Computer, Rundfunkgeräte, Sender, Leuchtstoff- röhren oder Elektromotoren) oft unter. Bei Empfängern taucht in den technischen Daten oft der Begriff Rauschgrenze auf. Er bezeichnet die Empfindlichkeit eines Empfängers. Die Rauschgrenze bzw. Grenzempfindlichkeit ist ein Maß für die Fä- higkeit, schwache Signale vom Rauschen zu unterscheiden und so wiederzugeben,

daß sie vom Gerät weiterverarbeitet und hörbar gemacht werden können.

Relaisfunk

Hierbei wird eine Verbindung nicht direkt hergestellt, sondern über einen zwischen- geschalteten Umsetzer, eine an einem höhergelegenen Standort installierte automa- tische Sende- und Empfangsanlage. Damit die Anlage gleichzeitig senden und emp- fangen kann, muß sie mit unterschiedlichen Ein- und Ausgangsfrequenzen arbeiten. Beim Polizeifunk werden größere Entfernungen auf diese Weise überbrückt bzw.

schlechte Empfangsverhältnisse in fahrenden Streifenwagen ausgeglichen.

Satellitenkommunikation

Ist in einem Kommunikationssystem vorhanden, bei dem zur Übertragung von Nach- richten im Rahmen von Individualkommunikation wie auch Massenkommunikation (Telekommunikation) Satelliten eingesetzt werden. Die Übertragung umfaßt ortsfeste als auch mobile Endgeräte. Bei der Positionierung der Satelliten unterscheidet man die geostationäre Positionierung, Satelliten mit mittlerer Flughöhe und Satelliten mit niedriger Flughöhe. Die Satelliten mit geostationären Bahn (GEO) sind in einem Ab- stand von rund 36.000 km von der Erde an einer festen Position über einer bestimm- ten Region „aufgehängt“. Der Sender und Empfänger einer Erdfunkstelle (als Ver- mittlungsstelle) kann dadurch mit Parabolantennen dauerhaft auf den Satelliten aus- gerichtet werden. Satelliten mit mittlerer Flughöhe, sogenannte Medium Earth Orbi- ter (MEO), haben eine Flughöhe zwischen 10.000 km und 15.000 km und sind erd- umlaufend. Bei den Low Earth Orbiter (LEO) handelt es sich um Satelliten, die in re-

lativ geringer Flughöhe von 700 km bis 1.500 km um die Erde kreisen.

Satellitenübertragung findet im GHz-Bereich statt und eröffnet neue Frequenzberei- che mit äußerst großer Übertragungskapazität. Darüber hinaus können diese Systeme für Broadcast-Kommunikation eingesetzt werden. Nachteilig wirken sich in der Da- tenkommunikation die langen Verzögerungszeiten zwischen Bodenstation und Satel- lit aus. Umlaufende Satellitensysteme für die Mobilkommunikation befinden sich im

Aufbau (Beispiel: Iridium).

Simplex-Betrieb

Ist der sogenannte Einwegbetrieb, bei der eine DEE nur sendet und die andere DEE nur empfängt (Richtungsbetrieb Bild 2.3). Diese Übertragungsart läßt nur einseitigen Nachrichtenfluß zu. Im Simplex-Betrieb ist keine Rückmeldung möglich.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 2.3: Simplex-Betrieb bei der Datenübertragung

Squelch

Ist die gebräuchliche englische Bezeichnung für die Rauschunterdrückung oder auch Rauschsperre genannt. Diese Technik blendet das Rauschen eines UKW-Senders aus, solange von ihm kein Nutzsignal empfangen wird. Das geschieht, indem eine Elektronik die Niederfrequenzstufe des Empfängers abschaltet. Meldet sich ein Sen- der, wird ab einem bestimmten, mit dem Rauschsperreregler wählbaren Pegel (Sig-

nal-Rauschverhältnis), die NF-Stufe eingeschaltet. Signal-Rauschabstand

Er ist ein Wert in dB, welcher das Verhältnis der Signalleistung zur Rauschleistung ausdrückt. Rauschunterdrückungssysteme heben schwache Signale soweit an, daß sie

