Teilnehmerzugangsnetze in Flugzeugen Dipl. Ing. Ulrich Borchert Fach: Mobile Computing HS Merseburg...

Teilnehmerzugangsnetzein Flugzeugen

Dipl. Ing. Ulrich Borchert

Fach: Mobile Computing HS Merseburg (FH)

Quelle: Zugangsnetze für die Telekommunikation; Hanser Verlag, Bluschke, Matthews, Schiffel

Teilnehmerzugangsnetze ▪ Dipl. Ing. Ulrich Borchert

• In den 80er Jahren entwickeln amerikanische

Fluggesellschaften analoge und digitale Telefonsysteme

für den Flugbetrieb.

• In Europa spezifiziert die ETSI mit Hilfe des EAEC

(Europaen Airlines Engineering Committee) das TFTS als

Standard.

• In der ETS 300 326 ist das Gesamtsystem einschließlich

aller Systemkomponenten und Funkschnittstellen und der

Systemfunktionalität der Bodenstation beschrieben.

Terrestrial Flight Telecommunications System (TFTS)


• 1992 wurden durch die WARC (World Administrative Rado

Conference) die Frequenzbänder 1670-1675 MHz für

Ground to Aircraft und 1800-1805 MHz für Aircraft to Ground

zugewiesen.

• Im digital zellularen Betrieb ist eine direkte Verbindung von

der Luft zum Boden (also ohne Satellitenverbindung)

möglich.

• Dem Passagier ist es möglich, über eine Direktwahl mit dem

Festnetz Kontakt über zwei getrennte Kanäle aufzunehmen.



• Eine Erweiterung wurde untersucht, die eine Nutzung

von Mobilstationen im Flugzeug zulässt, sodass TFTS-

Endgeräte entfallen können.

• In dem als GSM-A bezeichneten Vorschlag wird im

Flugzeug eine GSM-Basisstation eingebaut, die über

das existierende TFTS-System der GSM Mobilstation

eine Verbindung zum terrestrischen

Telekommunikationsnetz bereitstellt.



• Dabei wird der im GSM-Protokoll festgelegte

Leistungsregelmechanismus im Flugzeug so genutzt,

dass die Sendeleistung der Mobilstation unter dem die

Fluginstrumente beeinflussenden Pegel bleibt.



• Die Systemarchitektur enthält die Bordstation (AS: Air

Station), die Bodenstation (GS, Ground Station) und die

Vermittlungsstation (GSC, Ground Switching Center), die

ebenfalls über standardisierte Schnittstellen miteinander

kommunizieren und an ein OMC sowie ein Network

Management Center (NMC) angeschlossen sind.

Das zellulare TFTS-System


• Die Bordstation beinhaltet neben der Funkausrüstung die Kabinenbaugruppen sowie die TE, wie Telefon, Kreditkartenleser, Telefax und Datenterminals.

• Die Bodenstation stellt die Funkversorgung für einen begrenzten Luftraum, auch Funkzelle genannt, bereit. Die Anzahl der in einer Bodenstation installierten Sende- und Empfangsfrequenzkanäle ist abhängig von dem zu erwartenden Gesprächs- und Datenverkehr in der Funkzelle. Benachbarte Bodenstationen sind so verteilt, dass sich die Funkzellen am Rand überlagern.



• So werden beim Verlassen des Versorgungsbereiches

einer Bodenstation die Funkverbindungen durch ein

Handover in die benachbarte Funkzelle weitergereicht.

• Dabei nutzen die Nachbarzellen zur Vermeidung von

Interferenzstörungen andere Frequenzgruppen.



• In einem landesweiten TFTS-Netz können so

Frequenzen mehrfach wiederverwendet werden

(Frequency Reuse).

• Es gibt drei Typen von Bodenstationen:

High-Power-Bodenstation (20 W Sendeleistung)

Versorgung von Flugzeugen in der Reiseflughöhe

zwischen 5.000 m und 13 000 m

Reichweite der Zellen bis etwa 300 km

Typen von Bodenstationen


• Medium-Power-Bodenstationen

zur Versorgung von im Landeanflug befindlichen

Flugzeugen mit einer Reichweite von etwa 50 km

• Flughafen-Bodenstationen

mit einer Reichweite von einigen Kilometern zur

Versorgung des Flughafengebietes



• In der Bodenstation werden die Funksignale – senderseitig codiert,

– einem TDMA-Rahmen zugeordnet,

– moduliert und

– empfängerseitig demoduliert,

– decodiert und die TDMA-Rahmen wieder aufgelöst.

• Zur Bestimmung der Eigenschaften der Funkverbindung

werden die Empfangspegel, die Verbindungsqualität

(Bitfehlerrate) und die für die zeitliche Synchronisation

im TDMA-Rahmen notwendige Signallaufzeit gemessen.



• So steuert die Bodenstation: – Die Sendeleistung der Bordstation

– regelt die Synchronisation,

– weist Verkehrskanäle zu und

– leitet die Signalisierungsdaten der Vermittlungsstation weiter.



• Die Vermittlungszentren bilden die Schnittstelle

zwischen dem Flugfunknetz und den

Telekommunikationsnetzen am Boden.

Vermittlungszentren


• Zu den Hauptaufgaben zählen: – Rufaufbau/Rufabbau zwischen dem Flugzeug und den

terrestrischen Netzen

– Weiterreichen von Gesprächen (Handover) in benachbarte

Funkzellen

– Identifikation des anrufenden Flugzeugs

– Überwachung der dem VermittIungszentrum zugeordneten

Bodenstationen

– Umwandlung der Daten aus dem TFTS-Protokoll in das Protokoll

des angeschlossenen PSTN/ISDN

– Erfassung und Abspeichern der Gesprächsdaten zur

Gebührenerfassung

– Schnittstelle zum Service-Center

Vermittlungszentren


• Zur Übertragung der Signalisierungsdaten und des Sprach- und Datenverkehrs werden zwischen der Bodenstation und dem Vermittlungszentrum 64-kbitls- Verbindungen genutzt.

