DAB - Inhouse-Versorgung

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1 Bericht Nr. B 183 / 2003 DAB - Inhouse-Versorgung Inhaltsangabe Im Rahmen eines Projekts wurden im IRT ( Sachgebiet RS ) Inhouse - Repeater für Band III und L - Band entwickelt und gebaut. Der Bericht beschreibt den praktischen Einsatz der Repeater in den Gebäuden des IRT. Alle für einen Repeater - Einsatz notwendigen Signalwege werden ausführlich dargestellt. Auch wichtige Betriebsparameter werden genannt. Die Ergebnisse der Untersuchungen zeigen, daß wegen der unterschiedlichen Gebäudedämpfungen jede Installation neu zu planen und nur von Fachpersonal auszuführen ist. München, Mai 2003 Verfasser: Egmont Schmalzer gemeinsam mit Vicko Rajic Verteiler: AKAS AKO ARV IRT ASF Leiter Fernseh-Betrieb Leiter Hörfunk-Betrieb Leiter Sender-Betrieb PTKO INSTITUT FÜR RUNDFUNKTECHNIK GmbH Dr. Henning Wilkens Direktor und Sprecher der Geschäftsleitung

2 DAB - Inhouse-Versorgung 1. Erprobung im IRT München Die Versorgungssituation bei Inhouse - Empfang kann in einzelnen Gebäuden durch Abschattung sehr unterschiedlich sein. Es kann daher erforderlich sein, innerhalb von Gebäuden die Empfangssituation durch zusätzliche Aussendung der gewünschten Signale mit Hilfe von sogenannten Repeatern, zu verbessern. In den Gebäuden des Instituts für Rundfunktechnik (Grundfläche ca. 15 x 70m, Keller, Erdgeschoß, 3 Etagen) in München wurden verschiedene Versuche durchgeführt, und zwar im Band III (Kanal 12, 229,072 MHz, Sender-Ismaning, Luftlinie ca. 11 km) und im L-Band (1463,232 MHz, Sender-Olympiaturm, Luftlinie ca.7 km). Durch die Konstruktion des Hauses und vor allem durch die Stahlbetonwände ist in den Kellerräumen nahezu kein DAB-Direktempfang möglich. Die Inhouse-Repeater wurden im IRT, Sachgebiet-RS entwickelt und gebaut (Blockschaltbilder 1 und 2). Sie bestehen im wesentlichen aus einer Empfangsantenne, einem und einer Sendeantenne (Bilder 1b und 2b). Im Foto 1a ist der L- Band - Repeater abgebildet. Er liefert eine max. Ausgangsleistung von 500 mw (+27 dbm). Das Foto 2a zeigt den Band III-Repeater mit einer Ausgangsleistung von max. 250 mw (+24 dbm). Die Verstärkung läßt sich bei beiden Repeatern im Bereich von ca. 30 bis 70 db einstellen. Eine automatische Regelung des Ausgangspegels (abhängig vom Repeatereingangssignal) wurde für die Versuchskonfiguration nicht vorgesehen. Die Empfangsantennen wurden auf dem Dach des IRT-Gebäudes 17B montiert. L- Band: Als Empfangsantenne wurde eine Richtantenne der Fa. Kathrein vom Typ mit vertikaler Polarisation verwendet. Der Gewinn bezogen auf λ/2-dipol beträgt ca. 10,5 db. Nach einer Vorverstärkung an der Antenne von ca. 20 db gelangt das DAB - Empfangssignal über eine 50 m lange Koaxleitung an einen weiteren 20 db- dem eine 100 m lange Niederführung zum Repeatereingang nachgeschaltet ist. (siehe Bild 3- IRT- Gebäude-Untergeschoß) Eingangsleistung ca -50 dbm. Als Sendeantenne diente eine λ/4 Groundplane-Antenne, welche im IRT hergestellt wurde. Die maximal eingestellte Repeater-Ausgangsleistung betrug ca. 100 mw (+20 dbm). Band III: Als Empfangsantenne wurde eine Richtantenne der Fa. Kathrein vom Typ AVK 13 Kanal 12, für vertikalen Empfang montiert, verwendet. Der Gewinn bezogen auf λ/2 Dipol beträgt ca. 13,0 db. Nach einer Vorverstärkung an der Antenne von ca. 20 db gelangt das DAB - Empfangssignal über eine 150 m lange Koaxleitung zum Repeatereingang (siehe Bild 3 IRT- Gebäude-Untergeschoß), Eingangsleistung ca. -50 dbm. Als Sendeantenne diente eine λ/4 Groundplane-Antenne, welche im IRT hergestellt wurde. Die maximal eingestellte Repeater-Ausgangsleistung betrug ca. 100 mw (+20 dbm). 2. Messungen Wir haben im Keller des IRT- Gebäudes gemessen, da dort eine direkte Versorgung über Luft nicht vorhanden war. Um den Zeitaufwand in vertretbaren Grenzen zu halten, wurden die Messungen stichpunktartig für einige typische Empfangssituationen durchgeführt. Zunächst war für uns wichtig zu klären, mit welchem Aufwand und unter welchen Bedingungen eine Inhouse-Versorgung hergestellt werden kann. Die räumliche Entfernung zwischen den Empfangs- und Sendeantennen betrug ca. 40 m, (Dach / Kellergeschoß schräg über alle Stockwerke). Durch den Betonbau bedingt war die Antennenkoppeldämpfung so hoch, daß selbst bei maximaler Verstärkung der Repeater in keiner Messsituation, eine Schwingneigung der Messanordnung festzustellen war. In Bild 3 ist das Kellergeschoß Grundriss der IRT-Gebäude Altund Neubau ganz schematisch dargestellt. Etwa in der Mitte der beiden Gebäude haben wir die Inhouse-Sender plaziert. Einige Messpunkte entlang der beiden Flure wurden nummeriert. Die Entfernung zwischen Sender und Punkt 3 bzw. Punkt 7 betrug ca. 70 m. Es wurde die empfangene Leistung hauptsächlich entlang des Flurs im gleichen Stockwerk aber auch in einigen Räumen gemessen. Die Leistung nimmt mit der Entfernung zum Sender ab. Dämpfung entsteht ausbreitungsbedingt sowohl im Freiraum, als auch be- Seite 2

