TETRA

TETRA (terrestrial trunked radio, ursprünglich trans european trunked radio) ist ein Standard für digitalen Bündelfunk. Er ist als universelle Plattform für die unterschiedlichsten Mobilfunkdienste gedacht. Mit TETRA lassen sich Universalnetze aufbauen, über die dann der gesamte betriebliche Mobilfunk von Anwendern mit besonderen Sicherheitsanforderungen wie Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben (BOS: Polizei, Feuerwehr, Rettungsdienste), Industrie, ÖPNV, Flughäfen und Militär abgewickelt werden kann.

Geschichte

Behördenfunk wurde bis Ende der 1980er Jahre weltweit mit Analogfunk betrieben. Der Mitte der 1990er Jahre entwickelte TETRA-Standard wird in mehreren europäischen und außereuropäischen Ländern genutzt – in Form landesweiter BOS-Netze oder in lokaler Abdeckung von verschiedenen Anwendern. TETRA stellte ursprünglich eine Initiative von Betreibern als Antwort auf eine ernste Wettbewerbsbedrohung von GSM gegen deren analogen Netze dar. Daneben besteht als zweiter Digitalfunkstandard Tetrapol von EADS, der ursprünglich für die französischen BOS entwickelt wurde und heute im gleichen Spektrum wie TETRA im Einsatz ist. Anbieter von TETRA sind EADS (zusätzlich auch Tetrapol und P25), Motorola sowie Rohde & Schwarz Professional Mobile Radio GmbH (ehemals R&S Bick). Eine Schnittstelle zwischen Tetrapol und Tetra ist prinzipiell möglich, wurde bisher jedoch nicht realisiert.

Situation in Deutschland

Die deutschen BOS arbeiten derzeit noch mit Analogfunk. Bund und Länder haben daher beschlossen, ein landesweites Digitalfunknetz aufzubauen. Ein vom Bund finanziertes Rumpfnetz wurde vom Bundesministerium des Inneren 2005 ausgeschrieben. Am Bieterverfahren um den digitalen Behördenfunk hatte sich ein Konsortium von EADS (GU) und Siemens, ein Konsortium von Motorola, T-Systems und R&S Bick sowie Vodafone mit BOS-GSM beteiligt. EADS war als einziger Anbieter bei der Ausschreibung in die zweite Runde weitergekommen. Alle anderen waren bei dem Verfahren in der ersten Runde ausgeschieden. Nach einem Auswahlverfahren, das auch Labor- und Praxistests enthielt, wurde der Auftrag für die Netzinfrastruktur im August 2006 an EADS vergeben. Der Betrieb des Netzes sollte der Bahn-Tochter DB Telematik übertragen werden. Nachdem deren Angebot weder technisch noch finanziell überzeugen konnte, haben sich Bund und Länder für das alternative Phasenkonzept entschieden, das nach dem Aufbau der ersten Netzabschnitte einen dauerhaften Betreiber vorsieht. Damit soll die Realisierung des Netzes bis 2010 sowie die Einhaltung des Kostenrahmens von 4,5 Milliarden Euro gewährleistet werden.

Aufbau und Betrieb

Der damalige Innenminister Otto Schily hatte nach jahrelangen Streit über die Kosten im März 2005 den Auftrag für den Aufbau und Betrieb des Rumpfnetzes ohne Ausschreibung an die DB Telematik übergeben, um bis zur WM 2006 ein Rumpfnetz in Betrieb genommen zu haben. Am 13. Dezember 2006 wurden die Verhandlungen von Bund und Ländern mit der Bahntochter DB Telematik über den Aufbau und den Betrieb des Rumpfnetzes für 15 Jahre für gescheitert erklärt. Der DB-Telematik wurde der Auftrag entzogen, weil die Kostenschätzung von der Bahn von ursprünglich 4,5 Milliarden Euro auf zuletzt 5,1 Milliarden Euro erhöht wurde. Dies wurde vor allem von den Bundesländern scharf kritisiert, da es preislich nicht mehr tragbar sei.

