Digital Mobile Radio

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1 Digital Mobile Radio Matthias Aumüller TU Ilmenau Seite 1 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

2 Überblick Allgmein Digitaler Mobilfunk Sprache und Daten nichtöffentliche Funknetze ETSI Standard: ETSI TS /2/3/4 ETSI TR Kenngrößen Bruttodatenrate 9.8 kbit s 1 Bandbreite 12.5 khz Zeitmultiplexing Seite 2 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

3 Überblick Anwendung SCADA/Telemetrie/IoT Amateurfunk (Talkgroups) Betriebsfunk Bergbau Sicherheit Verkehrsbetriebe Polizei Aktuelles Teil 4: DMR trunking protocol ( ) Zahlreiche neue Geräte (Hytera DS ) Seite 3 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

4 Konfigurationen Tier I Hobbyanwendung Geräte im Wechselsprechen Beschränkungen: feste Antenne 0.5 W Strahlungsleistung allgemein zugewiesene Frequenzen (446 MHz) Tier II Betriebsfunkanwendungen Geräte im Wechselsprechen ohne Infrastruktur (evtl. Repeater) Seite 4 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

5 Konfigurationen Tier III DMR-Bündelfunk viele Basistationen IP-Vernetzung große Netzabdeckung/Vernetzung möglich Seite 5 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

6 DMR Air Interface Call Control information Short Data service Packet Data service Voice payload Call Control Layer DMR Air Interface Data Link Layer Physical Layer Seite 6 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

7 Physical Layer Aufgaben Modulation und Demodulation Umschalten zwischen Empfänger und Sender Hochfrequenz Kanaleigenschaften Symboldefinitionen Frequenz- und Symbolsynchronisation Zusammensetzung der Bursts Seite 7 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

8 Physical Layer Modulation Frequenzumtastung (4-FSK) Symbolrate 4800 s khz khz khz khz f Frequenzbereich 30 MHz... 3 GHz Seite 8 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

9 Physical Layer Bursts Normal Burst: 264 bit mit 4.4 kbit s 1 Reverse Channel burst: 96 bit mit 1.6 kbit s 1 Common Announcement CHannel burst: 24 bit mit 0.4 kbit s 1 Frame Slot 1 Slot 2 Slot 1 Center 15 ms 30 ms NB 60 ms Slot 2 Center RC Zeit Seite 9 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

10 Data Link Layer Aufgaben Kanalcodierung Sendewiederholungen Kanalmanagement und Zugriffskontrolle Rahmenbildung Burst und Parameterdefinition Link-Adressierung SAP für Sprachdienste SAP für Signalisierung Daten Trägerdienste Seite 10 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

11 Data Link Layer Kanalkodierung Vorwärtsfehlerkorrektur (FEC) 1/2-, 3 /4-Rate und ohne Zyklische Redundanzprüfung (CRC) Verschränkung (Interleaving) Automatische Wiederholungsanfrage Selective Automatic Repeat request (SARQ) Adressierung Color Code (0-15) Logical Link ID (LLID 24bit) Seite 11 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

12 Data Link Layer 264 bit 264 bit 108 bit 48 bit 108 bit 108 bit 48 bit 108 bit Payload SYN SIG HDR Payload Payload SYN SIG HDR Payload 2.5 ms 30 ms 30 ms TDMA Frame Seite 12 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

13 Data Link Layer Kanalzugriffsverfahren Tier I: Listen Before Transmit Tier II & III: Verschiedene Höflichkeitsstufen (politeness) Höflich zu allen Höflich zu eigenen Color Code Unhöflich Seite 13 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

14 Data Link Layer Use Case 1: Either for two independent "repeated" simplex calls, two independent "MS to fixed end" duplex calls or a single "repeated" duplex call. Use Case 2: Either for a single "repeated" simplex call or a single "MS to fixed end" duplex call. Use Case 3: For a single "repeated" simplex call with RC. Kanalmanagement [Sta13b] CACH BS TX Outbound channel CACH indicates outbound channel number MS TX Inbound channel Use Case 1 2 traffic channels Use Case 2 1 traffic channels Use Case 3 1 traffic + 1 Reverse Channel CACH indicates inbound channel number Time Figure 5.25: Two frequency BS channel Seite 14 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016 Figure 5.26 illustrates Matthias the following Aumüller five use Digital cases Mobile for a Radio single frequency bi-directional channel:

