LTE-Projekt NRW: Abschlussbericht. LfM Nova GmbH Suitbertusstr Düsseldorf

Transkript

1 LTE-Projekt NRW: Abschlussbericht LfM Nova GmbH Suitbertusstr Düsseldorf

2 EXECUTIVE SUMMARY Dieser Bericht informiert über die Aktivitäten des LTE-Projekts NRW während seiner Laufzeit vom bis zum Ziel des Projekts war es, Chancen und Risiken des Mobilfunkstandards LTE (Long Term Evolution) im 800-MHz-Bereich auf neutraler Basis zu untersuchen. Zu diesem Zweck sind die Landesanstalt für Medien NRW (LfM), das Land Nordrhein-Westfalen, Vodafone und der Westdeutsche Rundfunk (WDR) eine gleichberechtigte Partnerschaft eingegangen. Der Projektverlauf lässt sich in drei Phasen gliedern: In der ersten Phase ( ) wurden ausschließlich Labormessungen durchgeführt. Dabei sollte in erster Linie die Unbedenklichkeit des am gestarteten Feldmessbetriebs an der Nordhelle sichergestellt werden. Parallel zu den Labormessungen wurde unter ein Informationsportal eingerichtet. Die zweite Phase ( ) diente ersten Feldmessungen. Bei Messfahrten am Standort Nordhelle wurden Datenraten zwischen 12 Mbit/s und 48 Mbit/s (Downlink) bzw. zwischen 1 Mbit/s und 30 Mbit/s (Uplink) mit einem Endgerät in einer Mobilfunkzelle ohne Interferenzen durch Nachbarzellen erreicht. Am Standort Schalksmühle- Heedfeld wurden Untersuchungen zum Einfluss von LTE-Endgeräten auf den portablen DVB-T-Empfang für zwei Übertragungsarten durchgeführt. Im Ping-Modus traten keine nennenswerten Störungen auf. Im Full- Upload-Modus kam es jedoch unter einem gewissen Mindestabstand zu Störungen in den Kanälen 25 und 60. Diese traten, je nach eingesetzter DVB-T-Empfangsantenne, bei einem Abstand zwischen 30 cm und 400 cm (Kanal 60) bzw. zwischen 5 cm und 200 cm (Kanal 25) auf. Im gleichen Zeitraum hat das Projektbüro in Kooperation mit dem Medienforum.NRW das Panel LTE 2010 Wie nutzen die Netzbetreiber ihre neue Bandbreite? organisiert, bei dem Vertreter der Mobilfunkindustrie ihre LTE-Ausbaupläne diskutierten. Die letzte Phase ( ) wurde zu abschließenden Untersuchungen im Feld und im Labor genutzt. Ein im Labor untersuchtes LTE-Sperrfilter für den Konsumerbereich konnte die Herstellerangaben nicht erfüllen. Die technische Reichweite der DVB-T-Netze wird unter Berücksichtigung dieser Filter, insbesondere in den Kanälen 59 und 60, deutlich reduziert. Feldmessungen zum Einfluss von LTE auf den portablen DVB-T-Empfang zeigten, dass es bei verschiedenen Hardware-Konstellationen zu Störungen bis zum Totalausfall kommt. Mit Schutzabständen zwischen -77 db und +25 db war die Varianz der Störempfindlichkeit dabei sehr groß. Außerdem wurden mit aktiver Beteiligung der Bundesnetzagentur, der Metz-Werke GmbH und der APWPT e.v. öffentliche Feldmessungen am Standort Schalksmühle-Heedfeld durchgeführt. Messungen zum Einfluss von LTE auf den stationären und mobilen DVB-T Empfang, insbesondere im Kanal 60, wurden zwar durchgeführt, waren aber nicht aussagekräftig. Der Grund dafür war eine fehlerhafte Ausrichtung einer LTE-Antenne am Standort Heedfeld, die erst nach Abschluss der Feldmessphase bekannt wurde. LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

3 Nach Abschluss der eigenen Messungen war das Projekt vom 01. bis zum 04. März 2011 auf der CeBIT in Hannover vertreten. Im Pavillon des Projektpartners Vodafone wurde mit drei Showcases das Potential von LTE demonstriert. LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

4 INHALT 1 EINLEITUNG PHASE 1 ( ) Messung der Aussendungen (BNetzA) Messung der Aussendungen (WDR) Schutzabstandsmessungen Messung drahtloser Mikrofonsstrecken (DKE) Projektbüro 11 3 PHASE 2 ( ) Feldmessungen am Standort Nordhelle Untersuchungen zum Einfluss des LTE-Uplinks auf den DVB-T- Empfang Projektbüro 13 4 PHASE 3 ( ) LTE-Sperrfilter zur Unterdrückung von Störungen auf den Empfang von DVB-T Messungen zum Einfluss von LTE-Endgeräten auf den portablen DVB-T Empfang Projektbüro 16 5 CEBIT FAZIT...18 LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

