Kein Folientitel

1
Wellenlänge
Magnetfeld
Lichtgeschwindigkeit
WPP Felder des
Mobilfunks
Daniel Thoeren
2
Inhaltsverzeichnis
WPP

• Einleitung
• Freiraumausbreitung
• Reflextion Streuung
• Beugung
• Mehrwegeausbreitung
• Schwund (Fading)
• Wellenleitereffekte
• Wellenausbreitungsmodelle
• FazitSchluss

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Inhaltsverzeichnis
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Einleitung
• Freiraumausbreitung
• Reflextion Streuung
• Beugung
• Mehrwegeausbreitung
• Schwund (Fading)
• Wellenleitereffekte
• Wellenausbreitungsmodelle

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Einleitung
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Netzbereiber (Provider) hat Versorgungsgebiet
  mit möglichst Flächendeckenden Empfang zu
  versorgen
• Begrenzte Frequenzen
• Handover mit einer bestimmten Erfolgsrateaus
  diesen Gründen muss der Provider das Funknetz
  plannen
• Ausbreitungsanalyse
• Versorgungsanalyse

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Freiraumausbreitung
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Fresnelzone
• erste Fresnelzone sollte Frei vonHindernissen
  sein (Praktisch im Mobilfunk nicht möglich)
• erste Fresnelzone halb Verdecktgtdämpfung 6dB

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Reflektion Streuung
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Kohärente Streuung-Rauhigkeit der Flächen klein
  im Vergleich zur Wellenlänge-wirkt wie eine
  Richtantenne
• Inkohärente Streuanteile-Rauhigkeit der Flächen
  groß gegenüber der Wellenlänge-viele Teilwellen
  mit unterschiedlicher Phase sowie
  Intensität-wirkt wie eine Antenne mit niedrigen
  Gewinn

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Beugung
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Wellen werden an Hindernissen in den
  Abschattungsraum umgelenkt
• Wellenfronten ebener Wellen können nach
  Huygscheschen Prinzip in Elementarwellenzentren
  zerlegt werden von denen Kugelwellen in den Raum
  abgestrahlt werden
• Abhängig von Wellenlängen und Abmessung des
  Hinderniss
• Ab 5GHZ kann die Beugung vernachlässigt werden

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Beugung
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

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Mehrwegeausbreitung
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Signal kommt am Empfänger durch verschiedene Wege
  an.Dies kann resultieren aus
• Beugung
• Streuung
• Reflektion

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MehrwegeausbreitungZweiwegeausbreitung
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Zweiwegeausbreitung Empfangssignal Laufzeit
• Komplexe Fouriertransformierte Übertragungsfunktio
  n Impulsantwort

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Mehrwegeausbreitung
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Laufzeiten
• Phasenzustände

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Mehrwegeausbreitung
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Laufzeiten
• Phasenzustände

Zufallsgrößen
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Mehrwegeausbreitung
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• durch Mehrwegeausbreitung überlagern sich die an
  der Antenne empfangen Signale
• Phasenwerte der Signale sind durch
  unterschiedliche Laufzeiten unterschiedlich
• gtkonstruktive oder destrukive Interferenz
• Laufzeitunterschiede von maximal 16ms (4Bit) im
  Empfänger durch Entzerrer korrigierbar
• Laufzeitunterschiede gt 16ms führen zu Bitfehlern

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Schwund (Fading)
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Fast Fading-NLOS Rayleigh Verteilung-LOS
  Rice-Verteilung
• Slow Fading

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Schwund Fast fading
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Mehrwegeausbreitung
• Untersuchen in kleinen AbstandsintervallengtFrei
  raumdämpfung sowie slowfading nahezu identisch
• in diesem Intervall variiert der Pegel um einen
  Konstanten Mittelwert

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Schwund Rayleigh-Fading(NLOS)
WPP
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euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Zufallsgrößen x , y
• Gaussverteilt, Mittelwertfreigt mx0 my0, sowie
  statistisch unabhängig, sowie gleiche Varianz, da
  keine Teilwelle dominiert, da keine
  Sichtverbindung
• Pegel proportional zum Betrag von r

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Schwund Rayleigh-Fading(NLOS)
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Überlagert man nun die Gaussverteilung p(x) sowie
  p(y)so führt dies zur Rayleigh Verteilung

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Schwund (Fading)
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Fast Fading resultiert aus wechselden
  Phasenrealationen sowie Interferenz
• Slow Fading resultiert aus Abschattung(shadow
  Fading)
• GesamtschwundFast FadingSlow Fading

