„Entwicklung von Mess-und Berechnungsverfahren zur ... - BMU

Seite 13 von 77 zum Zwischenbericht "Literaturstudie Mess- und Berechnungsverfahren Mobilfunk"
2.3.1 Empirische und semi-empirische Modelle
2.3.1.1 Empirische Ausbreitungsmodelle
Die Prognose von Empfangsleistung und Funkfelddämpfung wird bei nur unzureichender
Information bezüglich der Umgebung vielfach mit Hilfe empirischer Modelle durchgeführt.
Mit einer Ausnahme sind diese Verfahren allerdings nicht in der Lage, die Beugungsdämpfung
bei der Ausbreitung über Hindernisse hinweg abzuschätzen. Daher sind sie nur für eine
mehr oder weniger flache Umgebung zu gebrauchen. Zur Einbeziehung der Beugung lassen
sich diese empirischen Modelle z.B. mit den Multiple-knife-edge-Modellen von Epstein u.
Peterson [EPS 53], Deygout [DEY 66, DEY 91] oder Giovaneli [GIO 84] koppeln. Durch die
Verschmelzung von deterministischen Ansätzen, durch welche die Gelände- oder Gebäudehöhen
in die Berechnung einbezogen werden, und empirischer Methoden, die anhand umfangreicher
Messungen gewonnen wurden, ergeben sich semi-empirische Verfahren.
Der fundamentale Ausbreitungsmechanismus ist die reine Freiraumausbreitung, d.h. eine
absolut ungestörte Übertragung zwischen einer isotropen Sende- und einer isotropen Empfangsantenne.
Die Empfangsfeldstärke nimmt hier sowohl mit dem Abstand, als auch mit der
Frequenz quadratisch ab. Da eine reine Freiraumausbreitung in der Realität nicht auftritt,
wurde ein sehr einfaches Ausbreitungsmodell, die sog. Zweistrahltheorie, entwickelt. Für
Sende- und Empfangsantenne über einer ideal ebenen Grenzfläche überlagern sich die Anteile
einer direkten und einer bodenreflektierten Teilwelle.
Die Einhüllende der Funkfelddämpfung zeigt hier für genügend kleine Abstände eine quadratische
Entfernungsabhängigkeit und ebenso eine quadratische Frequenzabhängigkeit. Für sehr
große Entfernungen nimmt die Funkfelddämpfung hingegen proportional zur vierten Potenz
zu, ist aber unabhängig von der Frequenz. Der Breakpunkt ist die Entfernung, bei der das
Interferenzmuster, welches sich im Nahbereich bei der Zweistrahltheorie ausbildet, endet.
2.3.1.1.1 ITU-R-Modell
Das Basismodell eines von der ITU-R (International Telecommunications Union – Radio
Communications Sector) für die Prognose der Wellenausbreitung in Rundfunknetzen vorgeschlagenen
Berechnungsverfahrens für den Frequenzbereich zwischen 30 MHz und 1 GHz
berücksichtigt die Topographie durch statistische Parameter.
Für verschiedene Frequenzbänder (VHF: 30-250 MHz, UHF: 450-1000 MHz), unterschiedliche
Ausbreitungsumgebungen (Ausbreitung über Land, warmen oder kalten Wasserflächen)
und verschiedene Zeitwahrscheinlichkeiten werden in [ITU 370] Kurvenscharen für den
Empfangsfeldstärkepegel angegeben. Diese wurden durch statistische Auswertung einer
großen Zahl von Messungen ermittelt und sind für Entfernungen zwischen 10 km und
1000 km gültig. Die Unterscheidung verschiedener Zeit- und auch Ortswahrscheinlichkeiten
berücksichtigt, dass der Pegel sowohl zeitlich, als auch örtlich schwankt. Unter gewissen
Voraussetzungen lassen sich hieraus Pegelwerte für die Empfangsleistung oder die Funkfelddämpfung
berechnen.