Mobile Breitbandfunkkommunikation für professionelle Anwender Trends und Weiterentwicklungen

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1 Mobile Breitbandfunkkommunikation für professionelle Anwender Trends und Weiterentwicklungen Jürgen Dittrich, Product & Solution Management , Bonn-Wachtberg Technologieforum Fraunhofer FKIE : Breitband-Technologien für Mobile Computing"

2 Inhalt Schlüsseltrends für missionskritische Sprach- & Datennetze LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) Der Weg zu künftigen PMR-Breitbandnetzen Anforderungen militärischer Nutzer LTE 400 Produktentwicklungen F&T Studie Hochmobile Zellulare Netze Ziele und Lösungsüberblick Zusammenfassung 2 / 31

3 Schlüsseltrends für missionskritische Sprach- & Datennetze Breitband-Konnektivität & Anwendungen Situationserfassung in Echtzeit Video Nachrichten Team Koordination Verbesserte Entscheidungshilfen für Einsatzführung Behördenübergreifende Antwort Volle Interop. Einsatzorte Erhöhter Datenaustausch Sammlung Nachweise Zugriff auf Datenbanken Aufklärung Maximierung Vor-Ort Präsenz Medizinische Telemetrie Stream-Daten Lebensrettende Informationen Bilder Text Videos Integration verschiedener IT-Systeme Breitband-Konnektivität: ein essentielles Werkzeug für Sicherheits- und Verteidigungskräfte 3 / 31

4 Schlüsseltrends für missionskritische Sprach- & Datennetze Trends der taktischen Kommunikation Die neue Generation taktischer Systeme wird leichter zu bedienen und zu tragen sein und wird den Anwendern den Zugriff, die Erzeugung und die Nutzung von Informationen auf eine völlig neue Art und Weise erlauben Der Doktrin-Wandel in der EU und den USA von symmetrischen (Kalter Krieg) zu asymmetrischen Bedrohungen erfordert neue Missionen und Strategien zur Verteidigung (Friedenserhalt) und Interoperabilität mit Kommunikationssystemen der öffentlichen Sicherheit. Vielzahl von Daten- Anwendungen Integrierte Lösungen Sicherer Sprachund Datenfunk COTS basierte Lösungen, die Breitband-Konnektivität unterstützen, sind im Begriff, die tragende Säule in Einsatzgebieten zu werden. 4 / 31

5 Inhalt Schlüsseltrends für missionskritische Sprach- & Datennetze LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) Der Weg zu künftigen PMR-Breitbandnetzen Anforderungen militärischer Nutzer LTE 400 Produktentwicklungen F&T Studie Hochmobile Zellulare Netze Ziele und Lösungsüberblick Zusammenfassung 5 / 31

6 LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) Evolution zu Sprache, Daten und Video durch Nutzung leistungsfähiger 4G Systeme 2G Schmalband PMR Systeme 4G Breitbandsysteme Breitband TETRA TETRAPOL P25 Sprache & Daten Software Defined Radio basierte Netzarchitektur 6 / 31

7 LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) Schaffung der 4. Generation PMR mit Breitbandkommunikation Standardisierung Harmonisierte Frequenzen Wettbewerbsfähiges Eco- System Investitionsschutz Migration TETRA/POL PMR Anpassungen 400 MHz und höhere Sendeleistung COTS Endgeräte Chipset 7 / 31

8 LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) Ausblick auf Trends von kommerziellen zellularen Mobilfunknetzen LTE 3GPP ist Basis und zukünftiger Migrationspfad für alle Betreiber großer kommerzieller Mobilfunknetze Interoperabilität mit 2G und 3G Technologien Leistungsfähiges Eco-System (Chipset) LTE bringt verbesserte Spektrumseffektivität und geringe Latenzzeiten bzgl. der Funkübertragung verglichen mit bisherigen Mobilfunktechnologien hohe Kapazität für mobile Anwendungen hohe Performance weltweites LTE-Frequenzspektrum von 700 MHz bis 3.5 GHz MHz FDD-/TDD-Optionen LTE bietet Flexibilität bzgl. der Nutzung von Frequenzen in überfüllten Spektren für künftige PMR Implementierungen Funkkanäle mit 1.4 MHz, 3 MHz, 5 MHz, 10 MHz, 15 MHz und 20 MHz Bandbreite 8 / 31

