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1 Weiterentwicklung von TETRA zu einer professionellen Mobilfunktechnologie der 4. Mobilfunkgeneration für einsatzkritische, breitbandige und durchgängig IP-basierte Sprach- und Datenkommunikation EINSTUFUNG: ÖFFENTLICH WEISSBUCH P3 communications GmbH Autor: Koautoren: Dr.-Ing. Martin Steppler Dr.-Ing. Peter Sievering, Stephan Kerkhoff, Tony Gray Version: 1.0 Datum: 22. November 2011

2 Inhaltsverzeichnis 1 Zusammenfassung Weiterentwicklung von TETRA Definition einsatzkritischer Kommunikation Geschichtliche Entwicklung des Mobilfunks Warum TETRA über LTE nicht funktionieren wird und warum LTE für einsatzkritische Kommunikation nicht eingesetzt werden kann Wie vermieden werden kann, bei der Standardisierung die Mängel schmalbandiger PMR-Systeme zu wiederholen? Anforderungen an eine breitbandige PMR-Technologie der 4. Mobilfunkgeneration Migration zu TETRA Abkürzungen Kurzprofile Weiterentwicklung von TETRA 22. November 2011 P3 communications GmbH 2 / 13

3 1 ZUSAMMENFASSUNG Während LTE sich zu der global vorherrschenden kommerziellen Mobilfunktechnologie entwickelt, befindet sich die Industrie des professionellen Mobilfunks, insbesondere die TETRA-Industrie, an einer Weggabelung, um über die Richtung von Standardisierung und Produktentwicklung für mindestens das nächste Jahrzehnt zu entscheiden. Dieses Weißbuch schlägt eine evolutionäre Weiterentwicklung von TETRA 1 zu TETRA 3 vor. Um die wesentlichen Unterschiede zwischen dem kommerziellen und dem professionellen Mobilfunk zu verdeutlichen, werden die vier Hauptanforderungen an die einsatzkritische Kommunikation in Abschnitt 2.1 definiert. Nach einem Rückblick auf die geschichtliche Entwicklung des Mobilfunks in Abschnitt 2.2 wird in Abschnitt 2.3 darauf hingewiesen, dass ein zukünftiger, breitbandiger PMR-Standard auf LTE basieren sollte, jedoch LTE nicht für einsatzkritische Kommunikation geeignet sein wird, solange die PMR-Industrie LTE nicht für die einsatzkritische Nutzung weiterentwickelt. Es wird vorgeschlagen, die einsatzkritische Weiterentwicklung von LTE als TETRA 3 zu bezeichnen, weil TETRA der technisch am weitesten entwickelte PMR-Standard mit den weltweit meisten Installationen ist. Nachdem die Mängel bei der Standardisierung von schmalbandigen PMR-Systemen in Abschnitt 2.4 aufgezeigt und das Leistungsvermögen von LTE bewertet wurde, werden folgende Hauptanforderungen an TETRA 3 in Abschnitt 2.5 spezifiziert: harmonisiertes Frequenzspektrum für breitbandigen professionellen Mobilfunk (mindestens 2 5 MHz), Wiederverwendung von LTE-Referenzpunkten der Infrastruktur, um eine Infrastruktur mit Netzelementen von im Wettbewerb stehenden Lieferanten ( multi-vendor ) betreiben und um niedrige Laufzeiten insbesondere bei breitbandigen Echtzeitdiensten ermöglichen zu können, Entwicklung von dedizierten Verschlüsselungsalgorithmen für breitbandigen professionellen Mobilfunk im Hinblick auf Authentisierung, Funkschnittstellen- und Ende-zu-Ende- Verschlüsselung, Standardisierung einer Breitbanddaten-API für Leitstellen, breitbandiger, direkter Zugang ( broadband direct access ), Intrasystemübergang zu TETRA 1 und TETRA 2, Intersystemübergang zu P25 und TETRAPOL, breitbandige Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-IP-Paketdatenübertragung ( IP unicast, IP multicast ) über Netzübergänge zu Funknetzen von Nachbarstaaten ( broadband cross-border packet data ) und Energiesparbetrieb inaktiver Basisstationen abhängig vom Verkehrsangebot. Abschließend wird in Abschnitt 2.6 dargelegt, dass eine Migration zu TETRA 3 eine Migration zu TETRA 2 voraussetzt, um schmalbandige Datenübertragungsraten übersteigende einsatzkritische Paketdatenübertragung für BOS vor 2020 bereitstellen zu können und um der TETRA-Industrie einen Anreiz zu bieten, den professionellen Mobilfunk weiterzuentwickeln. Dieses Weißbuch endet mit einem Vorschlag für die phasenweise Weiterentwicklung von TETRA 3 zu einer professionellen Mobilfunktechnologie der 4. Mobilfunkgeneration für einsatzkritische, breitbandige und durchgängig IPbasierte Sprach- und Datenkommunikation. Weiterentwicklung von TETRA 22. November 2011 P3 communications GmbH 3 / 13

