Digital Mobile Radio – DMR: Basiswissen

Als Alternative (oder gar Nachfolger) zu den weit verbreiteten FM-Funkgeräten einerseits und dem bisher eher auf Großveranstaltungen anzutreffenden TETRA-Digitalfunk könnte sich für mittelgroße oder gar kleinere Veranstaltungen Digital Mobile Radio anbieten.

Eine gute technische Kommunikation ist für die Durchführung einer Veranstaltung unerlässlich. Häufig kommen hier noch FM-Funkgeräten zum Einsatz. Bei Großveranstaltungen dagegen ist man sehr häufig schon digital aufgestellt und TETRA wird genutzt. TETRA-Digitalfunk (Terrestrial Trunked Radio) ist jedoch nicht unbedingt optimal auf den Bedarf mittelgroßer oder gar kleiner Veranstaltungen (und deren Budgets) abgestimmt. Dennoch möchte so mancher Veranstalter und Verleiher aber gerne die Vorteile des Digitalfunks nutzen. Eine mögliche Lösung stellt Digital Mobile Radio dar – eigentlich keine neue Erfindung, oft aber noch unbekannt.

Die Basis von DMR: ETSI-Standard

Der Vorteil bei DMR ist, wie übrigens auch bei TETRA, dass es sich um einen Standard handelt, der vom European Telecommunications Standards Institute veröffentlicht und mit der Industrie zusammen entwickelt wurde sowie allgemein zugänglich ist. Es handelt sich also um einen offenen, keinen Firmenstandard. Er ist in fünf Dokumenten definiert (TS 102 361-1 bis -4 und TR 102 398) und wurde bereits 2005 vorgestellt. Mittlerweile sind viele Geräte am Markt und die Technik ist einige Jahre praxiserprobt. Mit der DMR Association wurde eine Organisation gegründet, die firmen- übergreifend Interessen vertritt und sich auch dem Thema Interoperabilität widmet. So hat die DMR Association bereits 2010 die ersten firmenübergreifenden Kompatibilitätstests durchgeführt.

Der Standard wird in drei Anwendungsstufen unterteilt: Tier I für private Anwendungen, Tier II für den Betriebsfunk und Tier III Trunked-Anwendungen für große Netze ähnlich TETRA. Wir möchten uns also daher hier ausschließlich mit DMR Tier II beschäftigen, der als digitaler Nachfolger des analogen FM-basierenden Betriebsfunks gehandelt wird.

Vorteile gegenüber dem analogen FM-Funkbetrieb

Wo liegen überhaupt die Vorteile einer digitalen Übertragung beim Betriebsfunk? Ein wesentlicher Punkt ist, dass die Übertragung durch Einsatz von hocheffektiven Audiocodecs frequenzökonomischer erfolgt. So gibt es bereits Länder – wie beispielsweise die Volksrepublik China – in denen bald kein analoger Betriebsfunk mehr erlaubt ist.

Weiter lassen sich Zusatzdaten übertragen und gezielt Stationen ansprechen. Dafür gibt es auch im analogen Funk Möglichkeiten, die aber funktionell weit hinter denen des Digitalfunks bleiben. So lassen sich via DMR auch Kurznachrichten und Statusinformationen sowie GPS-Koordinaten versenden. Weiter lässt sich ein digitaler Betriebsfunk leichter in IP-Infrastrukturen einbetten. Und dass dies nicht nur ein theoretischer Vorteil ist, werden wir gleich sehen.

DMR-Technik

Die Übertragung beim Digital Mobile Radio erfolgt im Zeitmultiplex-Verfahren mit 4- FSK-Modulation. Man belegt eine Frequenz von 12,5 kHz, wobei aber zwei Zeitschlitze übertragen werden. In jedem dieser Zeitschlitze lässt sich ein Sprachkanal übertragen. Gegenüber analoger Technik wird also eine Halbierung des in Anspruch genommenen Frequenzspektrums erzielt. Man belegt zwar immer 12,5 kHz Bandbreite, aber es sind zwei unabhängige Übertragungen plus Zusatzdaten möglich.

