Nachfolgend ein Ausschnitt aus dem Abschlussbericht zu dem Forschungsvorhaben Bestimmung der Exposition bei Verwendung kabelloser Übermittlungsverfahren in Haushalt und Büro aus dem Deutschen Mobilfunk-Forschungsprogramm, erstellt von der ARC Seibersdorf research GmbH, Österreich 2005:

Digital Enhanced Cordless Telecommunications (DECT)

Allgemeines und Entwicklungsgeschichte

DECT Schnurlostelefonsysteme sind am europäischen Markt gegenwärtig die am meisten verbreiteten Systeme. Die erste Version des DECT-Standards wurde 1992 von ETSI (European Telecommunications Standards Institute) veröffentlicht und die ersten Geräte bereits 1993 am Markt eingeführt. Aufgrund der Konzeption des Systems gehen die möglichen Anwendungen von DECT jedoch weit über jene eines Schnurlostelefons hinaus. Neben des bereits unbestrittenen Sieges der DECT Technologie auf dem gegenwärtigen Schnurlostelefon-Markt (d.h. drahtlose Version des herkömmlichen Festnetztelefons; praktisch alle heute angebotenen Schnurlostelefone arbeiten nach dem DECT Standard), findet die DECT-Technologie in den letzten Jahren vermehrt Einsatz als drahtlose Nebenstellenanlage und als drahtlose Anbindung entlegener Siedlungen an das öffentliche Telefonnetz (sogen. WLL, Wireless Local Loop). Die dezentrale Struktur von DECT, in Kombination mit der implementierten automatischen Organisation der Funkkanäle, haben DECT-Systeme zu einer vorteilhaften kleinräumigen Alternative zu GSM werden lassen. Viele Großbetriebe benutzen zur internen Sprachkommunikation bereits DECT-Systeme, die als kleinräumige zelluläre Funknetze organisiert sind. Mehrere DECT-Basisstationen decken dabei das gesamte Firmengelände ab und können mehrere tausend Teilnehmer bedienen. Weiters ist DECT mit einer Erweiterung der Spezifikationen, die Datenraten bis 2 Mbps ermöglichen soll, künftig auch als Alternative zur drahtlosen Anbindung an Datennetzwerke zu sehen.

 
Technische Beschreibung

Für die DECT Funkübertragung ist in den meisten europäischen Ländern der Frequenzbereich von 1880 MHz – 1900 MHz vorgesehen, in dem 10 Frequenzkanäle im Kanalabstand von 1728 kHz definiert sind (Mittenfrequenz des höchsten Kanals = 1897,34 MHz). Auf jedem dieser Kanäle verwendet DECT ein Zeitmultiplex-Verfahren (TDD) zur Trennung von Uplink und Downlink mit der in der untenstehenden Abbildung dargestellten Rahmenstruktur. Die grundlegende Zeitgröße bei DECT ist der sogenannte Rahmen, der 10 ms dauert und sich kontinuierlich wiederholt, wobei 16 Rahmen zu einem Multirahmen (160 ms lang) und 25 Multirahmen zu einem Hyperrahmen (4 s lang) zusammengefasst werden. Jeder Rahmen ist in 24 Zeitschlitze zu je ca. 417 μs unterteilt, wobei üblicherweise die ersten 12 Zeitschlitze für den Downlink und die zweiten 12 Zeitschlitze für den Uplink vorgesehen sind. Die Übertragung der Daten innerhalb eines Zeitschlitzes erfolgt üblicherweise mittels eines ca. 368 μs langen HF-Bursts, der neben Synchronisations- und Systeminformation 320 Bit Nutzdaten enthält. Die Lücke von ca. 417 – 368 = 49 μs zwischen den HF-Bursts benachbarter Zeitschlitze ist notwendig, um Überlappungen von Zeitschlitzen zu verhindern. Pro (Sprach-) Kanal ergibt sich eine Nutzdatenrate von 32 kbps, wobei insgesamt 120 solcher Vollduplex-Kanäle zur Verfügung stehen (10 Frequenzkanäle x 12 Zeitschlitze für jeweils Uplink und Downlink). Als Modulationsart verwendet DECT GFSK (Gaussian Frequency Shift Keying).
Für spezielle Anwendungen kann das in der untenstehenden Abbildung schematisch dargestellte Timing auch geändert werden.
So ist zum Beispiel zur Erhöhung der Kanalzahl eine Halbierung der Zeitschlitze (half slot burst) möglich, wobei sich 2 Gespräche einen Zeitschlitz teilen, was zu einer effektiven Datenrate von 8 kbps (Vollduplex) pro Gesprächskanal und daher zu einer etwas geringeren Sprachqualität führt. Es werden dabei innerhalb eines Zeitschlitzes 2 HF-Bursts (jeweils ca. 160 μs lang) gesendet.
Andererseits ist für spezielle Anwendungen auch die Möglichkeit von Doppel-Zeitschlitzen (double slot bursts) vorgesehen, wobei die Datenrate entsprechend erhöht werden kann (Wegfall einer 49 μs Schutzlücke und damit entsprechend längerer HF-Burst).
Weiters besteht bei DECT für Datenübertragungen auch die Möglichkeit einer asymmetrischen Vergabe der zur Verfügung stehenden Kanäle, d.h. ungleiche Aufteilung von Uplink und Downlink Kanälen. Im Extremfall wäre eine Übertragung von z.B. 23 Zeitschlitzen Downlink und nur 1 Zeitschlitz Uplink möglich, wobei Datenraten von bis zu 552 kbps erzielt werden können.

