Frequenzplanung: Frequenzdatenbank, Projekt Spinne
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KRIEG IM AETHER
Vorlesungen an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich
im Wintersemester 1978/1979
Leitung: Abteilung für Übermittlungstruppen, Divisionär A. Guisolan
Frequenzplanung: Frequenzdatenbank,
Projekt Spinne
Referent: W. Zeller, El. Ing. ETHZ
Diese Vorlesung wurde durch die Stiftung HAMFU digitalisiert und als
PDF Dokument für www.hamfu.ch aufbereitet.
Frequenzplanung: Frequenzdatenbank, Projekt Spinne - Vorlesung Krieg im Aether 1978/1979 (ETH Zürich) HAMFU History
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FREQUENZPLANUNG :
FREQUENZDATENBANK, PROJEKT SPINNE
W. Zeller, El. Ing. ETHZ
Inhalt
1. Einführung
2. Gemeinsame Projekte GD PTT und AUEM
3. Das Projekt "Spinne"
3.1. Grobkonzept "Spinne"
3.2. Hardwarekonzept
3.3. Softwarekonzept
3.4. Frequenzzuteilung im VHF-Bereich
1. Einführung
Die Frequenzplanung rückt zur Zeit aus verschiedenen Gründen in den Vordergrund des technischen
Geschehens. Im September dieses Jahres findet in Genf die Weltwellenkonferenz, die WARC 79, statt.
Diese Konferenz hat zum Ziel, den gesamten Frequenzbereich von 10 kHz bis an den Infrarotbereich
den steigenden Kanalbedürfnissen entsprechend aufzuteilen und den verschiedenen Benutzern zur
Verfügung zu stellen. Die zuständige internationale Institution, die UIT (Union International des
Telecommunications)wurde im Rahmen dieses Kolloquiums im Winter 77/78 im Detail vorgestellt.
Eine spürbare Auswirkung einer solchen Wellenkonferenz haben wir alle noch rege im Bewusstsein.
Unser Mittelwellen Landessender Beromünster muss des Nachts schweigen. Dies geschah nicht aus
Feindseligkeit gegenüber der Schweiz, sondern zeigt uns, dass sich selbst eingesessene Funk-
dienste der zunehmenden Dichte von Rundfunksendern oder allgemein der Fk Stationen im Aether
anpassen müssen. Was neben den Rundfunkbändern alles vor sich geht, ist fast unbeschreiblich.
Adresse des Autors:
Walter Zeller, El.Ing. ETHZ
c/o Bundesamt für Uebermittlungstruppen
3000 Bern 25
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Figur 1 verschafft einen Eindruck wie eng die Stationen oder eben die Frequenzbenlitzer beieinander
sind.
Fig. 1: Ausschnitt von 30 - 31 MHz
Jedermann will Frequenzen benutzen, die Model 1flieger zum steuern ihrer Modelle, die Funkamateure
zum Pflegen internationaler Kontakte, die Zoologen zum Beispiel zum Studieren der Lebensgewohn-
heiten von Wildkatzen, die Eurovision zum Uebertragen wichtiger Sportsendungen, manchmal selbst
die Rudie Carell Schau nur um einige zu nennen. Nicht zuletzt in dieser Benlitzerl iste steht das
Militär, werden doch Funkgeräte auf fast allen Führungsstufen als Uebermittlungsmedien einge-
setzt.
Eine saubere Koordination zwischen den einzelnen Frequenzbenlitzern ist heute nicht nur wünschbar
sondern wegen der grossen Anzahl Frequenzbenützer unabdingbar. Die Ausbreitung elektromagnetischer
Wellen ist ein physikalischer Vorgang, der nicht zwischen militärischen und zivilen Emmissionen
unterscheidet.
Demzufolge gilt es für die Frequenzzuteilung in militärischen Bereichen nicht nur unsere Stationen
zu erfassen, sondern in den uns interessierenden Bereichen sämtliche erfassbaren Stationen aufzu-
nehmen, um gegenseitige Störungen zu vermeiden. Nun stellt sich das Problem, wer teilt wem welche
Frequenzen zu. Dieses Problem ist glücklicherweise sowohl de jure wie de facto gelöst.
