Wie groß ist die Reichweite??

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Theodor Schwarz
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Händler Information März 2001 Thema: Funk-LAN Reichweiten Jeder, der sich mit dem Verkauf und der Installation von Funk-LAN Anlagen beschäftigt kennt diese Kundenfrage: Wie groß ist die Reichweite?

1 Händler Information März 2001 Thema: Funk-LAN Reichweiten Jeder, der sich mit dem Verkauf und der Installation von Funk-LAN Anlagen beschäftigt kennt diese Kundenfrage: Wie groß ist die Reichweite?? Die korrekte Antwort auf diese Frage zu finden, ist oftmals nicht leicht. Mit den nachstehenden Informationen dürfte dies jedoch möglich sein. Zuerst etwas Theorie: Die theoretische Reichweite einer Funkstrecke errechnet sich aus verschiedenen Faktoren: Freiraumdämpfung Antennengewinn Sendeleistung Empfängerrauschzahl Empfängerbandbreite Erforderliches Signal-Rauschverhältnis Verluste in den Zuleitungskabeln Umgebungstemperatur Erdkrümmung Atmosphärische Brechungen Unter Verwendung der bekannten Parameter wurde eine Reichweitenberechnung für das LINK 45 System durchgeführt. Unter den Annahmen: Keine Hindernisse in der ersten Fresnelzone Keine Abschattung durch die Erdkrümmung 10dB Signal / Rauschabstand ( SNR ) für volle Datenrate 11MBit / sec wurde folgendes Ergebnis errechnet: Theoretische Reichweite LINK 45 Point to Point = 18km Um 18 km zu überbrücken, sind wegen der Erdkrümmung schon Antennenmasten von 28 m Höhe erforderlich! Dieser theoretische Wert wird in der Praxis also nur schwer zu erreichen sein, eigentlich nur von Berg zu Berg, mit dazwischenliegendem Tal, bei optimalen Wetterbedingungen, oder vom Boden zu einem Flugobjekt. In der Praxis sieht es anders aus: 1

2 Oftmals befinden sich Hindernisse in der ersten Fresnelzone ( s. Seite 5 ), also z.b. Bäume oder Gebäude, die zwar nicht die direkte Sicht auf die Gegenstation behindern, aber links und rechts, bzw. oben oder unten von der Mittelachse der Strahlungskeule der Antenne einen Teil der Feldstärke absorbieren. Auch das Wetter spielt eine wesentliche Rolle: Durch Regen, Nebel oder Schneefall steigt die Freiraumdämpfung sprunghaft an. Nicht zu vergessen ist der in den Ballungsgebieten anzutreffende Elektrosmog, der den Empfänger mit einem Rauschteppich zurauscht, also unempfindlicher macht. Die Folge: Reduzierte Reichweite! Terrestrische Funkstrecken werden deshalb mit einer deutlichen Feldstärke-Reserve kalkuliert, um eine nahezu 100%ige Versorgung zu garantieren. Wir empfehlen daher dringend, einen Fading Margin (Feldstärke-Reserve) von 10dB, besser 20dB für Ihre Funkstrecke einzukalkulieren! Eine Reichweiten-Berechnung mit Einbeziehung eines Fading Margin von 10dB bei 10dB SNR für 11MBit/s führt zu folgendem Ergebnis: Reichweite LINK 45 Point to Point = 6 km (10 db Fading Margin) Diese Entfernung ist ein praxisnaher Wert, der aber nur für Sichtverbindung gilt! Wenn sich Hindernisse in der Funkstrecke befinden, die Antennen sich also nicht sehen können, wird die Reichweite noch einmal deutlich reduziert, im Extremfall auf einige hundert Meter z.b. bei Phasenauslöschungen durch Reflexionen und Mehrwegeempfang! Zusammenfassung Die hohen theoretischen Reichweiten unserer LINK - Systeme lassen sich in der Praxis in den seltensten Fällen erreichen. Vielmehr muß von einer praxisgerechten Reichweite mit Einbeziehung eines Fading Margin von mindestens 10dB ausgegangen werden. Die Entscheidung, ob 10dB oder 20dB Margin einkalkuliert werden sollen, hängt u.a. von der Priorität des Links ab und muß vom Netz-Betreiber selbst getroffen werden. Reichweiten von LINK Systemen bei Sichtverbindung (gerundet) System Reichweite [ km ] theoretisch Reichweite [ km ] 10dB Fading Margin LINK LINK LINK LINK Reichweite [ km ] 20dB Fading Margin 2

Eine Station wurde auf dem Flachdach des SSB-ELEC- TRONIC Betriebsgebäudes errichtet. Hierzu wurde ein ca. 2m hohes Stativ aufgebaut, an dessen Spitze eine AIRLINK 45 Antenne installiert war.

