Die Kommunikation im Einsatzfall muss auch dann funktionieren, wenn die reguläre Infrastruktur überlastet, beschädigt, nicht verfügbar oder nicht in der Lage ist, den Schadensbereich abzudecken. Eine zuverlässige Lösung darf sich nicht auf ein einziges Netzwerk verlassen. Sie sollte breitbandige Übertragung, schmalbandige Sprachdisposition, Satelliten-Backup, Positionsbestimmung, Kurznachrichtenfunktion und IoT-Sensorik kombinieren, damit Einsatzteams, Führungsfahrzeuge, temporäre Führungsstellen und rückwärtige Führungszentralen unter komplexen Bedingungen verbunden bleiben können.

Die Spezifikation YJ/T27-2024 für den Aufbau von Kommunikationsfähigkeiten in der Einsatzleitung bietet eine wichtige Referenz für den Aufbau eines solchen Systems. Sie unterteilt die Feldkommunikationstechnologien in drei Hauptgruppen: Breitbandkommunikation, Schmalbandkommunikation und IoT-Kommunikation. Zusammen decken diese Technologien Audio, Video, Datenübertragung, Einsatzdisposition, Standortmeldung, Gerätesensorik und Notfallkommunikation vor Ort ab.

Normen helfen, Geräte in ein System zu verwandeln

Die Planung der Einsatzkommunikation sollte sich nicht nur auf den Kauf von Endgeräten oder die Bereitstellung eines einzigen Netzes konzentrieren. Das eigentliche Ziel ist der Aufbau eines Fähigkeitssystems, das Teams, Führungsstellen, Fahrzeuge, Luftfahrzeuge, mobile Einheiten und rückwärtige Plattformen unterstützt. YJ/T27-2024 gibt Projektplanern einen Rahmen für die Bewertung von Kommunikationsteams, technischen Mitteln, Bereitstellungsmethoden und Feldunterstützungsanforderungen.

In praktischen Projekten bedeutet dies, dass Breitbandverbindungen Video- und Datenrückführung unterstützen sollten, Schmalbandsysteme stabile Sprachdisposition gewährleisten sollten, Satellitenverbindungen die Weitverkehrskommunikation sichern sollten und IoT-Netzwerke Feld-Sensorinformationen sammeln sollten. Diese Ebenen sollten zusammenarbeiten und nicht als isolierte Subsysteme operieren.

Eine vollständige Lösung sollte auch schnelle Bereitstellung, selbstorganisierende Vernetzung, Interoperabilität mit verschiedenen Herstellern, Mobilität der Endgeräte, Anbindung an die Einsatzleitstelle und Dienstkontinuität bei sich ändernden Umgebungsbedingungen berücksichtigen.

Breitbandverbindungen übertragen Video und Hochgeschwindigkeitsdaten

Breitbandkommunikation wird eingesetzt, wenn der Einsatzort Videorückführung, multimediale Disposition, großen Datenaustausch, Kartenübertragung, mobilen Endgerätezugang und Anbindung an Führungsplattformen benötigt. Sie ist besonders wichtig für Einsatzleitfahrzeuge, Rettungsstellen, temporäre Führungsstellen, Drohnen-Videorückführung und die Zusammenarbeit mobiler Teams.

Ein breitbandiges Ad-hoc-Netz eignet sich für die schnelle Feldbereitstellung, da es einfach aufzubauen, schnell zu starten und in der Lage ist, sich automatisch zu vernetzen. Es sollte Selbstorganisation und Selbstheilung unterstützen, damit sich Kommunikationsknoten anpassen können, wenn sich Fahrzeuge, Teams oder Relaisstationen bewegen. Bei freier Sichtverbindung mit Rundstrahlantennen sollte eine Einzelhop-Basisstationsverbindung eine Übertragungsdistanz von mindestens 100 km, eine Datenrate von mindestens 30 Mbit/s und eine Sendeleistung von nicht mehr als 10 W unterstützen.

Zu den Schlüsseltechnologien können OFDM, TDMA, ATPC und interferenzresistente Gleichfrequenz-Übertragungsverfahren gehören. Das Netzwerk sollte mehrere Frequenzbänder und flexible Topologien unterstützen, einschließlich Stern-, Kett-, Maschen- und hybrider Vernetzung. Es sollte auch verschiedene Endgeräteformen wie Handgeräte, Rucksackgeräte, Fahrzeug- und Luftgestützte Knoten unterstützen.

Private LTE- und 5G-Netze unterstützen mobile Feldeinsätze

Private LTE-Netze sind nützlich, wenn ein Einsatzleitbereich eine breitbandige drahtlose Abdeckung für mehrere Benutzer und Multimediadienste benötigt. Sie können Cluster-Multimedia-Kommunikation und Paketdatendienste für Rettungsstellen, Katastrophengebiete und temporäre Einsatzbereiche bereitstellen. Typische Anwendungen umfassen Audio- und Videoanrufe vor Ort, Einsatzdisposition, Standortdienste und mobilen Endgerätezugang.