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Fig. 2: Die Frequenzverwaltung in der Schweiz
Für die zivilen Belange zeichnet die GD PTT gemäss dem Telegrafen- und Telefonverkehrsgesetz ver-
antwortlich. Sie ist auch dafür besorgt, dass die Benutzer nur Geräte verwenden, die eine Zu-
sammenarbeit auf engstem Frequenzbereich erlaubt. Für die Koordinationsarbeit erhebt sie denn auch
Konzessionsgelder. Für die militärischen Belange ist die Abteilung für Uebermittlungstruppen ver-
antwortlich. Leider können wir für unsere Zuteilungen keine Gelder erheben, obschon auch unser
Budget einen Zustupf vertragen würde. Die Aufteilung der nach UIT unterteilten Frequenzbänder in
Militär-, Zivil- und Gemischtbereiche geschieht in enger Zusammenarbeit von PTT und AUEM. Auf diese
Zusammenarbeit werde ich später noch einmal zu sprechen kommen.
2. Gemeinsame Projekte GD PTT und AUEM
2.1. Ist - Zustand
Sowohl die PTT wie die AUEM führen für ihren Bereich Handkarteien, die heute immer umfangreicher
werden und demzufolge auch nur mit entsprechendem Aufwand aktualisiert werden können. Durch die
langen Mutationszeiten läuft man Gefahr, Doppel beiegungen oder andere Beeinträchtigungen des Funk-
verkehrs in Kauf nehmen zu müssen. Dass Fehler in der Frequenzzuteilung als Beispiel in der Flug-
sicherung katastrophale Folgen haben könnten, brauche ich kaum weiter zu erläutern.
GD PTT AUEM
Handkartei, Handkartei
Rechnergestützte
Auslistung
Verrechnung Frequenzprognose
Rechnergestützt Rechnergestützt
Verträglichkeits- Digitalisierte CH
rechnungen, Planung Rechnergestützt
Verträglichkeits-
rechnung, Planung
Fig. 3: Ist-Zustand der Frequenzzuteilung
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Wohl bestehen schon einzelne Programme, die als Beispiel bei der PTT die Auflistung der Frequenz-
benützer erleichtert. Die Konzessionsabrechnungen werden rechnergestützt durchgeführt, jedoch
immer noch mit dem Menschen als Bindeglied zwischen den einzelnen Programmblöcken.
Bei der Abteilung für Uebermittlungstruppen wird die Frequenzprognose rechnergestutzt berechnet.
Eine Einbeziehung in eine Streckenplanung ist jedoch nur von Hand möglich.
Die digitalisierte Schweiz werde ich später kurz beleuchten.
2.2. Die Projekte "Funkdata" und "Spinne"
Schon lange stand fest, dass in nächster Zeit etwas gesehenen muss. Das Gebiet ist jedoch so
komplex, dass man sich auf die wichtigsten Arbeiten beschränken muss.
Die Anforderungen an ein modernes Frequenzplanungsinstrument für die militärische Anwendung
können wie folgt zusammengefasst werden:
1. Erfassen und registrieren der zivilen und militärischen Frequenzbenützer
2. Erfassen und registrieren der Geräte und Antennen, die für entsprechende Funkverbindungen
benützt werden.
3. Planen und Berechnen von Funkverbindungen in allen Frequenzbereichen
4. Durchführen von Verträglichkeitsrechnungen
5. Erstellen der Frequenzprognose im Kurzwellenbereich für beliebige Strecken
6. Dynamische Zuteilung von Frequenzen für sich verschiebende Netze unter Berücksichtigung
der geographischen- und technischen Einflüsse.
7. Für die Realisierung steht wenig bis kein Geld zur Verfügung.
Die PTT wie die AUEM gingen daran, ein für ihre Bedürfnisse entsprechendes Projekt zu entwerfen.
Die PTT mit ihrem FUNKDATA, die Abteilung für Uebermittlungstruppen mit der "SPINNE". Man könnte
sich fragen, warum wieder zwei Projekte beim Bund, die doch beide dasselbe tun. Im Grunde genommen
ist das ganze ein Projekt. Das Projekt "FUNKDATA" ein verwaltungsmässiges kommerziell orientiertes
Datenbanksystem beinhaltet die Erfassung der Frequenzen, die Verwaltung der Konzessionsinhaber und
die Gerätetechnik. Das Projekt "SPINNE" hat im Friedensdienst im Wesentlichen dieselben Aufgaben
zu erfüllen. Das Schwergewicht der "SPINNE" liegt jedoch auf dem operationellen Einsatz.