stärker als das Rauschen sind, also gehört werden können. Þ Rauschen

Telekommunikation

Jede Übertragung, Sendung oder der Empfang von Zeichen, Signalen, Schriftbildern oder Tönen und Nachrichten gleich welcher Art mittels Leitungen, Radio oder opti- schen sowie anderen, elektromagnetischen Systemen bedeutet Telekommunikation. Um TK durchführen zu können, müssen Übertragungswege vorhanden sein und Ver- bindungen zwischen den Teilnehmern hergestellt werden. Dies erfolgt durch Tele- kommunikationsnetze. Je nach Vermittlungsprinzip unterscheidet man bei den Weit- verkehrsnetzen zwischen Netzen mit Leitungsvermittlung und Datenpaketvermitt-

lung, sowie zwischen herkömmlichen, terrestrischen Netzen und solchen für Mobil- funk.

Tonruf

Er ist das Aussenden von Tonfrequenzen als Anrufsignal oder zur Steuerung von Funkanlagen.

Wabenplan

Bei Zellularnetzen im Mobilfunk, beispielsweise im Betriebsfunk und Bündelfunk, werden Sendefrequenzen und -leistungen verwendet, deren Reichweite bei Anten- nenrundstrahlcharakteristik in einem Gebiet um die Sendeantenne herum gut ab- schätzbar ist. Wegen der begrenzten Anzahl der Sendefrequenzen ist man darauf an-

gewiesen, ein und dieselbe Frequenz mehrfach zu vergeben.

Wabenplan mit sechseckigen Zellen

Grundbedingung dafür ist, daß dieselbe Frequenz erst wieder außerhalb der Reich- weite der ersten Anwendung eingesetzt wird, wobei noch ein Sicherheitsabstand ein- gehalten werden muß. Der Versorgungsbereich eines Senders, der u. a. von Sende- frequenz und Senderleistung abhängig ist, ist im Idealfall angenähert kreisförmig, wird aber bei der Frequenzplanung als sechseckig, ähnlich einer Bienenwabe, ange- nommen und als „Frequenzwabe“ bezeichnet. Bei einem solchen Konstrukt kommt man mit sieben verschiedenen Senderfrequenzen aus, ohne gegenseitige Störungen

befürchten zu müssen.

Um gegenseitige Störungen auszuschließen, müssen alle Sender der Nachbarzellen auf anderen Frequenzen senden. Die aneinandergrenzenden Versorgungsbereiche der Basisstationen sind in einem sogenannten Wabenplan verknüpft und werden mit un- terschiedlichen Frequenzen betrieben. Diese können nach Einhaltung eines gewissen Schutzabstands wieder verwendet werden. Bei entsprechender Struktur des zellularen

Netzes genügen zur flächendeckenden Abstrahlung nur wenige Sendefrequenzen.

Eine Funkzelle besteht im Minimum aus einem Sender/Empfängerpaar und wird als der Raum definiert, den eine Basisstation versorgt. Je nach Ausdehnung der einzel- nen Funkzellen unterscheidet man zwischen Pico-, Mikro- und Makro-Funkzellen, auch Großzellen genannt. Mikro- und Makro-Funkzellen trifft man in Zellularnetzen für die Mobilkommunikation an. Mikrozellen haben eine Ausdehnung zwischen 100 Metern und zwei Kilometern und Makrozellen zwischen zwei und 50 Kilometern, wobei die Trägerfrequenz des Senders eine entscheidende Rolle für den Funkzellen- radius bildet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 2.4: Wabenplan-Funknetz

Eine Besonderheit in Mobilfunksystemen ist das Kleinzellennetz. Bei dieser Zellen- struktur werden die Mobilfunkfrequenzen durch Verkleinerung der Funkzellen opti-maler genutzt. Das geschieht durch Verminderung der Sendeleistung auf unter 10 Watt, so daß der Versorgungsbereich dann nur noch einen Durchmesser von 10 bis 20 km hat. Vorteilhaft ist, daß die gleichen Sendefrequenzen sehr viel öfter vergeben werden können, nachteilig der hohe Organisationsaufwand beim Handover. Weitere Kennzeichen der Zellularnetze sind die automatische Weiterschaltung der Übertra- gung beim Verlassen eines Sendebereiches und das Auffinden eines Teilnehmers in- nerhalb des Mobilfunknetzes, selbst wenn dieser während der Suche gerade keine

Gesprächsverbindung hat.

