W-LAN in Reisebussen: Wie funktioniert das? (Technik)

Kuddel, Samstag, 02.02.2013, 12:41 (vor 4135 Tagen) @ H. Lamarr
bearbeitet von Kuddel, Samstag, 02.02.2013, 13:51

Ja, bei GSM kenne ich das als den Parameter TA (Timing Advance), mit dem Zeitschlitze auf der Zeitachse verschoben werden können, und so der Dopplereffekt kompensiert wird. Hier ist das nett beschrieben.

Das "Timing Advance" ist weniger zur Kompensation des Doppler-Effekts gedacht, als zur Kompensation der Signal-Laufzeiten.
Da sich auch Funkwellen nur maximal mit Lichtgeschwindigkeit ausbreiten, benötigen sie eine bestimmte Zeit, um den Zielort zu erreichen. (ca 1 Mikrosekunde pro 300 Meter)
Das heißt, je größer die Entfernung, desto länger dauert es, bis das Signal ankommt.
Dadurch verschieben sich die Datenpakete in "up" und "down" Link in ihrem Zeitraster, und zwar (aus Sicht der Basisstation) sogar mit 1 Mikrosekunde pro 150 Meter, das ja das Endgerät das Datenpaket bereits mit Verzögerung empfängt, also mit Verzögerung antwortet und die Antwort wiederum nochmal verzögert ankommt => doppelte Verzögerung.
Die Endgeräte sind verpflichtet, zum Ausgleich "vorausschauend " ihre Datenpakete früher mit "Timing Advance" zu senden, damit sie aus Sicht der Basisstation genau im vorgegebenen Zeitraster ankommen. Das ist wichtig, damit die Datenpakete (Zeitschlitze) verschiedener Teilnehmer nicht im Zeitbereich kollidieren.

Das Problem des Dopplereffekts ist, daß sich die Trägerfrequenz abhängig von der Geschwindigkeit verschiebt.
Das Singal eines PKW, welches z.B. auf 900,000000 MHz gesendet wird, während sich der PKW mit 100km/h auf eine Basisstation zu oder weg-bewegt, wird von der Basis mit einer um 83Hz verschobenen Frequenzlage empfangen.
Das klingt nicht viel, ist aber bei längeren Datenpaketen ein Problem.
Durch Reflexionen (Hebelwirkung) kann sich diese Verschiebung noch deutlich erhöhen, aber auch verringern. Dummerweise verändern sich die Reflexionsverhältnisse bei sich schnell fortbewegenden mobilen Funkstellen innerhalb von Millisekunden, so daß der Mobilfunkstandard (Empfänger) in der Lage sein muß, Frequenzverschiebungen von einigen 100Hz innerhalb von Millisekunden auszugleichen.

Natürlich ändern sich durch die wechselnden Reflexionsverhältnisse auch die Singallaufzeiten, wenn das Signal mal über den direkte Weg zur Basis und mal ein Umweg per Reflexion ankommt. In der Regel treffen die einzelnen Datensymbole auf mehreren Wegen zeitverzögert am Empfänger ein (engl. "delay spread"). Aber das läßt sich kaum vorausschauend kompensieren sondern nur im Nachhinein unter Zuhilfenahme so geannnter "Equalizer" ,welche durch eine Kanalschätzung auf Basis von "Traning-Sequences" und "Pilot-Tones" die Verzögerungen bestimmen und herausrechnen, oder mittels zeitlicher Schutzzonen zwischen den Datensymbolen ("cyclic prefixes" bei OFDM)

Daher wird nur der "statische" Anteil (entfernungsabhängiger Mittelwert) der Verzögerung per "Timing Advance" kompensiert, was aber durch den verfügbaren "Guard-Space" zwischen den Zeitrahmen begrenzt ist.
Den Rest (Schwankung, bzw "Timing Jitter", "delay-spread") muß der Equalizer schnell genug herausrechnen oder (bei OFDM) mit entsprechend langem "cyclic prefix" (wie der Guard Space ein zeitliches "Schutzintervall" ohne Dateninhalt,aber hier nur für die für Laufzeitschwankungen).

Bei einem Mobilfunkstandard sind diese Maßnahmen wie "Guard-Spaces" und/oder "cyclic prefixes" entsprechend der größeren Laufzeiten von vornherein "gößerer" dimensioniert, als bei einem nicht mobilen Standard, wie z.B. WLAN.

Der WLAN Standard ist für stationären Betrieb entwickelt und nicht besonders robust bezüglich Doppler-Shift.

Ich hatte das so verstanden, dass W-LAN nicht direkt zu empfangen ist, sondern nur innerhalb der Busse zur drahtlosen Ankopplung ans www verwendet wird. Bei Fernreisebussen ist es ja auf dem flachen Land kaum möglich, dass diese sich von W-LAN-Insel zu W-LAN-Insel hangeln, wie es in den Städten noch denkbar wäre.

Richtig: Innerhalb einer geschlossenen Umgebung, in welcher sich (fast) nichts bewegt, gibt es auch keine Doppler-Effekte.

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