Gigaherz-Jakob spinnt sich die Welt, wie Sie ihm gefällt (Technik)

Kuddel, Mittwoch, 12.09.2018, 21:33 (vor 2270 Tagen) @ H. Lamarr
bearbeitet von Kuddel, Donnerstag, 13.09.2018, 00:30

*SEUFZ*

Es hat niemand behautet, es gäbe nur 1 "Beam", sondern dass die maximale Leistungsflussdichte, die grenzwerttechnisch zu betrachten ist, bei einem Beam am größten ist und mit ansteigender Zahl gleichzeitiger Beams abnimmt, weil der sich der Antennengewinn (inkl "Beam Forming Gain") mit jedem zusätzlichen Beam überproportional verringert.
D.h. rein grenzwerttechnisch (Anlagengrenzwert) ist nur 1 Beam zu betrachten, weil dann der Antennengewinn am höchsten ist.

Das mit den 64 *gleichzeitigen* Beams (welche die volle ERP aufweisen) ist Unsinn.
Mit 64 Antennen kann man keine 64 gleichzeitigen "Beams" auf einer Frequenz erzeugen, zumindest nicht, wenn die "Beams" einen nennenswerten Antennengewinn haben sollen. Bei 64 gleichzeitigen Beams läge der Antennen-Gewinn nur noch im unteren einstelligen dB-Bereich (entspräche dem "Gewinn" eines einzigen Dipols vor einem Reflektor)
Mehrere "scharfe" Beams (=mit voller ERP) sind nur möglich, wenn die Beams nacheinander (im Zeitmultiplex) erzeugt werden, aber dann reduziert sich die Leistungsflussdichte ebenfalls durch zeitliche Mittelwertbildung.
Alternativ können mehrere "Beams" auf verschiedene Frequenzen abgestrahlt werden, aber mit anteilig reduzierter ERP. Auch dann wird der Grenz(wert) Fall (=Maximaler Antennengewinn => maximale ERP) nur erreicht, wenn alle Beams auf allen Frequenzen auf denselben Punkt gelenkt werden, d.h. de factor nur noch ein Beam existiert.

Die Beams werden nicht durch Motoren gesteuert (diesen Blödsinn hat sich Herr Jakob selbst ausgedacht).Mechanische Stellelemente (selbst Piezo basierend) wären für Mobilkommunikation viel zu langsam.
Die Beam Steuerung erfolgt rein elektronisch durch ein Phasen-gesteuertes "Array"
=> siehe z.B. >hier< ..da gibt es sogar ein Animationsbeispiel.

Da sind genau NULL mechanische Stellelemente drin and und (auch hier irrt Herr Jakob) , 120° Schwenkbereich sind sehr wohl möglich. Das ist sogar exakt der Wert, der in dem Beispiel genannt wird.

Man kann mehrere scharfe Beams mit vollem Antennengewinn erzeugen, ABER dann nicht mit der vollen Leistungsflußdichte.

Hier kommen die Vorteile des OFDM zum tragen. Bei OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) besteht das Gesamtsignal aus einer Vielzahl schmalbandiger Einzelträger.
Dabei hat jeder von N Einzelträgern nur ein "N'tel" der zur Verfügung stehenden Gesamt-Leistung.
D.h. bei einem Sender mit 15 Watt Leistung pro Sektor und z.B. 500 OFDM Unterträgern, hat jeder einzelne Unterträger nur 0,03 Watt Leistung, bzw nach Antennengewinn ca 3 Watt ERP.
Wie schon gesagt, lassen sich mit einer phased Array Antenne mehrere scharfe Beams nicht auf derselben Frequenz erzeugen .
Da eine OFDM Aussendung aber aus mehreren hundert Einzelträgern besteht, kann man jeden Einzlträger als scharfen "Beam" in eine andere Richtungen lenken, wobei jedoch die Leistungsflussdichte jedes Einzel-trägers nur 1/N des Anlagen-Grenzwerts erreicht.

Das Problem dabei ist natürlich, dass ein einzelner Unterträger nur wenige Kilobit Daten transportieren kann..also genug für eine IOT-Anwendung, aber zu wenig um z.B. ein Gespräch zu führen, geschweige denn, ein Video zu Streamen.

Nun kann sich die Basisstation auch "entscheiden", mehrere Unterträger in die gleiche Richtung zum gleichen Nutzer zu lenken um den Datendurchsatz entsprechen der Anforderung zu erhöhen.
Dann steigt die Leistungsflussdichte in diese Richtung an und erreicht schliesslich ihr Maximum,wenn .....habt ihrs schon erraten ??
.... wenn sämtliche Unterträger des OFDM Signals auf das gleiche Ziel gelenkt werden...das heisst... wenn "de facto" nur noch ein "Beam" im Sektor existiert. Das definiert dann den Grenz (wert) Fall bei welcher die maximal mögliche Leistungsflussdichte erzielt wird.
Ergo, aus Sicht des Anlagen-Grenzwerts ist nur ein "Beam" zu betrachten, da sich die Leistungsflussdichte bei Verteilung auf mehrere Beams entsprechend reduziert...
.wass logisch ist, da sich bei Erzeugung mehrere Beams ja die zur Verfügung stehende Leistung auf eine größere Fläche verteilt.

Und um einem weiteren Irrtum um den Begriff "ERP" vorzubeugen, mit welchen Herr Jakob gerne seine Leser erschreckt:

Eine Basisstation mit z.B. 1500Watt ERP strahlt *nicht* 1500 Watt ab, sondern nur ca 15 Watt.
Die restlichen 1485 Watt sind ein "fiktiver" Wert, welcher angibt, wieviel mehr Leistung eine kugelförmig strahlende Antenne abstrahlen müsste , um (kugelförmig) in alle Richtungen (also auch zum Boden und in den Himmel) die gleiche Reichweite zu erzielen, wie sie in dem mit 15 WATT angestrahlten Sektor erreicht wird.
Das klingt kompliziert...warum erfindet man eine solche rein fiktive Zahl ?
Die Extrapolation auf kugelförmige Abstrahlung vereinfacht die Formeln zur Berechnung von Reichweiten und Anlagen-Grenzwerten, da man rechentechnisch nicht mehr mit komplizierten nichtlinearen Raumwinkel-Funktionen hantieren muss (= Lösung eines komplizierten Integrals ) , sondern mit der sehr viel einfacheren Kugel-förmigen Ausbreitung rechnen kann (1/(4*Pi*r²)) => keine Integrale und keine trigonometrischen Funktionen müssen mehr gelöst werden.....deshalb die Hochrechnung der Leistung auf kugelförmige Abstrahlung. Das komplizierte Integral hat der Antennen Hersteller dabei vorab bestimmt und mundgerecht in den so genannten "Antennengewinn" verpackt, damit Otto-Normal Ingenieur sich nicht damit herumplagen muss. Dafür nimmt der Ingenieur dann gerne in Kauf, dass die 1500 Watt nur eine "Fiktion" sind.
Leider gibt es Zeigenossen, die mit diesen hoch anmutenden "Leistungen", welche nur als Rechenhilfe gedacht sind, gerne Laien erschrecken, indem sie diese als real vorhandene Leistung verkaufen.

K