3 Nichtöffentliche Funknetze

3.1 Betriebsfunk

Der Betriebsfunk ist eine Mobilkommunikation, bei der die räumliche Ausdehnung sehr begrenzt ist, daher auch die Bezeichnung „Betrieb“. Beim Betriebsfunk handelt es sich um eine Einweg-Funkkommunikation (Simplex-Betrieb) für Handel, Indus-

trie und Behörden innerhalb des nichtöffentlichen mobilen Landfunks (nömL).

Mit Hilfe von Betriebsfunksystemen werden mobile Einsatzkräfte von Unternehmen, Behörden, Verwaltungen und Organisationen über Funk gesteuert. Beispiele hierfür sind der Zugfunk, die Steuerung von Warenverteilung per Lkw, Wert- und Arznei- schnelltransporte. Da die Kapazität des Betriebsfunks nahezu ausgeschöpft ist und die Reichweite dieses Systems sehr begrenzt ist, werden sogenannte Bündelfunksys- teme immer interessanter. Dieses System wird im Punkt 3.2 anhand zweier prakti-

scher Beispiele gründlich erläutert.

Betriebsfunksysteme sind private Anlagen, für die Frequenzen beantragt werden müssen. Signalisierungs- und Selektivrufverfahren im Rahmen des Betriebsfunks be-gannen 1961 mit dem Eintonruf, auf den der Doppeltonruf, die Fünf-Ton-Folge und schließlich der Wagen-zu-Wagen-Ruf (WzW) folgte. Dieses Verfahren ist heute im Betriebsfunk weit verbreitet. So können mit der analogen Fünf-Ton-Folge eine ganze Reihe von Signalisierungsfunktionen wie Selektivruf, Gruppen- und Sammelruf,

Rufanzeige, Notruf oder Rufquittung erfüllt werden.

Die Betriebsfunksysteme arbeiten überwiegend im 2-Meter-Band und im 70-Zenti-

meter-Band. Zum größten Teil wird der Sprechfunkverkehr im Simplex-Betrieb durchgeführt. Dabei wird mehreren Bedarfsträgern eine gemeinsame Frequenz oder

ein gemeinsames Frequenzband zugeteilt.

3.1.1 Zugfunk

Ein auf den speziellen Anwendungsfall des Eisenbahnbetriebes zugeschnittenes UKW-System ist das Zugfunksystem. Es dient der Verbindung des Streckendispat-chers („Zug-Überwachungs-Verantwortlicher“ = ZÜF) und der Fahrdienstleiter auf den Unterwegsbahnhöfen mit den auf der Strecke befindlichen Zügen. Diese sind durch den Einsatz des UKW-Funksystems jederzeit erreichbar. Dadurch wird die Durchlaßfähigkeit hochbelasteter Strecken erhöht und es kann Energie durch die

Vermeidung von Zwischenhalt auf der Strecke eingespart werden.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.1: Skizze eines Zugfunksystems

Bei dem hier beschriebenen Zugfunksystem handelt es sich um ein Liniennetz. An für die optimale Funkversorgung günstigen Punkten, befinden sich entlang der Eisen-bahnstrecke, etwa alle 10 km, unbemannte Feststationen (FESA). Durch eine Vier-drahtleitung sind alle Feststationen miteinander und mit dem Streckendispatcher ver-

verbunden (siehe Bild 3.1). Im zyklischen Wechsel haben die FESA nacheinander die Sendefrequenzen fa, fb und fc (siehe Tabelle 3.1). Für die gesamte Strecke wird als Empfangsfrequenz der FESA eine einheitliche Frequenz fd verwendet. Auf den verschiedenen Strecken werden unterschiedliche Viererfrequenzgruppen eingesetzt, denen Kanalnummern entsprechend den internationalen Vereinbarungen der Eisen-

bahnverwaltungen laut Tabelle 3.1 zugeordnet sind.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Kanal-Nr. fa in MHz fb in MHz fc in MHz fd in MHz