Zudem werden aus Geheimhaltungsgründen an die Daten-Sicherheit der "SPINNE" wesentlich höhere An-
forderungen gestellt als dies bei der PTT notwendig ist. Das Gmeinsame an den beiden Projekten
sind die Grunddaten über die Frequenzbenützer die zum Teil gemeinsam erarbeitet werden. Jedenfalls
werden sich die beiden Systeme laufend "à jour"halten, indem die Basisinformation periodisch aus-
getauscht wird.
Fig. 4: Die Frequenzverwaltung in der Schweiz (neu)
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3. Das Projekt "Spinne"
3.1. Das Grobkonzept "SPINNE"
Schon zu beginn stand fest, dass für die Frequenzverwaltung kein eigener Computer beschafft werden
konnte, also musste man auf eine bestehende Anlage abstellen die gegebenenfalls höchstens ausge-
baut werden konnte.
Die Grundidee bestand darin, alle frequenzverwandten Daten in einem Rechner abzuspeichern, die
von externen Terminals aus abgerufen werden können.
Lieber die Detail struktur der Anschlüsse kann ich hier aus Geheimhaltungsgründen nicht näher
orientieren.
Benutzer 1 Benutzer 2
Fig. 5: Primäre Grundanforderung
3.2. Das Hardwarekonzept
Der vorhandene Rechner Siemens 7.730 der AUEM der bereits für andere Projekte eingesetzt wird,
bringt die idealen Voraussetzungen für das Projekt "SPINNE". Mit relativ geringem Aufwand konnte
der Rechner ausgebaut werden und steht nun heute mit zwei Bandstationen, 4 Disk-Drives einer
Kartenieseeinheit und 1 M Byte Kernspeicherplatz bereit für den Aufbau der "SPINNE". Für den ex-
ternen Einsatz der Terminals ist mit geeigneten Uebertragungssystemen dafür gesorgt, dass die
Daten dorthin gelangen können, wo sie auch verwendet werden. Dass die Datenleitungen durch ent-
sprechende Einrichtungen geschützt werden, versteht sich von selbst.
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KONFIGURATION RECHENANLAGE
BLOCK
MUX 1 ZE 7. 7 3 0 256K
768K BYTE BYTE
BYTE-MUX
2
— — 3 4 5 6 7 8
I I I I
3150
DUST
44 [66
CDC IBM SIEM. SIEM.
EPFL I RZ MOOEM
UT-2000 EMO
MASTER-TERMINAL
[MODEM c e s
MSF MSF
9I7I 8I7I
Fig. 6: Konfiguration der Rechenanlage
Das Softwarekonzept
Zusammengefasst besteht die Software aus 4 grossen Datenblöcken und dem Auswertungsprogramm "SPINNE"
Ich werde zuerst kurz die 4 wichtigsten Datenblöcke erläutern und anschliessend an einem Beispiel
eine Auswertungsmöglichkeit der "SPINNE" im Detail erläutern.
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Die 4 Blöcke sind:
- Frequenzdatenbank
- Gerätedatenbank
- Digitalisierte Schweiz
- Formelsammlung Uber Berechnungen der
elektromagnetischen Verträglichkeit.
Das Kernstück, in gewissem Sinne das Herz der "SPINNE", stellt die Frequenzdatenbank dar, sie ist
wie folgt gegliedert:
- Frequenzangaben
- Gerätebezeichnung
- Benutzer
- Geographie
In der Sparte "Frequenzangaben" werden sämtliche belegte Frequenzen in numerischer Reihenfolge auf-
gelistet mit der Angabe der Breite der Belegung (Bandbreite).
In der Sparte "Geräte" werden die verwendeten Geräte kurz beschrieben ohne auf technische Einzel-
heiten einzugehen.
Die Sparte "Benutzer" ist die Visitenkarte des Frequenzbenützers (Adresse, Verwendungszweck usw.).
Die Sparte "Geographie" gibt Auskunft über den Standort und/oder den Raum, wo die Frequenz ver-
wendet wird.
Der Zugriff auf die Frequenzdatenbank kann über eine der vier Sparten oder über deren Kombinationen
erfolgen, was recht hohe Anforderungen an die Software der Datenbank stellt.
Was die Informationsmengen für die Frequenzdatenbank angeht, kann zusammengefasst folgende Tendenz
aufgezeigt werden. Heute sind rund 20'000 Frequenzbenützer aus dem zivilen Bereich festgehalten
und rund die Hälfte aus den militärischen Bereichen. Mit einer mittleren Zuwachsrate von 5% müssen
wir in den 90er Jahren bereits mit der Verdoppelung der Daten rechnen.