9 LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) LTE Momentaufnahme der Leistungsfähigkeit Typische Datenrate je Trägerfrequenz Mbit/s 160,0 140,0 120,0 100,0 80,0 60,0 40,0 20,0 0,0 Downlink 150 Average Durchschnitt (low) (niedrig) Average Durchschnitt (high) (hoch) Peak-Rate Mbit/s 45,0 40,0 35,0 30,0 25,0 20,0 53,4 15,0 40, ,7 31,2 10,0 23,4 13,4 15,6 9 5,0 8,0 7,8 3,7 4,7 2,2 0,0 1.4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz Average Durchschnitt (low) (niedrig) Average Durchschnitt (high) (hoch) Peak-Rate Uplink ,6 15,5 13,6 10,3 10,2 8 6,8 5 5,2 3,1 3,4 1,4 2 2,0 1,0 1.4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz Downlink MIMO 2x2 64-QAM Spektrale Effizienz: Peak ~ 6,5 bis 7,5 bit/hz/s Durchschnitt: 1,6 bis 2,7 bit/hz/s Uplink Single Tx 16QAM Spektrale Effizienz: Peak ~ 1,4 bis 1,9 bit/hz/s Durchschnitt: 0,7 bis 1,1 bit/hz/s 9 / 31

10 LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) Warum LTE im 400 MHz und High Power - Ansatz? Divergierender Spektrumsansatz in Europa und in den USA USA nutzt hauptsächlich VHF, 700 MHz und 800 MHz für heutige P25 Schmalbandsysteme TETRA and TETRAPOL nutzen in Europa hauptsächlich MHz LTE 400 MHz FzgFuGer 5W Gleiche Abdeckung wie TETRA oder TETRAPOL CEPT PT49 analysiert aktuell Optionen zur Bereitstellung von BB-Spektren unterhalb 470 MHz durch Refarming von existierenden Bändern oder zusätzliche Nutzung von Teilbändern aus der 2. digitalen Dividende 400 MHz Funkparameter Hochleistungsbasisstation 60 W 1 W HaFuGer und 5 W Mobile mit ca. 20 km Zellradius Reichweite bei 400 MHz wie bei heutigen PMR-Schmalbandsysteme US Model: LTE 700 MHz - FzgFuGer 200 mw führt zu 2-2 bis 3-facher 3 Anzahl heutiger TETRA/POL Standorte PMR-Netze können nur mit vernünftigem wirtschaftlichem Aufwand im 400 MHz-Bereich eine Flächendeckung erzielen 10 / 31

11 LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) LTE 400 MHz und arbeiten zusammen, um eine innovative, mobile Breitband- Daten-Lösung im 400 MHz-Bereich zu entwickeln & anzubieten Definition, Entwicklung und Validierung einer umfassenden Ende-zu-Ende 400 MHz-Lösung erlaubt die Weiterverwendung von heutigen PMR-Systemen, die im gleichen 400 MHz-Frequenzband arbeiten erlaubt Multimedia-Anwendungen für professionelle Anwender Ziel, ein dynamisches Eco-System mit anbieterübergreifenden Lösungen zu erstellen 11 / 31

12 Inhalt Schlüsseltrends für missionskritische Sprach- & Datennetze LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) Der Weg zu künftigen PMR-Breitbandnetzen Anforderungen militärischer Nutzer LTE 400 Produktentwicklungen F&T Studie Hochmobile Zellulare Netze Ziele und Lösungsüberblick Zusammenfassung 12 / 31

