DE19703916C2 - Verfahren zur Prädiktion der Gebäudedämpfung bei Funksignalen - Google Patents
Verfahren zur Prädiktion der Gebäudedämpfung bei FunksignalenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Prädiktion der Gebäudedämpfung bei
Funksignalen.
Ein derartiges Verfahren ist in der DE 195 12 296 A1 offenbart. Hierbei wird eine
Anzahl von Wellenausbreitungswegen zwischen der Sende- und
Empfangsantenne rekonstruiert. Hindernisse im Ausbreitungsweg werden mit
deren Übertragungs- und Reflexions-Koeffizienten berücksichtigt. Die
Empfangsleistung an der Empfangsantenne wird als skalare Summe der
empfangenen Leistungswerte der einzelnen Antennenstrahlen berechnet. Bei
diesem Prädiktionsverfahren sind eine Reihe spezieller, relativ mühsam zu
bestimmender Größen, wie Ausbreitungswege, Übertragungs- und
Reflexionsparameter etc., zu ermitteln, so daß das Verfahren in der Praxis für eine
schnelle Vorhersage unbrauchbar erscheint.
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-
Empfangspegelmessungen 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 = 7.5 m und ihre
Mittelwertfunktion (gestrichelte Linien) vom 3-ten bis zum 6-ten OG;
Fig. 9B: Meßkurven der HF-Empfangsspannung bei d2 = 7.5 m 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 HF-Empfangsspannungspegels. Der HF-Empfangsspannungspegel vom
Wirknetzsender wird in dBµV gemessen.
Die vertikal polarisierte λ/2-Dipolantenne war jeweils in einer Höhe von ca. 1.6 m
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.
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 2
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 3 (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.
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 = 21 dB 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 bedampft 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 = 21 dB 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.
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.
Der Koeffizient k1 beeinflußt die Steilheit des Dämpfungsverlaufes. Er läßt sich
aus den Meßergebnissen (eingetragen als kleine Quadrate) mit
k1 = 0.6/(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
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 - 0.6/(B - 5)(d1 - 3 - 0.58B)2 (12)
berechnen.
Bei metallisierten Glasflächen in Stahlbeton-Gebäuden muß aW = 21 dB 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
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
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 13 dB 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.
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 m
- - Distanz des scharfkantigen Hindernisses von der Sendeantenne: 1.6 km
- - Höhe des Hindernisses ü. d. M.: 79 m.
- - Stockwerkhöhe des Meßobjektes: ca. 3.5 m.
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).
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.
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 ≈ 4 dB
- - Geographischen Institut der UNI-Bonn bei σ ≈ 5 dB
- - Stadthaus-Bonn bei σ ≈ 2 dB.
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 m 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-
Mobiltelefonen 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
- - 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
- - HF-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.
1
Gebäude
2
Bezugsaußenwand
3
Energiestrahlungsrichtung
4
Sendeantenne
5
Empfangsantenne
Formelzeichen:
a Dämpfungsverlauf im EG eines Gebäudes
aB
Formelzeichen:
a Dämpfungsverlauf im EG eines Gebäudes
aB
Dämpfungsterm, der von der Bausubstanz und der Gebäudebreite
abhängt
aSi
aSi
Gebäudedämpfung im i-ten Stockwerk eines Stahlbetongebäudes
aMi
aMi
Gebäudedämpfung im i-ten Stockwerk eines Mauerwerksgebäudes
aS
aS
Gebäudedämpfung im EG für Stahlbeton- bzw. Stahlbetonskelettbauten
aMUG
aMUG
Gebäudedämpfung im UG
aW
aW
Dämpfung der Bezugsaußenwand
aM
aM
Gebäudedämpfung im EG für Mauerwerksbauten
B Breite des Gebäudes senkrecht zur Bezugsaußenwand
β Mittlerer Einfallswinkel der Energiestrahlung
d1
B Breite des Gebäudes senkrecht zur Bezugsaußenwand
β Mittlerer Einfallswinkel der Energiestrahlung
