DE19703916A1 - Verfahren zur Prädiktion der Gebäudedämpfung bei Funksignalen - Google Patents

Verfahren zur Prädiktion der Gebäudedämpfung bei Funksignalen

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Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prädiktion der Gebäudedämpfung bei Funksignalen, insbesondere bei Funksignalen des GSM-Mobilfunksystems, nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art vorzuschlagen, das es erlaubt, die Gebäudedämpfung eines Gebäudes bekannter Bauart praktisch an jedem Ort verschiedener Stockwerke anhand weniger, einfach zu bestimmender Parameter zu ermitteln.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Patentanspruch 1 angegeben Merkmale.
Mit dem beschriebenen Verfahren kann die Gebäudedämpfung im wesentlichen unter Kenntnis der Breite und der Stockwerkhöhe des Gebäudes praktisch für jeden Ort verschiedener Stockwerke ermittelt werden.
Wichtig ist dabei die Bauart des Gebäudes. Die verbreitetsten Bauarten sind Stahlbeton, Stahlbetonskelett und Mauerwerksbauten.
Die üblichen Bauarten können folgenderweise klassifiziert werden:
  • - Mauerwerksbau (Ziegel-, Kalksand-, Gasbeton- oder Bimsbaustein) mit oder ohne Verputz, oder mit Verkleidung aus Sand- oder Kalksandstein.
  • - Stahlbeton- bzw. Stahlbetonskelett-Konstruktionen. Stahlbetonaußenwände sind häufig mit Naturstein verkleidet. Bei Stahlbetonskelettbauten sind die Außenwände meistens mit vorgehängten Stahlbeton- oder Metallplatten versehen. Die Verwendung von metallisierten Glasflächen kommt meistens bei dieser Bauart vor.
  • - Eisengitterkonstruktion mit Glas- oder Kunststoff-Flächen.
  • - Industriehallen mit Metallwänden.
Zu den zwei letzten Gebäudearten stehen z.Z. keine Meßdaten zur Verfügung. Somit kann das Verfahren für die Berechnung der Gebäudedämpfung in diesen Fällen nicht verwendet werden. Man kann aber feststellen, daß unter den Gebäudearten die ersten zwei am häufigsten vorkommen.
Bei der Prädiktion der Funkfelddämpfung innerhalb des Gebäudes wird zunächst die Gebäudedämpfung im Erdgeschoß des Gebäudes ermittelt. Anhand der ermittelten Dämpfung im Erdgeschoß kann unter Kenntnis der Art der elektromagnetischen Wellenausbreitung und der Berücksichtigung des sogenannten Geschoßgewinns die jeweilige Funkfelddämpfung an jedem Ort eines beliebigen Stockwerkes des Gebäudes ermittelt werden.
Für die Bestimmung der Funkfelddämpfung in Gebäuden wurden HF-Em­ pfangspegelmessungen mit einem beweglichen Meßsystem in dreizehn Objekten durchgeführt. Sieben von ihnen sind Stahlbeton- bzw. Stahlbetonskelettbauten. Die restlichen bestehen aus Mauerwerk.
Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Einfachheit seiner Anwendung und die erzielte hohe Genauigkeit der Vorhersagen.
Im folgenden wird die Neuerung anhand von einer lediglich einen Ausführungsweg darstellenden Zeichnung näher erläutert. Hierbei gehen aus der Zeichnung und ihrer Beschreibung weitere erfindungswesentliche Merkmale und Vorteile der Neuerung hervor.