+ Info
40'000- Zeilen
30' 000-
Freq Daten
20'000 - zivil
Freq Daten
10'000 - militar
Geräte
militär
1979 1980 1990
Fig. 7: Informationsmengen für die Frequenzdatenbank
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Kalkuliert man die rund 80 Informationen pro Benutzer, erhalten wir einen Speicherplatzbedarf von
rund 5 M Byte für die 90er Jahre.
Fig. 8: Speicherplatzbedarf für die Frequenzdatenbank
Die Gerätedatenbank stellt eine Auflistung der gesamten technischen Daten aller militärischen
Geräte dar. Auf die Erfassung der zivilen Geräte wird verzichtet, soweit sie nicht von militärischem
Interesse sind. Antennencharakteristiken, Nebenwellenpläne usw. werden soweit sie erfassbar sind,
in die Datenbank aufgenommen.
Die Datenmenge, die hier aufgenommen werden muss, ist gegenüber der Frequenzdatenbank relativ
gering, sie beläuft sich auf rund 100 k Bite.
Die Frequenz- und Gerätedatenbank zusammen erlauben mit der dazugehörigen Software einen minimalen
Betrieb von "SPINNE" oder anders ausgesprochen, die Handkarteien können nach Realisierung dieser
Phase abgelöst werden. Unser Ziel ist es, diesen Stand baldmöglichst zu erreichen.
Die dritte Datenbank, die digitalisierte Schweiz nimmt einen speziellen Platz im ganzen Projekt
ein. In den letzten Jahren wurden von verschiedensten Stellen rund 15 Projekte begonnen, mit dem
Ziel, die Schweiz in den Computer zu packen. Die meisten davon mussten aus Kostengründen abge-
brochen werden, andere hatten nur zum Ziel, einen Teil der Schweiz zu erfassen und sind für uns
nicht von Interesse. Ein Projekt wurde im Auftrag des EMD vor 10 Jahren zu Ende geführt und be-
inhaltet die gesamte Schweiz. Leider ist der Erfassungsraster nur 250 m mal 250 m. Dieses Raster
lässt vor allem im Gebirge relativ grosse Ungenauigkeiten zu, die im VHF-Bereich für die Strecken-
planung Fehler erzeugen, die nicht mehr tragbar sind. Zur Zeit laufen Arbeiten an einer schwei-
zerischen Universität und bereits heute können wir sagen, dass es bald soweit sein wird, die
Schweiz in einem Raster von 25 m mal 25 m erfasst zu haben. Die letzten Testmessungen laufen zur
Zeit für das Gebiet der Eigernordwand, das heisst nicht, dass wir eine Winterbesteigung des Eigers
vorhaben, sondern der Eiger wird eben wegen seiner steilen Nordwand gewählt, weil es sich gezeigt
hat, dass andere Erfassungssysteme bei solch extremen Verhältnissen nicht brauchbar sind. Der
enge Raster bringt mit seinen Vorteilen auch etliche Nachteile:
- Es müssen für dasselbe Planungsgebiet wesentlich mehr Daten verarbeitet werden.
- Die Daten erfordern grosse und schnelle Speichermedien.
Unser Projekt wird eine Datenflut von rund 50 M Byte darstellen.
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Fig. 9: Digitalisierte Schweiz
Das letzte und auch das komplexeste Datenpaket stellt die Formelsammlung für die Berechnung der
elektromagnetischen Verträglichkeit dar. Die gesamte Formelsammlung kann in 3 grossen Blöcken be-
trachtet werden:
- Kurzwellenverbindungen
- VHF-Verbindungen
- Richtfunk und Radarberechnungen
Kurzwei 1enverbi ndungen
Die "festen" Daten der Ionosphäre, E- und F-Schichten, die täglichen und monatlichen Veränderungen
stellen das Grundelement dar, die monatliche Frequenzprognose zu berechnen.
Zur Zeit in Arbeit ist ein neuer Programmblock, der die neuesten Berechnungsverfahren der Frequenz-
prognose berücksichtigt, vor allem werden die meisten veränderlichen Parameter wie zum Beispiel
die Sonnenfleckenzahl von schweizerischen Instituten berechnet und gemessen werden.