4 2 WEITERENTWICKLUNG VON TETRA 2.1 Definition einsatzkritischer Kommunikation Ein Mobilfunksystem muss vier Hauptanforderungen erfüllen, um als geeignet für einsatzkritische ( mission critical ) Kommunikation eingestuft werden zu können. 1. Die Infrastruktur muss widerstandsfähig ( resilient ) und hoch verfügbar ( highly available ) sein. Dies wird normalerweise mit Hilfe einer redundanten Netzarchitektur, redundanten Anbindungen von Netzelementen und ausfallsicheren Netzelementen erreicht. Ferner kann die Verfügbarkeit von Basisstationen erhöht werden, indem diese in einen Rückfallbetrieb ( fallback mode ) mit eingeschränkten Diensten übergehen, wenn die Anbindung an die Infrastruktur verloren geht und netzweite Dienste vorübergehend nicht bereitgestellt werden können. 2. Die Kommunikation muss zuverlässig ( reliable ) sein. In einem einsatzkritischen Netz müssen Kommunikationsdienste zugänglich und stabil sein, d. h. Netzkapazität muss auch im Falle von ungeplanten Großschadensereignissen verfügbar sein. Ferner müssen Einzel- und Gruppenrufe in einer vordefinierten und äußerst niedrigen Zeit, z. B. 500 ms, aufgebaut werden können. Auch am Zellrand müssen Sprachpakete, Kurzdatennachrichten und Paketdaten zuverlässig zum Teilnehmer übertragen werden können. 3. Die Kommunikation muss sicher ( secure ) sein. Ein einsatzkritisches Netz stellt Sicherheitsfunktionen zur Verfügung, um die Teilnehmer vor Stören ( jamming ), Abhören ( interception ) und Manipulation durch Dritte ( spoofing ) zu schützen: beidseitige Authentifizierung von Infrastruktur und Endgeräten, Methoden für die vorübergehende und die dauerhafte Deaktivierung von Endgeräten und Sicherheitskarten ( smart card ). Funktionen zur Erkennung und zur Kompensierung von Störsignalen an der Funkschnittstelle, Funkschnittstellenverschlüsselung von Nutz- und Steuerdaten einschließlich der Adressen und Ende-zu-Ende-Verschlüsselung von Nutzdaten. 4. Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikation muss unterstützt werden. Professionelle Nutzer kommunizieren zu einem wesentlichen Teil in Gruppen. Deswegen muss ein einsatzkritisches Netz Punkt-zu-Mehrpunkt-Kommunikation unterstützen, d. h. Gruppenrufe, gruppenadressierte Kurzdatennachrichten und gruppenadressierte Paketdatenübertragung. Wenn ein Mobilfunksystem nicht die oben angeführten vier einsatzkritischen Hauptanforderungen vollständig erfüllt, kann es nur für geschäftskritische ( business critical ) Kommunikation verwendet werden. Kommerzielle Mobilfunksysteme unterstützen grundsätzlich nur geschäftskritische Kommunikation. Weiterentwicklung von TETRA 22. November 2011 P3 communications GmbH 4 / 13

5 Da TETRA die oben angeführten vier einsatzkritischen Hauptanforderungen vollständig erfüllt, stellt TETRA eine schmal- und weitbandige professionelle Mobilfunktechnologie zur einsatzkritischen Übertragung von Sprache und Daten für Nutzer aus den Bereichen BOS, Energieversorgung und Transportwesen dar. 2.2 Geschichtliche Entwicklung des Mobilfunks Auch in der Zukunft wird es notwendig sein, professionelle Mobilfunkstandards auf der Basis von kommerziellen Mobilfunkstandards weiterzuentwickeln. Dies ist dadurch begründet, dass Hersteller und Betreiber kommerzieller Mobilfunknetze nahezu kein kommerzielles Interesse daran haben, ihre Produkte und Netze für eine kleine Nutzergruppe mit äußerst herausfordernden Leistungsanforderungen weiterzuentwickeln. Auf der anderen Seite sind Hersteller für den professionellen Mobilfunk nicht in der Lage, mehrere Milliarden