Ein praktisches privates LTE-Netz sollte den LTE-basierten technischen Standards entsprechen, wie sie von CCSA- oder B-TrunC-Organisationen definiert wurden. Es sollte Spitzendatenraten von mindestens 100 Mbit/s im Downlink und 50 Mbit/s im Uplink unterstützen und gleichzeitig niedrige Latenz, große Reichweite und hohe Mobilität bei hohen Geschwindigkeiten bieten. Die Unterstützung von Positionierung und Zeitgebung wie Beidou und GPS kann die Teamkoordination und Netzwerksynchronisation verbessern.

5G-Netzwerk-Slicing bietet eine weitere Option, wenn die öffentliche drahtlose Infrastruktur mit Priorität und logischer Trennung genutzt werden kann. Durch QoS-Prioritätsplanung und weiches DNN-Slicing kann 5G den sicheren Zugang für Einsatzleitungs-Informationsnetze, Sprach- und Videorückführung, mobile Einzelendgeräte, IoT-Daten und breit-schmalbandige Konvergenzdienste unterstützen.

Mikrowellensysteme verstärken die Backhaul-Ebene

Breitbandige Richtfunkverbindungen werden oft genutzt, um dedizierte Übertragungswege mit hoher Kapazität zwischen Feldknoten, temporären Führungsstellen, Relaispunkten und rückwärtigen Zentren aufzubauen. Gerichtete Mikrowellenübertragung kann hohe Bandbreite, niedrige Latenz und flexible Vernetzung für Katastrophenrettung und Feldeinsätze bieten.

Eine breitbandige private Richtfunkverbindung sollte eine Übertragungsrate von mindestens 200 Mbit/s und eine Einzelhop-Distanz von mindestens 5 km unterstützen. Sie sollte auch Mehrfachhop-Kaskadenübertragung unterstützen. Bei äquivalenten Signalverhältnissen sollte die Kaskadenübertragung keinen offensichtlichen Bandbreitenverlust aufweisen und keine unnötige Verzögerung einführen. Eine schnelle Antennenausrichtung ist ebenfalls wichtig, da die Einsatzbereitstellung nicht von langen technischen Vorbereitungen abhängen kann.

Für schwieriges Gelände oder beschädigte Infrastruktur können Richtfunkstrecken als temporäres Rückgrat dienen und Feldvideo, Führungsdaten, Fahrzeugsysteme und lokale Breitbandnetze mit der Einsatzleitstelle verbinden.

Überhorizont- und Satellitenverbindungen sichern die Kontinuität

Manche Ereignisse treten in abgelegenen Bergregionen, auf See, in großen Katastrophengebieten, Wüsten, Wäldern oder Gebieten auf, in denen terrestrische Kommunikationsverbindungen nicht verfügbar sind. In diesen Fällen werden Überhorizont- und Satellitentechnologien zu wichtigen Backup- oder primären Kommunikationsmitteln.

Die Mikrowellen-Streukommunikation nutzt troposphärische Streuung, um weitreichende Punkt-zu-Punkt-Verbindungen jenseits der Sichtlinie aufzubauen. Sie kann als resiliente Kommunikationsmethode dienen, wenn normale terrestrische Pfade schwer zu etablieren sind. Ein praktisches System sollte Punkt-zu-Punkt-Überhorizont-Kommunikation bis zu 90 km mit einer Datenrate von mindestens 4 Mbit/s und transparenter IP-Übertragung unterstützen.

Hochbitratige breitbandige Satellitenkommunikation kann den breitbandigen Zugang über große Entfernungen zwischen Katastrophengebieten, Feldkommandostellen und rückwärtigen Führungszentralen ermöglichen. Eine einzelne Station sollte mindestens 6 Mbit/s im Uplink und 40 Mbit/s im Downlink unterstützen. Sie sollte auch den Zugang von Endgeräten innerhalb des Abdeckungsbereichs, Einsatzleitungsnetzdienste, öffentliche Internetkommunikation und verschiedene Endgeräteformen wie tragbare, fahrzeugmontierte und luftgestützte Bereitstellung unterstützen.

Die Ku-Band-Großstrahl-Satellitenkommunikation kann dedizierte Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit großer Flächenabdeckung bereitstellen. Sie eignet sich für die Einzelkanal-Videoerfassung, mobile Einsatz-Bündelfunkstationen und die grundlegende Weitverkehrsübertragung, wenn andere Verbindungen nicht verfügbar sind.