Dabei zeigt:
Fig. 1 Schematischer Aufbau eines Feldstärke Meßsystems;
Fig. 2 Definition der Energiestrahlungsrichtung, Bezugsaußenwand und des mittleren Einfallswinkels der Energiestrahlung;
Fig. 3 Veranschaulichung der Definition von d1 und d2;
Fig. 4 Approximation der Dämpfung der Bezugsaußenwand in Abhängigkeit vom mittleren Einfallswinkel der Energiestrahlung für Stahlbetonbauten;
Fig. 5 Approximation der Dämpfung der Bezugsaußenwand in Abhängigkeit vom mittleren Einfallswinkel der Energiestrahlung für Mauerwerksbauten;
Fig. 6 Meßwerte und Näherungsgleichungen für den von B abhängigen Dämpfungsterm bei Stahlbeton- und Mauerwerksbauten;
Fig. 7 Meßwerte und die approximierte Gleichung von k1;
Fig. 8 Meßwerte von k2 und ihre Näherungsgleichung;
Fig. 9A Meßkurven der HF-Empfangsspannung bei d2 = 7.5m und ihre Mittelwertfunktion (gestrichelte Linien) vom 3-ten bis zum 6-ten OG;
Fig. 9B Meßkurven der HF-Empfangsspannung bei d2 = 7.5m und ihre Mittelwertfunktion (gestrichelte Linie) vom 7-ten bis zum 17-ten OG;
Fig. 10 Approximation der Gebäudedämpfung und Verlauf des Mittelwertes der Meßwerte im Erdgeschoß und im Untergeschoß eines Mauerwerksgebäudes (keine Sichtverbindung);
Fig. 11 Approximation der Gebäudedämpfung und Verlauf des Mittelwertes der Meßwerte im Erdgeschoß eines Mauerwerksgebäudes (keine Sichtverbindung);
Fig. 12 Approximation der Gebäudedämpfung und Verlauf des Mittelwertes der Meßwerte im 6-ten Obergeschoß eines Stahlbetonskelettgebäudes, (Sichtverbindung besteht ab dem 6-ten Obergeschoß).
Fig. 1 zeigt den schematischen Aufbau eines mobilen Meßsystems zur Messung des H F-Empfangsspannungspegels. Der H F-Empfangsspannungspegel vom Wirknetzsender wird in dBµV gemessen.
Die vertikal polarisierte λ/2-Dipolantenne war jeweils in einer Höhe von ca. 1.6m über dem Boden angeordnet. Ihre 3-dB-Bandbreite entspricht etwa dem D1- Frequenzbereich. Das Meßsystem liefert in einer Sekunde 200 Meßwerte, aus denen in 0.15 m Distanzen Pegelmittelwerte gebildet werden. Die Meßdaten werden vom Rechner erfaßt.
Gebäudedämpfung im Erdgeschoß
Gemäß Fig. 2 werden zur Bestimmung der Funkfelddämpfung im Erdgeschoß (EG) eines Gebäudes 1 die folgenden Hilfsbegriffe definiert:
  • - Energiestrahlungsrichtung 3 zum Gebäude
  • - Bezugsaußenwand 2 des Gebäudes
  • - Mittlerer Einfallswinkel β der Energiestrahlung
  • - Mittlerer Elevationswinkel zur Sendeantenne
Die Energiestrahlungsrichtung 3 ist durch die Verbindungslinie von der Sendeantenne 4 bis zur Empfangsantenne 5 definiert, wobei sich die Empfangsantenne 5 im geometrischen Mittelpunkt des Gebäudeumrisses befindet.
Die am nächsten zur Sendeantenne liegende und durch die o.g. Verbindungslinie geschnittene Gebäudewand wird Bezugsaußenwand 2 genannt.
Der von der o.g. Verbindungslinie 3 und der Bezugsaußenwand 3 eingeschlossene Winkel β wird als mittlerer Einfallswinkel der Energiestrahlung betrachtet (0° < β ≦ 90°).
Die Verbindungslinie von der Sendeantenne 4 zur Mitte der Bezugsaußenwand 2 in der halben Gebäudehöhe bestimmt den mittleren Elevationswinkel zur Sendeantenne.
In der Praxis sind die Höhen der Sende- und Empfangsantennen 4, 5 über dem Boden meistens viel kleiner als die Distanz zwischen ihnen. In diesem Falle ist die Abweichung des Elevations- und Einfallswinkels von ihren Mittelwerten - berechnet an beliebigen Stellen des Gebäudes - vernachlässigbar.
Abhängig von den Abmessungen des Gebäudes, siehe Fig. 3, kann die Funkfelddämpfung a in dB im EG eines Gebäudes mit
a = Uex - U(d1, d2) (1)
definiert werden. In Gleichung (1) sind d1 und d2 in Meter die Entfernungen von den Außenwänden in der Richtung der Komponenten des Vektors in der Energiestrahlungsrichtung 2 (Fig. 3), Uex in dBµV der Mittelwert des HF- Empfangsspannungspegels vor dem Gebäude 1 entlang der Bezugsaußenwand 2, und U(d1, d2) in dBµV die HF-Empfangsspannung im EG des Gebäudes 1.
