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Technisches Gebiet
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Planung einer Richtfunkstrecke mit Richtfunkgeräten zwischen mindestens zwei an verschiedenen Standorten verteilten Richtfunkgeräten unter Berücksichtigung von Störeinflüssen.
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Stand der Technik
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Richtfunkverbindungen sind Systeme zur drahtlosen Nachrichtenübertragung, bei denen Frequenzen z.B. im Mega- oder Gigahertzbereich als Nachrichtenträger benutzt werden.
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Die verfügbare Sendeleistung wird bei Punkt-zu-Punkt Richtfunkstrecken durch Richtantennen in Richtung des Empfängers gebündelt. Bei Punkt-zu-Mehrpunkt Richtfunkstrecken wird die Sendeleistung durch eine Sektorantenne an der Zentralstation zu mehreren Antennen an den Terminals verteilt. Bei Mehrpunkt-zu Mehrpunkt Richtfunkstrecken wird die Sendeleistung durch Sektorantennen sowohl an der Zentralstation als auch an den Terminals verteilt.
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Die quasioptische Ausbreitung ermöglicht eine gute Frequenzökonomie, d.h. eine räumlich getrennte Mehrfachverwendung von gleichen Frequenzbändern. Die Frequenzen können unterschiedlich polarisiert sein, um die Entkopplung zusätzlich zu verstärken. Eine Verbindung zwischen zwei Antennen wird als Funkfeld bezeichnet. Eine Richtfunktrasse wird von mehreren hintereinander geschalteten Funkfeldern gebildet. Ein Richtfunknetz wird aus mehreren Funkfeldern gebildet, die unabhängig voneinander sein können. Die Bitfehlerhäufigkeit beschreibt die Signalqualität. Sie ist das Verhältnis der fehlerhaft empfangenen Bits zur Gesamtzahlt der gesendeten Bits.
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Zur Übertragung der Nachrichtensignale über ein Funkfeld werden sie auf die ausgewählte Trägerfrequenz aufmoduliert. Bei bekannten Richtfunksystemen werden die Signale in der Amplitude und/oder der Phase moduliert, um eine bessere Effizienz zu erzielen. Unter Quadratur-Amplitudenmodulation (QAM) wird eine Modulation verstanden, bei der zusätzlich zur Phase auch die Amplitude moduliert wird. Die Auswahl des Modulationsverfahrens entspricht einem Kompromiss zwischen Störunempfindlichkeit und Frequenzökonomie.
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Bei der Planung einer Richtfunkstrecke oder -trasse oder -netzes können Programme eingesetzt werden, welche die unterschiedlichen Faktoren berücksichtigen, welche die Richtfunkstrecke beeinflussen. Die Programme bewerten so die einzelnen Funkfelder. Die Planung einer Richtfunkstrecke erfolgt unter Berücksichtigung von Geländeschnitt, Krümmungsfaktor, meteorologischen Einflüssen, Störeinflüssen und Dämpfungsbilanz. Die Interferenzanalyse liefert Informationen, ob andere Funkfelder die zu planende Richtfunkstrecke stören oder umgekehrt.
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Je nach Wetterverhältnissen besteht die Möglichkeit der Streuung aufgrund der Wetterverhältnisse. Beim Mehrwegeschwund gelangen Signale von einem Sender auf verschiedenen Wegen zum Empfänger und überlagen sich dort, so dass es aufgrund der Phasenverschiebungen der Signale zu einer schlechteren Signalqualität kommt. Die Mehrwegeausbreitung kann zum Beispiel durch Inversionsschichten in der Troposphäre, Gebäude oder Wasserflächen hervorgerufen werden. Durch z.B. Regen wird Dämpfungsschwund verursacht. Das bedeutet, daß nur ein Teil der gewünschten Signale den Empfänger erreicht.