Am 1. Juni 2007 wurde auf der Konferenz der Innenminister des Bundes und der Länder das Verwaltungsabkommen für den Aufbau des TETRA-Netzes unterzeichnet. Das Abkommen sieht vor, dass der Netzaufbau bis 2010 abgeschlossen sein soll. Zuständig für die Organisation des Aufbaus und der Wartung des Netzes ist die neu gegründete Bundesanstalt für den Digitalfunk der Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben, kurz BDBOS. Mit der Lieferung der technischen Infrastruktur wurden die Konzerne EADS und Siemens beauftragt.

Auswahl der Systemtechnik

Am 28. August 2006 wurde die Firma EADS Secure Networks durch das Beschaffungsamt des Bundesinnenministeriums mit der Errichtung eines bundesweiten Rumpfnetzes beauftragt. EADS, ursprünglich Anbieter von Tetrapol, hatte im Sommer 2005 die Nokia-Tochter Professional Mobile Radio (PMR) übernommen, um auch die TETRA-Technik anbieten zu können.

Im Bieterverfahren um den digitalen Behördenfunk hatten sich neben dem Konsortium von EADS Networks und Siemens gegen das Konsortium von Motorola und T-Systems und R&S Bick, sowie Vodafone mit BOS-GSM durchgesetzt. EADS war als einziger Anbieter bei der Ausschreibung in die zweite Runde weitergekommen. Alle anderen waren bei dem Verfahren zuvor in der ersten Runde ausgeschieden.

Aufteilung der Kosten

Aufgrund der Struktur der BOS in Deutschland stellt sich die Kostenübernahme momentan so dar, dass Bund und Länder die Umrüstung von Katastrophenschutzbehörden, Landespolizeien, Bundespolizei und THW übernehmen, die Kommunen allerdings nach Städtetagssprecher Jens Metzger die Kosten für die Umrüstung von Feuerwehr, Rettungsdiensten und Ordnungsamt übernehmen müssten. Deshalb forderte der Städtetag in einem Beschluss vom November 2001 „Bund und Länder müssen als Verursacher des Milliardenprojekts“ auch dessen Finanzierung übernehmen.

Einsatz im privatwirtschaftlichen Bereich

TETRA ist im zivilen bzw. privatwirtschaftlichen Bereich bereits im Einsatz. Gerade Industrie- und Verkehrsbetriebe haben den digitalen Bündelfunk als universelles innerbetriebliches Kommunikationsmedium für sich entdeckt, der die Funktionen eines Funkgerätes und Telefons vorzüglich in sich vereinigt. In Deutschland sind vor allem Betriebe der Autoindustrie, Flughäfen sowie größere städtische Verkehrsbetriebe als Nutzer bekannt, doch betreiben auch schon Behörden des Bundes und der Länder erste eigene TETRA-Systeme. Der Kölner Energieversorger RheinEnergie nahm bereits im Jahre 2004 den Digitalfunk in Betrieb. Dabei handelt es sich um ein Netz mit 20 Funkzellen. Auch das Kölner Ordnungsamt nutzt seit 2005 das Netz der RheinEnergie. Die räumliche Ausdehnung kann sich auf ein Gebäude oder Gelände beschränken, erreicht teilweise aber auch ganze Ballungsräume nebst deren Umland. Außerdem sind erste Systeme bekannt, die von einer Funkfachfirma betrieben werden, die dann interessierten Anwendern den digitalen Bündelfunk als Telekommunikationsdienstleistung verkauft.

Technik

TETRA ist als Zeitmultiplex-System (TDMA) mit vier unabhängigen Kommunikationskanälen pro Träger definiert. Der Abstand zwischen den einzelnen Trägern beträgt 25 kHz. Gegenüber analogem Bündelfunk bedeutet das eine Verdoppelung der Frequenznutzung bei verbesserter Qualität. TETRA-Systeme bieten gegenüber GSM-Netzen, die bei 200 kHz Kanalabstand acht Kommunikationskanäle bereitstellen, die vierfache Frequenznutzung.
Dennoch findet auch ein Frequenzmultiplex statt, durch die Paarung jedes Hochfrequenz-Kanals in eine Uplink- und eine Downlink-Frequenz. Nur so wird die hohe Kanalkapazität erreicht.