d1
Senkrechte Entfernung von der Bezugsaußenwand im Gebäude
d2
d2
Entfernung von der mit der Bezugsaußenwand benachbarten Außenwand
i Ordnungszahl der Stockwerke
k1
i Ordnungszahl der Stockwerke
k1
Koeffizient, der die Steilheit der Gebäudedämpfungskurve beeinflußt
k2
k2
Koeffizient für die Verschiebung der Gebäudedämpfungskurve
U(d1
U(d1
) HF-Empfangsspannung im EG
Uex
Uex
Mittelwert des HF-Empfangsspannungspegels vor dem Gebäude entlang
der Bezugsaußenwand
Abkürzungen:
BS Basisstation
EG Erdgeschoß
HF Hochfrequenz
OG Obergeschoß
UG Untergeschoß
Abkürzungen:
BS Basisstation
EG Erdgeschoß
HF Hochfrequenz
OG Obergeschoß
UG Untergeschoß
Claims (7)
1. Verfahren zur Prädiktion der Gebäudedämpfung bei Funksignalen,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Abstrahlen eines Meßsignals von einer außerhalb des Gebäudes angeordneten Sendeantenne,
Messen des Empfangspegels Uex direkt an der Außenwand des Gebäudes,
Messen des Empfangspegels U(d1) innerhalb des Gebäudes im geometrischen Mittelpunkt des Erdgeschosses,
Ermitteln der Gebäudedämpfung a im Erdgeschoß anhand der gemessenen Empfangspegel innerhalb und außerhalb des Gebäudes zu:
a = Uex - U(d1);
Bestimmen einer Näherungsfunktion der Gebäudedämpfung im Erdgeschoss anhand des gemessenen Empfangspegels unter Berücksichtigung der geographischen Position der Sendeantenne, der Entfernung zwischen Sendeantenne und dem betrachteten Gebäude und der Bauart und Breite d1 des Gebäudes zu a = aW + aB - k1(d1 - k2)2;
Bestimmen der zu erwartenden Gebäudedämpfung ai an einem Ort eines beliebigen Stockwerkes i des Gebäudes anhand der ermittelten Näherungsfunktion a im Erdgeschoß näherungsweise zu:
ai = a, bei direkter Sichtverbindung zwischen Sendeantenne und dem ganzen Gebäude,
ai = a - 4i, für i = 1. . .m, und ai = a - 4m, für i < m, wenn eine direkte Sichtverbindung zwischen Sendeantenne und dem Gebäude erst ab einem Stockwerk m des Gebäudes besteht, oder
ai = a - 4i, bei fehlender Sichtverbindung zwischen Sendeantenne und Gebäude.
Abstrahlen eines Meßsignals von einer außerhalb des Gebäudes angeordneten Sendeantenne,
Messen des Empfangspegels Uex direkt an der Außenwand des Gebäudes,
Messen des Empfangspegels U(d1) innerhalb des Gebäudes im geometrischen Mittelpunkt des Erdgeschosses,
Ermitteln der Gebäudedämpfung a im Erdgeschoß anhand der gemessenen Empfangspegel innerhalb und außerhalb des Gebäudes zu:
a = Uex - U(d1);
Bestimmen einer Näherungsfunktion der Gebäudedämpfung im Erdgeschoss anhand des gemessenen Empfangspegels unter Berücksichtigung der geographischen Position der Sendeantenne, der Entfernung zwischen Sendeantenne und dem betrachteten Gebäude und der Bauart und Breite d1 des Gebäudes zu a = aW + aB - k1(d1 - k2)2;
Bestimmen der zu erwartenden Gebäudedämpfung ai an einem Ort eines beliebigen Stockwerkes i des Gebäudes anhand der ermittelten Näherungsfunktion a im Erdgeschoß näherungsweise zu:
ai = a, bei direkter Sichtverbindung zwischen Sendeantenne und dem ganzen Gebäude,
ai = a - 4i, für i = 1. . .m, und ai = a - 4m, für i < m, wenn eine direkte Sichtverbindung zwischen Sendeantenne und dem Gebäude erst ab einem Stockwerk m des Gebäudes besteht, oder
ai = a - 4i, bei fehlender Sichtverbindung zwischen Sendeantenne und Gebäude.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es bei
Mauerwerksbauten und Stahlbeton bzw. Stahlbetonskelett-Konstruktionen
angewendet werden kann.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aW für
Stahlbetonbauten berechnet wird zu aW = 7 + 0.0019(β - 85)2 und für
Mauerwerksbauten zu aW = 5 + 0.0014(β - 85)2.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß bei
metallisierten Glasflächen in Stahlbeton-Gebäuden aW = 21 dB angenommen wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß aß für
Stahlbetonbauten berechnet wird zu aB = 3 + 0.0014(B + 40)2 und für
Mauerwerksbauten zu aB = 0.0011(B + 40)2.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß k1 berechnet wird zu
k1 = 0.6/(B - 5).
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß k2 berechnet wird zu
k2 = 3 + 0.58B.
Priority Applications (1)
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