Struktur und Management der nicht öffentlichen Funknetze

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Abkürzungsverzeichnis

A ADAC Allgemeiner Deutscher Automomobil-Club e. V. AFC Automatic Frequency Control Automatische Frequenzabstimmung AM Amplitudenmodulation AP Autobahnpolizei ARINC Aircraft Communications, Adres- Flugzeug-Überwachungs-System sing and Reporting System ARQ Automatic Request ASB Arbeiter-Samariter-Bund

B BASA Bahneigenes Telefonnetz BCCH Broadcast Control Channel Steuerkanal in Downlink-Richtung BePo Bereitschaftspolizei BF Berufsfeuerwehr BfV Bundesamt für Verfassungsschutz BGS Bundesgrenzschutz BKA Bundeskriminalamt BMBF Bundesministerium für Bildung und Forschung BMI Bundesministerium des Innern BMPT Bundesministerium für Post- und Telekommunikation Basestation, ⇒ BTS BS Basisstation BSC Base Station Controller Basisstationssteuerung

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BTS Base Transceiver Station Basis-Sende-Empfangs-Station BZV Bundeszollverwaltung

C CCCH Common Control Channel Allgemeiner Steuerkanal für netzinterne Signalisierung CEB Central Electronics Bank Bündelfunkprozessor CEPT Conférence Européene des Ad-Konferenz der Europäischen ministrations des Postes et Post- und Fernmeldeverwaltun-Télécommunications gen C³T Strategic Command-, Control-, Intelligentes Strategisches Kom-

CIT Centralized Interconnect Terminal CT1, CT2 Cordless Telephony Schnurlose Telefonie

D DCCH Dedicated Control Channel Zugeordneter Signalisierungskanal DCS Digital Cellular System Digitales Zellulares System DECT Digital European Cordless Europäische Digitale Schnurlose Telecommunications Telekommunikation DEE Datenendeinrichtung DGzRS Deutsche Gesellschaft zur Rettung Schiffbrüchiger DIBMOF Diensteintegrierender Bahnmobilfunk DIN Deutsches Institut für Normung DLRG Deutsche-Lebensrettungs-Gesellschaft DRF Deutsche Rettungsflugwacht DRK Deutsches Rotes Kreuz

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DSCS Defence Satellite Communica-Verteidigungs-Satelliten-Komtions System munikations-System DÜE Datenübertragungseinrichtung DWN Drahtloses Wählnetz E E Empfangsstation oder Empfänger EGC Enhanced Group Call Erweiterter Gruppenruf EHF Extremly High Frequency EIRENE European Integrated Railway Internationales Forschungspro-jekt ETSI European Telecommunications Standards Institute

F FADA Fahrdienstleiteranlage FESA Unbemannte Feststation FF Freiwillige Feuerwehr FFSK Fast Frequency Shift Keying FIFO First-In-First-Out FM Frequenzmodulation FmN Fernmeldenetz FMS Funk-Melde-System FMSys Fernmeldesystem FMSysH Fernmeldesystem des Deutschen Heeres Fs-Fernschreib-FSK Frequency Shift Keying FuG Funkgerät FW Feuerwehr

G GEO Geostationärer Orbit GHz Gigahertz GP Grenzpolizei GPS Global Positioning Satellite

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GSM Global System for Mobile Com-Globales System für Mobile munication Kommunikation GSM-R “ - “ Railway Standard für ein digitales Bahnmobilfunksystem

H HLR Home Location Register Heimdatenbank Hz Hertz

I IKPO Weltweites Interpol-Funknetz ILS Instrument Landing System Instrumenten-Lande-System ISDN Integrated Services Digital Net-Diensteintegrierendes Digitales work Fernmeldenetz ISW Ankommendes Datenwort

J JUH Johanniter-Unfall-Hilfe

K KHz Kilohertz KP Kriminalpolizei KW Kurzwelle

L LAN Local Area Network Drahtgebundenes Lokales Netzwerk LaSK Landstreitkräfte LEO Low Earth Orbiter Satellit in niedriger Umlaufbahn LfV Landesamt für Verfassungsschutz LKA Landeskriminalamt der Bundesländer LP Landespolizei LSB Lower Side Band unteres Seitenband

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LSK Luftstreitkräfte

M MBX Motorola Business Exchange Telefonüberleiteinrichtung MHz Megahertz NZB Nationales Zentralbüro in Deutschland