Euro umfassende Forschungs- und Entwicklungsbudgets aufzubringen, um professionelle Mobilfunktechnologien der nächsten Generation zeitgleich oder sogar im Voraus zu Herstellern für den kommerziellen Mobilfunk weiterzuentwickeln. Daher erscheint die zeitlich nachgelagerte Anpassung von neuen kommerziellen Mobilfunktechnologien an einsatzkritische Anforderungen als das Naturgesetz der Forschung und Entwicklung für den professionellen Mobilfunk. Folgendes Beispiel verdeutlicht die unterschiedlichen Dimensionen des Nischenmarkts des professionellen Mobilfunks im Vergleich zum Markt des kommerziellen Mobilfunks. Insgesamt werden unter Berücksichtigung aller weltweit sich in Verwendung befindlichen Technologien für den professionellen Mobilfunk nicht mehr als 40 Millionen PMR-Endgeräte eingesetzt. Falls im Gegensatz hierzu ein großer Hersteller von Mobiltelefonen im letzten Quartal nur 40 Millionen Mobiltelefone verkaufte, dann würde dieses Unternehmen von internationalen Ratingagenturen ernsthaft herabgestuft werden. Wie in Abbildung 1 dargestellt folgte TETRA 1 auf GSM und passte GSM an die einsatzkritische Kommunikation an. TETRA 2 hat den Paketdatendienst von GPRS und die adaptiven Modulationsverfahren von EDGE wiederverwendet. Da Nutzer des professionellen Mobilfunks nur sehr langsam technische Innovationen übernehmen, z. B. betreiben noch nicht alle Länder in Europa einschließlich Deutschland vollständig ausgebaute landesweite PMR-Netze, haben Hersteller des professionellen Mobilfunks damit gezögert, 3G-Technologien in TETRA oder in einen anderen PMR-Standard zu übernehmen. Abweichend zur Weiterentwicklung von kommerziellen Mobilfunkstandards, die im Wesentlichen durch Innovationen der Hersteller geprägt ist, wird die Weiterentwicklung von TETRA nahezu ausschließlich durch die Anforderungen der PMR-Nutzer, insbesondere der BOS-Nutzer, beeinflusst. Daher ist die Arbeitsgruppe 1 TETRA-Nutzeranforderungen und Dienste ( Working Group 1 TETRA User Requirements and Services ) ein wesentlicher Bestandteil des für TETRA zuständigen Standardisierungsgremiums innerhalb des ETSI, d. h. TC TETRA, und definiert die Arbeitsgruppe aus Betreibern und Nutzern ( Operators and Users Association ) innerhalb der Industrievereinigung TETRA + Critical Communications Association Anwendungsfälle für Dienste, die anschließend von TETRA-Herstellern implementiert und geprüft werden. Vor kurzem haben PMR-Nutzer damit begonnen, Nutzeranforderungen an breitbandige einsatzkritische Datenanwendungen zu identifizieren. Diese umfassen die Übertragung von Ortsberichten, mul- Weiterentwicklung von TETRA 22. November 2011 P3 communications GmbH 5 / 13

6 timediale Video- und Fotoübertragung, Büroanwendungen, das Hoch- und Herunterladen von einsatzbezogenen Informationen und der Zugriff auf Onlinedatenbanken. Als Folge hieraus hat ETSI TC TETRA ein neues und bis Ende 2016 angesetztes Arbeitspaket ( work item ) initiiert, um den TETRA-Standard auf die Übertragung von breitbandigen Paketdaten zu erweitern. Der Umfang dieses Arbeitspakets ist noch vollständig unklar. Im Augenblick ist die TETRA- Industrie äußerst unsicher, ob TETRA bereits eine veraltete Technologie ist und ob TETRA in naher Zukunft durch einen auch für einsatzkritische Kommunikation verwendbaren LTE-Standard ersetzt werden wird. Abbildung 1: Zuordnung kommerzieller geschäftskritischer Mobilfunkstandards zum professionellen einsatzkritischen TETRA-Mobilfunkstandard Die nächste Generation kommerzieller Mobilfunknetze (3.9G und 4G) wird breitbandige Dienste mit niedrigen Laufzeiten bereitstellen und bietet Netzbetreibern eine einfache Migration, eine flexible Verwendung von Frequenzspektrum und die Möglichkeit, Sprach- und Datendienste mit niedrigen Kosten pro Bit zur Verfügung stellen zu können. LTE wird ferner die Anbindung an andere Zugangstechnologien unterstützen, so dass Netzbetreiber ihre breitbandigen Festnetze zusammenführen und breitbandige Kommunikation mobil und unterbrechungsfrei anbieten können. Es ist das Ziel dieses Weißbuches einen sehr wahrscheinlichen evolutionären Pfad zu einem einsatzkritischen breitbandigen Standard für den professionellen Mobilfunk, d. h. einen evolutionären Pfad zu TETRA 3, aufzuzeigen. 