Die Kraft der drei Antennen

Die Kraft der drei Antennen

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Eine weitere Maßnahme zur Steigerung der Leistungsfähigkeit eines Funksystems ist die Ausnutzung verschiedener Diversitätstechniken. Unter Diversität versteht man eine Strategie zur Erhöhung der Ausfallsicherheit durch Redundanz. Die in der Funktechnik am häufigsten eingesetzten Varianten sind Zeit-, Frequenz- und Raumdiversität. Häufig findet man auch eine Kombination der Varianten.

Zeitdiversität kann durch das Mehrfachsenden von Nachrichten erreicht werden. Ist die Kohärenzzeit („Gedächtnislänge“) eines Funkkanals deutlich kleiner als die Zeitspanne zwischen dem Versenden sukzessiver Nachrichten, so kann erwartet werden, dass der Funkkanal sein Übertragungsverhalten zwischenzeitlich stark verändert hat. Wurde beispielsweise eine Nachricht in einer Phase übertragen, in der der Funkkanal eine starke Dämpfung aufgewiesen hat, so ist mir hoher Wahrscheinlichkeit damit zu rechnen, dass bei der nächsten Nachricht keine starke Dämpfung mehr vorliegt. Nachteilig sind die Reduktion der Bandbreite und die Verzögerung des Signals durch das Mehrfachsenden.

Bei der Frequenzdiversität werden die Informationen auf mehreren verschiedenen Frequenzen gesendet. Es werden folglich mehrere Funkkanäle zur redundanten Übertragung genutzt, die möglichst wenig statistische Bindungen zueinander aufweisen sollten. Aus diesem Grund sollten die Trägerfrequenzen derart gewählt werden, dass deren Abstände zueinander die Kohärenz-Bandbreite des Kanals im betrachteten spektralen Bereich (z.B. 2,4 bis 2,5 GHz) überschreiten. In empirischen Studien konnte ein typischer Wert für die Kohärenz-Bandbreite von etwa 10 MHz als grober Richtwert nachgewiesen werden. Für die Realisierung von Funklösungen auf Basis der Frequenzdiversität bedeutet das einen nicht unerheblichen Mehraufwand sowohl auf der Sender- als auch auf der Empfängerseite. Im industriellen Bereich findet man hier Produkte, die beispielsweise das 2,4- und das 5-GHz-Band bedienen können.

Raumdiversität ist aktuell ein hoch beachtetes und interessantes Mittel zur Steigerung der Performance eines Funksystems. Bei der Raumdiversität werden intelligente Antennensysteme verwendet, beispielsweise Antennenarrays, um eine richtungsselektive Kommunikation zu ermöglichen. Dadurch kann einerseits eine höhere Teilnehmerdichte erzielt und anderseits der z.T. negative Einfluss der Mehrwegeausbreitung kompensiert werden. Ein einfacher Sonderfall der Raumdiversität ist die empfängerseitige Antennendiversität (Beispiel in Bild 3). Dabei wird mit mehreren örtlich versetzten Empfangsantennen versucht, mehrere Kopien des Sendesignals zu empfangen, die über unterschiedliche Ausbreitungspfade den Empfänger erreichen.

Der Vorteil liegt auf der Hand. Durch die konstruktive und destruktive Überlagerung der verschiedenen „Sendewellen“ entsteht ein raumabhängiges Feld, was einem empfangstechnischen Schweizerkäse gleicht. Erfährt beispielsweise das Empfangssignal an Antenne 1 einen Signaleinbruch, so liegt mit hoher Wahrscheinlichkeit an der Antenne 2 oder 3 ein Empfangssignal mit einem höheren Pegel vor, das erfolgreich demoduliert werden kann. Werden die Abstände der Antennen derart gewählt, dass die Empfangssignale statistisch unabhängig zueinander sind, so spielen die ungewünschten Löcher keine wesentliche Rolle mehr. Liegt die Wahrscheinlichkeit der Unterschreitung eines dedizierten Signalspegels bei Einantennensystemen bei 10 %, so reduzieren die nun vorliegenden drei unabhängigen Funkkanäle die Wahrscheinlichkeit für die Unterschreitung des Signalpegels theoretisch um den Faktor 100 auf 0,1 %.

1. Die Kraft der drei Antennen
2. Die Kraft der drei Antennen
3. Autoren:
4. Theorie & Praxis
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