WPP Felder des Mobilfunks

1. Wellenlänge Magnetfeld Lichtgeschwindigkeit WPP Felder des Mobilfunks Daniel Thoeren

2. Inhaltsverzeichnis WPP • Einleitung • Freiraumausbreitung • Reflextion & Streuung • Beugung • Mehrwegeausbreitung • Schwund (Fading) • Wellenleitereffekte • Wellenausbreitungsmodelle • Fazit&Schluss

3. Inhaltsverzeichnis WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Einleitung • Freiraumausbreitung • Reflextion & Streuung • Beugung • Mehrwegeausbreitung • Schwund (Fading) • Wellenleitereffekte • Wellenausbreitungsmodelle

4. Einleitung WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • 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

5. Freiraumausbreitung WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Fresnelzone : • erste Fresnelzone sollte Frei vonHindernissen sein (Praktisch im Mobilfunk nicht möglich) • erste Fresnelzone halb Verdeckt==>dämpfung 6dB

6. Reflektion & Streuung WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • 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

7. Beugung WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • 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

8. Beugung WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss

9. Mehrwegeausbreitung WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Signal kommt am Empfänger durch verschiedene Wege an.Dies kann resultieren aus: • Beugung • Streuung • Reflektion

10. MehrwegeausbreitungZweiwegeausbreitung WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Zweiwegeausbreitung Empfangssignal Laufzeit: • Komplexe Fouriertransformierte Übertragungsfunktion Impulsantwort:

11. Mehrwegeausbreitung WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Laufzeiten: • Phasenzustände:

12. Mehrwegeausbreitung WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Laufzeiten: • Phasenzustände: Zufallsgrößen

13. Mehrwegeausbreitung WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • durch Mehrwegeausbreitung überlagern sich die an der Antenne empfangen Signale • Phasenwerte der Signale sind durch unterschiedliche Laufzeiten unterschiedlich • ==>konstruktive oder destrukive Interferenz • Laufzeitunterschiede von maximal 16ms (4Bit) im Empfänger durch Entzerrer korrigierbar • Laufzeitunterschiede > 16ms führen zu Bitfehlern

14. Schwund (Fading) WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • „Fast Fading“-NLOS Rayleigh Verteilung-LOS Rice-Verteilung • „Slow Fading“

15. Schwund Fast fading WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Mehrwegeausbreitung • Untersuchen in kleinen Abstandsintervallen==>Freiraumdämpfung sowie slowfading nahezu identisch • in diesem Intervall variiert der Pegel um einen Konstanten Mittelwert

16. Schwund Rayleigh-Fading(NLOS) WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Zufallsgrößen x , y: • Gaussverteilt, Mittelwertfrei=> mx=0 my=0, sowie statistisch unabhängig, sowie gleiche Varianz, da keine Teilwelle dominiert, da keine Sichtverbindung • Pegel proportional zum Betrag von r

17. Schwund Rayleigh-Fading(NLOS) WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Überlagert man nun die Gaussverteilung p(x) sowie p(y)so führt dies zur Rayleigh Verteilung:

18. Schwund (Fading) WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • „Fast Fading“ resultiert aus wechselden Phasenrealationen sowie Interferenz • „Slow Fading“ resultiert aus Abschattung(shadow Fading) • Gesamtschwund=Fast Fading+Slow Fading

19. Wellenleitereffekte WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Wald verhalten wie ein dielektrischer Leiter • Strasse reflektion an Mauern durch die Strassenschluchten

20. Wellenausbreitungsmodelle WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • 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

21. Wellenausbreitungsmodelle WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Okumura-Hata Modell(Makro) • COST- 231 HATA Modell (Makro) • COST231-Walfish-Ikegami(Mikro/Strassenschluchten) • Flat-Edge-Model(Mikro/ Strassenschluchten) • Epstein-Peterson-Methode(Topografische Hindernisse)

22. WellenausbreitungsmodelleOkumura-Hata Modell WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • 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

23. WellenausbreitungsmodelleCOST- 231 HATA Modell WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • 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

24. WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • 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-street=Beugungdachkante+Reflektion-Multiple-screen-diffraction=Mehrfachbeugung • Gesamtdämpfung=Rooftop-to-street+Multiple-screen-diffraction • empfohlene Einsatzbereich für BS Antennenhöhen deutlichoberhalb der Dachkante

25. WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • LOS:

26. WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • NLOS:

27. WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • NLOS:

28. WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • NLOS: +

29. WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • NLOS: Für sonst =0 & &

30. WellenausbreitungsmodelleCOST-Walfisch-Ikegami WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • NLOS: Mittelgrosse Stadt Großstadtzentrum

31. WellenausbreitungsmodelleFlat-Edge-Model WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • 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

32. WellenausbreitungsmodelleEpstein-Peterson-Methode WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Hauptkanten verschiede Hindernisse z.B Berg

33. WellenausbreitungsmodelleEpstein-Peterson-Methode WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Hauptkanten verschiede Hindernisse z.B Berg

34. WellenausbreitungsmodelleEpstein-Peterson-Methode WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Hauptkanten verschiede Hindernisse

35. WellenausbreitungsmodelleEpstein-Peterson-Methode WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Hauptkanten verschiede Hindernisse • Gesamtdämpfung= Summation aller Dämpfungen

36. WellenausbreitungsmodelleEpstein-Peterson-Methode WPP -Einleitung -Freiraum-ausbreitung -Reflektion& Streuung -Beugung -Mehrwege-ausbreitung -Schwund (Fading) -Wellenleiter- effekte -Wellenaus-breitungsmodelle -Fazit&Schluss • Fazit:-Mobilfunkplannung aufwendiger als vorher angenommen • Danke für ihre Aufmerksamkeit