2.3 Warum TETRA über LTE nicht funktionieren wird und warum LTE für einsatzkritische Kommunikation nicht eingesetzt werden kann Aus Abbildung 1 kann abgeleitet werden, dass jede zukünftige Breitbandtechnologie für den professionellen Mobilfunk auf LTE und LTE-A basieren wird. Die Vereinigten Staaten und Kanada haben bereits offiziell LTE als zukünftige Grundlage für den professionellen Mobilfunk anerkannt. Gemäß der IMT-Advanced-Definition von Anforderungen an eine Mobilfunktechnolgie der 4. Generation, ist LTE-A ein Kandidat für eine 4G-Technologie, nicht jedoch LTE. Neben anderen Anforderungen muss eine 4G-Technologie eine Datenübertragungsrate von 1 Gbit / s in einer stationären Umgebung und von 100 Mbit / s in einer hochmobilen Umgebung unterstützen. LTE ist eindeutig nicht in der Lage, diese 4G-Anforderungen zu erfüllen. Wenn die Definition der einsatzkritischen Kommunikation aus dem obigen Abschnitt 2.1 herangezogen wird, dann kann festgestellt werden, dass LTE zuverlässige und Punkt-zu-Mehrpunkt- Weiterentwicklung von TETRA 22. November 2011 P3 communications GmbH 6 / 13

7 Datenkommunikation mit Hilfe eines weiterentwickelten Dienstes für multimediale Rundsende- und Gruppenkommunikation ( evolved Multimedia Broadcast and Multicast Service, embms) unterstützen wird. Auf der anderen Seite unterstützt LTE keine Einzel- und Gruppenrufe mit einer von BOS- Nutzern geforderten Dienstgüte. Die LTE-Sicherheitsarchitektur stellt Prozeduren für die Sicherheitsbeziehung zwischen Nutzern und dem Netz ( user-to-network security ), insbesondere Authentifizierung und Funkschnittstellenverschlüsselung, und das IP Multimedia Subsystem (IMS) Ende-zu-Ende-Verschlüsselung zur Verfügung. Die TETRA-Sicherheitsprozeduren wie die Funkschnittstellenverschlüsselung und die Ende-zu-Ende- Verschlüsselung verwenden spezielle Verschlüsselungsalgorithmen, die als doppelverwendungsfähige Technologien eingestuft sind und daher der Exportkontrolle unterliegen. Wenn LTE einsatzkritische Breitbanddatenübertragung unterstützen soll, dann muss LTE dahingehend angepasst werden, dass neue ausschließlich von PMR-Nutzern verwendbare Verschlüsselungsalgorithmen für Funkschnittstellenverschlüsselung und Ende-zu-Ende-Verschlüsselung unterstützt werden. Es ist sehr unwahrscheinlich, dass LTE und LTE-A zukünftig für einsatzkritische Kommunikation geeignet sein werden, weil kein kommerzielles Interesse besteht, neue Verschlüsselungsalgorithmen zu standardisieren und zu implementieren, die nur von einer kleinen Nutzergruppe benötigt werden. Ferner werden kommerzielle LTE- und LTE-A-Netze nicht in einer für den landesweiten Betrieb von professionellen Mobilfunknetzen benötigten Hochverfügbarkeit ausgestattet sein. Falls eine TETRA- Anwendung in einem kommerziellen LTE-Netz verwendet würde, dann wäre diese Anwendung nicht für einsatzkritische Kommunikation geeignet, da der LTE-Netzbetreiber kein kommerzielles Interesse daran hätte, in eine 99,999 %-ige Hochverfügbarkeit zu investieren, die typischerweise für einsatzkritische Netze benötigt wird. 2.4 Wie vermieden werden kann, bei der Standardisierung die Mängel schmalbandiger PMR- Systeme zu wiederholen? Wenn auf die Standardisierung von TETRA seit 1990 zurückgeblickt wird, dann können zwei große Unzulänglichkeiten identifiziert werden: 1. Die TETRA-Industrie war nicht in der Lage, sich auf eine Referenzarchitektur für die TETRA- Infrastruktur ( Switching and Management Infrastructure, SwMI) zu einigen. Es wurden weder