3 Praxistest mit LINK 45 Im März 2001 führte ein Team von vier Technikern einen Point to Point Reichweitentest mit einem Link 45 System durch. Dieses System erfüllt, wie alle anderen LINK Systeme auch, die gültigen R&TTE-Richtlinien des Europäischen Parlaments. Die max. zulässige Sendeleistung von 100 mw E.I.R.P. wird also nicht überschritten! Eine Station wurde auf dem Flachdach des SSB-ELEC- TRONIC Betriebsgebäudes errichtet. Hierzu wurde ein ca. 2m hohes Stativ aufgebaut, an dessen Spitze eine AIRLINK 45 Antenne installiert war. Über ein 1m Jumperkabel ECOFLEX 10 wurde die Antenne mit dem Eingang des RX2400-O Boosters verbunden. Der Ausgang des Boosters wurde über ein 20m langes ECOFLEX 10 Kabel mit dem DC-Injector verbunden, es folgte ein Pigtail-Kabel zur LUCENT ORINOCO-CARD. Die Testanordnung einer Station. Diese Anordnung wurde auf beiden Seiten verwendet. 3

Gegenstation Die Gegenstation mit der gleichen technischen Ausrüstung befand sich in 1,4km Entfernung an einem Waldrand. Zwischen beiden Stationen lag ein Tal, durch das die Autobahn A46 führt.

4 Gegenstation Die Gegenstation mit der gleichen technischen Ausrüstung befand sich in 1,4km Entfernung an einem Waldrand. Zwischen beiden Stationen lag ein Tal, durch das die Autobahn A46 führt. Die Antennen wurden visuell ausgerichtet, da Sichtverbindung bestand. Der Link-Test zeigte sofort eine gute Verbindung mit einem SNR von ca. 29dB. Durch vorsichtiges Drehen der Antennen bei gleichzeitiger Beobachtung der SNR- Anzeige wurde ein maximaler Wert von 32dB erreicht. Eine sichere, beständige Verbindung mit sehr guter Reserve. Nun wurde versucht, die Streckendämpfung durch das Einfügen von Dämpfungsgliedern zwischen Antenne und Booster künstlich zu erhöhen, um die Leistungsgrenze des Links herauszufinden. Insgesamt konnten 22dB als zusätzliche Dämpfung eingefügt werden, erst dann reduzierte die Anlage die Datenrate von 11 MBit/s auf 5,5Mbit/s! Anschließend wurde eine Berechnung durchgeführt, um die maximale Reichweite dieser Verbindung ohne die zusätzlich eingefügten 22dB Dämpfung zu ermitteln. Das Ergebnis lautet: Hochgerechnete Reichweite LINK 45 Point to Point beim Übergang von 11MBit/s auf 5,5MBit/s = 18km. Vergleicht man diese hochgerechnete Reichweite mit der theoretischen Reichweite des LINK 45 Systems, wird man eine erstaunlich geringe Abweichung feststellen! SSB-Electronic GmbH bedankt sich an dieser Stelle bei Prof. Dr. Ing. A. Ebberg von der Fachhochschule Westküste in Heide/Holstein für die Berechnungen und bei dem Technik-Team für die Durchführung der praktischen Versuche! 4

5 Fresnelellipse Airlink Fresnelellipse Airlink Antennenhöhe Erdoberfläche Schematische Darstellung einer Richtfunkstrecke mit Fresnel-Ellipse Literatur: [1] H. Brodhage, W. Hormuth, Planung und Berechnung von Richtfunkverbindungen Siemens AG, Berlin, München, 1977 Wichtiger Hinweis: Die Vervielfältigung dieses Artikels, auch auszugsweise, ist nur mit schriftlicher Genehmigung der SSB-ELECTRONIC GmbH zulässig. AIRLINK und ECOFLEX sind eingetragene Warenzeichen der SSB-ELECTRONIC GmbH. ORINOCO, WaveLAN sind Warenzeichen der LUCENT Technologies Inc. 5

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