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.1: International standardisierte Frequenzen des Zugfunksystems

fa, fb, fc ... Sendefrequenzen, fd ... Empfangsfrequenz des FESA

Aus Gründen der HF-Versorgung bei Tunnelstrecken werden im U-Bahnverkehr analoge Frequenzen im 2-Meter-Band-Bereich verwendet. Um die HF-Ausbreitung dem Streckenprofil anzupassen, werden Yagi-Antennen mit Gewinn, die um 180°

versetzt in beiden Richtungen strahlen, verwendet. [vgl. /12/ S. 70 ff.]

Ausgerüstet sind die Triebfahrzeuge mit einer mobilen Zugfunkanlage MESA. Diese besteht aus:

- Sende- und Empfangsgerät
- Lokomotivantenne
- Zugnummerneinsteller mit Hauptschalter
- Zwei Bedienteilen mit Handapparat und Lautsprecher für den vorderen und hin-teren Fahrstand
- und Bordnetzanschlußgerät.

Der Empfänger der MESA, der die wechselnden Frequenzen fa, fb und fc der FESA aufnimmt, ist mit einer automatischen Frequenzumschaltung ausgerüstet, die bei Un-terschreitung der Empfängereingangsspannung von 1,4 mV, auf die nächstfolgende Frequenz umschaltet. Dabei ist die Umschaltzeit so kurz, daß ein laufendes Gespräch

nicht gestört wird.

Mit einem Tonfolgerufsystem wird jede von der MESA abgehende Funkverbindung identifiziert, indem der Funkverbindung eine Kennung vorangestellt wird. Es wer- den Tonfrequenzen nach Tabelle 3.2 verwendet.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3.2: Tonfolgerufsystem - Zugfunk

Nach dem gleichen Verfahren kann in umgekehrter Richtung jeder Zug selektiv vom ZÜV bzw. von den Fahrdienstleiteranlagen (FADA) gerufen werden. Mit Hilfe des Tonfolgerufsystems können zur Zeitersparnis immer wiederkehrende Standardmel-dungen codiert übertragen werden (siehe Tabelle 3.2). Am MESA-Bedienpult kön-

nen bis zu zehn Meldungen angezeigt bzw. abgeschickt werden.

Am Anfang eines Streckenabschnittes befindet sich die Anlage des Zug-Überwa-chungs-Verantwortlichen ZÜV, dessen Bedienpult folgende Funktionen bietet:

- Selektiver Anruf von Zügen
- Sammelruf an alle Triebfahrzeuge auf der Strecke
- Funkgespräch
- Abgabe von zehn codierten Aufträgen
- Anzeige von zehn codierten Meldungen
- Anzeige der Zug-Nummer
- Speicherung von drei häufig benutzten Zug-Nummern
- Vermittlung in das bahneigene Telefonnetz BASA.

Die Deutsche Bahn AG führt darüber hinaus ihren Betriebsfunk auf weiteren Fre-quenzen durch. Diese Bereiche sind folgendermaßen festgelegt:

- Unterband: 68,630 MHz bis 68,910 MHz
- Oberband: 78,430 MHz bis 78,710 MHz

Diese Frequenzbereiche werden vorwiegend für den Rangierfunk benutzt. Sie besit-zen 15 Kanalpaare mit einem Kanalabstand von 20 KHz.

