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

Seite 22 von 77 zum Zwischenbericht "Literaturstudie Mess- und Berechnungsverfahren Mobilfunk"
derartigen Zerlegung in einzelne Ausbreitungswege basieren und sich sehr gut zu einer
konsistenten Beschreibung der Mehrwegeausbreitung zwischen Sende- und Empfangsantenne
verbinden, werden als strahlenoptische Modelle bezeichnet.
Strahlenoptische Modelle fußen auf einer deterministischen Beschreibung aller Objekte in der
zu berechnenden Umgebung durch Geometrie und elektrische Materialparameter. In dieser
Umgebung werden alle Ausbreitungspfade zwischen Sender und Empfänger gesucht. Auf die
Pfade werden schließlich, je nach verwendeter Theorie, unterschiedliche mathematische
Formeln angewendet, um die interessierenden Größen am Beobachtungspunkt zu berechnen.
Durch die stetig steigende Rechenleistung der Computer hat sich diese Methode in der
Vergangenheit immer weiter verbreitet.
Die Analyse der Wellenausbreitung mit einem strahlenoptischen Modell unterteilt sich also in
die drei wesentlichen Arbeitsschritte:
• Suche aller relevanten Ausbreitungspfade unter Berücksichtigung der Bebauung und der
Geländehöhe (Strahlensuche),
• Berechnung des Übertragungsverhaltens aller Pfade, und
• Verwendung der Parameter aller Ausbreitungspfade zur Berechnung der Empfangsleistung.
Sowohl die Strahlensuche, als auch die Wahl der relevanten Übertragungswege, welche bei
der anschließenden Berechnung tatsächlich berücksichtigt werden, unterscheidet sich von
Modell zu Modell beträchtlich. Im Gegensatz zu Modellen für ländliche Gebiete, bei denen in
der Regel bereits die Suche innerhalb der vertikalen 2D-Schnittebene genügt, sollte insbesondere
für BS-Antennen unterhalb des mittleren Gebäudeniveaus in Städten eine 3D-
Strahlensuche erfolgen. Die Beugung an vertikalen Gebäudekanten und Mehrfachreflexionen
an begrenzenden Hauswänden sind nämlich häufig entscheidender als die Beugung über die
Gebäude hinweg.
Bei der Wechselwirkung des Strahls mit einem Hindernis wird die Richtung, die Amplitude,
die Phase und/oder die Polarisation der Welle verändert. Eventuell muss der einzelne Strahl
auch in mehrere aufgespaltet werden. Dies ist für die Reflexion/Transmission unmittelbar
ersichtlich. Bei der Beugung muss ein eintreffender Strahl im Prinzip sogar in unendlich viele
Strahlen aufgespalten werden, da alle möglichen Beugungsrichtungen lediglich dadurch
charakterisiert sind, dass sie den Beugungskegel bilden.
Es hat sich herausgestellt, dass die für die Funknetzplanung im Mobilfunk dominierenden
Ausbreitungsmechanismen durch Objekte mit gegenüber den benutzten Wellenlängen großen
geometrischen Abmessungen (> 5 λ) hervorgerufen werden. Deshalb bieten sich Methoden
an, welche diese Tatsache zur Vereinfachung der Ausbreitungsberechnung ausnutzen (asymptotische
Hochfrequenzmethoden [LUE 82]). Die wichtigsten Methoden hier sind:
• Geometrische Beugungstheorie, Geometrical Theory of Diffraction (GTD), bzw. Verallgemeinerte
geometrische Beugungstheorie, Uniform Theory of Diffraction (UTD),
• Physikalische Optik, Physical Optics (PO),
• Physical Theory of Diffraction (PTD) bzw. Method of Equivalent Currents (MEC).