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BERN OKTOBER 1977 R = 22
M HZ
14
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00 02 04 06 08 10 12 14 16 18 20 22 24
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Fig. 10: Frequenzprognose
VHF-Verbindungen
Unter der Voraussetzung, dass Geländeschnitte wie Schattendiagramme mit der digitalisierten Schweiz
rechnerisch ermittelt werden können, wird hier eine Formelsammlung gespeichert, die uns erlaubt,
beliebige Funkstrecken Gelände-, Frequenz- und Geräte-optimal zu berechnen. Figur 11 zeigt als
Beispiel ein Schattendiagramm mit den Daten der alten digitalisierten Schweiz.
Richtfunk und Radarberechnung
Als letzter Block stellt die Richtfunk und Radarplanung ein wirksames Instrument dar, das erlaubt,
selbst schnelle wechselnde Richtfunk und Radarplanung vorzunehmen.
Diese drei Blöcke sind nicht etwa bei uns entwickelt worden, wir wollen das Rad ja nicht noch ein-
mal erfinden, sondern sie stammen von einem Institut einer bekannten Amerikanischen Universität.
Das Programm läuft bereits an mindestens zwei Stellen in Europa, was unsere Implementierungs-
arbeiten wesentlich erleichtern wird.
Der Datenumfang dieses Programmpaketes beläuft sich auf rund 30 M Byte.
Die Grundlage der Software wäre mit diesen Blöcken geschaffen. Die eigentliche Auswertungssoftware
werde ich nun anhand eines Beispiels kurz erläutern. Der Aufbau dieser Programme muss von uns er-
arbeitet werden, kann aber umfassend erst in Angriff genommen werden, wenn alle erforderlichen
Daten im Rechner zur Verfügung stehen.
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Fig. 11: Schattendiagramm mit den Daten der alten digitalisierten Schweiz
3.4. Frequenzzuteilung im VHF-Bereich
Nun zum Beispiel: Kurz zusammengefasst wollen wir, wenigstens in Gedanken, die Frequenzzuteilung im
VHF-Bereich für sich im Gelände bewegende Netze durchgehen.
Mit den Datenpaketen "Digitalisierte Schweiz" und "Elektromagnetische Verträglichkeit" werden von-
einander unabhängige Zonen im Planungsgebiet gesucht.
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Untergr
PI VHF
lo if digit CH
. Nebenw PI Unterprogr
disp Freq EMC
Primär Information
Unterprogr
EMC
Einsatzpläne
geogr Truppe
Freq-
liste
Unterprogr
Freq'zuteilung
Freq-
zuteilung
Fig. 12: Ablauf einer Frequenzzuteilung
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In Figur 13 habe ich versucht, voneinander unabhängige Funkräume aufzuzeichnen. Die dargestellten
Räume konnten als abgeschl ossene Gebiete angesehen werden und waren relativ einfach zu bestimmen.
Wesentlich schwieriger wird es im Voralpengebiet oder gar im Mittelland, hier hat selbst eine
EDV-Lösung Grenzen. Grosse Teile des Mittellandes müssen zusammengefasst als ein Raum bezeichnet
werden und höchstens die Distanz, bzw. die Streckendämpfung, wird eine Mehrfachbelegung eines
Kanals zulassen. Sicher können nicht alle Ueberschneidungsmöglichkeiten vorausberechnet werden, man
versucht einfach, die abgeschlossenen Räume so gut wie möglich zu definieren.
Mit den technischen Daten der Geräte, mit den Nebenwellenplänen, den zur Verfügung stehenden
Frequenzen aus der Frequenzdatenbank sowie den berechneten Zonenplänen können nun raummässige
Frequenzzuteilungen vorgenommen werden; es entstehen geographische Frequenzlisten.
Fig. 14: "Ordre de Bataille" auf gerechnete geographische Zonen aufgelegt.
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Die Einsatzpläne der Truppe, die Ausgangslage sowie Operationspläne werden als vorgesehene Arbeits-
gebiete der geplanten Netze über die geographischen Frequenzlisten gelegt. Mit dem Unterprogramm
Frequenzzuteilung werden nun die Frequenzen aus den geographischen Frequenzlisten den entsprechenden
Netzen zugeteilt. Die definitive Zuteilung wird dann in der Frequenzdatenbank mutiert.
Dieses Verfahren erlaubt nun auch Frequenzzuteilungen für sich verschiebende Netze, denn nur der
letzte Arbeitsgang muss jeweils neu gerechnet werden, das Gelände bleibt ja, so hoffe ich, dasselbe.
Ich hoffe, die SPINNE werde nach ihrer Vollendung so ordentlich in Rosen gebettet sein, wie das
Netz in Figur 15.
Fig. 15: Spinnennetz zwischen Rosen
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