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Es sind Richtfunkgeräte bekannt, die während des laufenden Betriebs automatisch das Modulationsverfahren ändern können. Die Auswahl des verwendeten Modulationsverfahrens hängt von der empfangenen Signalenergie und/oder der Bitfehlerhäufigkeit ab. Um die Übertragungsqualität bei Schwund oder Interferenz gleich zu halten, verringert sich die übertragene Kapazität beim automatischen Wechsel auf ein robusteres Modulationsverfahren. Ein solcher Wechsel kann beispielsweise von 16 QAM auf 4 QAM erfolgen. Alternativ wird die genutzte Bandbreite unter Beibehaltung des Modulationsverfahrens verringert.
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Die Modulationsverfahren unterscheiden sich z.B. in der Sendeleistung, dem Empfängerschwellwert, Fading-Parameter (z.B. Signatur), der Auswahl zwischen Automatic Transmitter Power Control (ATPC)- und Remote Transmitter Power Control (RTPC), Rauschleistungen, Sendespektrum bei maximaler Sendeleistung, Empfängerselektivität und/oder C/I- (Carrier- to Interferer Paramater), T/I-Parameter (Threshold-to Interferer Paramater).
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Aus der
DE 196 05 873 A1 ist ein Richtfunksystem bekannt, bei welchem Störungen aufgrund von Interferenz durch Netzmanagement berücksichtigt werden. Dabei wird der Betriebskanal messtechnisch überwacht und während des laufenden Betriebs gewechselt, wenn der gegenwärtige Kanal durch Interferenz oder andere Gründe beeinträchtigt wird.
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Die
DE 196 46 371 A1 beschreibt eine Verbesserung der Übertragungsqualität in einem Punkt-zu-Mehrpunkt Funkübertragungssystem durch Übertragen eines Testkanals. Aus der Sende- und Empfangsleistung des Testkanals wird für jeden Signalpfad eine Dämpfung ermittelt und für jede Teilnehmerstation ein Träger-Störabstand bestimmt. Liegt ein Träger-Störabstand unterhalb einer vorgebbaren Schwelle, wird für eine entsprechende Datensignalübertragung eine robustere Modulationsart verwendet und/oder auf einen anderen Frequenzkanal umgeschaltet. Die Übertragung eines Testkanals kann nach jeder Neuinstallation einer Teilnehmerstation, nach einer Veränderung der Bebauung oder der Vegetation in einer Funkzelle oder periodisch erfolgen.
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Bei bekannten Planungsprogrammen z.B. iQ.link von Comsearch (Andrew Cooperation) wird das Richtfunkgerät über zugehörige technische Parameter definiert. Solche Parameter sind insbesondere die Sendeleistung, der Empfängerschwellwert, Fading-Parameter (z.B. Signatur), die Auswahl zwischen Automatic Transmitter Power Control (ATPC)- und Remote Transmitter Power Control (RTPC), Rauschleistungen, Sendespektrum bei maximaler Sendeleistung, Empfängerselektivität und/oder C/I-, T/I-Parameter.
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In der
US 6 771 966 B1 wird ein System zum automatischen Planen eines Punkt-zu-Punkt Funknetzwerks offenbart. Das Funknetzwerk umfasst eine Vielzahl von Funkempfängern und -sendern als Netzwerkknoten, zwischen denen Funkverbindungen mit Richtantennen realisierbar sind. Nach einer Vorgabe von Randbedingungen und der Positionen der Funknetzknoten mittels einer Datenbank wird eine optimale Topologie der Funkverbindungen berechnet und dabei insbesondere das Verhältnis von empfangener Signalstärke zur Interferenzstärke berechnet und berücksichtigt. Als Randbedingungen werden Parameter wie die maximale Dämpfung, erforderlich Signalstärke, Netzwerkredundanz, gewünschte Topologien, Kosten der Installation und Wartung usw. verwendet. Das System führt zum Ermitteln einer optimalen Topologie mehrere Analysen hintereinander aus, welche jeweils verschiedene Parameterwerte verwenden können. Beispielsweise werden in einer ersten Groboptimierung auf wesentliche Parameter reduzierte Randbedingungen verwendet. In einer anschließenden feineren Analyse können dann weitere Parameter berücksichtigt werden.