• Die Vermittlungszentren tauschen die Signalisierungs-daten untereinander über ein paketvermitteltes Netz aus.

• Die netzübergreifenden Steuerungs- und Überwachungseinheiten (Network Operation and Management Center) sind über X.25-Verbindungen mit den Vermittlungszentren verbunden.

Vermittlungszentren


• Der AMSS ist eine Sonderform des MSS (Mobile

Satellite Service), mit welchem eine direkte mobile

Kommunikation von einem Terminal aus via Satellit

möglich ist.

• AMSS wurde entwickelt, um Flugzeuge in der Luft

weltweit mit bidirektionalen Sprach- und Datendiensten

zu versorgen, die den Anforderungen der

Luftraumüberwachung (ATC: Air Traffic Control), der

Fluggesellschaften und der Flugpassagiere genügen.

Aeronautical Mobile Satellite Service (AMSS)


• Der AMSS nutzt die Kanalkapazitäten geostationärer

Satelliten (4 INMARSAT-Satelliten) in 36 000 km Höhe

mit, um einen weltumspannenden Dienst anbieten zu

können.

• Einschränkungen bei der Funkversorgung gibt es auf

Grund des niedrigen Elevationswinkels (< 5°), unter

welchem die Satelliten zu sehen sind, nur in der Nähe

der Polkappen.



• Das AMSS-System besteht aus den Satelliten, den

Bordstationen im Flugzeug, aus den über den Erdball

verteilten Bodenstationen und einer Überwachungs- und

Managementeinrichtung für alle Systemkomponenten

des Satellitensystems und der Übergänge zu den

terrestrischen Kommunikationsnetzen (siehe Bild auf

Folie 21).

• Die Anforderungen an in Europa installierte

Bodenstationen sind vom ETSI spezifiziert .



• Im Gegensatz zu TFTS ist AMSS für transkontinentale Flüge

über die Ozeane und dünn besiedelte Gebiete geeignet.

• Neben der Nutzung durch die Flugpassagiere werden über

das Satellitensystem auch weitere Dienste wie beispielsweise

die Luftverkehrskontrolle bereitgestellt.

• Eine Bodenstation kann via Satellit gleichzeitig zu mehreren

Flugzeugen Verbindungen aufbauen, wobei dann die

verfügbaren Kommunikationskanäle aufgeteilt werden.



• Die von AMSS angebotenen Kommunikationsdienste

orientieren sich an den Vorgaben der ITU-T X.25.

• Für die Flugpassagiere ist sowohl Gesprächs- als auch

Datenübertragung möglich.



• Sprachübertragung mit Vocoder 9,6 bit/s, Telefax: 4,8

kbit/s

• Unter dem Produktnamen Swift64 wird seit 2002 ein zu

ISDN kompatibler Kommunikationskanal für die Sprach-

und Datenübertragung angeboten.

Kanalvermittelte Verbindung


• Seit April 2002 wird ebenfalls unter dem Produktnamen

Swift64 ein paketvermittelter Datenservice (MPDS:

Mobile Packet Data Service) für E-Mail und

Internetzugang angeboten, bei welchem Bitraten bis 64

kbit/s möglich sind.

• Ab 2005 wird mit der 4. Generation der INMARSAT-

Satelliten ein breitbandiges, globales Netz aufgebaut

sein, mit welchem mobile Datenkommunikation mit bis

zu 432 kbit/s möglich sein sollen.

Paketvermittelte Verbindung


• Die Gesamtkapazität von AMSS ist von der Anzahl der

Satelliten und der verfügbaren Frequenzkanäle

abhängig: Nur ein Teil der Satellitenfrequenz wird für die

Mobilstationen in den Flugzeugen bereitgehalten. Durch

Frequenzmultiplex (FDMA) werden diese Frequenzen in

einzelne Kommunikationskanäle unterteilt:

Kapazitätbetrachtung


• Der unidirektionale, im TDMA-Modus betriebene

Kommunikationskanal stellt eine Verbindung von der

Bodenstation GS zu allen in dem Luftraum befindlichen

Flugzeugen her.

• Die an ein Flugzeug adressierten Datenpakete werden

über diesen Kanal abgesendet.

Kapazitätbetrachtung ▪ P–Kanal


• Dieser Kanal ist für die unidirektionale Verbindung vom

Flugzeug zur Bodenstation vorgesehen.

• Der Zugriff auf diesen Kanal erfolgt über eine Slotted-

Aloha-Prozedur, die das für die zeitliche

Synchronisierung notwendige Zeitsignal aus dem P-

Kanal erhält.

Kapazitätbetrachtung ▪ R–Kanal


• Die T-Kanäle sind wie der R-Kanal unidirektional.

• Sie dienen jedoch der Übertragung größerer

Datenmengen vom Flugzeug zur Bodenstation und

werden erst auf Anforderung über den R-Kanal von der

Bodenstation dem Flugzeug zugewiesen.

Kapazitätbetrachtung ▪ T–Kanal


• Die C-Kanäle ermöglichen eine bidirektionale

Kommunikation zwischen der Bodenstation und dem

Flugzeug.

• C-Kanäle werden für die Sprachübertragung genutzt.

Kapazitätbetrachtung ▪ C–Kanal

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