Ein weiterer Bereich liegt im 2-Meter-Band. Hier gibt es 28 Kanäle im 20 KHz-Ras-ter für den Simplex-Betrieb. Die Verwendungszwecke sind: Technischer Wagen-dienst, Unterhaltungsdienst, Baustellen- und Entstördienst. Die Grenzen dieses Be-reiches sind:

- 146,370 MHz bis 146,910 MHz

Für den Duplex-Betrieb gibt es ein weiteres Bandpaar mit 21 Kanälen im 20 KHz-Raster:

- Unterband: 166,430 MHz bis 166,830 MHz
- Oberband: 171,030 MHz bis 171,430 MHz

Der Frequenzabstand beider Bänder beträgt 4,6 MHz. Die Verwendungszwecke sind: Zugschiebefunk, Kraftwagenfunk, Bahnhofstreifen, Rangierzettelaufnahmen, Funk-alarmanlagen und Funkfernsteuerungstechnik.

Im Ruhrgebiet gibt es noch zusätzlich 43 Kanäle für den Duplex-Betrieb, die wie folgt festgelegt sind:

- Unterband: 70,050 MHz bis 70,890 MHz
- Oberband: 80,050 MHz bis 80,890 MHz

[vgl. /11/ S. 113 ff.]

3.1.2 Neues GSM-R-System

Für die Kommunikation bei der Deutschen Bahn AG existieren noch viele unter- schiedliche Funksysteme. Die Zugführer kommunizieren über ein Zugbahnfunksys-tem im Frequenzbereich 460 MHz. Für Wartungstätigkeiten gibt es einen eigenstän-

digen Betriebs- und Instandhaltungsfunk in den Bereichen 160 bis 460 MHz. Vor allem an Rangierbahnhöfen wird ein Rangierfunksystem mit Nutzfrequenzen bei 80, 160 und 460 MHz eingesetzt. Die Fahrer von Bahnbussen nutzen ein Kfz-Funk-Sys-tem bei 160 MHz. Linienzugbeeinflussungssysteme dienen der direkten Zugsteue-rung. Darüber hinaus gibt es unter anderem noch den Tunnelfunk, den Sprechfunk im Bahnhofsbereich und Pagingsysteme zur Verständigung von Zugbegleitern wäh- rend der Fahrt.

Um die Kommunikation in den unterschiedlichen Bereichen zu vereinheitlichen und die bahnspezifischen Betriebsabläufe zu optimieren, wird in naher Zukunft das GSM-R-System eingeführt (R ... Railway).

Die Deutsche Bahn AG begann bereits 1989 mit Unterstützung des BMBF (Bundes-ministerium für Bildung und Forschung) und des Berliner Senats das Forschungspro-jekt DIBMOF (Diensteintegrierender Bahnmobilfunk) zur Verwirklichung eines mo-dernen Funkübertragungssystems.

Es soll folgende Aufgaben erfüllen:

- Zuverlässig hohe Übertragungsqualität selbst bei höchsten Geschwindigkeiten
- Einheitliche Sicherungs- und Übertragungsverfahren
- kurze Verbindungsaufbauzeiten
- schnelle Kurzdatenübertragung
- Integration der bahninternen Dienste mit und ohne Sicherheitsverantwortung
- Basis für ein signaltechnisch sicheres Zugbeeinflussungssystem
- offen für zukünftige Dienste, wie beispielsweise Paketdatendienste.

Es wurde schnell erkannt, daß der öffentliche GSM-Standard, der zu diesem Zeit-punkt schon verfügbar war, eine ideale Basis sein könnte, wenn er auf die bahntech-nischen Anforderungen erweitert wird. 1993 wurde entschieden, daß die Spezifika- tion GSM-R erarbeitet wird, die auch in die ETSI-Spezifikation „GSM Phase 2+“

integriert werden soll.

3.1.2.1 DIBMOF-Pilotstrecke

Anfang 1995 wurde die Hochgeschwindigkeitsstrecke zwischen Stuttgart und Mann-heim zur Validierung der Systemparameter des GSM-R-Standards auf einer Länge von etwa 70 Kilometern mit entsprechender Funk- und Vermittlungstechnik ausge-stattet. Die Installation besteht aus einer GSM-Hauptvermittlungsstelle (MSC), drei

Base-Station-Controllern (BSC) und 24 Funkbasisstationen.

