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E-Book

Aufbau und Technik des digitalen BOS-Funks

Codierung und Entschlüsselung

AutorChristof Linde
VerlagFranzis
Erscheinungsjahr2009
Seitenanzahl185 Seiten
ISBN9783772337475
FormatPDF
KopierschutzWasserzeichen/DRM
GerätePC/MAC/eReader/Tablet
Preis19,99 EUR
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.

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Leseprobe
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.
Inhaltsverzeichnis
Cover1
Copyright5
Inhalt6
1 Aufgaben des BOS-Funks12
2 PhysikalischeGrundlagen13
2.1 Elektromagnetische Wellen und elektrische Felder13
2.2 Dezibel15
2.3 Frequenzabhängige Ausbreitungseigenschaften15
3 Von analog zu digital18
3.1 Zahlensysteme18
3.2 Analoge Signale19
3.3 Digitalisierung analoger Signale20
3.4 Digitale Codierverfahren23
3.5 Abtastrate, Bandbreite und Datenmengen24
4 Was ist digital amDigitalfunk?26
4.1 Aufbau analoger Funknetze26
4.2 Reichweite des analogen Sprechfunks28
4.3 Relaisstellentechnik29
4.4 Gleichwellenfunk31
4.5 Übertragungssicherheit33
4.6 Datenübertragung im analogen Netz33
4.7 Übertragung digitaler Daten in BOS-Funk34
4.8 Modulation36
4.8.1 Phasenmodulation37
4.9 Aufbau digitaler Funkgeräte39
5 Multiplexverfahren42
5.1 Grundlagen42
5.2 Frequenzmultiplexverfahren42
5.3 Zeitmultiplexverfahren43
6 Verkehrsarten45
6.1 Duplex oder Halb-Duplex45
7 WarumDigitalfunk?48
8 Übertragungsqualität49
9 Sprachkompression51
9.1 Grundlagen der Datenkompression51
9.2 TETRA-Sprachcodec52
9.3 Grundlagen der Sprachkompression52
9.3.1 Verlustbehaftete Kompression52
9.3.2 Sprachcodecs53
9.4 ACELP-Funktionsprinzip54
10 Bildung zellularer Netze56
10.1 Grundlagen56
10.2 Architektur von GSM-Netzwerken57
10.3 Architektur von TETRA-Netzen58
10.4 TETRA-Standard61
10.5 Systembestandteile65
10.5.1 Network Management Center (NMC)/Network Operation Center NOC65
10.5.2 Base Transceiver Station (BTS)65
10.5.3 Main Switching Center (MSC)65
10.5.4 Home Data Base (HDB)66
10.5.5 Visited Data Base (VDB)66
10.6 Handover67
11 Netzplanung69
11.1 Funk-Leistungsbilanz (RF link budget)69
11.2 Ausbreitungsverluste70
11.3 Sonstige Dämpfungsfaktoren70
11.3.1 Gebäudedämpfung70
11.3.2 Fahrzeuge70
11.3.3 Körperdämpfung71
11.3.4 Fadingreserve71
11.3.5 Antennengewinne71
11.3.6 Berechnung der Leistungsbilanz71
12 Adressierung der Endgeräte72
12.1 TETRA Equipment Identity (TEI)72
12.2 TETRA Subscriber Identity72
12.2.1 Mobile Country Code (MCC)73
12.2.2 Mobile Network Code (MNC)74
12.3 Short Subscriber Identity (SSI)74
13 TETRA-Leistungsmerkmale75
13.1 Statische Gruppenbildung75
13.2 Dynamische Gruppenbildung75
13.3 Notruf76
13.4 Prioritäten76
14 Trunked Mode Operation (TMO)77
14.1 TMO-Zielruf/-Einzelruf78
14.2 TMO-Gruppenruf78
14.3 Prioritätsruf (Pre-emptive Priority Call)80