Referenzpunkte noch Schnittstellen zwischen Netzelementen standardisiert. Somit wurde verhindert, dass landesweite Netze mit Netzelementen von im Wettbewerb stehenden Lieferanten ( multi-vendor ) betrieben werden können. Das weiterentwickelte, paketvermittelnde Kernnetz ( Evolved Packet Core, EPC) von LTE wurde dahingehend optimiert, niedrige Laufzeiten zu ermöglichen. Ein LTE-basiertes breitbandiges TETRA-System wird nur dann in der Lage sein, einsatzkritische Breitbandvideoanwendungen mit einer echtzeitfähigen Dienstgüte ( Quality of Service, QoS) zu unterstützen, wenn TETRA 3 die LTE-Referenzpunkte innerhalb der Infrastruktur wiederverwendet. Als Folge hieraus sollte der TETRA 3-Markt Wettbewerb bei Funkgeräten, Leitstellen und Netzelementen ermöglichen. LTE-Referenzpunkte innerhalb einer TETRA 3-Infrastruktur stellen ferner sicher, dass TETRA 3-Infrastrukturen direkt und auf einfache Weise von der Weiterentwicklung von LTE zu LTE-A oder sogar 5G profitieren können. Weiterentwicklung von TETRA 22. November 2011 P3 communications GmbH 7 / 13

8 2. Es wurde keine Leitstellenschnittstelle standardisiert. Aus diesem Grund haben alle TETRA- Infrastrukturhersteller eigene Anwendungsprogrammierschnittstellen ( Application Programming Interface, API) für Leitstellen entwickelt. Als weitere Folge wird die Interoperabilität von Leitstellen durch die TETRA + Critical Communications Association weder geprüft noch zertifiziert, obwohl Leitstellen ein wesentlicher Bestandteil in der täglichen operativtaktischen Nutzung von TETRA-Netzen sind. TETRA 3 sollte eine Breitbanddaten-API für Leitstellen spezifizieren, die einen standardisierten Zugang zu Ende-zu-Ende-verschlüsselter, breitbandiger Paketdatenübertragung ermöglicht und ferner das nutzereigene Management, das Netzmanagement und die Netzbeobachtung unterstützt. 2.5 Anforderungen an eine breitbandige PMR-Technologie der 4. Mobilfunkgeneration Die Regulierungsbehörde der Vereinigten Staaten ( Federal Communications Commission, FCC) hat 2 5 MHz an Frequenzspektrum im 700 MHz-Frequenzband für breitbandigen professionellen Mobilfunk identifiziert (763 MHz-768 MHz und 793 MHz-798 MHz). Sehr wahrscheinlich wird harmonisiertes Frequenzspektrum für breitbandigen professionellen Mobilfunk in Europa ebenfalls 2 5 MHz nicht übersteigen. Wie in Tabelle 1 dargestellt würde die Obergrenze der Datenübertragungsrate eines LTE-basierten professionellen Mobilfunksystems mit 2 5 MHz an Frequenzspektrum 73 Mbit / s auf der Abwärtsstrecke und 18 Mbit / s auf der Aufwärtsstrecke nicht überschreiten. Der im Mittel erzielbare IP-Durchsatz wäre maßgeblich geringer und weit entfernt von 4G-Datenübertragungsraten. Im Gegensatz zu kommerziellen LTE-Mobilfunknetzen, die für die breitbandige Paketdatenübertragung auf der Abwärtsstrecke entworfen wurden, stellt die breitbandige Paketdatenübertragung von einsatzbezogenen Informationen auf der Aufwärtsstrecke einen Hauptanwendungsfall für zukünftige breitbandige TETRA 3-Systeme dar. Somit wird die Aufwärtsstrecke in einem zukünftigen breitbandigen professionellen Mobilfunksystem sehr wahrscheinlich einen Engpass darstellen. Tabelle 1: Obergrenzen für LTE-Datenübertragungsraten Bandbreite (MHz) 1, Abwärtsstrecke ( kbit / s ) Aufwärtsstrecke ( kbit / s ) Da LTE-A höhere Datenübertragungsraten auf der Aufwärtsstrecke (Entwurfsziel: 500 Mbit / s ) und neue Prozeduren für eine verbesserte Funknetzabdeckung mit Hilfe von Relaisknoten ( relay node ) und für die Interferenzvermeidung ( interference avoidance ) mit entfernungsabhängigen Frequenzwiederholabständen bereitstellen wird, wird dieser Engpass auf der Aufwärtsstrecke nicht behoben worden sein, bis der Nachfolger von LTE an einsatzkritische Kommunikation angepasst wurde. TETRA ist der technisch am weitesten entwickelte professionelle Mobilfunkstandard mit den weltweit meisten Installationen. Daher sollte ein LTE-basierter breitbandiger professioneller Mobilfunkstandard eine Erweiterung des TETRA-Standards sein und sollte sowohl einen breitbandigen direkten Zugang als auch Intrasystemübergänge zu TETRA 1 und TETRA 2 unterstützen. Gleichwohl sollte TETRA 3 auch den Intersystemübergang zu P25 und TETRAPOL unterstützen. Weiterentwicklung von TETRA 22. November 2011 P3 communications GmbH 8 / 13