Seit Juni 1996 finden auf der DIBMOF-Pilotstrecke Meßfahrten statt. Es kommen dabei zwei verschiedene GSM-R-Funkgerätetypen der AEG Mobile Communication zum Einsatz:

- Das Zugfunk Mobilgerät ZFM 90 ist ein tragbares Funkgerät mit 8 Watt Sende-leistung und mit V.24-Interface zur automatisierten Meßwerterfassung.
- Das Leichtgewicht-Handy Teleport 9070R entspricht technisch weitgehend dem Teleport 9070 DTFX mit Schnittstelle für einen PCMCIA-Adapter.

Durch diese Untersuchungen soll schnellstmöglich eine leistungsfähige Kommunika-tionsplattform für den grenzüberschreitenden Hochgeschwindigkeitsverkehr geschaf-fen werden. Zum Beispiel konnte das Funksystem beweisen, daß es auch bei Höchst-geschwindigkeiten von bis zu 300 km/h noch eine absolut zuverlässige Sprach- und

Datenkommunikation erlaubt.

Auf der folgenden Seite ist im Bild 3.2 die Infrastruktur der DIBMOF-Teststrecke schematisch dargestellt.

[vgl. /19/ S. 50 ff.]

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

I Wilfenberg Tunnel West V Burgberg Tunnel West a Vaihingen

II Freudenstein Tunnel West VI Saubuckel Tunnel Ost

III Freudenstein Tunnel Mitte VII Markstein Tunnel West

IV Freudenstein Tunnel Ost VIII Markstein Tunnel Ost

I II III IV V VI a VII VIII

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.2: AEG Infrastruktur der DIBMOF-Teststrecke basierend auf dem GSM-R-Standard

Aus den derzeit noch andauernden Test- und Meßfahrten sollen die Erfahrungen zu-künftig bei den europäischen Bahnen in ein einheitliches Betriebsleitsystem für ihre Hochgeschwindigkeitsstrecken einfließen. Die Datenübertragung spielt für siche-

rungstechnische Aufgaben, neben der Sprachkommunikation, eine zentrale Rolle.

Aufgrund der geplanten Einbeziehung der automatischen Zugsteuerung gelten für die gesamte GSM-R-Systemtechnik höchste Sicherheitsanforderungen. Deshalb besteht das Versorgungsgebiet eines BSC-Bereiches üblicherweise aus mehreren Teilab-schnitten. Hierzu werden alle Basisstationen eines jeden Teilabschnittes untereinan- der und an beiden Enden mit dem BSC vernetzt, so daß eine vollständige Schleife entsteht. Auf diese Weise ist das System auch dann noch voll betriebsbereit, wenn eine Vernetzungsleitung unterbrochen wird. Der BSC verfügt über einen gedoppelten

Vermittlungsrechner, der vollständig im Hot-Standby arbeitet.

Bei der Entwicklung der Basisstationen legte die AEG Mobile Communication be-sonderen Wert auf die Systemredundanz. Die Outdoor-Basisstation Teleregent S8000R enthält bis zu acht Sende-Empfangsmodule mit hoher Eingangsempfindlich-keit und bis zu 35 Watt Sendeleistung. Alle wichtigen Systemkomponenten sind ge-doppelt vorhanden und unterstützen die automatische Bildung von Redundanz-

Schleifen.

Unter besonders rauhen Bedingungen, zum Beispiel in engen Tunneln oder direkt auf Signalmasten, findet die kompakte Mikro-Basisstation Teleregent S2000R ihren Ein-satz, denn sie wiegt lediglich 30 kg. Mit Hilfe eines Konvektions-Kühlsystems arbei-

tet die S2000R selbst bei + 50 Grad ohne Ventilator noch zuverlässig.

3.1.2.2 Unterschiede von GSM-R zu GSM

GSM-R ist der Standard für ein Bahnkommunikationssystem, der auf dem GSM-Standard basiert. Der GSM-Standard wird im Punkt 4.1 näher erläutert. Als Fre-quenzbereiche (siehe Bild 3.3) im GSM-R-Standard sind zweimal 4 MHz in unmit-telbarer Nachbarschaft zum GSM-Bereich vorgesehen.