14.4 Einfacher Prioritätsruf81
14.5 Notruf81
14.6 Offener Kanal82
14.7 TMO-Broadcast-Ruf82
14.8 Ambient Listening82
14.9 Late Entry83
14.10 Area Selection83
15 Direct Mode Operation (DMO)84
15.1 DMO-Einzelruf86
15.2 DMO-Gruppenruf86
15.3 Dual Watch87
15.4 Managed Direct Mode87
15.5 DMO-Repeater88
15.6 DMO-Gateway90
16 Schnittstellen91
16.1 TETRA-Luftschnittstelle92
16.2 TETRA-Burst96
16.3 Logische Kanäle97
16.4 Steuerkanäle98
16.4.1 Signalling Channel (SCH)98
16.4.2 Access Assignment Channel (AACH)98
16.4.3 Broadcast Control Channel (BCCH)98
16.4.4 Stealing Channel (STCH)99
16.4.5 Common Linearisation Channel (CLCH)99
16.5 Peripherieschnittstelle/Peripheral Equipment Interface (PEI)99
16.6 Netzwerk-Management-Schnittstelle101
16.7 Line Interface101
16.8 Aufbau des Inter-System-Interface (ISI)101
17 Sicherheit102
17.1 Grundlagen102
17.2 Sicherheitsmechanismen103
17.3 Grundlagen der Verschlüsselung105
17.4 Schlüsselmanagement105
17.5 Gegenseitige Authentifizierung106
17.6 Authentifizierungsschlüssel108
17.7 Authentifizierungsschlüssel-Management109
17.8 Verschlüsselungsalgorithmen110
17.9 Luftschnittstellenverschlüsselung110
17.10 Luftschnittstellenverschlüsselung im TMO111
17.10.1 Punkt-zu-Punkt-Kommunikation112
17.10.2 Kryptoschlüssel in der Punkt-zu-Punkt-Kommunikation112
17.11 Gruppenkommunikation113
17.11.1 Kryptoschlüssel in der Gruppenkommunikation114
17.12 Luftschnittstellenverschlüsselung im DMO114
17.12.1 Kryptoschlüssel im DMO115
17.13 Ende-zu-Ende-Verschlüsselung115
17.13.1 Kryptoschlüssel in der Ende-zu-Ende-Verschlüsselung120
17.14 Over The Air Re-Keying120
17.15 Löschen von Geräten120
17.16 Angriffsvarianten122
17.16.1 Verkehrsanalyse122
17.16.2 Wiedereinspielen von Daten122
17.16.3 Denial of Service123
17.16.4 Jamming123
18 Datenübertragung124
18.1 Short Data Service (SDS)125
19 TETRA-Hardware127
19.1 Aufbau einer TETRA-Mobilstation127
19.2 Aufbau der Line Station128
19.3 Aufbau einer TETRA-Basisstation129
19.3.1 Aufbau einer TETRA-Basisstationsantenne131
19.4 Aufbau einer mobilen TETRA-Basisstation132
20 Das deutsche BOS-Netz133
20.1 BOS-Netz136
20.2 Alarmierung139
20.2.1 Iststand140
20.2.2 Paging142
20.2.3 Paging im Digitalfunk143
20.2.4 Anforderungen an ein zukünftiges Funkalarmierungssystem145
20.2.5 Rahmenbedingungen eines Funkalarmierungssystems146
20.3 BSI – Ende-zu-Ende-Verschlüsselung147
20.3.1 Hardware der BSI-Verschlüsselung149
20.4 Betriebskonzept des BOS-Netzes153
21 Endgeräte154
21.1 Handfunkgeräte (HRT)154
21.1.1 EADS154
21.1.2 Motorola155
21.1.3 Sepura SRH3800 sGPS156
21.1.4 Sepura STP8038157
21.2 Mobilfunkgeräte (MRT)158
21.2.1 EADS158
21.2.2 Motorola159
21.2.3 Sepura SRM(G)3500160
21.3 Alarmempfänger161
22 Abkürzungen und Begriffe162
23 Literatur177
Sachverzeichnis182

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