Es ist sowohl eine direkte Verbindung zwischen zwei Funkgeräten möglich als auch eine Verbindung über einen Repeater. Die übertragenen Kurznachrichten können maximal 1.130 Byte lang sein. Es sind verschiedene Rufarten möglich, also auch z. B. Broadcast-Rufe und Gruppen. Wir gehen später im Abschnitt der Geräteprogrammierung detaillierter darauf ein. Der Standard sieht selbst keine Verschlüsselung vor. Man hat sich in der DMR Association aber Gedanken dazu gemacht und es wurden Empfehlungen erarbeitet. Viele Hersteller implementieren daher auch die vorgeschlagene ARC-4 (40 Bit) Verschlüsselung, so dass auch dem Sicherheitsaspekt Rechnung getragen wird. Diese funktioniert auch herstellerübergreifend. Einige Hersteller, wie Hytera, bieten auch alternativ eine AES-256-Bit-Verschlüsselung an, die aber nicht im Mischbetrieb (also zwischen Geräten verschiedener Hersteller) genutzt werden kann.

TETRA vs. DMR

Warum aber ausgerechnet DMR – europäische behördliche Funkdienste setzen doch mehrheitlich auf TETRA? Das liegt einmaldaran, dass die Standardisierung von TETRA bereits 1990 begann und der DMR-Standard vergleichsweise jung ist: Als die Entscheidung für TETRA bei vielen Behörden fiel, gab es DMR noch gar nicht. In Asien ist aber auch schon Tier III DMR bei den Behörden im Einsatz und selbst Tier II, z. B. bei der Polizei in der Tschechischen Republik, um nur ein Beispiel zu nennen.

Ein wesentlicher Unterschied zwischen TETRA und DMR sind die Systemkosten zugunsten von DMR und zudem die technisch einfache Realisierung von Funkstrukturen. Außerdem ist TETRA für UHF vorgesehen, DMR kann aber sowohl im VHF- als auch UHF-Betrieb genutzt werden (und auch noch – was für den Betriebsfunk nicht so relevant ist, im 4-m-Band). Bei TETRA belegt man 25 kHz pro Kanal und es stehen vier Zeitschlitze zur Verfügung, wobei einer aber Steuerdaten etc. vorbehalten ist; für den Anwender stehen nur drei Zeitschlitze bereit. Die Übertragungsrate ist bei TETRA (DQPSK-Modulation) mit 36 kBit/s gegenüber DMR mit 9,6 kBit/s deutlich höher. Man kann daraus richtig schließen, dass DMR im Gesamtvergleich eine höhere Reichweite als TETRA hat. Dazu tragen auch die ausgewählten Fehlererkennungs- und Korrekturverfahren bei.

DMR bietet übrigens auch eine kürzere Aufbauzeit der Verbindungen deutlich unter 300 Millisekunden, während diese bei TETRA unter 500 Millisekunden liegt. TETRA ist eigentlich für Netze mit hoher Nutzerdichte optimiert, DMR zielt eher auf eine geringe Nutzerdichte ab. Ein wesentlicher praktischer Aspekt ist noch, dass DMR-Funkgeräte – im Gegensatz zu TETRA-Funkgeräten – auch für die Übertragung von analogem FM-Betriebsfunk ausgerüstet sind. So ist also auch ein Mischbetrieb möglich und eine einfache Migration bestehender Infrastrukturen wird gewährleistet. Zudem ist bei DMR auch ein Gleichwellenbetrieb von Repeatern realisierbar.

DMR Frequenzen

Der Vorteil bei DMR ist, dass Funkgeräte sowohl für VHF als auch für den UHF-Bereich angeboten und betrieben werden können. Der UHF-Bereich ist in vielen Regionen gut gefüllt und Nutzer müssen sich Frequenzen teilen. Jedoch gibt es im VHF-Bereich auch viele zugewiesene Frequenzen. 2014 hat die Bundesnetzagentur dem Vormarsch von DMR Rechnung getragen, denn in der aktuellen „Verwaltungsvorschrift für Frequenzzuweisungen im nicht öffentlichen Landfunk“ gibt es nun ausgewiesene Frequenzen für digitalen Betriebsfunk, die bundesweit exklusiv vergeben werden. Vorgesehen für den digitalen Betriebsfunk in Deutschland sind Frequenzen im Bereich 148 bis 163 MHz (VHF) mit 2,5 W ERP (Handfunkgeräte), bzw. 6 W ERP (ortsfeste und mobile Stationen) sowie 450 bis 461 MHz (UHF) mit 2,5 W ERP (Handfunkgeräte), bzw. 12 W ERP (ortsfeste und mobile Stationen).