O O.K. Organisationkanal OMC Operation and Maintenance Center Betriebs- und Wartungszentrum OSI Open Systems Interconnection OSW Abgehendes Datenwort

P PCN Personal Communication Network PolVA Polizeiverwaltungsamt PSTN Public Switching Telephone Öffentliches Festnetz Network PTT Push To Talk Sprechtaste am Funkgerät

R RQ Repetition Request Aufforderung zur Wiederholung RS Relaisstelle

S S Sendezentrale oder Sender SAR Such- und Rettungsdienst für die Luftfahrt SIMS II SMARTNET Information Management System SMH Schnelle Medizinische Hilfe SMS Short Message Service Kurznachrichten-Dienst SP Schutzpolizei

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SSB Single Side Band SX Simplex-Betrieb

T TCH Traffic Channel Kanal für Nutzdaten

TDMA Time Division Multiplex Access Vielfachzugriff im Zeitmultiplex THW Technisches Hilfswerk TK Telekommunikation Tln. Teilnehmer TRA Tonrufauswerter TSC Trunked Site Controller Bündelfunkzentrale (Slave)

U UHF Ultra High Frequency UIC Union Internationale de Chemain Europäische Eisenbahnvereinide Fair gung UKW Ultra Kurz Welle USB Upper Side Band oberes Seitenband USCI Universal Simulcast Controller Universal-Gleichwellensteue-Interface rungs-Interface USV Unterbrechungsfreie Stromver-sorgung

V VHF Very High Frequency VLR Visitor Location Register Besucherdatei VOR Very high frequency Omnidirectional radio Range

W WF Werksfeuerwehr WSP Wasser- und Schiffahrtspolizei

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Z ZFA Zollfahndungsamt ZFM Zugfunk-Mobilgerät ZS Zeitschalter ZÜF Zug-Überwachungs-Verantwortlicher

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 sinnvoll 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 Schiffahrtsfunk, über Militärfunksysteme und über moderne 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-

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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 Abstimmgeschwindigkeit (auch Suchlaufgeschwindigkeit) wird in Kanälen pro Sekunde angegeben. 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 Frequenzbereich oberhalb von 29 MHz liegen.

Bandbreite

Die Bandbreite bezeichnet bei Filtern und Verstärkern den Frequenzdurchlaßbereich, oder sie kennzeichnet das belegte Frequenzspektrum von Signalen bestimmter Modulations- 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 Kurzwelle. Hier kann mit geringsten Leistungen teilweise rund um den Globus gefunkt werden.

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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 Landfunkdienstes 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 digitalen und analogen Daten. In diesem Zusammenhang hat man es vor allem mit Nachrichten zu tun, die nicht durch menschliche Sinne aufgenommen, sondern datenverarbeitenden 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 Anwendungsprogramme 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.

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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 Mobilstationen angewendet werden, jedoch führt ein echter Telefonie-Betrieb zu einer wesentlich längeren Gesprächsdauer als ein Wechselsprechbetrieb und damit zu einer höheren Verkehrsbelastung des Bündelfunksystems. Aus dem Bild 2.1 ist diese häufig verwendete Betriebsart anhand eines Beispiels in der Datenübertragung ersichtlich.

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 mehreren autonomen Funkzellen nebeneinander ist denkbar und unter Umständen aus Sicherheitsgründen 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-/

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Rauschabstand von 10-12 dB) erreicht wird. Die Empfindlichkeit wird in Mikrovolt angegeben (je kleiner der Wert, desto empfindlicher ist der Empfänger). Eine zu hohe 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 verschiedener 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 bestimmten Gebiet auf einem Kanal als Orts-, Bezirks- oder Landesfunkverkehrskreise betrieben werden können.

Funkzentrale

Sie ist eine ortsfeste Landfunkstelle, deren technische Einrichtungen die Verbindung ihrer Funkanlagen untereinander und/oder die Verbindung mit unmittelbar angeschlossenen Betriebsstellen einer privaten Drahtfernmeldeanlage, mit einer Telefonnebenstellenanlage 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

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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 Blockschaltbild dargestellt.

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, wiederzugeben. Maßeinheit ist dB (Dezibel). Je größer der Wert ist, desto besser die Trennschärfe.