Die Meßergebnisse haben gezeigt, daß die Funktion a(d1, d2) bei verschiedenen Werten von d2 annähernd gleich bleibt. Somit läßt sich die Gebäudedämpfung im EG in dB vereinfacht als Funktion der Variable d1 beschreiben:
a = Uex-U(d1) (2)
Der Definitionsbereich von Gleichung (2) ist:
3 ≦ d1 ≦ B-3 (3)
In Gleichung (3) ist B in Meter die Breite des Gebäudes 1 senkrecht zur Bezugsaußenwand 2 in unmittelbarer Nähe der Bezugsaußenwand 2 wurde der Empfangspegel nicht gemessen. Um die Genauigkeit von Gleichung (2) nicht zu verschlechtern, ist die o.g. Einschränkung des Definitionsbereiches von d1 notwendig.
Die Meßergebnisse haben gezeigt, daß sich die Gebäudedämpfung in Gleichung (2) mit der folgenden quadratischen Funktion
a = aW + aB - k1(d1-k2)2 (4)
approximieren läßt.
In Gleichung (4) sind aW bzw. aB beide in dB die Dämpfung der Bezugsaußenwand bzw. ein von der Gebäudebreite abhängiger Dämpfungsterm. Beide Dämpfungsterme hängen auch von der Bausubstanz des Gebäudes ab. Die Steilheit des Dämpfungsverlaufes ist durch den Koeffizienten k1 beeinflußt, der eine Funktion von B ist. Der auch vom B abhängige Koeffizient k2 in m bewirkt eine Verschiebung des Dämpfungsverlaufes nach rechts.
Die Meßergebnisse zeigen einen nahezu identischen Verlauf für aEG bei Stahlbeton-, bzw. Stahlbetonskelett-Bauten. Aus diesem Grunde wird im weiteren nur der Begriff Stahlbetonbauten verwendet.
Im folgenden wird die Ermittlung von aW, aB, k1 und k2 beschrieben. In Kenntnis dieser Funktionen kann die Gebäudedämpfung berechnet werden.
Bestimmung der Dämpfung der Bezugsaußenwand
Die Dämpfung der Bezugsaußenwand hängt vom mittleren Einfallswinkel β der Energiestrahlung und von der Substanz der Außenwände ab. Die letztere ist durch die Bauart bestimmt.
In Fig. 4 sind in Form von die kleinen Quadraten die Meßwerte bei Stahlbetonbauten für die Dämpfung der Bezugsaußenwand und ihre Approximation durch die Funktion
aW = 7 + 0.0019 (β-85)2 (5)
für Außenwanddicken von 0,3 m bis 0,7 m dargestellt. Wanddicken außerhalb dieses Intervalls kommen in der Praxis nur selten vor. Der Wert von aW = 21dB bei β ≈ 1° in Fig. 4 ist das Ergebnis einer Messung mit GMSK moduliertem Sendesignal.
Bei Stahlbetonbauten kommt gelegentlich vor, daß die Glasflächen in den Außenwänden metallisch bedämpft sind. Die Dicke der Metallschicht beträgt im allg. das mehrfache der HF-Eindringtiefe. In diesem Fall sind die einfallenden Strahlen unabhängig vom Einfallswinkel β sehr stark gedämpft. Somit gilt Gleichung (5) nicht, die Dämpfung der Bezugsaußenwand läßt sich in diesen Fällen mit aW = 21dB annähern.
Fig. 5 zeigt als kleine Quadrate die Meßwerte von aW und ihre Approximation durch die Funktion
aW = 5 + 0.0014(β-85)2 (6)
für Mauerwerksbauten bei Außenwanddicken von 0.5 m bis 1.3 m. Dieser Bereich der Wanddicken beinhaltet die meisten in der Praxis vorkommenden Fälle.
Dämpfungsterm, der von der Gebäudebreite abhängig ist
Aus Meßergebnissen wurde die Auswirkung der Gebäudebreite auf die Gebäudedämpfung in einem Bereich von B = 10 m bis 100 m ermittelt. Die in Form von Quadraten eingetragenen Meßwerte und ihre Approximationen
aB = 3 + 0.0014(B+40)2 für Stahlbetonbauten (7)
bzw.
aB = 0.0011(B+40)2 für Mauerwerksbauten (8)
sind in Fig. 6 dargestellt.