Erfreulich ist, dass eine Kurznutzung möglich ist, die auch relativ kurzfristig beantragt werden kann und auch kurzfristig genehmigt wird. Geregelt ist das Ganze in den Verwaltungsvorschriften für Frequenzzuteilungen im Rahmen von Kurzzeitnutzungen (VVKuNz). Antragsteller mit Firmensitz in Deutschland müssen sich für die Kurzzuteilungen an die jeweilige, zuständige regionale Außenstelle der Bundesnetzagentur wenden.

DMR-Funkgeräte

Das Angebot von DMR-TIER II-Funkgeräten ist riesig und auch Produkte zu Dumping Preisen aus Fernost werden angeboten, wobei man hier eventuell Abstriche was Sprachqualität und Verarbeitung angeht hinnehmen muss. Zu den Anbietern von hochprofessionellen DMR-Funkgeräten zählen Motorola sowie seit kurzem auch Kenwood. Bei Motorola nutzt man statt der Bezeichnung DMR den Markennamen MOTOTRBO.

Alle Funkgeräte aller Hersteller vorzustellen würde bereits diesen Rahmen sprengen. Beispielhaft sei mit der Firma HYTERA ein relativ neuer Wettbewerber genannt, der ebenfalls hochprofessionelle DMR Funkgeräte für verschiedenste Applikationen anbietet. Da ist einmal die klassische Betriebsfunkgeräteserie der 700er-Reihe mit dem PD705 ohne Display über das PD785 mit Farbdisplay bis zum PD795 Ex mit Kunststoffverkapselung, welches auch ATEX- und IEC-Richtlinien erfüllt (und sich so in potenziell gefährlichen Umgebungsbedingungen einsetzen lässt). Mit der neuen 600er-Serie mit Aluminiumrahmen werden Geräte ohne (PD605) und mit Display (PD665 und PD685) angeboten. Mit den Modellen PD505 (ohne Display) und PD565 gibt es auch noch preiswertere Geräte. X1p und X1e sind sehr flache Geräte für den unauffälligen Einsatz, z. B. im Sicherheitsbereich.

Eine ganz neue Serie und auch DMR-Geräteklasse ist die sehr kompakte 3er Serie: DMR-Funkgeräte im Smartphone-Design. Sie ist aber – entgegen den anderen Modellen – ausschließlich für den UHF-Bereich zu haben, unterstützt aber auch, wie alle anderen DMR-Geräte von Hytera, analogen FM-Funk. Wir haben beispielhaft das PD365 ausprobiert, und es steht – was Reichweite und Sprachqualität angeht – der 600er- und 700er-Serie in nichts nach. Funktionell ist es, was die Anzahl von Zonen etc. an geht, natürlich gegenüber den anderen Serien eingeschränkt. Die Preise der 300er-Serie liegen unter 250 Euro. Eine weitere DMR-Geräteklasse sind bei Hytera die Geräte für den mobilen Einsatz im KFZ oder einen stationären Betrieb. Hier gibt es das MD785 sowie das MD785G mit GPS, welches als klassisches Funkgerät mit Farbdisplay, Drehgeber und Funktionstasten ausgestattet ist, sowie das kompakte MD655 und MD655G mit nur einem Kanalwahlschalter an der Gerätefront und einem Handmikrofon mit Display und Bedientasten.

Die Frequenzwahl erfolgt bei den HyteraGeräten, außer der 3er-Serie, über einen Drehschalter mit 16 möglichen anwählbaren Kanälen. Es sind aber auch mehrere sogenannter Zonen möglich, wobei jede Zone eben bis zu 16 Kanäle bietet. Geräte ohne Display bieten hier bei der Zonenwahl eingeschränkte Möglichkeiten. Für die Geräte wird reichlich Zubehör angeboten, wie Mikrofone und Headsets, welche sich über professionelle und verriegelbare Anschlüssen anbinden lassen. Auch Schutztaschen und Tragewesten etc. befinden sind im Zubehörprogramm. Außer der 3erSerie sind die meisten Geräte auch in einer G-Version mit eingebautem GPS erhältlich. Interessant sind auch die Repeater. Hier werden drei Typen angeboten, und zwar der kompakte DMR-Repeater RD625 für die Wandmontage, der RD985 im 19-Zoll-Rackformat und der relativ neue, robuste RD965 für den Außeneinsatz, der auch über GPS verfügt sowie Schutzklasse IP67 bietet und neben DMR auch die analoge FM-Betriebsart beherrscht. Neu sind auch die ersten lizenzfrei betreibbaren freien Geräte (digitales PMR446) nach dem Standard Tier I, wie von Hytera das PD505LF, PD335LF oder PD365LF. Hier greifen natürlich Einschränkungen bezüglich Tier I, da dort z. B. kein Repeater-Betrieb möglich ist.