5 1 Einleitung Als erstes Land in Europa hat die Bundesrepublik Deutschland im März 2009 die Umwidmung des Frequenzbereichs MHz, in öffentlichen Darstellungen auch mit Digitale Dividende bezeichnet, für den Mobilfunk beschlossen. Dieser Frequenzbereich war in Deutschland ursprünglich für die Verwendung durch das Militär reserviert und wurde in Teilen dem Rundfunk zur Verbreitung von terrestrischem Fernsehen überlassen. Mit der Umstellung der analogen Rundfunkübertragung im UHF-Frequenzband auf eine effizientere digitale Aussendung wurde dieses Spektrum verfügbar. Ziel der Frequenzumwidmung ist in erster Linie eine Verbesserung der Breitbandversorgung des ländlichen Raums. Für diesen Einsatzbereich sind die Frequenzen der digitalen Dividende aufgrund ihrer Ausbreitungseigenschaften ideal geeignet. Anders als in höheren Frequenzbereichen lassen sich hier deutlich größere Funkzellen realisieren. Verglichen mit 2,1 GHz wird bei 800 MHz nur etwa ein Drittel der Basisstationen benötigt, um ein vergleichbares Gebiet abzudecken. Bereits zu diesem Zeitpunkt galt der neue Mobilfunkstandard LTE (Long Term Evolution) als wahrscheinlichste technische Anwendung für diesen Frequenzbereich. LTE wurde als Nachfolger von UMTS entwickelt und zeichnet sich vor allem durch höhere Datenübertragungsraten aus. Unter Idealbedingungen erlaubt bereits die erste Ausbaustufe 100 Mbit/s im Downlink sowie 50 Mbit/s im Uplink. Ein weiterer Vorzug von LTE ist seine geringe Latenzzeit von nur 5 ms. Damit lassen sich Echtzeit- Anwendungen wie Online-Spiele ohne spürbare Verzögerungen nutzen. Insgesamt soll LTE ein mit kabelgebundenen Verbindungen vergleichbares Interneterlebnis bieten. Gleichzeitig sind die Kosten für übertragene Daten pro Bit aufgrund der flacheren Netzarchitektur deutlich niedriger als bei UMTS. Die Vorreiterrolle Deutschlands bei der Einführung von LTE im Frequenzbereich der digitalen Dividende (LTE-800) bedeutet allerdings auch, dass nicht auf existierende Erfahrungen mit dem Regelbetrieb zurückgegriffen werden kann. Aufgrund der Frequenznähe von LTE-800 zu DVB-T und der teilweisen Überschneidung mit für DVB-C genutzten Frequenzen wurden Befürchtungen laut, der Betrieb dieser Mobilfunktechnik könne zu Störungen des Fernsehempfangs führen. Vor diesem Hintergrund wurde auf Initiative der Staatskanzlei NRW das LTE-Projekt NRW ins Leben gerufen. Erklärtes Ziel war es, bereits im Vorfeld des LTE-Rollouts Chancen und Risiken dieser neuen Technologie zu analysieren. Dabei war vor allem eine ausgewogene Zusammensetzung des Projekts von Bedeutung. So wurden neben dem Land Nordrhein-Westfalen und der Landesanstalt für Medien NRW (LfM) mit Vodafone und dem Westdeutschen Rundfunk (WDR) auch ein Mobilfunkbetreiber und ein Vertreter des öffentlich-rechtlichen Rundfunks als gleichberechtigte Partner einbezogen. Zur Steuerung wurde im September 2009 bei der LfM Nova GmbH in Düsseldorf ein zentrales Projektbüro eingerichtet. Bei der LfM Nova LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

6 GmbH handelt es sich um eine 100-prozentige Tochter der Landesanstalt für Medien NRW. Nach vorbereitenden Labormessungen wurde am eine erste Basisstation am WDR-Sendemast auf der Nordhelle bei Herscheid in Betrieb genommen. Im April 2010 wurde dann eine zweite Basisstation in Schalksmühle-Heedfeld errichtet. Der aktive Messbetrieb wurde planmäßig am eingestellt. Vorliegender Bericht enthält eine Übersicht sämtlicher in diesem Zeitraum durchgeführten Messungen. Auf die exakte Wiedergabe einzelner Messergebnisse wird in diesem Dokument allerdings weitgehend verzichtet. Diese sowie detaillierte Beschreibungen der unterschiedlichen Messaufbauten finden sich in den entsprechenden Berichten, die unter einsehbar sind. LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