9 Obwohl die letzte nordatlantische Kooperation im Bereich des professionellen Mobilfunks zwischen den Standardisierungsinstituten TIA und ETSI im Projekt MESA zu keinen konkreten Produkten geführt hat, sollte ein breitbandiger professioneller Mobilfunkstandard global harmonisiert werden können. Im Gegensatz zu der Standardisierung des schmalbandigen professionellen Mobilfunks und unter Berücksichtigung der erhöhten Komplexität von 4G werden Hersteller breitbandige einsatzkritische Produkte nicht auf Basis von regionalen Standards finanzieren können. Die Bedenken bezüglich der Exportkontrolle von Verschlüsselungsalgorithmen aufzulösen, wird sicherlich eine der größeren Herausforderungen eines solchen globalen Standardisierungsvorhabens sein. Ein bisher häufig vernachlässigter Aspekt bei Mobilfunknetzen ist der Stromverbrauch der Infrastruktur. Landesweite professionelle Mobilfunknetze müssen auch dünnbesiedeltes Umland abdecken, woran kommerzielle Netzbetreiber nicht interessiert sind. Normalerweise ist das Verkehrsangebot im Umland sehr niedrig und führt bei Basisstationen zu Phasen der Inaktivität. Der Gesamtstromverbrauch eines professionellen Mobilfunknetzes könnte erheblich verringert werden, indem ein Energiesparbetrieb inaktiver Basisstationen abhängig vom Verkehrsangebot eingeführt wird. 2.6 Migration zu TETRA 3 Ab 2020 wird voraussichtlich ein breitbandiger professioneller Mobilfunkstandard vollständig spezifiziert und veröffentlicht, wird harmonisiertes Frequenzspektrum für breitbandigen professionellen Mobilfunk identifiziert worden, werden breitbandige PMR-Produkte ausgereift und der Roll-out landesweiter breitbandiger PMR-Netze im Wesentlichen abgeschlossen sein. Es ist für die Weiterentwicklung von TETRA entscheidend, dass Netzbetreiber landesweiter TETRA- Netze zuerst in TETRA 2 investieren, bevor eine Migration zu TETRA 3 erfolgt. Im Oktober 2011 wurde der TEDS-Direktzugang ( TEDS Direct Access ) von ETSI TC TETRA als neuer Meilenstein der TETRA-Weiterentwicklung veröffentlicht, womit ein mehrjähriges Standardisierungsvorhaben mit zugehöriger Produktentwicklung vollendet wurde. Aufgrund des in Abschnitt 2.2 beschriebenen Naturgesetzes der zeitlich nachgelagerten Anpassung von neuen kommerziellen Mobilfunktechnologien an einsatzkritische Anforderungen des professionellen Mobilfunks, werden kommerzielle LTE-A-Mobilfunknetze der 4. Generation mit 1 Gbit / s - Datenübertragungsrate höchstwahrscheinlich in 2020 in Betrieb sein, wenn noch nicht der 4. Generation zugerechnete professionelle LTE-Mobilfunknetze in Betrieb genommen werden sollen. Falls TETRA-Netzbetreiber sich heute nicht dazu entschließen, in TEDS zu investieren, weil eine zukünftige professionelle breitbandige Mobilfunklösung erheblich höhere Datenübertragungsraten verspricht, dann träte die gleiche Entscheidungssituation erneut auf, wenn ein LTE-basiertes professionelles Mobilfunksystem mit kommerziellen LTE-A-Implementierungen im Wettbewerb steht. TETRA- Hersteller müssten das Risiko bewerten, ob sie in die Standardisierung und die Produktentwicklung für eine LTE-basierte professionelle Mobilfunklösung investieren wollen, deren zukünftige Kunden diese nach Fertigstellung als veraltet ansehen werden. Falls TEDS ein geschäftlicher Misserfolg wird, könnten größere TETRA-Hersteller den TETRA-Markt verlassen und sich auf die bloße Erfüllung ihrer Wartungsverträge konzentrieren. In diesem Fall müssten sich Netzbetreiber und Nutzer mit folgender Situation auseinandersetzen: Weiterentwicklung von TETRA 22. November 2011 P3 communications GmbH 9 / 13