Berechnung der Koeffizienten der Gebäudedämpfungskurve
Der Koeffizient k1 beeinflußt die Steilheit des Dämpfungsverlaufes. Er läßt sich aus den Meßergebnissen (eingetragen als kleine Quadrate) mit
k1 = 0.61(B-5) (9)
approximieren (Fig. 7). Die empirisch ermittelte Konstante 0.6 in Gleichung (9) hat die Dimension dB/m.
Durch k2 wird eine Verschiebung nach rechts im Verlauf der Gebäudedämpfung verursacht. Durch diese Verschiebung erreicht a ihr Maximum bei d1 < B. Bei d1 ≈ B-3 verringert sich die Dämpfung wegen Überlagerung der Wellen aus der Energiestrahlungsrichtung zum Gebäude mit den durch die anderen Außenwände eingedrungenen reflektierten Wellen.
Die Meßwerte von k2 (dargestellt als kleine Quadrate) und ihre Approximation
k2 = 3 + 0.58B (10)
sind in Fig. 8 dargestellt.
Im Besitz von aW, aB, k1 und k2 läßt sich nunmehr die Gebäudedämpfung (as) im EG für Stahlbetonbauten durch Einsetzen der Gleichungen (5), (7), (9) und (10) in Gleichung (4) mit
aS = 10 + 0.0019(β-85)2 + 0.0014(B+40)2-0.6/(B-5)(d1-3-0.58B)2 (11)
bzw. für Mauerwerksbauten (aM) durch die Substitution der Gleichungen (6), (8), (9) und (10) in Gleichung (4) mit
aM = 5 + 0.0014(β-85)2 + 0.0011(B+40)2-0.61(B-5)(d1-3-0.58B)2 (12)
berechnen.
Bei metallisierten Glasflächen in Stahlbeton-Gebäuden muß aW = 21dB in Gleichung (4) eingesetzt werden und es ergibt sich:
aS = 24 +0.0014(β-40)2-0.6/(B-5)(d1-3-0.58B)2
Ermittlung der Gebäudedämpfung in verschiedenen Stockwerken
Die Gebäudedämpfung ist in höheren Stockwerken durch die Erweiterung der Gleichung (4) mit einem zusätzlichen Term, dem sog. Geschoßgewinn, zu erfassen.
Die Messungen haben gezeigt, daß der Dämpfungsverlauf in höheren Etagen auch von der Art der elektromagnetischen Wellenausbreitung zum Gebäude abhängig ist. Dementsprechend muß die Bestimmung der Gebäudedämpfung in den folgenden Fällen durchgeführt werden:
  • - Keine Sichtverbindung zwischen der Sendeantenne und dem Gebäude
  • - Optische Sicht besteht (d. h. die erste Fresnel-Ellipse ist frei von Hindernissen) ab einem bestimmten Stockwerk
  • - Ausbreitung auf freie Sicht zum ganzen Gebäude
Keine Sichtverbindung zwischen der Sendeantenne und dem Gebäude
Mit Hilfe der Gleichung (11) läßt sich die Gebäudedämpfung im i-ten Stockwerk eines Stahlbetonbautes (aSi) folgenderweise berechnen:
aSi = aS-4i, i = 1,2, . . ., p (13)
In der Gleichung ist i die Ordnungszahl der Stockwerke. Dem ersten Stock (1.OG) entspricht i = 1, usw. Der oberste Stock ist durch i = p bezeichnet.
Die Verringerung der Dämpfung mit 4 dB/Stockwerk gegenüber der im EG entspricht dem Durchschnitt aus Meßwerten. Dieser Effekt läßt sich mit Diffraktion der Wellen an Hindernissen erklären. Der HF-Empfangspegel und damit die Gebäudedämpfung ändert sich mit dem Beugungswinkel. Mit steigender Höhe der Empfangsantenne nimmt der Beugungswinkel ab, der Diffraktionsverlust wird kleiner, wodurch sich die Gebäudedämpfung verringert.
Bei Stahlbetonbauten wird die Dämpfung im UG nicht berechnet, weil hier der HF- Empfangspegelmittelwert bei Außenversorgung meistens unter der Empfängerempfindlichkeit von Mobiltelefonen liegt.