Sprachdisposition benötigt weiterhin schmalbandigen Schutz

Selbst wenn Breitbandnetze verfügbar sind, bleibt die Schmalbandkommunikation für die Einsatzleitung unverzichtbar. Die Sprachdisposition muss einfach, stabil, direkt und belastbar sein. Sie sollte die Teamkommunikation unterstützen, wenn die Breitbandbandbreite begrenzt ist oder wenn Video- und Datennetze unterbrochen sind.

Die schmalbandige Bündelfunkkommunikation nutzt hauptsächlich den für Notfälle reservierten Frequenzbereich bei 370 MHz, um Sprachnetze für die Einsatzleitung bei Katastrophenrettung und Felddisposition aufzubauen. Ein digitales Bündelfunksystem sollte die PDT-Technologie, 4FSK-Modulation, Gleichwellenvernetzung und mehrere Betriebsarten wie Direktmodus, Relaisbetrieb und Bündelbetrieb unterstützen.

Die zugehörigen Notfrequenzbereiche umfassen 372 MHz bis 376 MHz und 382 MHz bis 386 MHz. Über IP-Technologie und Netzwerkvermittlung können schmalbandige Bündelfunksysteme auch mit öffentlichen PoC-Systemen verbunden werden und so die Konvergenz zwischen dedizierten Notfallnetzen und öffentlichen Kommunikationsdiensten unterstützen.

Selbstbildende Sprachnetze erweitern die Feldabdeckung

Schmalbandige Ad-hoc-Netze werden eingesetzt, um Sprachverbindungen zwischen Teams, Fahrzeugen, Relaispunkten und Feldkommandostellen zu erweitern. Wie breitbandige Ad-hoc-Systeme sollten sie einfache Bereitstellung, automatische Vernetzung und Netzwerk-Selbstheilung unterstützen. Ihre Hauptaufgabe besteht jedoch darin, Sprach- und Niedrigraten-Datendienste zu schützen und nicht großen Multimediadatenverkehr.

Ein schmalbandiges Ad-hoc-Netz sollte mindestens vier Knoten unterstützen und ketten-, maschen-, stern- oder hybride automatische Vernetzung ermöglichen. Es sollte Sprach- und Datendienste unterstützen, den Zugang von PDT- oder DMR-Hand- und Fahrzeugendgeräten ermöglichen und im für Notfälle reservierten 370-MHz-Band arbeiten.

Unterschiedliche Endgeräteformen sind ebenfalls wichtig. Rucksack-, fahrzeugmontierte, luftgestützte und feste Bereitstellungsoptionen erlauben es derselben Kommunikationsebene, laufende Teams, mobile Fahrzeuge, Luftrelais und temporäre feste Kommandopunkte zu unterstützen.

Kurzwellenfunk und mobiler Satellit sind Werkzeuge der letzten Wahl

Die Einsatz-Kurzwellenkommunikation nutzt die Reflexion an der Ionosphäre, um schmalbandige Weitverkehrskommunikation zu ermöglichen. Sie eignet sich für die Punkt-zu-Punkt-Kommunikation, wenn herkömmliche Netze beschädigt oder nicht verfügbar sind. Ein praktisches Kurzwellensystem sollte den Frequenzbereich von 3 MHz bis 30 MHz, adaptive Echtzeit-Frequenzauswahl und Störfestigkeit unterstützen.

Die mobile Satellitenkommunikation spielt ebenfalls eine wichtige Backup-Rolle. Satellitenmobildienste können Sprach-, SMS- und Kurzdatenkommunikation für Einsatzteams bereitstellen. Endgeräte können Handgeräte, Hotspots und fahrzeugmontierte Formen umfassen, sodass Feldpersonal auch dann verbunden bleiben kann, wenn keine terrestrische Abdeckung verfügbar ist.

Diese Technologien mögen keine hochbitratigen Dienste übertragen, aber sie bieten eine hohe Ausfallsicherheit. In der Einsatzplanung kann eine niederratige, aber verfügbare Verbindung wertvoller sein als ein nicht erreichbares Hochgeschwindigkeitsnetz.

Positionsbestimmung und Kurznachrichten unterstützen die Führungssicherheit

Die Beidou-3-Kommunikation für Führungszwecke ist unter extremen Bedingungen wertvoll, da sie Positionsbestimmung, Navigation, Zeitgebung und Kurznachrichtenkommunikation vereint. Sie kann Anwendungen in den Bereichen Einsatzkommunikation, Führungsrettung, Katastrophenmeldung, Standortüberwachung und Frühwarnung unterstützen.

Die Beidou-Kurznachrichtentechnologie bietet einen Kommunikationsweg, wenn normale Netze nicht verfügbar sind. Das System bietet zudem Ganzwetter-, Flächenabdeckung und hohe Zuverlässigkeit. Endgeräteformen können Handgeräte, tragbare Einzelpersonenausrüstung, fahrzeugmontierte, luftgestützte und schiffsbasierte Geräte umfassen.