10 TETRA würde eine veraltete Technologie sein, nur schmalbandige einsatzkritische Datenübertragung würde bis Ende dieses Jahrzehnts verfügbar sein, keine einsatzkritischen Sprachdienste würden standardisiert und implementiert werden und entsprechend wäre kein Ersatz für TETRA 1-Systeme im nächsten Jahrzehnt verfügbar. Wenn TETRA-Netzbetreiber und Nutzer andererseits in TEDS investierten, dann würde TETRA weiterhin existieren und weitbandige einsatzkritische Paketdatenübertragung mit einer Datenübertragungsrate von ungefähr 100 kbit / s würde bereitstehen, die bereits einen wesentlichen Teil bestehender Nutzeranforderungen an die Paketdatenübertragung abdeckt. An dieser Stelle muss darauf hingewiesen werden, dass harmonisiertes Frequenzspektrum für weitbandige Paketdatenübertragung (wahrscheinlich 2 1,5 MHz im 400 MHz-Frequenzband) von Regulierungsbehörden noch identifiziert werden muss. Sobald breitbandige TETRA 3-Netze in Betrieb genommen werden, könnten landesweite weitbandige TEDS-Paketdatennetze als Rückfallebene im Umland ohne breitbandige Funknetzabdeckung verwendet werden. Die Weiterentwicklung von TETRA 1 zu TETRA 3 über TETRA 2 ist nur dann sinnvoll, wenn die Einführung von TETRA 2 dazu führt, dass bestehende Netze auf TETRA 3 vorbereitet werden, d. h. der Zugangsbereich und der Kernbereich des Festnetzes muss durchgängig IP-basiert werden, wobei die anspruchsvollen Dienstgüten einsatzkritischer leitungsvermittelter Sprachdienste weiterhin erfüllt werden müssen. Voraussichtlich werden die Standardisierung und die Implementierung von TETRA 3 zu einer professionellen Mobilfunktechnologie der 4. Mobilfunkgeneration für einsatzkritische, breitbandige und durchgängig IP-basierte Sprach- und Datenkommunikation in folgenden evolutionären Phasen erfolgen: TETRA 3 Phase 1 (2020): 3.9G-LTE-basierte breitbandige, einsatzkritische TETRA 3-Paketdatenübertragung harmonisiertes Frequenzspektrum für breitbandigen professionellen Mobilfunk (mindestens 2 5 MHz), Wiederverwendung von LTE-Referenzpunkten der Infrastruktur, um eine Infrastruktur mit Netzelementen von im Wettbewerb stehenden Lieferanten ( multi-vendor ) betreiben und um niedrige Laufzeiten insbesondere bei breitbandigen Echtzeitdiensten ermöglichen zu können, Entwicklung von dedizierten Verschlüsselungsalgorithmen für breitbandigen professionellen Mobilfunk im Hinblick auf Authentisierung, Funkschnittstellen- und Ende-zu-Ende- Verschlüsselung, Standardisierung einer Breitbanddaten-API für Leitstellen, breitbandiger, direkter Zugang ( broadband direct access ), Intrasystemübergang zu TETRA 1 und TETRA 2, Intersystemübergang zu P25 und TETRAPOL, breitbandige Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt-IP-Paketdatenübertragung ( IP unicast, IP multicast ) über Netzübergänge zu Funknetzen von Nachbarstaaten ( broadband cross-border packet data ), Weiterentwicklung von TETRA 22. November 2011 P3 communications GmbH 10 / 13

11 Energiesparbetrieb inaktiver Basisstationen abhängig vom Verkehrsangebot und Netzaufbau von TETRA 3 in Hochkapazitätsflächen unter Wiederverwendung von bereits bestehenden Standorten mit einer widerstandsfähigen und hochverfügbaren Netzarchitektur. TETRA 3 Phase 2 (2024): 4G-LTE-basierte breitbandige, einsatzkritische TETRA 3-Paketdatenübertragung 4G-Datenübertragungsraten für einsatzkritische Paketdatenübertragung und landesweite Funknetzabdeckung mit Hilfe von TETRA 3-Relaisknoten. TETRA 3 Phase 3 (2028): 4G-LTE-basierte breitbandige, einsatzkritische TETRA 3-Sprach- und Paketdatenübertragung IP Multimedia Subsystem-basierte einsatzkritische Punkt-zu-Punkt- und Punkt-zu-Mehrpunkt- Sprachdienste mit garantierter Dienstgüte zur landesweiten und netzübergreifenden Nutzung. Die Phase 3 ersetzt vollständig alle TETRA 1-, TETRA 2, P25- und TETRAPOL-Netze. Weiterentwicklung von TETRA 22. November 2011 P3 communications GmbH 11 / 13