Rauschen, Rauschzahl

Schwache Signale gehen in den vielfältigen Arten des Rauschens (z. B. atmosphärisches, thermisches, kosmisches oder technisches Rauschen) durch von Menschen hergestellte elektrische Geräte wie Computer, Rundfunkgeräte, Sender, Leuchtstoffröhren 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 Fähigkeit, schwache Signale vom Rauschen zu unterscheiden und so wiederzugeben, daß sie vom Gerät weiterverarbeitet und hörbar gemacht werden können.

Relaisfunk

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Hierbei wird eine Verbindung nicht direkt hergestellt, sondern über einen zwischengeschalteten Umsetzer, eine an einem höhergelegenen Standort installierte automatische Sende- und Empfangsanlage. Damit die Anlage gleichzeitig senden und empfangen 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 Nachrichten 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 bestimmten Region „aufgehängt“. Der Sender und Empfänger einer Erdfunkstelle (als Vermittlungsstelle) kann dadurch mit Parabolantennen dauerhaft auf den Satelliten ausgerichtet werden. Satelliten mit mittlerer Flughöhe, sogenannte Medium Earth Orbiter (MEO), haben eine Flughöhe zwischen 10.000 km und 15.000 km und sind erdumlaufend. Bei den Low Earth Orbiter (LEO) handelt es sich um Satelliten, die in relativ geringer Flughöhe von 700 km bis 1.500 km um die Erde kreisen.

Satellitenübertragung findet im GHz-Bereich statt und eröffnet neue Frequenzbereiche mit äußerst großer Übertragungskapazität. Darüber hinaus können diese Systeme für Broadcast-Kommunikation eingesetzt werden. Nachteilig wirken sich in der Datenkommunikation die langen Verzögerungszeiten zwischen Bodenstation und Satellit 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.

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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 Sender, wird ab einem bestimmten, mit dem Rauschsperreregler wählbaren Pegel (Signal-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. ⇒ Rauschen

Telekommunikation

Jede Übertragung, Sendung oder der Empfang von Zeichen, Signalen, Schriftbildern oder Tönen und Nachrichten gleich welcher Art mittels Leitungen, Radio oder optischen sowie anderen, elektromagnetischen Systemen bedeutet Telekommunikation. Um TK durchführen zu können, müssen Übertragungswege vorhanden sein und Verbindungen zwischen den Teilnehmern hergestellt werden. Dies erfolgt durch Telekommunikationsnetze. Je nach Vermittlungsprinzip unterscheidet man bei den Weitverkehrsnetzen zwischen Netzen mit Leitungsvermittlung und Datenpaketvermittlung, sowie zwischen herkömmlichen, terrestrischen Netzen und solchen für Mobil- funk.

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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 abschätzbar ist. Wegen der begrenzten Anzahl der Sendefrequenzen ist man darauf angewiesen, ein und dieselbe Frequenz mehrfach zu vergeben.

Wabenplan mit sechseckigen Zellen

Grundbedingung dafür ist, daß dieselbe Frequenz erst wieder außerhalb der Reichweite der ersten Anwendung eingesetzt wird, wobei noch ein Sicherheitsabstand eingehalten werden muß. Der Versorgungsbereich eines Senders, der u. a. von Sendefrequenz und Senderleistung abhängig ist, ist im Idealfall angenähert kreisförmig, wird aber bei der Frequenzplanung als sechseckig, ähnlich einer Bienenwabe, angenommen 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 unterschiedlichen 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-

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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 Funkzellenradius bildet.

Bild 2.4: Wabenplan-Funknetz

Eine Besonderheit in Mobilfunksystemen ist das Kleinzellennetz. Bei dieser Zellenstruktur werden die Mobilfunkfrequenzen durch Verkleinerung der Funkzellen optimaler 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 Übertragung beim Verlassen eines Sendebereiches und das Auffinden eines Teilnehmers innerhalb des Mobilfunknetzes, selbst wenn dieser während der Suche gerade keine Gesprächsverbindung hat.

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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, Industrie 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 Bündelfunksysteme immer interessanter. Dieses System wird im Punkt 3.2 anhand zweier praktischer Beispiele gründlich erläutert.

Betriebsfunksysteme sind private Anlagen, für die Frequenzen beantragt werden müssen. Signalisierungs- und Selektivrufverfahren im Rahmen des Betriebsfunks begannen 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.

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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 Streckendispatchers („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.