Für die Rettungsführung helfen Positionsbestimmungs- und Kurznachrichtendienste der Einsatzleitstelle zu wissen, wo sich Teams befinden, wie sich Ereignisse entwickeln und ob kritische Nachrichten gesendet wurden, wenn andere Netze ausfallen.

Sensornetze erweitern das Feldbewusstsein

Die IoT-Kommunikation wird genutzt, um Gerätesensorik- und Umweltüberwachungsnetze an Einsatzorten aufzubauen. Sie kann Informationen von Personal, Umgebungen, Fahrzeugen, Rettungsgeräten und Großmaschinen sammeln. Dies hilft der Einsatzleitstelle nicht nur zu verstehen, wo sich Teams befinden, sondern auch, welchen Bedingungen sie ausgesetzt sind.

Technologien wie LoRa, NB-IoT, ZigBee und Bluetooth können für die drahtlose selbstorganisierende Gerätekommunikation eingesetzt werden. Diese Methoden eignen sich für den energiearmen, kostengünstigen und flexiblen Einsatz. Sie sind nicht für hochbitratiges Video ausgelegt, aber sie sind effektiv für kleine Pakete, Statusinformationen, Alarme und Sensordaten.

Nützliche IoT-Daten können Vitalparameter des Personals, Umweltfaktoren vor Ort, Betriebszustände von Geräten, Gaskonzentration, Temperatur, Luftfeuchtigkeit, Wasserstand, Batteriezustand und Arbeitszustand von Großgeräten umfassen. Wenn diese Daten in Führungsplattformen, Videosysteme und Dispositionsabläufe integriert werden, wird die Einsatzreaktion stärker datengetrieben.

Empfohlene mehrschichtige Lösung

Eine praktische Einsatz-Kommunikationslösung sollte für verschiedene Aufgaben verschiedene Technologien nutzen. Breitbandsysteme sollten Video, Hochgeschwindigkeitsdaten, mobile Endgeräte und Feldkommandoanwendungen übertragen. Schmalbandsysteme sollten Sprachdisposition und Teamkoordination schützen. Satelliten- und Kurzwellensysteme sollten Weitverkehrs- und Notfallkommunikation bereitstellen. Beidou sollte Positionsbestimmung und Kurznachrichtensicherheit unterstützen. IoT-Netzwerke sollten Feld-Sensordaten sammeln.

Planungspunkte vor der Bereitstellung

Vor der Bereitstellung eines Einsatz-Kommunikationssystems sollten die Projektteams zunächst die Einsatzumgebung definieren. Bergrettung, Hochwasserschutz in Städten, Industrieunfälle, Grubenrettung, Waldbrandbekämpfung, Seenotrettung und Erdbebenhilfe können unterschiedliche Kombinationen von Breitband-, Schmalband-, Satelliten- und IoT-Technologien erfordern.

Der Kommunikationsplan sollte auch die Dienstpriorität berücksichtigen. Die Sprachdisposition sollte auch bei hohem Videodatenaufkommen verfügbar bleiben. Kritische Standort- und Kurznachrichtendaten sollten Ausweichpfade haben. Breitbandverbindungen sollten für Video und Daten optimiert werden, während Satelliten- und Kurzwellenverbindungen für Weitverkehrs- oder infrastrukturgeschädigte Szenarien reserviert werden sollten.

Schließlich sollte das System als Ganzes getestet werden. Abdeckung, Mobilität, Zusammenschaltung, Bandbreite, Latenz, Sprachverständlichkeit, Videorückführung, Stromversorgung, Endgerätebereitstellung, Anbindung an die Einsatzleitstelle und Mehrnetzumschaltung sollten alle unter realistischen Feldbedingungen verifiziert werden.

Fazit

Die Kommunikationsfähigkeit in der Einsatzleitung wird durch die Kombination mehrerer technischer Mittel aufgebaut, anstatt sich auf ein einziges Netz zu verlassen. Breitbandige Ad-hoc-Netze, private LTE-Netze, Richtfunkstrecken, 5G-Slicing, Satellitenkommunikation, schmalbandiger Bündelfunk, Kurzwellenfunk, Beidou-Kurznachrichten und IoT-Sensorik lösen jeweils einen anderen Teil des Feldkommunikationsproblems.

Eine starke Lösung sollte wo möglich Hochgeschwindigkeitsvideo und -daten, wo nötig zuverlässige Sprachdisposition und bei extremen Bedingungen Ausweichkommunikation bereitstellen. Durch die gemeinsame Gestaltung der Ebenen Breitband, Schmalband, Satellit, Positionierung und Sensorik können Einsatzteams ein resilientes Kommunikationssystem für komplexe Rettungs- und Führungsszenarien aufbauen.