7 2 Phase 1 ( ) In der ersten Phase des Projekts wurden ausschließlich Labormessungen durchgeführt. Vorrangiges Ziel war dabei, die Unbedenklichkeit des am gestarteten Feldmessbetriebs an der Nordhelle sicherzustellen. Entsprechende Detailinformationen finden sich in den öffentlich verfügbaren Berichten Messungen am LTE800-Sender (Huawei/Vodafone) der Bundesnetzagentur (BNetzA) vom und Verträglichkeitsuntersuchungen im Rahmen des LTE-Versuchs in NRW des Westdeutschen Rundfunk (WDR) vom Messung der Aussendungen (BNetzA) Am 14. September wurden die Außerbandaussendungen einer LTE- Basisstation des LTE-Projekts NRW im Labor des MVTC durch Mitarbeiter der BNetzA vermessen. In Entsprechung zum Feldversuch wurde das LTE-Signal in diesem Test mit einer Bandbreite von 10 MHz betrieben. Ebenso lag auch hier die Mittenfrequenz des Downlinks bei 796 MHz. Die Basisstation wurde sowohl unter simuliertem Volllastbetrieb als auch im Leerlaufbetrieb vermessen. Im Offset-Bereich von +/- 4 MHz bis +/- 5 MHz konnte das LTE-Signal weder die unkritische noch die kritische DVB-T-Maske einhalten. Dieses Verhalten ist allerdings prinzipbedingt, da das LTE-Signal mit 10 MHz breiter ist als das DVB-T-Signal mit 8 MHz. Die im Feldversuch genutzte Mittenfrequenz liegt jedoch weit genug von der zukünftigen Grenze zwischen Rund- und Mobilfunk entfernt, so dass beim Cosite-Betrieb an der Nordhelle kein erhöhtes Störpotential durch dieses Verhalten zu erwarten ist. Von diesem Effekt abgesehen, wurde im unteren Seitenbandbereich sogar die kritische DVB-T-Maske eingehalten. Im oberen Seitenband konnte das LTE-Signal die DVB-T-Masken dagegen nicht einhalten, da das der Basisstation nachgeschaltete Filter erst ab ca. 825 MHz sperrt. Allerdings ist diese Eigenschaft zur Beurteilung von Störungen auf den Rundfunk im Frequenzbereich kleiner 790 MHz aber insofern irrelevant, als dass der Bereich 790 MHz MHz nach der Umwidmung vollständig zum Mobilfunkspektrum gehört. Der nächste angrenzende Funkdienst beginnt erst bei 880 MHz. In diesem Bereich lagen die Seitenbandaussendungen bereits unter der kritischen DVB-T-Maske. Zusammenfassend lässt sich festhalten, dass das seitenbandbedingte Störpotential der LTE-Basisstation im Bereich der beiden angrenzenden Funkdienste (DVB-T und GSM900) in der Messung nicht höher war als das eines DVB-T-Senders, der die kritische Maske nach RRC06 einhält. Daher bestanden von Seiten der BNetzA keine technischen Einwände gegen den Start des Feldmessbetriebs an der Nordhelle. LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

8 2.2 Messung der Aussendungen (WDR) Am 7. Oktober wurden die Aussendungen der LTE-Basisstation durch Mitarbeiter des Westdeutschen Rundfunks erneut vermessen. Im Fokus dieser Messungen standen die im DVB-T-Kanal 60 (Mittenfrequenz 786 MHz) und darunter produzierten Aussendungen. Ziel war es, eventuelle Störungen des DVB-T-Empfangs im Bereich des Senders Nordhelle durch den Cosite-Betrieb mit LTE auszuschließen. In dieser Hinsicht waren vor allem die Aussendungen der Basisstation von Interesse, da eventuelle Störungen durch Endgeräte mit der Auswahl geeigneter Aufstellorte vergleichsweise einfach vermieden werden können. Zu diesem Zweck wurde zum einen überprüft, inwiefern das LTE-Signal die DVB-T- Spektrumsmasken einhält, zum anderen wurden die Außerbandaussendungen außerhalb der Spektrumsmasken gemessen. Bei diesen Messungen lief die Basisstation in einem simulierten Volllastbetrieb. Im Kanal 60, also unterhalb von 790 MHz, blieben die Aussendungen der Basisstation unterhalb der kritischen Maske und waren damit nicht größer als die eines DVB-T-Senders im Kanal 61. Die zum Kanal 62 gelegenen Grenzen der Spektrumsmaske konnte das Signal dagegen nicht einhalten, da das verwendete LTE-Spektrum zum einen breiter ist als DVB-T und da seine Mittenfrequenz zum anderen nicht in der Mitte des Kanals 61 liegt. Dazu kommt, dass das Maskenfilter der Basisstation für eine Breite von 20 MHz ausgelegt ist. Diese Überschreitung ist für die Verträglichkeit mit dem Rundfunk unterhalb von Kanal 61 aber nicht von Bedeutung. Die Außerbandaussendungen der LTE-Basisstation lagen im Allgemeinen deutlich unterhalb der vom European Telecommunications Standards Institute (ETSI) festgelegten Grenzen für einen DVB-T-Sender. In zwei Bereichen zeigten sich jedoch Abweichungen. Im VHF-Band wurden die Grenzwerte bei 251 MHz leicht überschritten. Aufgrund des nicht auf 10 MHz ausgelegten Maskenfilters der Basisstation wurden die Grenzwerte außerdem auch im Bereich von 801 MHz bis 825 MHz überschritten. Diese Überschreitungen haben jedoch ebenfalls keinen störenden Einfluss auf DVB-T oder UKW. LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