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Ein weiteres Beispiel für ein Netzwerkplanungsprogramm stellen D. Weber und W. Zeller in „ntz, Heft 8, 1997, Seiten 64-67, Planung und Dimensionierung privater Netze mit NERT“ vor. NERT stellt ein umfangreiches Planungswerkzeug für private Computernetzwerke dar. Dabei werden zur Optimierung von Netzwerktopologie und Netzwerkkomponenten eine Vielzahl von Randbedingungen, wie Verkehrsleistung, Alternativwegeschaltung, Least Cost Routing usw. berücksichtigt.
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Zur Planung von Richtfunkstrecken werden üblicherweise umfangreiche Geodaten wie Höhendaten, Landnutzungsdaten, Straßendaten dreidimensionale Stadtmodelle, Wetterdaten usw. benötigt. Diese Daten können von Geo-Informationssystemen zur Verfügung gestellt werden, wie z.B. in „Funknetzplanung heute: Raumbezogene Daten und Analysen im Mobilfunk telekom praxis, Heft 2, 1999, Seiten 34-43, B. Ruff, R. Laing“ dargestellt wird.
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Ferner offenbart die
US 2004/0143428 A1 ein Verfahren zum Bestimmen optimaler oder bevorzugter Konfigurationseinstellungen für drahtlose oder drahtgebundene Netzwerkgeräte, um ein gewünschtes Niveau der Netzwerkleistung zu erreichen. Dabei wird ein standortspezifisches Netzwerkmodell mit adaptiver Verarbeitung verwendet, um ein effizientes Design und ein kontinuierliches Management der Netzwerkleistung zu gewährleisten. Ferner werden iterativ die Gesamtnetzwerkleistung und -kosten bestimmt und darüber hinaus Geräteeinstellungen, Standorte und Orientierungen iteriert. Die Echtzeitkontrolle erfolgt zwischen einer standortspezifischen Computer Aided Design (CAD)-Softwareanwendung, wobei die physischen Komponenten des Netzwerks es ermöglichen, jedes Netzwerk anzuzeigen, zu speichern und iterativ an ständig wechselnde Verkehrs- und Störungsbedingungen anzupassen.
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Ziel der Richtfunkplanung ist die Berechnung der Verfügbarkeit einer Richtfunkstrecke. Hierfür werden Störeinflüsse der betrachteten Richtfunkstrecke auf die umliegenden Richtfunkstrecken und umgekehrt berücksichtigt. Die Störeinflüsse können zum Beispiel in Form der Degradation des Empfängerschwellwertes angegeben werden.
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Die bekannten Planungsprogramme können zum Beispiel bei der Verfügbarkeitsberechnung und bei der Interferenzberechnung nur Geräte mit unverändertem Modulationsverfahren berücksichtigen. Dabei bleibt auch die Kapazität, Sendeleistung, Rauschleistung, das Sendespektrum bei maximaler Sendeleistung, Empfängerselektivität und/oder C/I-, T/I-Parameter unverändert.
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Aufgabe der Erfindung
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Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Planung einer Mehrzahl von Richtfunkstrecken zu schaffen, mit dem Richtfunkstrecken automatisch geplant werden können, bei denen die Datenmenge, die mit der Richtfunk-Anordnung übertragen werden kann, bei gleicher Übertragungsqualität erhöht wird, bzw. die Übertragungsqualität für eine vorgegebene Datenmenge verbessert wird.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 gelöst.
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Die von dem Modulationsverfahren abhängigen Signaleigenschaften können insbesondere die Sendeleistung, der Empfängerschwellwert, der Fading-Parameter, die Auswahl zwischen ATPC- und RTPC-Parameter, Rauschleistungen, Sendespektrum bei maximaler Sendeleistung, Empfängerselektivität und/oder C/I oder T/I-Parameter sein.