3 sonders bei der Durchdringung der Wandmaterialien. 2.1 L - Band - Messungen: Ziegelwände mit einer Dicke von ca. 15 cm dämpfen bis zu ca. 5 db, Stahlbeton kann, je nach Konstruktion zum totalen Ausfall des Empfangs führen. Wenn sich während der Messungen Personen im Flur bewegten, wurden Schwankungen der Empfangsleistung zwischen 2 und 5 db festgestellt. Wurde der Sender ein Stockwerk höher plaziert, war wegen der Stahlbetondecke keine Signaldurchdringung mehr feststellbar. Das bedeutet, eine Inhouse- Versorgung ist bei heute üblichen Baukonstruktionen nur Stockwerkweise möglich. Im Messpunkt 5 bei einer Entfernung zum Inhousesender von ca. 35 m steigt der empfangene Signalpegel bei Senderinbetriebnahme (Verstärkung=70 db= max) um ca. 20 db. Die Bitfehlerrate im Empfänger verbesserte sich von ca. 3* 10-2 (ohne Repeater) auf ca. 1* 10-6, da hier, direkte Sichtverbindung zwischen Repeater und Empfänger bestand. Im Messpunkt 7 bei einer Entfernung zum Inhoussender von ca. 70 m steigt der empfangene Signalpegel bei Senderinbetriebnahme (Verstärkung=70 db= max) um ca. 10 db. Die Bitfehlerrate im Empfänger verbesserte sich von ca. 1* 10-2 (ohne Repeater) auf ca. 1* 10-3 mit Repeater. Die Messpunkte 1 und 2 ergaben eine ähnliche Situation wie die Messpunkte 5 und 7. Messpunkt 3 war nicht ausreichend zu versorgen, da er durch zwei Stahlbetonwände abgeschirmt war. 2.2 Band III - Messungen Unser Inhouse-Repeater für Band III (Kanal 12) lieferte im Vergleich mit dem L- Band-Repeater etwas schlechtere Ergebnisse. Bei gleichen Messpunkten war die BER um ca. eine Zehnerpotenz schlechter. Allerdings war bei den L-Band- Messungen eine höhere Signalschwankung bei Bewegungen von Personen zwischen Repeater und Empfänger festgestellt worden. 3. Schlußfolgerungen Unsere Messungen haben gezeigt, daß es nicht möglich ist großflächige, schmale und längliche Stockwerke ohne deutliche Versorgungslücken mit nur einem Repeater zu versorgen. In unserem Fall wären für eine 90- prozentige Versorgung mindestens 2, besser 3 Repeater notwendig. Auch 3 Repeater können von nur einer Empfangsantenne gespeist werden (Bild 4). Trotzdem blieben einige Räume ( ca % ) wegen ihrer Stahlbetonwände unversorgt. Typische Einsatzorte für Repeater oder Füllsender sind Messeräume, U- Bahnhöfe, Kaufhäuser, Tiefgaragen, Wohngebäude, Strassentunnel, Parkhäuser und nicht versorgte Gebirgstäler. Inhous-Versorgung mit einem oder mehreren Repeatern ist nur Stockwerkweise möglich, dh. in jedem Stockwerk muß man die notwendige Anzahl von Inhous- Repeatern installieren. Inhouse-Versorgung z.b. in Einkaufszentren oder Messeräumen ist je nach Raumgröße problemlos möglich, wenn eine Stockwerkweise Installation und eine entsprechende Anzahl von Repeatern, vorgesehen werden. Jeder konkrete Fall ist neu zu planen. Individuell zu bestimmen sind die Anzahl der Sender, Standort der Outdoor-Empfangsantenne mit entsprechendem Abstand zu den Repeatern (Vermeidung von Rückkopplung). Wir empfehlen, nur selektiv aufgebaute Inhouse-Repeater zu verwenden. Diese sind mit einem Eingangskanalpaß bestückt, so daß nur das Nutzsignal hoch verstärkt wird. Andernfalls besteht die Gefahr, daß mit dem Repeater andere Dienste gestört werden und eine Zulassung dann nicht möglich ist. Falls mehrere Repeater im selben Gebäude notwendig sind, empfehlen wir einen räumlichen Abstand der Repeater untereinander von ca.50 bis 60 m. Um kleinere Einfamilienhäuser zu versorgen, ist in der Regel nur ein Inhouse-Repeater mit sehr geringer Leistung (einige 100 mw) notwendig. Seite 3