9 2.3 Schutzabstandsmessungen Die ersten Schutzabstandsmessungen an DVB-T Empfängern im MVTC wurden im Auftrag des WDR von Mitarbeitern des Instituts für Rundfunktechnik durchgeführt. Hier wurden die Schutzabstände gegenüber LTE- Basisstation und -Endgerät vom Nachbarkanal bis zum Kanal N+9 vermessen. Da der Uplink des Endgeräts bei einer Mittenfrequenz von 837 MHz liegt, sind für eine mögliche Störwirkung auf DVB-T nur die Schutzabstände der Kanäle N+5 bis N+9 relevant. Für die Messungen wurde das LTE-Signal aus der Kommunikationsstrecke zwischen Basisstation und Endgerät ausgekoppelt. Zu dem ausgekoppelten Signal wurde ein DVB-T-Signal addiert. Das Summensignal wurde dann nach einer Impedanzwandlung auf den getesteten DVB-T-Empfänger gegeben. Ob das LTE-Signal den TV-Empfang stört, wurde durch Beobachtung der Audiound Videosignale festgestellt. Der jeweilige Ausstiegspunkt wurde dabei nach der Subjective-Failure-Point-Methode ermittelt. Die Störung wurde schrittweise um 1 db erhöht, solange in einem Zeitraum von 20 Sekunden keine Beeinträchtigung des DVB-T-Empfangs zu erkennen war. Das LTE-Signal wurde durch die Übertragung von etwa 5 GB in großen und kleinen Dateien erzeugt. Das entsprechende Signal der Basisstation war konstant mit lediglich sporadischen Leistungseinbrüchen, das des Endgeräts dagegen gepulst. Es wurden stellvertretend zwei Empfänger untersucht: die Set-Top-Box Homecast T3000 mit konventionellem Tuner und der Mobilempfänger Naviflash 1060 mit Halbleiter-Tuner. Insgesamt ließen die Messungen im ersten Feldversuchsstadium mit großer Wahrscheinlichkeit keine Störung des DVB-T Empfangs durch den Betrieb der LTE-Basisstation am DVB-T Standort Nordhelle erwarten. Aufgrund der gemessenen Schutzabstände gegenüber dem Signal des LTE- Endgeräts können Störungen nicht ausgeschlossen werden. Dieses Störszenario wird zu einem späteren Zeitpunkt untersucht. Außerdem wurden diese Messergebnisse durch den WDR mit denen des Instituts für Rundfunktechnik (IRT) verglichen. Das IRT hatte bereits unabhängig vom LTE-Projekt NRW Schutzabstandsmessungen mit gleicher Systematik durchgeführt. Dabei wurden unter anderem auch die im Rahmen dieses Projektes vom IRT vermessenen Geräte untersucht. Im Gegensatz zu den projektinternen Messungen wurde das LTE-Signal dabei allerdings mit einem Signalgenerator erzeugt und hatte außerdem eine Bandbreite von nur 5 MHz. Bis auf zwei Ausnahmen bei N+4 und N+8 liegen die vom IRT mit realem LTE-Signal gemessenen Schutzabstände aber im Rahmen der bisherigen Untersuchungen. Tendenziell ist das Schutzbedürfnis gegenüber dem realen Signal der Basisstation größer (bis zu 10 db), gegenüber dem des Endgeräts eher etwas geringer. Der zweite Teil der Schutzabstandsmessungen wurde vom WDR selbst durchgeführt. Dabei wurden drei Set-Top-Boxen unterschiedlicher Hersteller untersucht. Die Geräte stehen auch im Feldmessbetrieb zur Verfügung, so dass ein Vergleich zwischen Labor- und Feldmesswerten möglich ist. Für die Messungen wurden Up- und Download mit maximaler Datenrate genutzt. Die gewählte Parametrierung (Live Net Mode) LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

10 entsprach nach Herstellerangaben einer realen Kommunikationssituation. Die Schutzabstände für das Endgerät wurden dabei sowohl für eine Störleistung von 6 dbmw als auch für eine Störleistung von 12 dbmw vermessen. Auch die zweiten Schutzabstandsmessungen deuteten nicht auf eine mögliche Störung des DVB-T-Empfangs durch die LTE- Basisstation am Standort Nordhelle bei gleichzeitiger Ausstrahlung von DVB-T mit großer Leistung am selben Standort hin. Die im Feld erwarteten Verhältnisse der Signalstärken von LTE und DVB-T werden das durch die Schutzabstände geforderte Maß voraussichtlich nicht übersteigen. Festhalten lässt sich aber, dass sich die genauen Gründe des beobachteten Verhaltens nur schwer ermitteln lassen, da Einblick in das dynamische Verhalten von Basisstation und Endgerät fehlt. Auch lässt sich bisher keine Aussage darüber treffen, ob dieses dynamische Verhalten zu weniger oder mehr störenden Einflüssen führen kann als das generierte Signal. 2.4 Messung drahtloser Mikrofonsstrecken (DKE) Am 15. Dezember 2009 wurden durch den Arbeitskreis Professionelle Funkmikrofone der DKE (Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDE) Messungen zum Verhalten von drahtlosen Mikrofonstrecken bei Beaufschlagung mit LTE- Signalen durchgeführt. Die Messungen fanden im Beisein von Vertretern der Projektpartner Vodafone und WDR im MVTC in Düsseldorf statt. Bei diesen Messungen wurde lediglich der Einfluss der LTE-Endgeräte betrachtet, da diese im praktischen Einsatz in räumlicher Nähe zu drahtlosen Mikrofonen oder In-Ear-Monitor-Strecken betrieben werden können. Die Endgeräte senden im Frequenzbereich MHz. Der mögliche Einfluss einer LTE-Basisstation wurde nicht untersucht. Die Möglichkeit eines Parallelbetriebs von drahtlosen Mikrofonen und LTE-Endgeräten wurde von vorneherein ausgeschlossen, da die Leistung der LTE-Geräte deutlich höher ist als die der Mikrofone und diese daher in jedem Fall gestört würden. Stattdessen wurden ausschließlich die zum störungsfreien Betrieb im Nachbarkanal nötigen räumlichen Sicherheitsabstände ermittelt. Für die Messungen wurden ein LTE-Terminal und die LTE-Basisstation über Kabel verbunden. In diese Kabelverbindung wurden Dämpfungsglieder zur Nachbildung der Antennenentkopplung und ein Koppler zum Auskoppeln der Störgröße eingefügt. Als Prüflinge wurden die Mikrofonempfänger Sennheiser Serie EW 100 G3 und Sennheiser 3000 Serie EM 3732 eingesetzt. Ein mit 1 khz modulierter Messgenerator simulierte einen drahtlosen Mikrofonsender, speiste einen Zweig eines Antennenkopplers und simulierte somit ein drahtloses Mikrofon. An einen weiteren Ausgang des Antennenkopplers wurde ein auf derselben Frequenz betriebener Mikrofonempfänger angeschlossen. Die NF wurde an ein SI- NAD-Messgerät geleitet. In der Labormessung wurde das Freifeld (Abstand 6 m) durch Dämpfungslieder nachgebildet. Der Pegel des Messsenders wurde so eingestellt, dass sich ohne Störsignal ein SINAD von 20 db ergab. Der aktive Störer strahlte direkte in den anderen Zweig des Antennenkopplers ein, womit eine Verschlechterung des SINAD einherging. Durch Verändern des Messgeneratorpegels wurde wieder ein SI- LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