13 Der Weg zu künftigen PMR-Breitbandnetzen Evolution zu Breitband Standards für professionelle Mobilfunkanwender wesentliche PMR Funktionen, die für Einsatz im sicherheits- oder militärischen Bereich erforderlich sind, werden heute vom LTE Standard nicht abgedeckt und sind zu entwickeln und zu standardisieren Critical Communication Broadband Group (CCBG) innerhalb TETRA Critical Communication Association (TCCA) bringt aktuell PMR-Funktionen in den 3GPP- Standardisierungsprozess ein - CASSDIAN leitet die CCBG Arbeitsgruppe System & Architecture und arbeitet mit der korrespondierenden 3GGP Arbeitsgruppe SA1 zusammen - aktuelle Arbeitstitel umfassen LTE DMO und LTE Gruppenkommunikation - Anforderungen an den Rückfallbetrieb von LTE Basisstationen (enodeb) werden definiert PMR-Schlüsselfunktionen für die Nutzung von Sprache über LTE PMR Dienste Gruppenrufe Prioritätsrufe Notrufe Dispatcher Bevorrechtigungen IT-Sicherheit (Ende-zu-Ende-Verschlüsselung) Taktische Implementierung (Gruppen / Funkabdeckung) PMR Konfiguration / Dimensionierung Direct mode (taktisch) Resources / Prioritätsmanagement Verkehrprofile (Uplink / Downlink ) Funkabdeckung ländliche Gebiete / Repeater-Lösungen / Funkabdeckungsanforderungen PMR Performance Ausfallsicherheit und Rückfallbetrieb (Bestandteil von TETRA oder TETRAPOL Technologien) Verbindungsaufbauzeit nicht schießen Test.. 13 / 31

14 Der Weg zu künftigen PMR-Breitbandnetzen Weg zu einer gemeinsamen Next Generation PMR TETRA TETRAPOL Sprache u. Daten Schmalband TETRA + LTE TETRAPOL + LTE Sprache Schmalband Daten Breitband Taktische Breitbandlösungen Breitband-PMR Sprache u. Daten Breitband Standardisierung von PMR Funktionen via 3GPP ( 3rd Generation Partnership Project ) Breitbandtechnologie wird eine echte Konvergenzlösung für die Betreiber heutiger TETRA- und TETRAPOL-Netze werden Milicor ist die mobile LTE-Lösung von CASSIDIAN für den Verteidigungsmarkt 14 / 31

15 Inhalt Schlüsseltrends für missionskritische Sprach- & Datennetze LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) Der Weg zu künftigen PMR-Breitbandnetzen Anforderungen militärischer Nutzer LTE 400 Produktentwicklungen F&T Studie Hochmobile Zellulare Netze Ziele und Lösungsüberblick Zusammenfassung 15 / 31

16 Anforderungen militärischer Nutzer Charakteristika taktischer Funkkommunikationslösungen (Sprache & Daten) Mono site Multi site ops. On-the-move Grundbefähigung vernetzt verlegefähige Zellen verlegefähige Zellen mobile Zelle Grundbefähigung mobil Grundbefähigung mit verlegefähigen Repeatern bzw. mobilen BS Vernetzter Betrieb Sprache + Breitbanddaten HaFuGer Sprache + Schmalbanddaten Evolution 16 / 31

17 Anforderungen militärischer Nutzer Allgemeine Anwendungsfälle militärischer Nutzer Datenübertragung zu C3I Sprache & Daten verlegefähige Netze Feste Funkabdeckung Feste Funkabdeckung Feste Funkabdeckung Hochmobile Zellulare Netze Taktisches und technisches Fern-Management (zentrales Schlüsselmanagement) 17 / 31

18 Inhalt Schlüsseltrends für missionskritische Sprach- & Datennetze LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) Der Weg zu künftigen PMR-Breitbandnetzen Anforderungen militärischer Nutzer LTE 400 Produktentwicklungen F&T Studie Hochmobile Zellulare Netze Ziele und Lösungsüberblick Zusammenfassung 18 / 31