Frequenzökonomie wird nicht nur durch die Bruttodatenrate (Fehlerkorrektur nicht berücksichtigt) des Übertragungskanals bestimmt, sondern auch durch Faktoren wie den Frequenzwiederholabstand (Abstand zwischen zwei Basisstationen, die dieselbe Frequenz verwenden), den Gleichkanalstörabstand (Pegelunterschied zwischen zwei Signalen mit derselben Frequenz von zwei verschiedenen Basisstationen, bei dem störungsfreier Betrieb möglich ist) und der nutzbaren Nettodatenrate. Unter Berücksichtigung dieser Faktoren hat eine Untersuchung der CEPT dieselbe Kapazität und Frequenzökonomie für GSM und TETRA ergeben. Das Ergebnis verwundert nicht, da beide Systeme nahe am theoretischen Limit arbeiten, das durch die Energie pro Bit und dem Störpegel bestimmt wird.

Die Übertragungsrate bei TETRA beträgt immer 36 kBit/s pro Funkkanal. Neben den zu übertragenden Daten werden zusätzliche Steuersignale sowie Codes zur Sicherung der Funkstrecke übertragen. Die Nutzbitrate pro Kommunikationskanal beträgt 7,2 kBit/s. Sprache wird in einem speziellen TETRA-CODEC umgesetzt. Der TETRA-CODEC komprimiert die Sprache in Paketen von ca. 60 ms. Das komprimierte Paket wird dann in einem Zeitschlitz von ca. 15 ms übertragen. Dadurch können auf einem Funkkanal vier Kommunikationskanäle übertragen werden (Time Division Multiplexing). TETRA verfügt über einen Direktmodus, bei dem zwei oder mehr Funkgeräte unabhängig vom Netz miteinander kommunizieren können. Auch kann ein einzelnes Funkgerät als mobile Relaisstation für andere Geräte eingesetzt werden. So kann ein Gerät im Fahrzeug als Relais die Funkversorgung der Handfunkgeräte auf einem Areal sicherstellen.

Für Gegensprechen (Duplex-Betrieb) wird bei TETRA das Time Division Duplex Verfahren eingesetzt. Dabei wird die Sprache zeitlich so komprimiert, dass eine kontinuierliche Zweiwegkommunikation über zwei versetzte Zeitschlitze auf derselben Frequenz möglich ist. Parallel dazu kommt natürlich auch der im trunking mode TMO übliche Frequenzmultiplex zum Tragen; ein TETRA-Endgerät sendet i. d. R. auf der tieferen Frequenz und empfängt auf der höheren Frequenz des Kanalpaares. Die Notwendigkeit für einen Duplexer wird beim Endgerät dennoch vermieden, eben durch den gerade erwähnten zeitlichen Versatz der Zeitschlitze für Senden und Empfangen.

Der Digitalfunk zeichnet sich gegenüber dem Analogfunk dadurch aus, dass er verschlüsselt werden kann und dadurch relativ abhörsicher ausgelegt werden kann. Die hier erreichte Sicherheit gegen unbeabsichtigtes Ablauschen ist vom benutzten Verschlüsselungsverfahren und der Sicherheit der dabei verwendeten kryptografischen Schlüssel abhängig.

Das in einigen Komponenten redundante System verfügt im Vergleich zu GSM auch über eine verbesserte Ausfallsicherheit.

Datenübertragung

Zur Datenübertragung im TETRA-Netz können ein bis vier Zeitschlitze zusammengefasst (multislot packet data) werden. Damit ist Datenübertragung bis zu 28,8 kBit/s möglich. Dieses ermöglicht den direkten Zugriff auf Anwendungen wie das Verkehrszentralregister.

Leider sind die damit erreichten Bandbreiten heutzutage nicht mehr zeitgemäß; der bei Definition des Standards in den 90er Jahren vollmundig gepriesene schnelle Zugriff auf Bild- und Videodaten per TETRA hat sich durch die Entwicklung anderer mobiler Datenübertragungsverfahren wie EDGE, UMTS und WLAN und der mit diesen erreichten Übertragungsraten stark relativiert.