Schema der Standard-Rahmen und Timingstruktur bei DECT.

Die Organisation des Sprach- bzw. Datenverkehrs in DECT erfolgt grundsätzlich zellorientiert, d.h. eine oder mehrere Mobilteile (Mobilgeräte) sind einer Basisstation zugeordnet. Die Mobilgeräte bleiben passiv, solange kein eingehender Anruf vorliegt, bzw. solange das Mobilgerät keinen Anruf absetzen möchte. DECT Mobilgeräte senden im Standby-Modus also überhaupt nicht, sondern „beobachten“ nur die in Frage kommenden Funkkanäle und erstellen dabei eine Liste über die aktuelle Situation der Kanalnutzung. Die Basisstation hingegen sendet regelmäßig ein Beacon Signal aus, das Informationen über die Identität der Basisstation, die derzeitige Kanalnutzung und andere Systeminformationen enthält und allen im Funkbereich befindlichen Mobilteilen zur Synchronisation dient. Dieser Beacon kann entweder für sich alleine (wenn innerhalb der Basisstation gerade überhaupt keine aktive Verbindung besteht), oder auch innerhalb einer aktiven Kommunikation ausgesendet werden. Bei Eingehen eines Rufes für ein Mobilteil sendet die Basisstation ein Paging-Signal aus, das vom gewünschten Mobilteil detektiert wird und welches das Mobilteil in weiterer Folge veranlasst, eine Gesprächsverbindung nach folgendem Schema aufzubauen:

  • Das Mobilteil stellt zunächst fest, welcher Frequenzkanal am wenigsten gestört ist und sendet eine Rufanfrage (Outgoing Call Request) an die Basisstation. Bereits hier wird übermittelt, wie viele Kanäle (bei Telefonie nur einer) benötigt werden.
  • Die Basisstation empfängt immer auf unbenutzten Kanälen und wartet auf Rufanfragen der Mobilteile. Die maximale Verzögerung beträgt 160 ms (Dauer eines Multiframes, innerhalb dessen sich die Signalisierung wiederholt).
  • Nach einem halben Rahmen (5 ms) sendet die Basisstation eine Bestätigung (Outgoing Call Confirmation). Diese Bestätigung enthält eine Liste der von der Basisstation aus gesehen besten Kanäle. Damit ist eine Pilotverbindung hergestellt, die für Telefonie bereits ausreicht. Auch bei Datenverbindungen ist diese Verbindung immer duplex.
  • Das Mobilteil sendet bei weiterem Bedarf die Anforderung (Physical Channel Request) für weitere Kanäle mit den jeweils gewünschten Eigenschaften.
  • Die Basisstation bestätigt diese Anforderung durch eine Physical Channel Confirmation

Da DECT keine zentrale Systemverwaltung hat, erfolgt die Kanalzuweisung stets dynamisch und dezentralisiert, d.h. dass jedes Mobilteil selbst über die verwendeten Frequenzen und Zeitschlitze entscheidet, wobei es von der Basisstation unterstützt wird. Das Mobilteil und die Basisstation führen jeder stets eine aktuelle Liste der derzeit besten (am wenigsten gestörten) Kanäle.
Diese für DECT bezeichnende Fähigkeit der automatischen dynamischen Frequenzwahl kommt nicht nur beim Aufbau einer Verbindung zur Anwendung, sondern auch während dem Bestehen von aktiven Verbindungen. D.h., verschlechtert sich die Verbindungsqualität, so wird automatisch auf einen weniger gestörten Funkkanal (soweit verfügbar) gewechselt. Dieses Intracell-Handover erfolgt nahtlos, d.h. es wird zuerst parallel zur ursprünglichen Verbindung die neue Verbindung auf dem neuen Funkkanal aufgebaut, und sobald die neue Verbindung besteht, wird der alte (ursprüngliche) Funkkanal aufgegeben.
Die dezentrale Struktur von DECT (automatische dynamische Frequenzwahl) ermöglicht auf relative einfache und kostengünstige Weise die (Draht gebundene) Vernetzung mehrerer DECT Basisstationen zu einem kleinräumigen zellularen Netzwerk (Piconetz, z.B. zur Abdeckung eines Firmengebäudes). Die mit Mobilteilen ausgestatteten Benutzer können sich dabei, ähnlich wie bei GSM, frei im Empfangsbereich des Netzes (z.B. Firmengelände) bewegen und sind immer erreichbar, bzw. haben immer unmittelbaren Zugang zum Telefonnetz. Die zulässigen Geschwindigkeiten der Benutzer, die funktechnisch toleriert werden können, liegen bei DECT mit ca. 20 km/h jedoch deutlich unterhalb jenen von GSM. Beim Wechsel vom Funkbereich einer Basisstation zum Funkbereich einer benachbarten Basisstation erfolgt ein Intercell-Handover nach ähnlichen Kriterien wie oben beschrieben.