Bei Mauerwerksbauten wird die Gebäudedämpfung in höheren Etagen mit Hilfe von Gleichung (12) ermittelt:
aMi = aM - 4i (14)
Der Dämpfungsverlauf im UG (aMUG) läßt sich in diesem Fall mit
aMUG = aM + 13 (15)
beschreiben. Der Dämpfungszuwachs von 13dB im Vgl. zu (12) entspricht dem Durchschnittswert aus Meßergebnissen. Die Zunahme der Dämpfung hat folgende Hauptgründe:
  • - Ein Teil der Bezugsaußenwand befindet sich unter dem Erdboden, wodurch die Wellen eine größere Eindringungsdämpfung erleiden.
  • - Die Stahlbetondecke im UG erhöht die Dämpfung.
Optische Sicht besteht ab einer bestimmten Höhe der Empfangsantenne
Das m-te OG entspricht der minimalen Empfangsantennenhöhe, ab der die erste Fresnel-Ellipse zwischen der Sendeantenne und der Bezugsaußenwand frei von Hindernissen ist.
Die Bestimmung der Gebäudedämpfung bei Stahlbeton-Gebäuden vom ersten bis zum m-ten Stock erfolgt mit der Gleichung (13), wobei i = 1,2,. . .,m ist. Ab der Etage m + 1 bis p läßt sich die Gebäudedämpfung mit i = m in der Gleichung (13) vorhersagen. Die Messungen haben gezeigt, daß die Dämpfung bei optischer Sicht trotz steigender Höhe der Empfangsantenne annähernd konstant bleibt. In extremer Höhe kann aber eine Zunahme der Gebäudedämpfung auftreten. Größere Änderung des Elevationswinkels zur Empfangsantenne führt nämlich zur stärkeren Abnahme des Sendeantennengewinns in der Vertikalebene. Bei Messungen bis zu einer Höhe von ca. 20 Stockwerken trat dieser Effekt nicht auf.
Die Änderung der Gebäudedämpfung mit der Empfangsantennenhöhe bei fehlender Sichtverbindung läßt sich mit der Diffraktionstheorie am Beispiel eines Meßobjektes verifizieren. In der Tabelle 1 sind die theoretischen Werte des Beugungsverlustes in verschiedenen Stockwerken für das Stadthaus in Bonn bei folgenden Daten zusammengefaßt:
  • - Sender-Empfänger-Distanz: 1.8 km
  • - HF-Trägerfrequenz des Senders: 953.6 MHz
  • - Geländehöhen bei der Sendeantenne und beim Meßobjekt ü.d.M.: 55 m bzw. 59 m
  • - Sendeantennenhöhe über dem Boden: 36.5 in
  • - Distanz des scharfkantigen Hindernisses von der Sendeantenne: 1.6 km
  • - Höhe des Hindernisses ü.d.M.: 79 m.
  • - Stockwerkhöhe des Meßobjektes: ca. 3.5 in.
Tabelle 1 Theoretischer Beugungsverlust in verschiedenen Stockwerkhöhen beim Stadthaus in Bonn
Beugungsverlust (dB)
Höhe der Empfangsantenne über dem Boden (m)
-14,1 12,4 (3. OG)
-9,7 15,9 (4.OG)
-4,7 19,4 (5. OG)
-0,5 22,9 (6. OG)
Aus der Tabelle geht hervor, daß die Abnahme des Beugungsverlustes bei den aufeinanderfolgenden Etagen 4 bis 5 dB beträgt. Ab dem 6-ten OG ist das erste Fresnel-Ellipsoid praktisch frei von Hindernissen d. h. der Diffraktionsverlust schwankt um 0 dB. Die Meßergebnisse für das Stadthaus (Bild 9A) zeigen, daß die Änderung der HF-Empfangsspannung vom 3-ten bis zum 6-ten OG die Berechnungswerte annähert. Ab dem 7-ten bis zum 17-ten OG schwankt dann die HF-Empfangsspannung um ihren Mittelwert (Bild 9B).
Für die Berechnung der Gebäudedämpfung bei Mauerwerksbauten vom ersten bis zum m-ten Stock gilt die Gleichung (14), wobei i = 1,2,. . .,m ist. Vom Stock m + 1 bis p läßt sich die Dämpfung mit i = m in der Gleichung (14) prädizieren.
Die Bestimmung der Gebäudedämpfung im UG erfolgt mit der Gleichung (15).