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Wellenleitereffekte
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Wald verhalten wie ein dielektrischer Leiter
• Strasse reflektion an Mauern durch die
  Strassenschluchten

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Wellenausbreitungsmodelle
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Provider braucht Ausbreitungsanalyse
• exakte Berechnung von realen Ausbreitungsverlusten
  aller Faktoren fast nicht möglich
• Kenntnis für die Planung von Funknetzen aber
  notwendigdaher Ausbreitungs-Modellrechnungen
• beruhen auf umfangreichen Meßreihen
• so lassen sich für bestimmte Umgebungen innerhalb
  gewisser Grenzen angenäherte Abschätzungen machen
• Mittelwert

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Wellenausbreitungsmodelle
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Okumura-Hata Modell(Makro)
• COST- 231 HATA Modell (Makro)
• COST231-Walfish-Ikegami(Mikro/Strassenschluchten)
• Flat-Edge-Model(Mikro/ Strassenschluchten)
• Epstein-Peterson-Methode(Topografische
  Hindernisse)

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Wellenausbreitungsmodelle Okumura-Hata Modell
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• A (dB) 69.55 26.16log(F) - 13.82log(H)
  (44.9 - 6.55log(H)) log(D) C
• Frequenzbereich bis 1000 MHz
• Entfernungen von 1 bis 20 km
• für Sendeantennen ab 30 Meter Höhe
• gut geeignet für Makrozellen
• C Umweltkorrekturfaktor -0 dB für eine
  Grossstadt -5 dB für städtisches Gebiet -10
  dB für vorstädtisches Gebiet -17 dB
  für Land

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Wellenausbreitungsmodelle COST- 231 HATA Modell
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• A (dB) 46.3 33. 9log( F) - 13. 82log( H)
  (44. 9 - 6.55log( H)) log( D) C
• vergleichbar mit Okumura-Hata Modell
• für den Frequenzbereich um 1800 MHz geeignet
• C Umweltkorrekturfaktor -0 dB für eine
  Grossstadt -5 dB für städtisches Gebiet -10
  dB für vorstädtisches Gebiet -17 dB
  für Land

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WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Gültigkeit für-Bereiche von 20m bis 5 km
  länge-BS-Antennenhöhen im Bereich von 4m bis
  50m-LOS-NLOS
• Dämpfung besteht aus zwei Anteilen-Rooftop-to-st
  reetBeugungdachkanteReflektion-Multiple-screen-
  diffractionMehrfachbeugung
• GesamtdämpfungRooftop-to-streetMultiple-screen-d
  iffraction
• empfohlene Einsatzbereich für BS Antennenhöhen
  deutlichoberhalb der Dachkante

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WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• LOS
  
  

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WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• NLOS
  
  

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WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• NLOS
  
  

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WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• NLOS
  
  

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WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• NLOS
  
  

Für sonst 0


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WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• NLOS
  
  

Mittelgrosse Stadt
Großstadtzentrum
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Wellenausbreitungsmodelle Flat-Edge-Model
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Unterschied zu Cost 231 Walfish-Ikegami-Model
• Häuser werden als kolineare Halbebene modeliert
• Berechnung Beugungsdämpfung durch Auswertung der
  komplexen Fresnelintegrale
• Ebenfalls Rooftop-to-street sowie
  Multiple-screen-diffraction Anteile
• Rooftop-to-street gebeugter und reflektierter
  Strahl werden getrennt betrachtet
• besser geeignet für kleine Einfallswinkel

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Wellenausbreitungsmodelle Epstein-Peterson-Method
e
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Hauptkanten verschiede Hindernisse z.B Berg

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Wellenausbreitungsmodelle Epstein-Peterson-Method
e
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Hauptkanten verschiede Hindernisse z.B Berg

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Wellenausbreitungsmodelle Epstein-Peterson-Method
e
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Hauptkanten verschiede Hindernisse

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Wellenausbreitungsmodelle Epstein-Peterson-Method
e
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Hauptkanten verschiede Hindernisse
• Gesamtdämpfung Summation aller Dämpfungen

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Wellenausbreitungsmodelle Epstein-Peterson-Method
e
WPP
-Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion Str
euung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund
(Fading) -Wellenleiter-
effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -FazitSchluss

• Fazit-Mobilfunkplannung aufwendiger als vorher
  angenommen
• Danke für ihre Aufmerksamkeit