Grundlagen der Funkübertragung

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Welche Funknetze gibt es?
Wo und wofür werden sie eingesetzt?
Welche Netze nutzen stationäre Anwender, welche mobile?
Welche typischen Reichweiten gelten für welche Funktechniken?
Was ist Schmalband-Technik, was ist Breitband-Technik?
Was ist ein elektromagnetisches Feld?
Wie breiten sich Funkwellen aus?
Welche Antennentypen gibt es und welche Eigenschaften haben sie?
Was sind Funkzellen?
Antworten auf diese und andere Fragen finden Sie in meiner Präsentation 'Funkübertragung' auf Slideshare.

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Grundlagen der Funkübertragung

  1. 1. Funkübertragung 1/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Grundlagen der Funkübertragung ronaldschlager.com © Ronald Schlager
  2. 2. Funkübertragung 2/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Übersicht  Einleitung  Spektrum und Wellen  Antennen  Funkzellen
  3. 3. Funkübertragung 3/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Einleitung – Beispiele für Funknetze Bezeichnung Informationsarten Art des Funknetzes WPAN Wireless Personal Area Network Sprache/Daten WLAN Wireless Local Area Network Daten/Sprache DECT Digital Enhanced Cordless Telecommunications Sprache/Daten GSM Global System for Mobile communication Sprache/Daten UMTS Universal Mobile Telecomm. System Sprache/Daten WLL/WiMAX Wireless Local Loop Sprache/Daten
  4. 4. Funkübertragung 4/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Einleitung  Nutzung öffentlich privat GSM DECT WPAN WLAN UMTS, LTE Nutzung Technologie WiMAX
  5. 5. Funkübertragung 5/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Einleitung  Technologie-Einsatz Sprache Daten Stationär Mobil POTS, ISDN GSM Ethernet, xDSL WLAN, UMTS, LTE Dienste-Schwerpunkt Mobilität WiMAX
  6. 6. Funkübertragung 6/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Einleitung - Reichweiten  Übersicht WPAN WLAN WLL WWAN Inhouse-Bereich Wireless Personal Area Network Städtischer Bereich Wireless Local Loop Weitverkehrsbereich (national, intern.) Wireless Wide Area Network Inhouse-Bereich Wireless Local Area Network
  7. 7. Funkübertragung 7/27  Übersicht copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Einleitung - Reichweiten WPAN WLAN LTE Satellit UMTS GSM
  8. 8. Funkübertragung 8/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH WLAN Einleitung - Reichweiten  Vergleich der Reichweiten: DECT Mobilfunknetze (GSM, UMTS, LTE) Satellit Geschwindigkeit Reichweite WPAN KilometerMeter kbps Mbps Gbps WiMAX
  9. 9. Funkübertragung 9/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Einleitung  Arbeitsweise der Funkschnittstellen: Analog Digital Art der Funkschnittstelle Sprache Bleibt analog Wird digitalisiert Daten Werden in Analogform umgewandelt Bleiben digital Übertragung der Signalisierung Im gleichen analogen Kanal wie Nutzinformation In separatem Kanal, getrennt von Nutzinformation
  10. 10. Funkübertragung 10/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Einleitung Land Analoge Funkschnittstelle AMPS (Advanced Mobile Phone System) USA, Lateinamerika, Australien, Neuseeland, Teilen von Rußland und im Asiatisch-Pazifischen Raum TACS (Total Access Communications System) Europa, im Asiatisch-Pazifischen Raum, Japan (JTAC) NMT (Nordic Mobile Phones) Skandinavien, einige europäische Länder, Rußland, Naher Osten und Asien Radiocom 2000 (RC2000) und NMT-F Frankreich
  11. 11. Funkübertragung 11/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Einleitung Nutzung, Land Digitale Funkschnittstelle DECT (Digital Enhanced Cordless Telephony) Vor allem Inhouse, vor allem Europa D-AMPS (Digital AMPS) Öffentlich, USA TDMA (Time Division Multiple Access) Öffentlich, vor allem Europa, aber auch USA und viele andere Länder der Erde CDMA (cdma-One) Öffentlich, USA TETRA (Terrestrial Trunked Radio) „Behördenfunk“, international
  12. 12. Funkübertragung 12/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Einleitung  Beispiel: Wireless LAN-Technologie Wireless LAN-Technologie Infrarot (IR) Narrow Band (HF) Spread Spectrum (HF) Frequency Hopping Direct Sequence FHSS DSSS Orthogonal Frequency Division Multiplexing OFDM Multiple Input Multipe Output MIMO
  13. 13. Funkübertragung 13/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Einleitung  Schmalband vs. Breitband Amplitude Frequenz Spread Spectrum (Breitband) Frequenzband Amplitude Frequenz Narrow Band (Schmalband) Einzelne Frequenz
  14. 14. Funkübertragung 14/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Spektrum und Wellen  Was ist ein elektromagnetisches Feld?  Quellen elektromagnetischer Felder sind elektrische Ladungen und Ströme + - Elektrisches Feld Ladungsträger Magnetisches Feld