Optische Sicht ist zum ganzen Gebäude vorhanden
Bei Ausbreitung auf freie Sicht ist keine gesetzmäßige Änderung der Gebäudedämpfung in Abhängigkeit von der Höhe der Empfangsantenne erkennbar. Sie schwankt um ihren Wert für das EG, der sich bei Stahlbeton- bzw. Mauerwerksbauten mit Gleichung (11) bzw. (12) berechnen läßt.
Bei der Anwendung von Gleichung (11) bzw. (12) wird angenommen, daß die Änderung des Elevationswinkels in Abhängigkeit von der Empfangsantennenhöhe vernachlässigbar ist. Diese Voraussetzung ist in der Praxis meistens erfüllt. Im entgegengesetzten Falle kann die Änderung des Sendeantennengewinnes in vertikaler Ebene bedeutend werden. Dann muß die Gewinnänderung in den Gleichungen berücksichtigt werden.
Die Gebäudedämpfung im UG eines Mauerwerksbaues kann mit Gleichung (15) geschätzt werden.
Genauigkeit der Prädiktion der Gebäudedämpfung
In den Fig. 10, 11 und 12 sind die Mittelwerte der Meßdaten für die Gebäudedämpfung und ihre Approximationen gemäß Gleichung (4) für drei Gebäude dargestellt. Diese Beispiele widerspiegeln die durchschnittliche Genauigkeit des Verfahrens. Die Abweichung zwischen der Meßkurve und der Approximation ist meistens nicht größer als 4 dB.
Die Abweichungen der Meßwerte von ihrem Mittelwert lassen sich mit Gausscher Normalverteilung beschreiben. Die Streuung (σ) liegt im Falle vom
  • - Kartographischen Institut der UNI-Bonn bei σ ≈ 4dB
  • - Geographischen Institut der UNI-Bonn bei σ ≈ 5dB
  • - Stadthaus-Bonn bei σ ≈ 2dB.
Die erreichbare Genauigkeit der Prädiktion ist durch die großen Unterschiede unter den Gebäuden und in der elektromagnetischen Wellenausbreitung begrenzt.
Die wichtigsten Differenzen bei den Gebäudemerkmalen bestehen in der
  • - Dicke und Verkleidung der Außenwände
  • - Anzahl, Richtung, Dicke und Material der Innenwände
  • - Anzahl, Anordnung und Größe der Innenräume und der Korridore
  • - Anzahl und Größe der Fenster und Öffnungen in Gebäude-Außenwänden
  • - Form und Länge der Gebäude
  • - Stockwerkhöhe.
Die elektromagnetische Wellenausbreitung ist wegen der sich verändernden Verhältnisse in den Reflexionen, in der Streuung und Beugung usw. zu jedem Gebäude unterschiedlich.
Eine weitere Erhöhung der Genauigkeit der Prädiktion könnte wahrscheinlich durch weitere Messungen erreicht werden.
Die hier beschriebene Methode gibt Näherungsformeln an, mit denen die Ausbreitungsdämpfung in Gebäuden praktisch an jedem Ort verschiedener Stockwerke in ca. 1.6 in Höhe über dem Boden prognostiziert werden kann. Im jetzigen Zustand kann das Verfahren bei den am weitesten verbreiteten Bauarten, d. h. bei Stahlbeton-, Stahlbetonskelett- und Mauerwerksbauten verwendet werden.
Für die Prädiktion der Gebäudedämpfung im UG von Stahlbetonbauten wurde keine Formel entwickelt, weil hier der HF-Empfangspegelmittelwert bei Außenversorgung meistens unter der Empfängerempfindlichkeit von D1-Mo­ biltelefonen liegt.
Zur Berechnung der Funkfelddämpfung innerhalb eines Gebäudes werden die folgenden Angaben benötigt:
  • - Geographische Position der Basisstation-Antenne (BS-Antenne) und des Gebäudes
  • - Höhe der BS-Antenne über dem Boden
  • - Entfernung zwischen der BS-Antenne und dem Gebäude
  • - Art der elektromagnetischen Wellenausbreitung (s. Abschnitt 5)
  • - Bauart und Breite des Gebäudes
  • - Anzahl und Höhe der Stockwerke
  • - Beschichtung der Glasflächen.