19 LTE 400 Produktentwicklungen LTE 400 Produktentwicklungen - Multi-Standard Basisstation Multi-Carrier Power-Amplified Transceiver Industry-standard interface CPRI Multi-Technology Digital Baseband & Controller Modular Configurations MBS unterstützt Schmalbanddienste und LTE-Breitbanddienste im Bereich 400 MHz Möglichkeit der gemischten Konfiguration von Schmalband- und LTE- Breitbandträgern (enb mit 1.4 MHz, 3 MHz oder 5 MHz) flexible Konfigurationen mit Integration in 19 -Schränken oder modularen Containern Transceiver-Einheit absetzbar über Industrie-Standardschnittstelle Common Public Radio Interface (CPRI) Multi-Technology Baseband Unit definiert Wellenform (Schmalband oder Breitband) definiert die zu nutzenden Kanäle innerhalb des 400 MHz Spektrums.. zukunftssichere SDR-Architektur! 19 / 31

20 LTE 400 Produktentwicklungen LTE 400 Produktentwicklungen Kompakte LTE Vermittlung (µepc) Prototyp eines kompakten LTE-Switches Compact evolved Packet Core im Dezember 2012 µepc ist vorgesehen für: Erprobung im Rahmen der F&T Studie HochZeN Technologieerprobung beim französischen Verteidigungsministerium Durchführung von Feldtests mit den Innenministerien verschiedener europäischer Länder bzgl. künftiger 400 MHz-Vorhaben Übergang zur Produktreife gemäß Milicor -Roadmap VM-MME VM-HSS VM-PCRF VM-xGW basierend auf erprobter Systemplattform von Alcatel-Lucent für kommerzieller LTE-Netze VM Kernel Formfaktor 2HE All-In-One-Board : Ein kompletter LTE-Kernel auf einem ATCA-Board ALU HW & virtualisierte SW (MME, XGW, HSS, PCRF) (ATCA main board) 20 / 31

21 LTE 400 Produktentwicklungen LTE 400 Produktentwicklungen Milicor - Mobile Breitbandlösung fahrzeuginternes «Network-in-Box» Milicor -System ist vollständig autonom flexible Konfiguration zur Nutzung von Breitband- Kommunikationsdiensten adressierter Frequenzbereich MHz 60 W Basisstation LTE-Breitbanddatendienste in 1,4 MHz-, 3 MHz- oder 5 MHz-Bänden UL- Datenrate bei 1.4 MHz LTE-Kanal von kbit/s Funkgeräte-Portfolio: Fahrzeugkonfiguration Angestrebte Sicherheitsstufe: VS-NfD oder höher durch Einsatz entsprechend zugelassener Verschlüsselungslösungen 21 / 31

22 LTE 400 Produktentwicklungen LTE 400 Produktentwicklungen Mobile Endgeräte Smart Phones V & D Vehicular Router LTE 400/700 3G, WiFi + TETRA/POL Dienste über LTE Breitbanddaten LTE HiPo Data Modem LTE 400 HiPo Modem PMR legacy FuGer V+D TETRA TETRAPOL 22 / 31

23 Inhalt Schlüsseltrends für missionskritische Sprach- & Datennetze LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) Der Weg zu künftigen PMR-Breitbandnetzen Anforderungen militärischer Nutzer LTE 400 Produktentwicklungen F&T Studie Hochmobile Zellulare Netze Ziele und Lösungsüberblick Zusammenfassung 23 / 31