Für den Uplink (Sendefrequenz der Mobilgeräte) gibt es gemäß einer CEPT-Empfehlung vom Juni 1995 international 19 Funkkanäle zu je 200 kHz bei 876 bis 880 MHz und für den Downlink zwischen 921 und 925 MHz.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Bild 3.3: Frequenzbereich der Bahnen

Die Sprachkommunikation soll auch die folgenden in ETSI für die GSM-Phase 2+ erarbeiteten Spezifikationen unterstützen. Neben dem Gruppenruf und dem Broad-cast-Rundruf ist dies die Zuweisung von unterschiedlichen Prioritäten je Ruf, um

beispielsweise den Notruf zu gewährleisten.

Die Verfahren zur Zugsteuerung und Zugsicherung besitzen den absolut höchsten Stellenwert. Es müssen über das GSM-R-System beispielsweise die Übertragung von

Fahrprofilen zum Fahrzeug ebenso möglich sein, wie die Verwaltung einer Route-Map mit der detaillierten Streckenbeschreibung und der jeweiligen Gleisbelegung.

Innerhalb des Systems muß eine automatische Zuordnung zwischen funktionalen Adressen (Zugnummer, Loknummer, Wagennummer oder Funktionsname) und

Teilnehmernummern hergestellt werden. Schließlich ist auch noch eine ortsabhän- ige Adressierung gewünscht.

3.1.2.3 GSM-R bei europäischen Bahnen

Die digitale Zugfunk-Kommunikation wird nicht nur in Deutschland forciert. Im

Rahmen des internationalen Projektes EIRENE und des europäischen Forschungs-

projektes MORANE begann man 1997 in Frankreich und in Italien je eine GSM-R-Teststrecke mit einer Länge von etwa 100 km aufzubauen. Nach Schätzungen der europäischen Eisenbahnvereinigung UIC könnten bis zum Jahr 2007 etwa 90 000 Streckenkilometer mit der neuen Systemtechnik ausgestattet sein. Im Bereich der digitalen Bahnkommunikation erwartet die Branche in Europa ein Marktvolumen in Milliardenhöhe.

3.2 Bündelfunk

3.2.1 Grundlagen

Es handelt sich um einen zellularen Mobilfunkdienst für betriebliche Kommunika- tionsanwendungen (Sprache, Daten und Text). Der Bündelfunk ist eine Fortentwick- lung des Betriebsfunks, bei dem sich viele Nutzer einen Kanal teilen. Der Bündel- funk stellt den verschiedenen Anwendergruppen (Speditionen, Servicedienste usw.) die gemeinsame Nutzung eines Frequenzbündels für die Mobilkommunikation zur Verfügung. Die Zuteilung eines exklusiven Kanals erfolgt erst dann, wenn ein Nutzer einen Verbindungswunsch signalisiert.

Dadurch wird die Funkverkehrsbelastung gleichmäßiger verteilt und die vorhan- denen Frequenzen effektiver genutzt. In Abgrenzung zu den klassischen Mobilfunk- netzen ist das wesentliche Merkmal von Bündelfunknetzen die Bereitstellung von Kommunikationsdienstleistungen innerhalb einer oder mehrerer geschlossener Be- nutzergruppen. Derzeitige Systeme arbeiten mit analoger Sprachübertragung und di- gitaler Signalisierung, zukünftige Systeme sind volldigitalisiert (ETSI - Standard Tetra). Neben dem Bündelfunkdienst Chekker der DeTeMobil gibt es in Deutschland zahlreiche öffentliche Bündelfunkdienste lizenzierter privater Netzbetreiber sowie geschlossene private Bündelfunksysteme.

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• Université: Telekom University of Applied Sciences Leipzig
• Note: 2
• Auteur: Dipl.-Ing.(FH) Jens Henschel (Auteur)
• Année de publication: 1997
• Pages: 119
• N° de catalogue: V38092
• ISBN (ebook): 9783638372695
• ISBN (Livre): 9783638705516
• Langue: allemand
• mots-clé: Struktur, Management, Funknetze