11 NAD von 20 db eingestellt. Der entsprechende Messgeneratorpegel sowie die entsprechende Messgeneratorfrequenz wurden dokumentiert. Bei Betrieb eines DVB-T Senders im Nachbarkanal kann 600kHz oberhalb der Kanalgrenze ein drahtloses Mikrofon betrieben werden. Deshalb wurde als erste Frequenz 846,600 MHz betrachtet, da diese 600 KHz oberhalb der Grenze des Kanals 67 liegt. Hier wurde ein Störpegel von -35 dbm festgestellt, was in diesem Fall eine Signaldämpfung von rund 80dB erforderlich macht. Um diese für eine Frequenz von rund 850 MHz zu erreichen, ist rechnerisch ein Abstand von ca. 270m im Freifeld nötig. Analog dazu wurde bei 849 MHz ein Störpegel von -40 dbm und bei 858 MHz ein Störpegel von -50 dbm ermittelt, was nötigen Schutzabständen von 150 m bzw. 50 m entspricht. 2.5 Projektbüro Parallel zu den Labormessungen wurde eine Website zum Projekt eingerichtet, die unter der URL erreichbar ist. Hier finden sich sowohl Details zum LTE-Projekt NRW als auch generelle Informationen zum Thema LTE. Alle Inhalte wurden in allgemein verständlicher Form aufbereitet. Außerdem sind hier sämtliche durch das Projekt erstellten Messberichte verfügbar. LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

12 3 Phase 2 ( ) In der zweiten Phase wurden erste Feldmessungen an den Standorten Nordhelle und Schalksmühle-Heedfeld durchgeführt. Details zu Ergebnissen und Versuchsaufbauten finden sich in den Berichten Feldmessungen am Standort Nordhelle vom und Untersuchungen zum Einfluss des LTE-Uplinks auf den DVB-T Empfang vom Feldmessungen am Standort Nordhelle Durch Huawei wurde eine umfassende Messfahrt am Standort Nordhelle unternommen. Dabei wurden an insgesamt sieben Testpunkten die Datenraten dokumentiert, die in Downlink und Uplink auf Anwendungsebene erzielt werden konnten. Außerdem wurden in diesem Rahmen Reference Signal Received Power (RSRP), Received Signal Strength Indication (RSSI) sowie Signal to Interference-plus-Noise Ratio (SINR) für die Verbindung von der Basisstation zum Endgerät erfasst. Je nach Testpunkt konnten im Downlink Datenraten zwischen 12 Mbit/s und 48 Mbit/s erreicht werden. Im Uplink bewegte sich die Datenrate zwischen 1 Mbit/s und 30 Mbit/s. Bei einem nahe an der Basisstation gelegenen Testpunkt kam aufgrund der dort vorliegenden hohen DVB-T-Feldstärken keine Verbindung zwischen Endgerät und der Basisstation zustande. 3.2 Untersuchungen zum Einfluss des LTE-Uplinks auf den DVB-T-Empfang Am 5. und 6. August 2010 hat der Projektpartner WDR zusammen mit der Rundfunk-Betriebstechnik GmbH Feldmessungen am Standort Schalksmühle-Heedfeld durchgeführt. Dabei lag das Hauptaugenmerk auf dem möglichen Einfluss von LTE-Endgeräten auf den portablen DVB-T-Empfang. An dieser Stelle ist anzumerken, dass es hier weniger um erschöpfende Untersuchungen, sondern vielmehr um ein erstes Herantasten an die Störproblematik ging. Im Vorfeld hatte der WDR die Empfangssituation verschiedener DVB-T- Sender an mehreren Testpunkten um den Standort ermittelt. An Testpunkt 8 wurden ausführlichere Messungen durchgeführt. Dieser Testpunkt hat Sichtverbindung zur Basisstation und liegt etwa 480 Meter von dieser entfernt. Hier lässt sich auch Kanal 25 empfangen. Aufgrund seines großen Frequenzabstandes zum LTE-Spektrum eignet sich der Kanal besonders zur Betrachtung der Frequenzabhängigkeit von Störungseffekten. Ermittelt wurde die Entfernung, bei der jeweils der Empfang von DVB-T aussetzt. Zu diesem Zweck wurde der Abstand einer Empfangsantenne für den portablen DVB-T-Empfang manuell variiert. Die Sendeantenne des LTE-Endgeräts war dabei auf dem Dach eines PKW montiert. LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