Programmierung mit CPS

Die Hytera-Geräte lassen sich mit der Customer Programming Software sehr individuell anpassen, man bekommt sie über die Händler oder zertifizierten Partner. Für die Geräte der neuen 300er-Serie gibt es eine eigene CPS-Software-Version. Die Geräte der anderen Serien lassen sich mit der „Standard“-CPS-Version konfigurieren. In ihr legt man einen Code Plug an, in dem die Netzparameter gespeichert sind, wie

Frequenzen, Zonen und Kontakte. Dabei stellen auch größere Netzinfrastrukturen kein Problem dar: Es können bis zu 1.024 Kontakte in den Geräten definiert und mit einem Namen bezeichnet werden. In einem Netz können aber auch mehr als 1.024 User teilnehmen, diese werden dann nur an dem Gerät nicht mit einem Namen im Display angezeigt sondern mit einer numerischen Radio-ID, die in den Geräten eingetragen werden muss. Mit dem Code Plug für ein Netz lassen sich die einzelnen Geräte nun individualisieren oder man erstellt für bestimmte Arbeitsbereiche Sub-Code Plugs. Für kleinere Netze mit ein paar Dutzend Teilnehmern und ein Dutzend Frequenzen ist ein Code Plug mit etwas Erfahrung dank der CPS problemlos in einer halben Stunde erstellt.

Ein paar Dinge wie den einzelnen Im- und Export von Kontakten, Kanälen, Zonen etc. würde man sich allerding bei der Software noch wünschen, um die geräteübergreifende Programmierung zu vereinfachen.

Praktischer Funkbetrieb

In mehreren Wochen Praxistest konnten wir verschiedenste Modelle von Hytera in Betrieb nehmen. Viele der Erfahrungen gelten natürlich systembedingt auch für Geräte anderer Hersteller. In der Funkabwicklung kann ein Teilnehmer über einen Direktruf mit einer bestimmten Radio-ID direkt kontaktet werden. Definierte Alarmrufe lassen sich auf bestimmte Tasten legen. Zur Definition von Gruppenrufen gibt es bei DMR sogenannte Talkgroups, die in der CPS angelegt werden. Ein in der CPS definierter Channel wird nicht nur durch die Frequenz definiert, sondern auch durch die zugewiesene Talkgroup. Aber man kann auch unabhängig davon definieren, welche Talkgroup man mithören kann. So lassen sich auch Kanäle definieren, auf denen bestimmte Talkgroups mitgehört werden, in denen man aber nicht senden kann. Weiter lassen sich auch umfangreiche Scan-Funktionen programmieren, bei der auf einem angewählten Kanal auf dem Funkgerät mehrere Frequenzen und Talkgroups gescannt werden. Was dann bei der Detektion eines Signals passiert, lässt sich ebenfalls umfangreich individuell festlegen. Sprachqualität und Verständlichkeit waren bei DMR ausgezeichnet. Im Vergleich zu analogem FM konnten wir sogar eine merklich größere Reichweite feststellen.

Die Verbindungen via DMR waren zudem sehr robust. Da, wo es mit FM schon stark angerauscht und unverständlich war, ging es mit DMR noch deutlich weiter, bevor dann auch dort die ersten Codec-Artefakte hörbar wurden. Dank des eingesetzten „Advance Multi Band Excitation Vocoder Multi Rate“-Codecs ist auch bei den ersten auftretenden Artefakten noch eine gute Verständlichkeit gegeben, bevor das Signal dann ganz wegbricht und unverständlich wird. Die Firmware der Hytera-Funkgeräte lief sehr zuverlässig und Probleme, die auf die Funkgeräte zurückzuführen gewesen wären, konnten wir im Betrieb nicht feststellen.

Bei den Geräten der 700er-Serie war auffällig, dass der GPS-Kaltstart länger brauchte als bei den Geräten der neueren Serien (wie den 600er-Modellen), da hier offenbar neuere und empfindlichere Chipsätze verbaut wurden. Eine sehr interessante Funktion für ein DMR-Netz mit mehreren Repeatern an verschiedenen Standorten ist das Roaming: Die Repeater senden ein Baken-Signal aus, mit deren Hilfe das Funkgerät feststellen kann, welcher Kanal bzw. Repeater gerade die höchste Feldstärke bietet und am geeignetsten für die Kommunikation ist und wählt diesen dann automatisch aus. Welche Kanäle für die Roaming-Auswertung herangezogen werden, lässt sich ebenfalls in der CPS sagen. Die Repeater sind über IP-Verbindungen auch zusammenschaltbar: Wir der Veranstaltungsort mit dem Firmenstandort vernetzt, kann man den DMR-Sprechfunk auch zwischen den Standorten nutzen. Es ist auch möglich, einen Repeater direkt mit einer SIP-Telefonanlage zu verbinden.