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In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Planung eine Interferenzberechnung für eine Mehrzahl von Modulationsverfahren.
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Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei der Planung auch eine Streuungsberechnung (Scatter) für eine Mehrzahl von Modulationsverfahren umfassen.
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Vorzugsweise werden die Ergebnisse der Planung in einer Datei oder Datenbank gespeichert.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe ferner durch eine Vorrichtung gemäß Patentanspruch 7 gelöst.
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Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Ein Ausführungsbeispiel ist nachstehend anhand der beigefügten Beispiele näher erläutert.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Darstellung zweier Richtfunkstrecken.
- 2 veranschaulicht den Empfangspegel und den zeitlichen Verlauf der Sendeleistung in Abhängigkeit von der Funkfelddämpfung.
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Beschreibung des Ausführungsbeispiels
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In 1 ist ein Funkfeld 10 einer typischen Richtfunkstrecke dargestellt. Unter einer Richtfunkstrecke wird die gewollte, drahtlose energetische Verbindung von mindestens zwei Richtfunkgeräten bezeichnet, die an zwei verschiedenen Standorten verteilt sind. Die Energie wird durch Antennen (passive oder aktive) abgestrahlt/empfangen. Das Funkfeld umfasst eine erste Richtfunksende- und empfangseinheit 12 und eine zweite Richtfunksende- und empfangseinheit 14. In der Nähe des Funkfelds 10 befinden sich weitere Funkfelder. Eines dieser Funkfelder ist beispielhaft in 1 dargestellt und mit 16 bezeichnet. Das Funkfeld 16 umfasst eine Richtfunksende- und empfangseinheit 18 und eine Richtfunksende- und empfangseinheit 20.
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Die Übertragung der Signale über die Funkfelder 10 und 16 erfolgt durch Modulation von elektromagnetischen Wellen einer Trägerfrequenz. Die Übertragung ist durch einen ersten Satz von Parametern charakterisiert. Dieser Satz von Parametern besteht aus Werten für die Sendeleistung, den Empfängerschwellwert, den Fading-Parameter, die Auswahl zwischen ATPC- und RTPC-Parameter, den Rauschleistungen, dem Sendespektrum bei maximaler Sendeleistung, der Empfängerselektivität und/oder C/I oder T/I-Parametern.
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Mit einer Meßanordnung werden die Umweltbedingungen festgestellt. Dabei wird insbesondere eine Kanalstörung z.B. aufgrund von Regen oder Nebel durch Messung des Empfangspegels und der Bitfehlerrate ermittelt. Liegt die Bitfehlerrate zu hoch bzw. ist der Empfangspegel zu gering, so wird auf einen anderen Satz von Parametern umgeschaltet. Dabei kann z.B. die Sendeleistung erhöht und das Modulationsverfahren von z.B. 16 QAM auf ein robusteres Modulationsverfahren z.B. 4 QAM umgeschaltet werden. Die Übertragungskapazität fällt bei Umschaltung auf ein robusteres Modulationsverfahren bei Beibehaltung der Bandbreite entsprechend ab.
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Ein Beispiel für ein solches Umschalten ist in 2 dargestellt. 2 ist eine schematische Darstellung der Leistungsverläufe und Modulationsverfahren einer Richtfunkstrecke mit Richtfunkgeräten, die das Modulationsverfahren im laufenden Betrieb ändern können und auch ATPC unterstützen, in Abhängigkeit von der Funkfelddämpfung.
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2a zeigt einen möglichen Verlauf für die Funkfelddämpfung einer Richtfunkstrecke. Unter Funkfelddämpfung bei Clear Sky Bedingung wird die Dämpfung gemäß ITU-R P.525-2, Kap. 2.2, Formel 3 verstanden. 2b zeigt den Verlauf der maximalen Sendeleistungen im gleichen Zeitintervall wie 2a. 2c zeigt die Empfangsleistung der Anordnung im gleichen Zeitintervall, wie in 2a und 2b.