13 Der für einen störungsfreien Empfang nötige Abstand wurde für zwei unterschiedliche Szenarien ermittelt. Zum einen wurde ein Upload mit maximaler Datenrate durchgeführt. Zum anderen wurde ein Ping auf IP- Ebene zu einem Rechner im Festnetz gesendet. Im Ping-Modus traten keine nennenswerten Störungen auf. Beim Full-Upload-Modus kam es jedoch unter einem gewissen Mindestabstand zu Störungen in den beiden untersuchten Kanälen 25 und 60. Im Kanal 60 traten diese, je nach eingesetzter DVB-T-Empfangsantenne, zwischen 30 cm und 400 cm Abstand auf. Im Kanal 25 lagen die Abstände dagegen zwischen 5 cm und 200 cm. Die genaue Sendeleistung des Endgeräts konnte dabei aufgrund der automatischen Transmission Power Control (TPC) nicht ermittelt werden. Eventuell konnte deren Einfluss jedoch durch die konstante Position der Sendeantenne minimiert werden. Durch das Bewegen der DVB-T- Empfangsantenne konnten jedoch die DVB-T-Empfangsverhältnisse während der Tests nicht konstant gehalten werden. 3.3 Projektbüro Vom bis zum war das LTE-Projekt NRW mit einem Informationsstand auf dem medienforum.nrw, einem der bedeutendsten Medienkongresse Europas, vertreten. Während des gesamten Kongresses konnten sich die Besucher hier über das Projekt und das Thema LTE informieren. Außerdem hat das Projekt in Kooperation mit dem medienforum.nrw das Panel LTE 2010 Wie nutzen die Netzbetreiber ihre neue Bandbreite? organisiert. In diesem Rahmen sprachen Ralf Gawlyta (Niederlassungsleiter Technik Region West, Vodafone D2), Dirk Poppen (Leiter Stabsstelle Innovation & Ventures, E-Plus) sowie Karl-Heinz Laudan (Vice President für Spectrum Policy, Telekom) über die LTE-Ausbaupläne ihrer Unternehmen. Moderiert wurde die Veranstaltung von Marc Wächter (Vorsitzender der Arbeitsgruppe Mobile, Bundesverband Digitale Wirtschaft e.v.). LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

14 4 Phase 3 ( ) Die letzte Phase wurde zu weiteren Feldmessungen am Standort Schalksmühle-Heedfeld sowie zu erneuten Laboruntersuchungen genutzt. Die genauen Messergebnisse sowie detaillierte Beschreibungen der unterschiedlichen Messaufbauten finden sich in den öffentlich verfügbaren Berichten LTE-Sperrfilter zur Unterdrückung von Störungen auf den Empfang von DVB-T vom und Messungen zum Einfluss von LTE-Endgeräten auf den portablen DVB-T Empfang vom LTE-Sperrfilter zur Unterdrückung von Störungen auf den Empfang von DVB-T Am 20. Oktober 2010 wurde das Dämpfungsverhalten eines LTE- Sperrfilters durch Mitarbeiter des Projektpartners WDR untersucht. Das Filter ist auf den Konsumermarkt ausgerichtet und verspricht eine Unterdrückung von Störungen durch LTE mit einer Sperrtiefe von > 40 db. Die Einfügedämpfungen des Sperrfilters im Band IV (K21 K39) waren gut bis sehr gut. Mit bis zu 3 db bzw. 10 db (je nach Kanal) wurden diese im Band V von den Projektbeteiligten des WDR jedoch für zu hoch eingestuft. Die technische Reichweite der DVB-T-Netze wird unter Berücksichtigung dieser Filter, insbesondere in den Kanälen 59 und 60, deutlich reduziert. Darüber hinaus konnten die Herstellerangaben für einen Sperrbereich mit einer Sperrtiefe von > 40 db nicht bestätigt werden. Diese Angabe trifft lediglich in den obersten zwei Blöcken des LTE-Uplink zu. Ansonsten werden die Uplink-Frequenzen nur etwa > 30 db gedämpft. Es ist zu befürchten, dass durch Verwendung derartiger Filter in einigen Netzen mehr Probleme geschaffen als beseitigt werden. Online findet sich bei einer Suche nach einem LTE-Sperrfilter häufig das untersuchte Produkt. Außerdem vertreibt eine weitere Firma ein vermutlich baugleiches Filter. Es ist also zu erwarten, dass dieser Filtertyp eine gewisse Verbreitung im Markt erreichen wird. 4.2 Messungen zum Einfluss von LTE-Endgeräten auf den portablen DVB-T Empfang Im November 2010 wurden durch den Westdeutschen Rundfunk Feldmessungen am Standort Schalksmühle-Heedfeld durchgeführt. Ziel war das Erfassen des Störpotentials, das von einem LTE-Endgerät auf die DVB-T-Versorgung ausgeht. Bei den Untersuchungen wurde die Empfangsart Portable Outdoor, also der Empfang außerhalb von Gebäuden mittels Zimmerantenne, betrachtet. Bei diesen Messungen war die Empfindlichkeit des gesamten Empfangssystems von Interesse, also die Auswirkung von LTE auf den DVB-T-Empfänger in Verbindung mit einer Antenne. Das dabei eingesetzte LTE-Signal entsprach einem maximalen Upload. LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