24 F&T Studie Hochmobile Zellulare Netze Ziele und Lösungsüberblick Ziel: Hochmobile und verlegefähige zellulare Netze mit Breitbandanteil NOV 1 Operationelles Konzept Hochmobile Zellulare Netze: Zellen in Bewegung oder stationär Bündelfunk für Sprach - und Breitbanddatenübertragung Rückfallbetrieb über Fahrzeug mit Grundbefähigung Schnittstellen zu IT SysBw zentralisiertes und autonomes Netzsowie Teilnehmermanagement ausgelegt für Verkehrsaufkommen von 100 bis zu 1000 FuGer Rahmenbedingungen sind Frequenzen von 2 x 1,5 MHz im 400 MHz Band Anteil verlegefähig 24 / 31

25 F&T Studie Hochmobile Zellulare Netze Ziele und Lösungsüberblick Reichweiten und Datenraten für Breitbanddaten Erwartete Reichweiten (Zellradius) In der Bewegung ca. 10 km Im stationären Betrieb ca. 13 km ( 7 m Antenne) ca. 22 km (25 m Antenne) erwartete Datenraten bei 1.4 MHz Kanal min. 128 kbit/s am Zellrand bis 2048 kbit/s 25 / 31

26 F&T Studie Hochmobile Zellulare Netze Ziele und Lösungsüberblick Sprachdienste und Breitbanddaten in mobiler / verlegefähiger Zelle LTE Breitbanddaten FzgFuGer mit integriertem Schmal- und Breitbandanteil TETRA V&D TETRA Bündelfunk BB Data TETRA V & D DMO TETRA V&D DMO LTE HiPo Modem Mobile Zelle HaFuGer THR9Ex THR9i THR9plus TB3hp im stand-alone Betrieb.Voice + SDS TETRA V + SDS Grundbefähigung (mobil / verlegefähig) mit TB3hp 26 / 31

27 F&T Studie Hochmobile Zellulare Netze Ziele und Lösungsüberblick Mobile Zelle / Grundbefähigung integriert in geschützten Fahrzeugen Integration der Systemtechnik (Breitband- und Schmalbandanteil) wichtige, unterstützte PMR-Dienste Gruppenruf, Einzelruf, Notruf, Broadcast und Kurzdatenübertragung (SDS) LTE - Breitbanddatendienste Möglichkeit für rückwärtige Anbindung über Satcom oder IP-Kernetz an stationäre verlegefähige Netze Integration einer dynamischen Funkfeldsimulation zur Anzeige augenblicklicher Funkabdeckung und Position der Konvoiteilnehmer 27 / 31

28 F&T Studie Hochmobile Zellulare Netze Ziele und Lösungsüberblick Vernetzung : Mobile Zellen verlegefähige Zellen 28 / 31

29 Inhalt Schlüsseltrends für missionskritische Sprach- & Datennetze LTE-Technologie für die Zukunft des digitalen PMR (TETRA, TETRAPOL, P25, ) Der Weg zu künftigen PMR-Breitbandnetzen Anforderungen militärischer Nutzer LTE 400 Produktentwicklungen F&T Studie Hochmobile Zellulare Netze Ziele und Lösungsüberblick Zusammenfassung 29 / 31

30 Zusammenfassung LTE ist die Basis künftiger PMR-Netzen-Generationen LTE-Technologie im 400 MHz Bereich ist geeignet, um Migration heutiger landesweiter PMR-Netze zu unterstützen (1:1 Weiternutzung vorhandener Standorte) CASSIDIAN bringt die PMR-Funktionen in der Standardisierung von 3GPP aktiv ein und hat die Entwicklung von technischen Lösungen zur Erprobung gestartet CASSIDIAN entwickelt mit Milicor eine integrierte Schmalband / Breitband Systemlösung für militärische Anwender F&T Studie HochZeN gemeinsam mit der Bundeswehr zum Nachweis der Leistungsfähigkeit der System- und Gerätetechnik mit Schmal- und Breitbandanteil zum Test in militärischen Einsatzszenarien (Konvoi) und Einbettung in die vorhandene IT-Infrastruktur (IT-SysBw) 30 / 31

31 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 31 / 31

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