 
Sendeleistung

Die maximale Spitzenleistung von DECT Geräten ist mit 250 mW limitiert. Ein Mobilteil mit einer aktiven Standard-Sprechverbindung sendet pro Rahmen (alle 10 ms) einen 368 μs andauernden HF-Burst mit maximaler Leistung. D.h., die mittlere Leistung des Mobilteils beträgt: 250*0,368/10 = 9,65 mW. Besteht keine aktive Verbindung, sendet das Mobilteil überhaupt nicht.
Die von einer DECT Basisstation abgestrahlte HF-Leistung hängt von der Anzahl der gerade aktiven Verbindungen ab. Der theoretische Extremfall maximaler Leistung würde sich bei maximal asymmetrischer Datenübertragung (23 Zeitschlitze als Downlink) und double slot bursts ergeben. In diesem Fall würde innerhalb eines 10 ms Rahmens für insgesamt ca. 9 ms der maximale HF-Leistungspegel abgestrahlt, was einer mittleren Leistung von ca. 250*9/10 = 225 mW entspricht. Der Minimalwert der mittleren abgestrahlten Leistung einer DECT Basisstation ergibt sich aus der regelmäßig abgestrahlten Systeminformation ohne das Vorhandensein einer aktiven Verbindung. Es wird dabei alle 10 ms ein ca. 83 μs langer HF-Burst mit maximaler Leistung abgesetzt, d.h., als mittlere Leistung ergibt sich in diesem Fall 250*0,083/10 = ca. 2,1 mW.
Eine Sendeleistungsregelung ist im DECT Standard für die Basisstation überhaupt nicht und für Mobilteile nur optional vorgesehen. Im Fall der am meisten verbreiteten DECT-Geräte in Form von Schnurlostelefonen für den privaten Heimgebrauch findet sich daher meistens keine Sendeleistungsregelung.

 
Antennen

Im Bereich der Schnurlostelefonie für den Heimgebrauch sind DECT Mobilgeräte üblicherweise mit integrierten Antennen (ähnlich wie GSM Mobiltelefone) ausgestattet. DECT-Basisstationen sind meist mit kurzen Stummelantennen ohne besondere Richtwirkung ausgestattet.
Im Bereich von größeren DECT-Netzwerken (z.B. drahtlose Nebenstellenanlage) werden für Basisstationen und eventuell vorhandene Repeater oftmals auch Antennen mit größerer Richtwirkung mit Antennengewinnen bis zu ca. 10 dBi (z.B. zur Deckenmontage) verwendet. Größere Richtwirkung der Sendeantenne kann bei konstanter Sendeleistung für eine Person in Hauptsenderichtung der Antenne zu höherer Exposition, im Vergleich zur Situation bei Verwendung von Antennen ohne bzw. mit geringerer Richtwirkung, führen.

 
Gegenwärtige Produkte

DECT-Geräte für die Schnurlostelefonie zu Hause stellen gegenwärtig den mit Abstand größten Anteil der DECT Produkte dar. Eine Vielzahl von Herstellern bietet eine große Vielfalt an unterschiedlichen Modellen an. Erwähnenswert dabei ist die Tatsache, dass die meisten dieser „Heim“-Geräte nur bis zu maximal 6 Mobilteile unterstützen.
Neben den Geräten für den privaten Heimgebrauch befinden sich seit einigen Jahren auch professionelle Lösungen und Komponenten (Mobilteile, Basisstationen, Repeater, externe Antennen) für DECT-Netzwerke, wie z.B. drahtlose Nebenstellenanlagen auf dem Markt. Die Hersteller und Produktvielfalt ist hier wesentlich geringer, die Leistungsfähigkeit der Geräte aber dementsprechend höher.

Dieser vorangegangene Ausschnitt ist eine für das Internet bearbeitete Passage aus dem kompletten Abschlussbericht. Für weitere Informationen sowie zur Referenzierung ist dieser im Original heranzuziehen:

Abschlussbericht: Bestimmung der Exposition bei Verwendung kabelloser Übermittlungsverfahren im Haushalt und Büro (pdf, 6,388 MB)

 
Mehr Information

Drahtlose, digitale Telekommunikation: Das DECT-System
Diese ausführliche Beschreibung, auch zu den verschiedenen Betriebsmodi von DECT ist ein Beitrag aus dem Newsletter 3/2005 der Forschungsgemeinschaft Funk (123 kB).
DECT - Schnurlos-Telefone für Zuhause und fürs Büro
Mehrere Informationsseiten auf der Mobilfunk-Homepage des Bundeswirtschaftsministeriums


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Zuletzt geändert: 29.03.06