Die derzeit wohl aussichtsreichste Möglichkeit, diese Datenübertragungsrate zu erhöhen, ist der von der EADS entwickelten TETRA Enhanced Data Service. Bis zu 300 kBit/s sind mit diesem System möglich, was etwa einer Verzehnfachung der Geschwindigkeit bedeutet. Damit könnten auch visuelle Informationen wie Karten, Digitalbilder oder Videosequenzen übertragen werden, was die Reaktionszeit von Polizei, Feuerwehr oder Rettungsdiensten beschleunigen soll.

Aufbau des TETRA-Funknetzes

Das TETRA-Funknetz ist technologisch zellular, Zellwechsel und damit Gesprächsweitergabe ist im gesamten Netz möglich. Die tatsächliche Zulässigkeit der Zellnutzung wird jedoch auf Verbindungsnetz-Ebene geregelt, hier kommen u. a. auch die Leitstellen ins Spiel. Das TETRA-Netz verhält sich im Prinzip wie ein IT-Netz, mit Nutzungsberechtigungen und -ausschlüssen sowie Möglichkeiten zur Zusammenschaltung von Benutzergruppen und -funktionen. Die Luftschnittstelle, also das eigentliche Funknetz, liefert dann nur noch den Zugriff (neudeutsch „Access-Network“) darauf. Diesen Netzmodus nennt man dann „Trunked Mode“, also vermittelten Modus. Die Fähigkeiten von TETRA-Endgeräten zum „Direktmodus“ und „Relais-Modus“ müssen durch entsprechende Frequenzplanung/Kanalzuweisung im Netz berücksichtigt werden. Dies geschieht z. B. durch Freihalten solcher Kanäle.

Die Organisationen betreiben zusammen ein Funknetz, das in Deutschland nicht mehr von den Landkreisen geplant wird. Hierdurch überschneiden sich die Netze nicht mehr und sind strukturiert gegliedert. Da von allen Organisationen zusammen ein Funknetz betrieben wird, werden weniger Relaisstationen benötigt und die Wartungskosten gesenkt.

Adressierung der Endgeräte

Aufbau der TETRA Subscriber Identity

Jedes TETRA-Endgerät besitzt eine TSI (TETRA Subscriber Identity). Diese besteht aus einem 48-Bit-Code. Jedes Gerät hat eine einmalige TSI, ähnlich einer MAC-Adresse bei einer Netzwerkkarte. Die TSI ist in 3 Bereiche eingeteilt. MCC (Mobile Country Code), MNC (Mobile Network Code) und SSI (Short Subscriber Identity). Mit den 48 Bit (Binärstellen) könnten theoretisch über 281 Billionen Funkgeräte adressiert werden. Jeder Mensch auf der Welt könnte dann in etwa 45.000 Funkgeräte besitzen.

Der Mobile Country Code besteht aus 10 Bit und kennzeichnet die Länder der Welt, z. B. Deutschland 262. Der Mobile Network Code besteht aus 14 Bit und kennzeichnet Netze innerhalb eines Landes. Die Short Subscriber Identity besteht aus 24 Bit und kennzeichnet Teilnehmer und Systembestandteile innerhalb eines Netzes.

Es existieren dabei vier verschiedene Typen von SSIs:

• Die ISSI (Individual Short Subscriber Identity) kennzeichnet ein Endgerät innerhalb eines Funknetzes eindeutig. (z. B. Tetra-Meldeemfänger (TME))
• Die GSSI (Group Short Subscriber Identity) kennzeichnet eine Gesprächsgruppe innerhalb eines Funknetzes.
• Die ASSI (Alias Short Subscriber Identity) wird für die Adressierung fremder Netzteilnehmer verwendet.
• Die vierte Gruppe stellen die TETRA-Systemadressen dar.

Sicherheit

Durch die TSI ist es möglich, jedes Endgerät zu identifizieren. Um sich in das TETRA-Netz einzuloggen, muss die TSI in diesem Netz gültig sein. Ist sie das nicht, hat der Teilnehmer keinen Zugriff auf das TETRA-Netz. Dieses ist vergleichbar mit einer MAC-Adressen-Sperre an einem Router.

Direkte Kommunikation

TETRA verfügt zusätzlich zum Trunkedmodus (TMO) auch über einen sog. Direktmodus (DMO = direct mode operation), bei dem zwei oder mehrere Funkgeräte unabhängig vom Netz miteinander kommunizieren können.