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-

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bahnstrecke, etwa alle 10 km, unbemannte Feststationen (FESA). Durch eine Vierdrahtleitung 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 f d verwendet. Auf den verschiedenen Strecken werden unterschiedliche Viererfrequenzgruppen eingesetzt, denen Kanalnummern entsprechend den internationalen Vereinbarungen der Eisenbahnverwaltungen laut Tabelle 3.1 zugeordnet sind.

51 468,400 468,450 468,500 458,450

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

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• Zugnummerneinsteller mit Hauptschalter

• Zwei Bedienteilen mit Handapparat und Lautsprecher für den vorderen und hinteren 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 Unterschreitung der Empfängereingangsspannung von 1,4 µV, 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 werden Tonfrequenzen nach Tabelle 3.2 verwendet.

0 1340 6 1042 1 760 7 1110 2 810 8 1182 3 863 9 1258 4 919 Wieder-5 978 holung 1427

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 Standardmeldungen codiert übertragen werden (siehe Tabelle 3.2). Am MESA-Bedienpult kön- nen bis zu zehn Meldungen angezeigt bzw. abgeschickt werden.

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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 Frequenzen 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 besitzen 15 Kanalpaare mit einem Kanalabstand von 20 KHz.

Ein weiterer Bereich liegt im 2-Meter-Band. Hier gibt es 28 Kanäle im 20 KHz-Raster für den Simplex-Betrieb. Die Verwendungszwecke sind: Technischer Wagendienst, Unterhaltungsdienst, Baustellen- und Entstördienst. Die Grenzen dieses Bereiches 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

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Der Frequenzabstand beider Bänder beträgt 4,6 MHz. Die Verwendungszwecke sind: Zugschiebefunk, Kraftwagenfunk, Bahnhofstreifen, Rangierzettelaufnahmen, Funkalarmanlagen 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 unterschiedliche Funksysteme. Die Zugführer kommunizieren über ein Zugbahnfunksystem im Frequenzbereich 460 MHz. Für Wartungstätigkeiten gibt es einen eigenständigen 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-System bei 160 MHz. Linienzugbeeinflussungssysteme dienen der direkten Zugsteuerung. Darüber hinaus gibt es unter anderem noch den Tunnelfunk, den Sprechfunk im Bahnhofsbereich und Pagingsysteme zur Verständigung von Zugbegleitern während 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 (Bundesministerium für Bildung und Forschung) und des Berliner Senats das Forschungsprojekt DIBMOF (Diensteintegrierender Bahnmobilfunk) zur Verwirklichung eines mo- dernen Funkübertragungssystems.

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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 Zeitpunkt schon verfügbar war, eine ideale Basis sein könnte, wenn er auf die bahntechnischen Anforderungen erweitert wird. 1993 wurde entschieden, daß die Spezifikation 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 Mannheim zur Validierung der Systemparameter des GSM-R-Standards auf einer Länge von etwa 70 Kilometern mit entsprechender Funk- und Vermittlungstechnik ausgestattet. 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 Sendeleistung 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.

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Durch diese Untersuchungen soll schnellstmöglich eine leistungsfähige Kommunika-tionsplattform für den grenzüberschreitenden Hochgeschwindigkeitsverkehr geschaffen werden. Zum Beispiel konnte das Funksystem beweisen, daß es auch bei Höchstgeschwindigkeiten 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.

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

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Aus den derzeit noch andauernden Test- und Meßfahrten sollen die Erfahrungen zukünftig bei den europäischen Bahnen in ein einheitliches Betriebsleitsystem für ihre Hochgeschwindigkeitsstrecken einfließen. Die Datenübertragung spielt für sicherungstechnische 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 Teilabschnitten. Hierzu werden alle Basisstationen eines jeden Teilabschnittes untereinander 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 besonderen Wert auf die Systemredundanz. Die Outdoor-Basisstation Teleregent S8000R enthält bis zu acht Sende-Empfangsmodule mit hoher Eingangsempfindlichkeit und bis zu 35 Watt Sendeleistung. Alle wichtigen Systemkomponenten sind gedoppelt 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 Einsatz, denn sie wiegt lediglich 30 kg. Mit Hilfe eines Konvektions-Kühlsystems arbeitet die S2000R selbst bei + 50 Grad ohne Ventilator noch zuverlässig.

3.1.2.2 Unterschiede von GSM-R zu GSM