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Bei geringer Sendeleistung 26 und geringer Funkfelddämpfung 22 wird mit einem 16-QAM Modulationsverfahren eine hohe Empfangsleistung erzielt. Steigt die Funkfelddämpfung 28 an, so wird die Sendeleistung 30 erhöht. Die Sendeleistung erreicht einen Maximalwert 35 und kann nicht weiter erhöht werden. Bei weiterem Anstieg der Funkfelddämpfung 28 fällt die Empfangsleistung ab. Unterschreitet die Empfangsleistung 32 einen bestimmten Wert, so wird auf ein robusteres Modulationsverfahren, 4-QAM, umgestellt und eine hinreichende Signalqualität zu erhalten. Wenn die Funkfelddämpfung 34 wieder geringer wird, verbessert sich auch wieder die Empfangsleistung 36. Sobald die Funkfelddämpfung 38 wieder unter einen Grenzwert fällt, kann wieder auf 16 QAM umgeschaltet werden und die Sendeleistung 39 kann verringert werden. Die Empfangsleistung 40 erreicht wieder einen hohen Wert.
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Zur Planung einer neuen Richtfunkstrecke oder eines neuen Richtfunknetzes wird ein Planungstool eingesetzt. Ein Ausschnitt eines solchen Richtfunknetzes ist schematisch in 1 dargestellt. Das von der Richtfunkeinheit 20 abgestrahlte Funkfeld 16 kann mit dem von der Richtfunkeinheit 12 abgestrahlten Funkfeld 10 interferieren und umgekehrt. Diese Störungen sind durch Pfeile 43 und 45 repräsentiert. Der Grad der Störung, z.B. 43, ist dabei umso größer, je höher die Sendeleistung des abstrahlenden Funkfelds, z.B. durch die Richtfunksendeeinheit 20 ist. Dann muß auch das gestörte Funkfeld, z.B. 10 mit höherer Sendeleistung arbeiten, um das Verhältnis von Nutz- zu Störsignal gleich zu halten.
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Umgekehrt besteht die Möglichkeit die Übertragungskapazität zu erhöhen, wenn die Störung gering ist.
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Mit dem Planungstool werden Richtfunkgeräte 12, 14, 18, 20 mit variablen Modulationsverfahren implementiert, die das Modulationsverfahren während des Betriebes automatisch ändern können. Die damit verbundene Planung von Richtfunkstrecken 10, 16 kann mit Software zur Richtfunkplanung und Verwaltung von Richtfunkstrecken erfolgen.
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Verschiedene Standorte, die in 1 mit 42, 44, 46 und 48 bezeichnet sind, auf der Erdoberfläche 50 sind durch unterschiedliche Koordinaten definiert. Beim Einsatz von Schutzmechanismen können auch mehrere Antennen und Richtfunkgeräte an einem Standort zu einer Richtfunkstrecke gehören.
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Ein Richtfunkgerät 12, 14, 18 und 20 wird nun für die Planung mit mehreren Modulationsverfahren, z.B. 4 QAM und 16 QAM und den dazugehörigen Parametern definiert. Die Richtfunkgeräte können während des laufenden Betriebs das Modulationsverfahren und damit die Kapazität mit oder ohne Unterbrechung der Übertragung variieren. Der Bereich der möglichen Modulationsverfahren kann für jede einzelne Richtfunkstrecke 10, 16 konfiguriert werden. Ob auf ein weniger robustes, z.B. 16 QAM oder ein robusteres Modulationsverfahren, z.B. 4 QAM umgeschaltet wird, hängt von den atmosphärischen Gegebenheiten, insbesondere Regenintensität, Mehrwegeausbreitung oder Selektivschwund ab. Ein weniger robustes Modulationsverfahren erlaubt eine hohe Übertragungskapazität bei guter Qualität. Es ist jedoch anfälliger gegenüber Störungen.