15 Im Rahmen von Voruntersuchungen wurde zunächst der Einfluss der Leistungsregulierung Transmission Power Control (TPC) betrachtet. Der Mittelwert der Leistung innerhalb des LTE-Kanals war mit TPC bis auf vereinzelte Ausnahmen stets kleiner als ohne TPC. Die maximale spektrale Leistungsdichte war jedoch bei dem Übertragungsmodus mit TPC deutlich höher als bei dem Übertragungsmodus ohne TPC. Um das Störverhalten mit und ohne TPC zu vergleichen, wurde eine LTE-Sendeantenne an eine DVB-T-Empfangsantenne angenähert, bis sich erste Störungen des TV-Empfangs zeigten. Dabei wurde deutlich, dass bei dem LTE-Übertragungsmodus ohne TPC zumeist höhere Störsignalpegel nötig waren, um Bildstörungen hervorzurufen. Die erhöhte spektrale Leistungsdichte und / oder das stärker pulsierende Signal im Modus mit TPC führen zu einem erhöhten Störpotential. Bei den Messreihen mit TPC ließ sich kein systematischer Zusammenhang zwischen Antennenabstand und LTE-Kanalleistung erkennen, da das System beim Verändern der Sende- bzw. Empfangsantenne die Leistung stets nachreguliert. Deshalb musste bei weiteren Messreihen auf die Funktionalität TPC verzichtet werden, obwohl die Aussagekraft der Messungen für den Regelbetrieb dadurch eingeschränkt wurde. Um ein möglichst breites Spektrum an DVB-T-Endgeräten abzudecken, wurden sowohl ältere als auch neue Modelle sowie Modelle mit Siliconals auch solche mit CAN-Tuner eingesetzt. Zu diesem Zweck wurden außerdem auch aktive und passive Zimmerantennen betrachtet. Die Messungen wurden jeweils für fünf ausgewählte TV-Kanäle durchgeführt. Zwar war es bei einigen Konstellationen nicht möglich, Empfangsstörungen zu provozieren. Dennoch konnte eindeutig gezeigt werden, dass zahlreiche Konstellationen existieren, bei denen es zu massiven Störungen kommt. Mit Schutzabständen zwischen -77 db und +25 db war die Varianz der Störempfindlichkeit dabei ausgesprochen groß. Darüber hinaus wurde festgestellt, dass es nicht reicht, lediglich die nahe am Störsignal gelegenen Frequenzen (N+1 bis N+9) zu untersuchen. Teilweise zeigten sich in weiter entfernt liegenden Frequenzen sogar höhere Empfindlichkeiten. Dies kann durch Mischprodukte oder Blockingverhalten der Empfänger hervorgerufen werden. Innerhalb der Feldmessungen konnte nicht immer mit letzter Sicherheit bewiesen werden, ob Störungen durch einen ungünstigen Schutzabstand oder durch Großsignalverhalten verursacht wurden. Auffallend war bei fast allen Messungen, dass Messaufbauten mit passiver Antenne am störunempfindlichsten waren. Ein Grund dafür könnte der in aktiven Antennen integrierte Antennenverstärker sein. Im Falle einer Störung durch LTE erfährt ein angeschlossener DVB-T-Empfänger nicht nur das Störpotential des LTE-Signals, sondern gegebenenfalls auch Mischprodukte, die durch das Verzerren des Verstärkers bedingt sind. LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

16 Bemerkenswert war außerdem, dass die vom Sender Nordhelle ausgestrahlten Kanäle 27 und 60 trotz ihrer sehr guten Empfangsstärke ein relativ hohes Schutzbedürfnis aufwiesen. Besonders bei stark empfangbaren TV-Kanälen scheint die Schwelle für Empfangsstörungen demnach mehr vom Absolutwert des Störsignals abzuhängen als vom errechneten Verhältnis von Signal- zu Störleistung. 4.3 Projektbüro Im Oktober und November hat das Projektbüro eine Kooperation mit der Verbraucherzentrale NRW organisiert. Bei insgesamt drei Veranstaltungen in Düsseldorf und Wuppertal wurden Mitarbeiter der nordrheinwestfälischen Verbraucherzentralen über das Thema LTE informiert. Schwerpunkte waren die Unterschiede zwischen UMTS und LTE, die Frequenzversteigerung 2010 sowie mögliche Störeinflüsse von LTE auf DVB-T und DVB-C. Am 22. und 23. November 2010 wurden am Standort Schalksmühle- Heedfeld öffentliche Messungen durchgeführt. Ziel dieser Veranstaltung war es, interessierten Unternehmen und Institutionen die Gelegenheit zu geben, eigene Feldmessungen innerhalb einer LTE-Zelle durchzuführen. Aktiv beteiligt waren die Bundesnetzagentur, der TV-Geräte-Hersteller Metz sowie die APWPT e.v. Zusätzlich waren zahlreiche interessierte Beobachter vor Ort. LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