Zugeschnittene DMR-Applikationen

DMR lässt viele individuelle Applikationen zu, die man im Netz über Software und Netzrechner realisieren kann. Hier ist es aber so, dass diese Implementierungen über den Standard hinausgehen und dann nicht nur netzabhängig sind, sondern auch zum Teil firmenspezifisch umgesetzt werden müssen. Ist also eine bestimmte Funktion realisiert worden – wie GPS- oder Telemetriedienste – kann es sein, dass die- se dann nur auf Hytera- oder Motorola- Geräten funktioniert. Umso individueller man solche Zusatzfunktionen mit eigener Software-Umgebungen realisiert, umso gerätespezifischer werden diese dann natürlich auch.

Sehr interessant ist in diesem Zusammenhang ein Seitenblick auf die wohl größten DMR Tier II Netzwerke, die es derzeit gibt, nämlich zwei auf Motorola- und Hytera Produkten basierenden und wiederum untereinander vernetzten DMR-Amateurfunknetzen. Der Name ist vielleicht etwas irreführend – es handelt sich um technisch experimentelle Funkdienste für Privatpersonen mit einer entsprechenden Lizenz und nachgewiesenen technischen Fertigkeiten. Zusammen sind hier mehrere tausend Teilnehmer mit weit über hundert weltweit eingebundenen Repeatern aktiv.

Dazu wurden eigene Software-Lösungen entwickelt, die zeigen, was alles mit DMR möglich ist. Die Repeater hängen via Internet oder eigenen Richtfunkstrecken an Master-Rechnern, die bestimmte Regionen zusammenführen. Über „Reflektoren“ lassen sich Repeater individuell und überregional nach Bedarf zusammenschalten oder individuelle virtuelle Chat Rooms aktivieren. Auch wird das Aussenden von GPS-Koordinaten im Netz weitervermittelt und an einen zentralen Rechner weitergeleitet. Dieser stellt einen Web-Service bereit, der die Positionen der Teilnehmer im Netz, die GPS-Daten gesendet haben, auf eine Karte mit Zusatzdaten wie Geschwindigkeit und Höhe etc. projiziert. Diese Karte lässt sich über das Internet mit einem Browser auf – rufen.

DMR – ebenbürtiger Nachfolger des FM-Betriebsfunks

Die neuen Funktionen, die der digitale Dienst bietet, sind praxisgerecht und eröffnen völlig neue Möglichkeiten für die Funkanwender. Zudem gibt es über die Anbindung der Repeater und deren IP-Fähigkeit und Software-Schnittstellen viele Möglichkeiten der Einbindung in bestehende Infrastrukturen – nicht nur Telefonanlagen, sondern auch Intercom-Systeme. So hat Riedel – Motorola-Vertriebspartner – schon einige Projekte mit DMR Tier II realisiert, wie z. B. im Stadionbetrieb „An der Alten Försterei“ (FC Union Berlin), wo auch zwei Repeater (Motorola DR3000) eingesetzt werden. Die Anbindung von DMR Geräten an das Riedel-Intercom erfolgt über das Riface. Weiter hat Riedel die Umrüstung des Sicherheitsdienstes Steinberger auf DMR durchgeführt.

Auch DELEC beschäftigt sich schon mit dem Thema DMR, denn so ist das Oratis Funkinterface schon DMR-Ready für die Kenwood-DMR-Funkgeräte. Es gibt aber derzeit noch kein Mobilfunkgerät von Kenwood, sondern ausschließlich Handfunkgeräte. Im nächsten Jahr sollen dann auch diese bereitstehen und dann lassen sich die DELEC Oratis Interfaces nicht nur mit Kenwood NEXEDGE-, sondern auch mit Kennwood DMR-Funkgeräten nutzen. Erst seit einigen Jahren im Markt, wird sich DMR auch auf lange Sicht behaupten und Investitionen in diese Technik sind daher ohne Frage auch lohnenswert.