Bei optischer Sicht zum Gebäude muß festgestellt werden, ab welchem Stockwerk die erste Fresnel-Ellipse frei von Hindernissen ist. Dazu ist die Kenntnis folgender zusätzlichen Daten notwendig:
  • - Geländehöhen ü.d.M. bei der BS-Antenne und beim Objekt
  • - H F-Trägerfrequenz des BS-Senders
  • - Distanz des Hindernisses von der BS-Sendeantenne
  • - Höhe des Hindernisses ü.d.M. .
Die Berechnung der ersten Fresnelzone kann erspart werden, wenn man evtl. eine größere Ungenauigkeit bei der Prädiktion der Gebäudedämpfung in höheren Stockwerken in Kauf nimmt. Erfahrungsgemäß ist die Änderung der Gebäudedämpfung in städtischer Umgebung ab dem 6-ten Stockwerk vernachlässigbar.
Verwendete Bezugszeichen, Formelzeichen und Abkürzungen Bezugszeichenliste
1
Gebäude
2
Bezugsaußenwand
3
Energiestrahlungsrichtung
4
Sendeantenne
5
Empfangsantenne
Formelzeichen:
a Dämpfungsverlauf im EG eines Gebäudes
aB
Dämpfungsterm, der von der Bausubstanz und der Gebäudebreite abhängt
aSi
Gebäudedämpfung im i-ten Stockwerk eines Stahlbetongebäudes
aMi
Gebäudedämpfung im i-ten Stockwerk eines Mauerwerksgebäudes
aS
Gebäudedämpfung im EG für Stahlbeton- bzw. Stahlbetonskelettbauten
aMUG
Gebäudedämpfung im UG
aW
Dämpfung der Bezugsaußenwand
aM
Gebäudedämpfung im EG für Mauerwerksbauten
B Breite des Gebäudes senkrecht zur Bezugsaußenwand
β Mittlerer Einfallswinkel der Energiestrahlung
d1
Senkrechte Entfernung von der Bezugsaußenwand im Gebäude
d2
Entfernung von der mit der Bezugsaußenwand benachbarten Außenwand
i Ordnungszahl der Stockwerke
k1
Koeffizient, der die Steilheit der Gebäudedämpfungskurve beeinflußt
k2
Koeffizient für die Verschiebung der Gebäudedämpfungskurve
U(d1
) HF-Empfangsspannung im EG
Uex
Mittelwert des HF-Empfangsspannungspegels vor dem Gebäude entlang der Bezugsaußenwand
Abkürzungen:
BS Basisstation
EG Erdgeschoß
HF Hochfrequenz
OG Obergeschoß
UG Untergeschoß

Claims (4)

1. Verfahren zur Prädiktion der Gebäudedämpfung bei Funksignalen, dadurch gekennzeichnet, daß die Gebäudedämpfung an jedem Ort und jedem Stockwerk innerhalb eines Gebäudes unter Berücksichtigung der
  • - Geographische Position und Entfernung zwischen Sendeantenne und dem betrachteten Gebäude,
  • - Höhe der Sendeantenne über dem Boden,
  • - Art der elektromagnetischen Wellenausbreitung,
  • - Bauart und Breite des Gebäudes
  • - Anzahl und Höhe der Stockwerke, und
  • - Beschichtung der Glasflächen
    prognostiziert werden kann.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei optischer Sicht zwischen Sendeantenne und Gebäude ab einer bestimmten Stockwerkhöhe folgende zusätzliche Daten berücksichtigt werden:
  • - Geländehöhen ü.d.M. am Ort der Sendeantenne und des Gebäudes,
  • - HF-Trägerfrequenz der ausgesendeten Funksignale,
  • - Distanz eines möglichen Hindernisses von der Sendeantenne, und
  • - Höhe des Hindernisses ü.d.M.
3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß es bei Mauerwerksbauten und Stahlbeton bzw. Stahlbetonskelett-Konstruktionen angewendet werden kann.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zunächst die Funkfelddämpfung im Erdgeschoß ermittelt wird und dann die Dämpfung in verschiedenen Stockwerken des Gebäudes in Abhängigkeit von der Art der elektromagnetischen Wellenausbreitung von der Sendeantenne zum Gebäude ermittelt wird.
DE19703916A 1997-02-03 1997-02-03 Verfahren zur Prädiktion der Gebäudedämpfung bei Funksignalen Expired - Lifetime DE19703916C2 (de)

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