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Es besteht die Möglichkeit bei einigen Richtfunkgeräten die Bandbreite zu reduzieren. Eine solche Reduzierung kann z.B. die Halbierung sein. Dadurch kann eine weitere Erhöhung der Qualität und Verfügbarkeit bei Erreichen eines kritischen Parameters bei dem robustesten, eingestellten Modulationsverfahren erreicht werden. Dies hat eine z.B. Halbierung der Kapazität zur Folge. Eventuell muss dann die Trägerfrequenz aufgrund der Kanalpläne der CEPT oder der nationalen Anforderungen geändert werden.
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Mit dem Planungstool erfolgt zunächst eine Berechnung der Zeitprozentsätze und absoluten Zeiten, in denen ein Modulationsverfahren verwendet wird. Diese Zeiten hängen von atmosphärischen Gegebenheiten ab. Zur Berechnung können Empfangspegel und/oder die Bitfehlerhäufigkeit herangezogen werden. Zur Errechnung der Zeitprozentsätze und Zeiten können z.B. Empfehlungen wie z.B. ITU-R P.530, Glauner, Vigants verwendet werden.
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Anschließend erfolgt eine Berechnung der Verfügbarkeit und/oder Qualität der einzelnen Modulationsverfahren unter Berücksichtigung von Algorithmen zur Verfügbarkeits-Qualitätsberechnung.
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Nach der Berechnung für die einzelnen Modulationsverfahren erfolgt eine Berechnung der Verfügbarkeit und/oder Qualität der Strecke. Hierfür wird das robusteste eingestellte Modulationsverfahren mit der geringsten Bandbreite und der maximalen eingestellten Sendeleistung (für das Modulationsverfahren) verwendet. Die maximale eingestellte Sendeleistung ist abhängig von der Richtfunkstrecke und kann unterhalb der maximal möglichen Sendeleistung für das robusteste Modulationsverfahren des Gerätes liegen.
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Dann erfolgt eine Berechnung der Störeinflüsse von der betrachteten Richtfunkstrecke zu den umliegenden Richtfunkstrecken und umgekehrt. Hierbei ist zu berücksichtigen, dass die betrachtete Richtfunkstrecke, falls sie über ATPC verfügt, die Sendeleistung automatisch innerhalb eines Modulationsverfahrens ändern kann und die maximale Sendeleistung abhängig vom Modulationsverfahren sein kann. Dieses gilt auch für alle umliegenden Richtfunkstrecken. Die Störbetrachtungen werden für alle Kombinationen von Modulationsverfahren und möglichen Bandbreiten durchgeführt. Je nach Anforderung werden die maximalen vorhandenen Sendeleistungen im ATPC-Betrieb berücksichtigt. Bei der Berechnung der Störeinflüsse werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel Gelände-Höhendaten verwendet. Mit umliegenden Richtfunkstrecken ist keine konstante Entfernung verbunden. Die Entfernung richtet sich nach der Frequenz. Es werden alle Richtfunkstrecken berücksichtigt, bei den Störungen zu erwarten sind. Die Werte der Richtfunkstrecke, die während des Betriebs das Modulationsverfahren umschalten kann, werden anschließend in einer Datei oder einer Datenbank gespeichert.
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Zusätzlich kann eine erneute Verfügbarkeits- und/oder Qualitätsberechnung der Strecke vorgenommen werden, um die Verringerung der Verfügbarkeit und/oder Qualität aufgrund Störeinflüsse anderer Richtfunkstrecken zu berücksichtigen.
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Mit dem so ausgebildeten Planungstool können nun die Störungen nicht nur für ein Modulationsverfahren und eine Sendeleistung etc. berücksichtigt werden, sondern für alle Modulationsverfahren und alle Sendeleistungen. Dadurch kann die Übertragungsqualität und die Übertragungskapazität bei gleicher Anordnung verbessert werden.