17 5 CeBIT Nach dem Abschluss der eigenen Messungen war das LTE-Projekt NRW vom 01. bis zum 04. März auch auf der CeBIT in Hannover vertreten. Im Pavillon des Projektpartners Vodafone wurden dem Publikum drei LTE-Showcases präsentiert, die vom WDR und Vodafone gemeinsam entwickelt wurden. Zum einen wurde das Streaming von HD- Videoinhalten aus den Mediatheken der öffentlich-rechtlichen Sender über LTE demonstriert. Zum anderen bestand die Gelegenheit, ein über LTE mit dem Internet verbundenes HbbTV-Gerät auszuprobieren. Zentrales Element war jedoch der sogenannte mobile Reporter. Ein mit Kamera, Video-Encoder, Notebook und LTE-Stick ausgerüsteter Mitarbeiter des WDR übertrug kontinuierlich Live-Bilder aus dem Pavillon und seiner Umgebung auf ein TV-Gerät. Dabei bot ein handelsüblicher Rucksack ausreichend Platz für die gesamte Technik inklusive Stromversorgung. Der LTE-Showcase war Teil des CeBIT-Rundgangs der Bundeskanzlerin. Generell wurde der Stand stark frequentiert. Zu den Besucherinnen und Besuchern zählten unter anderem die ehemalige Justizministerin Brigitte Zypries sowie Matthias Kurth, der Präsident der Bundesnetzagentur. LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18

18 6 Fazit Die im Rahmen des LTE-Projekts NRW getätigten Messungen haben zum einen bestätigt, dass sich die hohen Datenraten von LTE mit einem Benutzer in einer Mobilfunkzelle ohne Interferenzen durch Nachbarzellen auch unter topographisch schwierigen Bedingungen erreichen lassen. Zum anderen hat sich im Projektverlauf allerdings ebenso gezeigt, dass es unter gewissen Bedingungen durchaus zu Störungen des portablen DVB-T-Empfangs durch LTE-Endgeräte kommen kann. Bei der Wechselwirkung zwischen LTE und dem Rundfunkempfang handelt es sich um ein ausgesprochen komplexes System mit vielen relevanten Einflussfaktoren. Ob es in einem konkreten Fall zu Störungen kommt, hängt daher nicht nur von der Sendeleistung des Endgeräts und der DVB-T- Empfangsituation ab, sondern in hohem Maße auch von der Bauweise des Empfängers und der Art der vorgeschalteten Antenne. Aus diesen Gründen ist eine exakte Prognose über die Auswirkungen des Regelbetriebs von LTE auf den Empfang von DVB-T in Deutschland nach wie vor sehr schwierig. Gleichzeitig wurde deutlich, dass die Herstellung entsprechender LTE-Sperrfilter, mit denen sich derartige Störungen reduzieren lassen, zumindest für den Endverbraucher-Bereich problematisch ist. Bei den im Projekt getätigten Messungen haben sich außerdem weitere Fragestellungen ergeben, die im Rahmen des LTE-Projekts NRW aufgrund terminlicher und technischer Beschränkungen nicht mehr erschöpfend untersucht werden konnten. So ist etwa wiederholt aufgefallen, dass das an einer Person reflektierte LTE-Signal deutliche zusätzliche Störungen hervorrief. Dieser Zusammenhang sollte in zukünftigen Untersuchungen eingehender betrachtet werden. Genauso sollte auch der Einfluss der Sendeleistung des Endgeräts und deren automatischer Regelung (TPC) auf die notwendigen Entkopplungsabstände zwischen LTE-Sendeantenne und DVB-T-Empfangsantenne näher untersucht werden. Der Einfluss unterschiedlicher Up- und Downloadmodi ist ebenfalls von großem Interesse. Des Weiteren stehen noch aussagekräftige Messungen zum Einfluss von LTE auf den stationären und mobilen DVB-T Empfang, insbesondere im Kanal 60, aus. Im Rahmen der täglichen Arbeit und insbesondere bei Veranstaltungen wie dem Medienforum.NRW 2010 oder der CeBIT 2011 bestand für das Projektbüro oft Gelegenheit zum Austausch mit Bürgerinnen und Bürgern. Es lässt sich festhalten, dass beim Thema LTE nach wie vor sowohl breites öffentliches Interesse als auch großer Informationsbedarf besteht. Einerseits hoffen Bewohner von mit Breitband unterversorgten Gemeinden auf eine baldige Internetanbindung über LTE, teilweise mit überzogenen Erwartungen an die Leistungsfähigkeit des Standards. Andererseits existieren auch große Ängste über erhöhte Immissionen und damit verbundene gesundheitliche Gefahren durch den LTE-Rollout. Die Befürchtungen, dass es durch LTE-800 zu Störungen des Rundfunkempfangs und von drahtlosen Audioübertragungen kommen kann, wurden durch das LTE-Projekt bestätigt. LfM Nova GmbH, Düsseldorf, im Juli /18