Dies ist an zwei Punkten von Interesse: 1) beim Aufbau des Netzes an Orten mit noch vorhandenem Funkloch. 2) beim Innenangriff der Feuerwehr in Gebäuden ohne Gebäudefunkanlage.

Auch kann ein einzelnes Funkgerät als mobile Relaisstation für andere Geräte eingesetzt werden. So kann ein Gerät im Fahrzeug als Relais die Funkversorgung der Handfunkgeräte auf einem Areal sicherstellen.

Es kann auch ein Gateway geschaltet werden, so dass ein Fahrzeugfunkgerät an einer abgelegenen Einsatzstelle mit schlechter Funkversorgung eine Verbindung für örtliche Handfunkgeräte im DMO zum entfernten Funkturm im TMO herstellt. So kann der Einsatzleiter vor Ort noch die Leitstelle erreichen.

Benutzte Frequenzen in Europa

BOS

Österreich 380–385 MHz (Uplink) 390–395 MHz (Downlink)

Deutschland 380 – 385 MHz (Uplink) 390–395 MHz (Downlink)

Weitere Europäische Frequenzbänder

410 – 420 MHz (Uplink) 420 – 430 MHz (Downlink)

450 – 460 MHz (Uplink) 460 – 470 MHz (Downlink)

Weitere Frequenzbänder

300 MHz-Band in Russland

800 MHz-Band in Asien

Standard

TETRA ist ein ETSI-Standard (ETSI: Europäisches Institut für Telekommunikationsnormen). Die erste Version des Standards wurde 1995 veröffentlicht.

Die ETSI ist derzeit dabei, zusammen mit der amerikanischen TIA, einen Nachfolgestandard auf Breitbandbasis zu entwickeln. Das Projekt nennt sich MESA (Broadband Mobility for Emergency and Safety Applications)

Endgeräte Anbieter

Im Gegensatz zum monolistischen Tetrapol, bei dem es nur 1 Hersteller gibt, führte der offene Standard bei Tetra zu einer Vielzahl von Hersteller.

• Cleartone
• EADS mit zugekaufter Nokia TETRA-Produktreihe
• Funkwerk_AG Kölleda
• HYT
• Motorola
• OTE-Finmeccanica
• Selex
• Sepura
• Teltronic
• Unimo

Infrastruktur Anbieter

• Damm
• EADS mit zugekaufter Nokia TETRA-Produktreihe
• Motorola
• OTE-Finmeccanica
• Rohde_und_Schwarz
• Teltronic

Bücher

• Michael Marten: BOS-Funk 1; Vth; Auflage: 5., veränd. Neuaufl. 2005, ISBN 3-88180-616-4
• Michael Marten: BOS-Funk 2; Vth; Auflage: 11., veränd. Neuaufl. 2005, ISBN 3-88180-647-4
• Linde, Christof: Aufbau und Technik des digitalen BOS-Funks, Franzis Verlag, 2008 ISBN 3-7723-4216-7

Siehe auch

• Tetrapol, ein oft mit TETRA verwechseltes digitales Bündelfunksystem (v. a. Frankreich, Schweiz)

Weblinks

• BDBOS
• ETSI ETSI – European Telecommunications Standards Institute – engl. – Europäisches Institut für Telekommunikationsnormen
• TETRA e-standardization – engl.
• TETRA MoU TETRA Memorandium of Understanding – engl.
• Digitaler BOS-Funk – Information zum digitalen BOS-Funk
• Projekt Digitalfunk, BOS Austria Information des österreichischen BMI
• tetranetz in cooperation with 144 Notruf Niederösterreich
• Reportage „Digitalfunknetze unter Spitzenlast – Funkexperten analysieren Großereignisse“, auf Heise-Mobil

• Digitalfunk für Sicherheitsbehörden gestartet – VDI nachrichten vom 29. Juni 2007
• TETRA Terminals
• Faktenblatt TETRA, Bakom, Schweiz, 2001

Bücher

• Linde, Christof: Aufbau und Technik des digitalen BOS-Funks, Franzis Verlag, 2008 ISBN 3-7723-4216-7

Quellen