DE2903397C2

DE2903397C2 - Funknetz im Millimeterwellenbereich

Info

Publication number: DE2903397C2
Application number: DE19792903397
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Ing. Fischer; Bernhard Dr.-Ing. 7910 Neu-Ulm Rembold
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-01-30
Filing date: 1979-01-30
Publication date: 1983-11-03
Also published as: DE2903397A1

Description

GHz	Atmosph.	Regen-Dämpfung	Sendeleistung	Reichweite,	km
	Dämpfung
	dB/km	dB/km	mW	klar	Regen
35	0,1	6	0,25	19	1,5
60	15	10	100	2	1,5
90	0,4	12	32	11	1,5
120	4	12	100	3,7	1,5

Die Parameter (z. B. Antennengewinn, Bandbreiten) in dieser Tabelle sind so gewählt, daß sich bei Regen eine Reichweite von 1,5 km ergibt.

Im Sinne einer wirtschaftlichen Bemessung gemäß dem Stand der Technik würde man aus der Tabelle die Frequenzen benutzen, bei denen man die verlangte Reichweite mit der kleinsten Sendeleistung erreicht. Das ist der Fall bei den Frequenzen 35 und 90 GHz, die in den sogenannten Fenstern liegen. Um ein beliebig großes Gebiet mit Versorgungsbereichen zu überdekken, sind nunmehr die notwendigen Frequenzwiederholungsabstände zu ermitteln. Damit tritt eine im VHF-/UHF-Bereich nicht vorhandene Schwierigkeit auf. Die Sendeleistung muß so bemessen werden, daß bei Regen die Reichweite für den Versorgungsbereich ausreicht. Bei klarem Wetter steigt jedoch die Reichweite beträchtlich an (z. B. bei 35 GHz auf 19 km). Es kommt verhältnismäßig häufig vor, daß in den

verschiedenen Versorgungsbereichen die Niederschläge verschieden sind. Der Frequenzwiederholungsabstand ist daher so zu bemessen, daß ein störungsfreier Betrieb am Rande eines beregneten Versorgungsbereichs auch dann gewährleistet ist, wenn das Gebiet zwischen dem auf gleicher Frequenz arbeitenden, störenden Sender eines entfernten Versorgungsbereiches niederschlagsfrei ist Der Frequenzwiederholungsabstand ist somit nach der Klarwetter-Reichweite zu bemessen. Er beträgt gemäß der bereits genannten Regel das 5fache derselben (z. B. bei 35 GHz 47,5 km). Bei einer Antennenhöhe von 5 m bei allen beteiligten Funkstellen liegt der optische Horizont in ebenem Gelände in 8 km Entfernung und damit die maximal mögliche Reichweite bei 16 km. Die Frequenzen können '5 somit innerhalb dieser Entfernung um den Sender des Versorgungsgebietes nicht wiederholt werden. Zwischen dem Mittelpunkt des ersten Versorgungsbereiches und dem Rand eines weiteren am Horizont in einer Entfernung von 16 km müssen für eine lückenloseVersorgung fünf weitere Versorgungsbereiche eingerichtet werden. Den nach dieser Bemessung für 35 GHz aufgestellten Rautenplan mit Versorgungsgebieten von 1,5 km Reichweite (= Rautenkanten 3 km) zergt F i g. 1. Für die Oberdeckung eines beliebig großen Gebietes kann die Hauptraute (Kantenlänge 18 km) beliebig oft wiederholt werden. Zur Versorgung mit 35 GHz sind danach 36 Frequenzen erforderlich. Das ist eine unerwünscht große Anzahl.

Dieser Nachteil wird durch das erfindungsgemäße Funknetz vermieden.

Bei der Bemessung zur Optimierung der Frequenzausnutzung, vereinfachend als Frequenzökonomie bezeichnet, wird also nicht — wie auf tieferen Frequenzen ausschließlich üblich — die Frequenzauswahl nach der ^3ä niedrigst möglichen Sendeleistung gen offen.

Beispielsweise bei 60GHz, in einem Maximum atmosphärischer Dämpfung, beträgt bei einer auch bei Regen sichergestellten Reichweite von 1,5 km die Klarsichtreichwuite 2 km. Der Frequenzwiederholungsabstand beträgt nach den bisher angewandten Regeln damit 10 km. Da diese Entfernung bei den Antennenhöhen von 5 m innerhalb des Horizontalabstandes liegt, braucht dieser hier nicht mehr berücksichtigt zu werden. Die Frequenz eines Versorgungsbereiches kann in der drittnächsten Raute wieder verwendet werden. Die Hauptraute für 60 GHz hat eine Kantenlänge von 9 km. Sie ist in F i g. 2 dargestellt Zur Versorgung eines beliebig großen Gebietes bei 60 GHz sind somit nur neun Frequenzen erforderlich. Der Grund für diesen Vorteil gegenüber 35 GHz liegt in der höheren atmosphärischen Dämpfung, aufgrund derer die Klarsichtreichtweite der Regenreichweite angenähert wird.

Bei größeren Höhenunterschieden innerhalb und zwischen den Verscrgungsbereichen können unter Beibehaltung der erfindungsgemäßen Frequenzwahl die Frequenzwiederholungsabstände unr^c Ausnutzung der Abschaltungen in bekannter Weise verrr'ndert werden. Die gelegentlich verlangte linienförmige Versorgung, d. h. die Versorgungsbereiche schließen sich linienförmig aneinander an, ohne daß querab eine Versorgung gebraucht wird, ist ein Sonderfall der Flächenversorgung und in bezug auf die Frequenzökonomie wie diese zu behandeln.