  15. 15. Funkübertragung 15/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Spektrum und Wellen  Was ist ein elektromagnetisches Feld?  Elektrisches und magnetisches Feld stehen senkrecht zueinander  Wechselnde Felder (spez. sinusförmige) ergeben durch Ausbreitungsgeschwindigkeit eine WELLE  Wellenausbreitung erfolgt auch im Vakuum Wellenvektor Feldvektor Antenne
  16. 16. Funkübertragung 16/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Spektrum und Wellen  Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle:  Im Vakuum: c = 299,792,458 m/s  Unabhängig von Frequenz der Welle  In Materialien (Medien):  Abhängig von  Durchlässigkeit für elektrische Felder (Permittivität),  Durchlässigkeit für magnetische Felder (Permeabilität) und  Wellenlänge (Dispersion)
  17. 17. Funkübertragung 17/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Spektrum und Wellen  Wichtig bei elektromagnetischen Wellen:  Frequenz, elektromagnetisches Spektrum  Bandbreite  Räumliche Ausbreitung von Wellen abhängig von Signal, Antenne (elektromagnetische Eigenschaften, Richtcharakteristik) und Umgebung:  Reflexion  Absorption  Materialien und Formen haben unterschiedliche Eigenschaften (transparent, reflektierend, absorbierend)
  18. 18. Funkübertragung 18/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Antennen  Grundlegende Funktion:  Aussenden oder Empfangen einer elektromagnetischen Welle  Montage  Fixe Montage  Tragbar  Für Fahrzeuge  Mit oder ohne Blitzschutz
  19. 19. Funkübertragung 19/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Antennen  Abstrahlcharakteristiken: Omnidirektional Gerichtet Sektoral
  20. 20. Funkübertragung 20/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Antennen  Antennengewinn:  Gibt an, um welches Verhältnis die Leistung des Sendesignals beim Empfänger stärker ankommt, als bei Einsatz einer Rundstrahlantenne  Gerichtete Antennen (Sektoral-Antennen oder gerichtete (= Richtfunk-) -antennen) senden das Signal nur in eine bestimmte Richtung aus, um eine größere Entfernung zu überbrücken
  21. 21. Funkübertragung 21/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Antennen  Polarisation einer Transversalwelle (z.B. elektromagnetische Welle):  Transversalwelle charakterisiert in 2 Richtungen:  Wellenvektor (in Ausbreitungsrichtung)  Feldvektor (bei Transversalwellen immer in rechten Winkel zu Wellenvektor) Wellenvektor Feldvektor Antenne
  22. 22. Funkübertragung 22/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Antennen  Polarisation einer Transversalwelle (z.B. elektromagnetische Welle):  Abhängig von Bauform und Montage: Wellenvektor Feldvektor Vertikal polarisiert Antenne Wellenvektor Feldvektor Horizontal polarisiert
  23. 23. Funkübertragung 23/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Antennen  Typische Eigenschaften:  Für Inhouse- oder Outdoor-Anwendung  Für bestimmte Frequenzbereiche  Fixe Montage, tragbar, für Fahrzeuge  Mit oder ohne Blitzschutz Richtfunk Yagi Rundantenne
  24. 24. Funkübertragung 24/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Funkzellen  Eine Funkzelle ist eine geographische Fläche, die von einer Antenne einer Basisstation mit einem Nutzsignal versorgt wird und  Mobilfunk-Netze bestehen idR. aus mehreren Funkzellen  Jeder physikalische Funkkanal kann in jeder Zelle unabhängig von anderen Zellen genutzt werden  Reichweite des Senders bestimmt Größe der Zelle  Je kleiner die Zelle, desto größer die Kapazität des Gebietes
  25. 25. Funkübertragung 25/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Funkzellen - Arten und Reichweite  Generell: Reichweite abhängig von Signalfrequenz, Umgebungsbedingungen, Antennen-Charakteristika,…  Macro-Zelle: größte mögliche Reichweite  Micro-Zelle: unter 2 km  Pico-Zelle  Meist in geschlossenen Räumen (z.B. Gebäude, Flugzeuge) ohne Erreichbarkeit von außen  Reichweite unter 200 m  Femto-Zelle  Reichweite unter 10 m
  26. 26. Funkübertragung 26/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Funkzellen  Wechsel zwischen Zellen = Roaming  Wechsel kann sein zwischen:  Zellen des gleichen Netzes  Zellen verschiedener Netze im gleichen Land oder in verschiedenen Ländern  Zellen auf verschiedenen Kontinenten  Rufe müssen erhalten bleiben  Endgerät muß Entscheidung über Wechsel treffen, Unterstützung durch das Netzwerk wichtig  Entscheidungskriterien:  Signalstärke, Fehlerrate, Provider (abh. v. Netz)
  27. 27. Funkübertragung 27/27copyright © 2015 by schlager communications services GmbH Resourcen Mehr Informationen zu Mobilfunk-Technologien finden Sie in Ronald Schlager´s Resourcen: Diese Präsentation ist Teil folgender Seminarunterlagen: „Mobilfunk-Technologien“ Web: Ronald Schlager´s Blog www.schlager-cs.co.at Ronald Schlager auf XING Ronald Schlager auf LinkedIn

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