15 Call Control Layer Aufgaben Aktivieren und Deaktivieren der Basisstation Aufbauen, Aufrechterhalten und Beenden von Gesprächen Übertragen und Empfängen verschiedener Gespräche Adressierung Unterstützung wesentlicher Dienste Datenruf Steuerung Seite 16 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

16 Call Control Layer allgemeine Dienste (Standard) allgemeine Basisstation Dienste Aktivierung/Deaktivierung ausgehender Kommunikation Anrufweiterleitung (repeating) Anruf-Auflege-Verzögerung (hangtime) Control Signalling Block Weiterleitung Funktion nicht unterstützt Signalisierung Primäre Gesprächsdienste Gruppengesprächsdienst Individualgesprächsdienst Seite 17 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

17 Call Control Layer Zusatzgesprächsdienste unadressierter Gesprächsdienst (Standardverhalten) Rundrufdienst Broadcast-Gesprächsdienst (optimiert für große Gruppe) Dienst für öffentliche Gesprächskanäle (Beitreten, Überwachen) DMR facilities Übertragungs-Timeouts (maximale Übertragungsdauer) TDMA direct mode wide area timing (Bestimmung des Zeitführers) Seite 18 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

18 Packet Data Protocol Übertragungsarten unbestätigte Übertragung bestätigte Übertragung Datendienste IP Version 4 Short Data Service Rohdaten in DMR Vordefinierte Pakete Status und vorkodierte Daten Seite 19 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

19 Packet Data Protocol IP Trägerdienst Zuordnung von IP-Adressen auf DLL-Adressen 73 Hinteren 24-bit der IP DLL-Adresse 8.2 Datagram Netz teilweise fragmentation statisch and konfiguriert re-assembly Air Interface Protocol carries the IP datagrams over the air. It provides fragmentation and assembly, error correction and IP-Header detection, confirmed delivery, Compression and confidentiality over (Source/Destination the air. Adrsse Identifier) IP/UDP-Header Compresison ETSI TS V2.2.1 ( ) An IP datagram that is bigger than a maximum length is first split into fragments. Each fragment is then formed into a single packet consisting of a sequence of data blocks 1 to m preceded by one or two header blocks. Each block is protected by its own FEC code. The decomposition of an IP datagram is shown in figure 8.1 where each data packet has one header block. The transmission may use single slot or dual slot data capability. Break into fragments IP datagram of arbitrary length Fragment 1 Fragment 2.. Fragment n Break into blocks Building a data packet, which may have Hdr Block Block 1 two header blocks.. Block m Block m is the last data block of a fragment Time Seite 20 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016 Matthias Aumüller Figure 8.1: Decomposition Digital Mobile of datagram Radio into packets [Sta13b]

20 Zusammenfassung Vorteile + geringe Bandbreite + Wiederverwendung von existierender Infrastruktur + einfache Migration von analogen Systemen + Flexibilität und Einfachheit + offener Standard, gutes Preisleistungsverhältnis Nachteile - schlechte Interoperabilität kein Voice-Coder spezifiziert (meist AMBE+2 TM ) keine Verschlüsselungsmechanismus spezifiziert keine Roaming-Funktion spezifiziert - keine Engergiesparfunktionen Seite 21 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

21 [Sta12] [Sta13a] [Sta13b] [Sta13c] ETSI Standard. TS v In: Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Digital Mobile Radio (DMR) Systems; Part 2 (Apr. 2012). ETSI Standard. TR v In: Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Digital Mobile Radio (DMR) General System Design (Jan. 2013). ETSI Standard. TS v In: Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Digital Mobile Radio (DMR) Systems; Part 1 (Feb. 2013). ETSI Standard. TS v In: Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Digital Mobile Radio (DMR) Systems; Part 3 (Juli 2013). Seite 22 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

22 [Sta16] ETSI Standard. TS v In: Electromagnetic compatibility and Radio spectrum Matters (ERM); Digital Mobile Radio (DMR) Systems; Part 4 (Feb. 2016). Seite 23 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

23 Data Link Layer Start Out_of_Sync Detect_Sync In_Sync_Unknown_System Not_My_System Lost_Sync Undetermined_Slots Out_of_Sync Out_of_Sync Out_of_Sync Seite 24 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016

24 Data Link Layer In_Sync_Unknown_System Found_My_System Found_My_Slot TC_Bits Color_Code Out_of_Sync In_Sync_My_System Out_of_Sync Seite 25 Kommunikationsnetze Hausarbeit SS 2016