Andere bekannte Maßnahmen zur Frequenzökonomie wie z. B. Gleichwelle-.tetrieb, auto.-natische Kanalwahl oder Verkleinerung der Versorgungsbereiche, können unter Aufrechterhaltung ihrer bekannten Vorteile auch in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Bemessung angewandt werden.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentanspruch:

Funknetz mit Versorgungsfrequenzen im Millimeterwellenbereich, dadurch gekennzeichnet, daß Millimeterwellen im Bereich der Maxima der atmosphärischen Dämpfung verwendet werden.

Die Erfindung betrifft ein Funknetz mit Versorgungsfrequenzen im Millimeterwellenbereich.

Eine häufige Aufgabe der Funktechnik ist es, eine Verbindung zwischen einer ortsfesten Funkstelle und einer beweglichen Funkstelle herzustellen, die sich in einem gewissen Gebiet, dem Versorgungsbereich, befindet. Die ortsfeste Funkstelle befindet sich im allgemeinen näherungsweise in der Mitte des Versorgungsbereichs, für diese Funkverbindung ist ein Frequenzkana!. abgekürzt als Frequenz bezeichnet, erforderlich. Wegen der Reziprozität der Funkverbindung genügt es, diese und die folgenden Betrachtungen auf Senden bei der ortsfesten und Empfangen bei der beweglichen Funkstelle zu beschränken.

In fast allen Fällen ist es erforderlich, nicht nur einen solchen Funkdienst in einem Versorgungsbereich einzurichten, sondern weitere solche Funkdienste in angrenzenden Versorgungsbereichen, bis schließlich beispielsweise ein ganzes Land mit Versorgungsbereichen überdeckt ist, die mit je einer Frequenz voneinander unabhängig ihre jeweiligen Funkdienste betreiben. Man nennt das eine Flächenversorgung. Sie ist in dieser Weise Qolich fe^i den beweglichen Land-Funkdiensten im VHT- und UHF-Bereich, bei ca. 30-1000MHz.

Die Feldstärke des ortsfesten Senders wird jedoch an der Grenze des eigenen Versorgungsbereichs nicht sofort zu Null, sie ist vielmehr, allerdings weiter abfallend, auch in den benachbarten Versorgungsbereichen der anderen ortsfesten Funkstellen noch vorhanden. Um gegenseitige Störungen zu vermeiden, teilt man daher jedem Versorgungsbereich eine eigene Frequenz zu.

Die Zahl der Frequenzen ist jedoch begrenzt, sie ist auf jeden Fall kleiner als die Anzahl der Versorgungsbereiche beispielsweise der Bundesrepublik Deutschland.

Damit tritt die Notwendigkeit auf, die gleiche Frequenz mehrmals zu verwenden. Um Störungen zu vermeiden, ist ein bestimmter geographischer Abstand, der sogenannte Frequenzwiederholungsabstand, zwischen zwei Versorgungsbereichen mit gleicher Frequenz erforderlich.

Der Frequenzwiederholungsabstand ist abhängig von der Größe der Versorgungsbereiche, von der als zulässig definierten Größe der Störung dvrch den ίο Sender des anderen Versorgungsbereiches (Gleichkanalstörung genannt) und damit u. a. von der Modulation. Von der Deutschen Bundespost wird der Frequenzwiederholungsabstand im beweglichen Land-Funkdienst gleich der 5fachcn Reichweite des Senders für einen Versorgungsbereich gewählt

Daraus ergibt sich von der Deutschen Bundespost für die Frequenzzuteilungen zugrunde gelegte Rautenplan mit 10 km Reichweite (Kantenlänge 20 km, Frequenzwiederholungsabstand 50km, d.h. Wiederholung der Frequenz in der drittnächsten Raute). Er zeigt, daß man für die Oberdeckung eines beliebig großen Gebietes mit Versorgungsbereichen mit neun Frequenzen auskommt. Die bisher bei Funknetzen benutzten Frequenzen werden immer stärker ausgelastet, daher ist es notwendig, neue Bereiche zu erschließen. Der technische Fortschritt bei Millimeterwellenbauteilen eröffnet die Möglichkeit vo* Funknetzen in diesem Frequenzbereich.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein frequenzökonomisches Funknetz im Millimeterwellenbereich zur Versorgung großer Gebiete anzugeben. Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches angegeben.

Wie im folgenden dargestellt wird, zeigen Millimeterwellen (ca. 30 GHz bis 300 GHz) gegenüber dem bisher behandelten VHF- und UHF-Bereich (30-1000 MHz) grundlegende Unterschiede. Sie unterliegen nämlich einer durch die Eigenschaften der Luft und des Wasserdampfes bestimmten, mit Her Frequenz stark schwankenden atmosphärischen Dampfung. Deren Verlauf zeigt Minima (sog. Fenster) und Maxima. Bei Regen kommt dazu eine mit der Frequenz monoton verhältnismäßig langsam steigende weitere Dämpfung.

Daraus ergeben sich die in der folgenden Tabelle

■»5 dargestellten Reichweiten.