12 ABKÜRZUNGEN 3GPP 3 rd Generation Partnership Project BOS Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben EDGE Enhanced Data Rates for GSM Evolution EPC Evolved Packet Core ETSI European Telecommunications Standards Institute embms evolved Multimedia Broadcast and Multicast Service FCC Federal Communications Commission GSM Global System for Mobile Communications GPRS General Packet Radio Service HSDPA High Speed Downlink Packet Access HSUPA High Speed Uplink Packet Access HSPA+ High Speed Packet Access Plus IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers IMS IP Multimedia Subsystem IMT International Mobile Telecommunications IP Internet Protocol LTE Long Term Evolution LTE-A Long Term Evolution Advanced MESA Mobility for Emergency and Safety Applications P25 Project 25 PMR Professional Mobile Radio PPDR Public Protection and Disaster Relief QoS Quality of Service SwMI Switching and Management Infrastructure TC Technical Committee TEDS TETRA Enhanced Data Service TETRA Terrestrial Trunked Radio TIA Telecommunications Industry Association UMTS Universal Mobile Telecommunications System VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e. V. Weiterentwicklung von TETRA 22. November 2011 P3 communications GmbH 12 / 13

13 KURZPROFILE P3 communications GmbH Die P3-Gruppe ist ein Ingenieurdienstleister mit mehr als Ingenieuren und Informatikern und bietet Beratung in den Branchen Automobil, Luftfahrt und Telekommunikation an. Die Zentrale von P3 befindet sich in Aachen mit Niederlassungen in allen größeren europäischen Ländern sowie in den USA und Indien. Seit 2004 berät P3 communications deutsche Regierungsorganisationen im Hinblick auf Ausschreibung, Planung, Integration und Betrieb des zukünftig weltweit größten professionellen TETRA-Mobilfunknetzes für BOS in Deutschland. Dr.-Ing. Martin Steppler Dr. Steppler ( 1969) beschäftigt sich mit TETRA seit 1993 und schloss ein Studium der Elektrotechnik und eine anschließende Promotion an der RWTH Aachen mit einer Diplomarbeit und einer Dissertation jeweils über TETRA ab. Seit 1999 berät er Regierungsorganisationen bezüglich des landesweiten TETRA-Netzes in Deutschland. Dr. Steppler arbeitet aktiv in den Standardisierungsgremien von ETSI TC TETRA und der TETRA + Critical Communications Association. Dr. Steppler ist ein persönliches Mitglied des IEEE und des VDE. Dr.-Ing. Peter Sievering Dr. Sievering ( 1973) verfügt über langjährige Erfahrung in der Leistungsbewertung von breitbandigen ETSI-Funkzugangsnetzen und hat zum Projekt MESA beigetragen. Er schloss ein Studium der Elektrotechnik und eine anschließende Promotion an der RWTH Aachen ab und erstellte einschließlich seiner Dissertation eine Vielzahl von Veröffentlichung über TETRA. Seit 1999 berät Dr. Sievering Regierungsorganisationen sowohl technisch strategisch als auch in Bezug auf die Funknetzplanung des landesweiten TETRA-Netzes in Deutschland. Dipl.-Ing. Stephan Kerkhoff Stephan Kerkhoff ( 1967) verfügt über eine mehr als 15-jährige Erfahrung im Mobilfunk. Er schloss ein Studium der Elektrotechnik an der Ruhr- Universität Bochum ab. Seit 1993 beschäftigt er sich mit Netzplanung unter besonderer Berücksichtigung der Bereiche Strategie und Netzoptimierung. Seit 1999 berät Hr. Kerkhoff Regierungsorganisationen in Bezug auf die Festnetzplanung des landesweiten TETRA-Netzes in Deutschland. Tony Gray Tony Grays ( 1955) Laufbahn im professionellen Mobilfunk umfasst mehr als 35 Jahre, während der er weltweit beratend bezüglich des TETRA- Standards, dessen Anwendungen und auch anderer Technologien tätig war. Weiterentwicklung von TETRA 22. November 2011 P3 communications GmbH 13 / 13

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