4 KATHREIN Richtantenne L-Band Typ SENDEANTENNE λ/4 Groundplane-Antenne Vorverstärker ~ 20 db ca. 50 m Kabel Vorverstärker ~ 20 db Gesamtverstärkung max. 70 db ca. 100 m Kabel SMA Ein f 0 = 1463 MHz ~ 40 db A ~ 0 bis 40 db ~ 30 db ca. -50 dbm P AUS = max. 500 mw (+27 dbm) Kanalbandpass Dämpfungsglied Bild 1 Inhouse-Repeater L-Band 004RS03 Seite 4

5 Bild 1a Bild 1b L-Band Repeater und Sendeantenne Seite 5

6 KATHREIN Yagi AVK 13 Kanal 12 SENDEANTENNE λ/4 Groundplane-Antenne Vorverstärker ~ 20 db Gesamtverstärkung max. 80 db ca. 150 m Kabel ~ 40 db f 0 = 229,072 MHz ~ -30 bis +20 db ~ 20 db 300 MHz ca. -50 dbm Kanalbandpass Einstellbarer P AUS = max. 250 mw (+24 dbm) Tiefpass Bild 2 Inhouse-Repeater Band III, Kanal RS03 Seite 6

7 Bild 2a Bild 2b Band III Repeater und Sendeantenne Seite 7

8 Haus 17A Untergeschoß Rechenzentrum Werkstatt DAB Inhouse- Repeater Haus 17B Untergeschoß Bild 3 Untergeschoß (Grundriss) der IRT-Gebäude 17A und 17B 006RS03 Empfangsantenne Vorverstärker Netzgerät DC S 1 Sender 1 S Sender 2 2 S n Sender n DC HF HF+DC HF/DC- Weiche Bild 4 Mehrere Inhouse-Sender (gespeist von einer Empfangsantenne auf dem Dach und von einem DC-Netzgerät) 007RS03 Seite 8