Jedes Funksignal hat eine Ausbreitung des Funkfeldes mit grundlegenden Größen. Größe und Form werden durch die Antennenhöhe und der umliegenden Bebauung bestimmt. So macht jeder Funksender ein sattes Feld mit mehr als reichlich Feldstärke in der Nähe – dem Nahfeld. Interessant hingegen ist der Rand des Funkfeldes. Schaut man bei einer durchschnittlichen Feststation im 2m Band auf diesen Randbereich, etwa 10-15km entfernt, kommt es zu diesem Effekt:
Mehrere Funklöcher in denen die Feldstärke weit unter 1µV/m absinkt. Der Effekt an diesen Stellen ist der selbe den man vom Autoradio kennt wenn der Sender plötzlich an der Ampel im Rauschen verschwindet. Rollt man ein paar cm weiter reicht es um den Sender wieder zu empfangen.
Bei großen Funknetzen mit mehreren Feststationen / Relaisfunkstellen würden in diesem Bereich die mobilen Funkgeräte umschalten auf eine benachbarte Feststation. Bei einfachen Netzen mit nur einer Fest- oder Relaisstation hat man diese feinen Funklöcher. In den vergangenen Jahrzehnten haben sich viele Betriebsfunknutzer damit abfinden müssen. Doch diese Zeiten sind vorbei!
Spezielle Techniken die diesen Effekt abmildern oder auslöschen gibt es schon lange. Allerdings waren das lange sehr spezielle Lösungen welche nicht in Serie produziert und somit nicht einfach realisierbar waren. Und genau das hat sich geändert!
In dem System-Repeater SLR5500 welcher primär für mehrkanalige Trunkingnetze designt wurde, haben die Entwickler von Motorola Solutions diese Verfahren in einem Seriengerät erstmals verfügbar gemacht.
Drei bekannte Systeme gibt es, und die SLR5500 kann sie alle:
Real Diversity nur Empfang:
Die Feststation nutzt zum senden immer die möglichst optimal positionierte Hauptantenne. Zum Empfang der mobilen Funkgeräte aber werden mehrere räumlich verteilte Antennen mit eigenen SLR5500 als „Satellitenempfänger“ genutzt. Dabei geht es nicht um Satelliten, vielmehr ist der Begriff „Satellitenempfänger“ bei der SLR5500 als Nebenempfänger zu verstehen die mit der Hauptstation sowie anderen Nebenempfängern virtuell zu einer Real-Diversity-Funkanlage verknüpft werden. Die Stationsantennen müssen dabei nicht wirklich weit auseinander liegen. Sie können alle auf dem selben Gebäude montiert sein. Ein gegenseitiger Abstand von 3-4m reicht schon, je nach Gebäudestruktur beispielsweise die Hauptantenne mittig, und 2 oder 4 SLR5500 als Satellitenempfänger an den gegenüberliegenden Gebäudekanten. An den Funklöchern im Beispiel oben macht diese Variante gar nichts. Allerdings an dem umgekehrten Effekt der bei Funkfeldern von Fahrzeug- und Handfunkgeräten auftritt und deutlich intensiver ist als bei Feststationen. Real Diversity ist hierbei quasi die Ermächtigung genau das zu machen was wir von dem Ampel-Effekt beim UKW-Radio kennen. Nur das die Feststation eben nicht durch die Gegend fährt, sondern einfach das jeweils beste Empfangssignal zwischen den unterschiedlich positionierten Antennen sucht. Real Diversity auf Basis SLR5500 ist somit beispielsweise eine Lösung für Funknetze in Innenstädten wo ausschließlich oder überwiegend Handfunkgeräte, beispielsweise für Ordnungsbehörden, Sicherheitsdienste oder auch Fahrradkuriere zuverlässig empfangen werden müssen.
Polarisations-Diversity nur Empfang
Verwendet man für einen Diversity- Satellitenempfänger einen horizontal polarisierten Rundstrahler, können auch mobile Stationen empfangen werden welche aufgrund mehrfacher Reflektionen eher horizontal statt vertikal polarisiert an der Zentrale ankommen. Ganz besonders ist diese Variante für Funknetze zu empfehlen, wo mehrere Handfunkgeräte in dicht bebauten Großstädten sauber empfangen werden müssen.
Gleichwellennetz – Diversity an verschiedenen Standorten
Eine weitere Spezialtechnik welche nicht nur den Empfang mobiler Geräte dramatisch verbessert, sondern auch die statischen Funklöcher der Feststation wie im Beispiel oben angeht ist die Gleichwellentechnik. Die Gleichwellentechnik besteht aus mindestens zwei oder mehreren räumlich getrennten Feststation welche zu einer großen Virtuellen Feststation zusammen geschaltet sind. Gleichwellennetze sind dabei sehr Frequenzökonomisch da das ganze Funknetz durchweg die selbe Funkfrequenz benutzt. Solche Funklöcher wie im oben genannten Beispiel gibt es auch bei Gleichwellennetzen, allerdings in anderer Form. Viel weniger wirklich tote Funklöcher, sonder eher „Schwachstellen“ wo der Empfang nicht komplett abreißt, sondern dank der robusten Modulation zusammen mit der FEC des DMR-Systems weiterhin Empfang möglich bleibt. Weiterhin sind diese Schwachstellen im Funkfeld nicht mehr statisch, sondern sie wandern und ändern über die Zeit ständig ihre Größe und Form. Unter dem Strich erhöht ein Gleichwellensystem die sogenannte Zeit/Ort-Wahrscheinlichkeit dramatisch. Gleichwellennetze wären daher ebenso die ideale Lösung für Funknetze auf Basis von Handfunkgeräten in einer Innenstadt oder Fahrzeuge in einem weitläufigem Gelände.
Roamingnetze – Frequenz-/Ort-Diversity
Roamingnetze sind die bislang häufigsten Formen von Großnetzen und sind im Digitalfunk nach DMR oder pDMR identisch zu Roamingnetzen in den letzten Jahrzehnten des analogen Betriebsfunkes.
Schon seit Ewigkeiten gibt es bei Funknutzern den Wunsch nach einer Reichweite die eine ganze Stadt mit weitläufigem Umland oder sogar ganze Wirtschaftsregionen wie das Ruhrgebiet abdeckt. Physikalisch ist es aber nur mit erheblichem Aufwand bei der Feststation möglich den erlaubten Grenzwert von 16km Radius zu erreichen. Daher werden solche Großnetze mit mehreren Feststationen abgedeckt. Im 2m Band liegt der ideale Abstand zwischen zwei Feststationen im Bereich 20-25km. Zweck von Roamingnetzen ist das am Rande des einen Funkfeldes inklusive seiner vielen kleinen Funklöcher von der nächsten Feststation abgedeckt werden. Die mobilen Funkgeräte in Ihrem Betriebsfunknetz wählen dann aus einer Kanalliste verfügbarer Feststationen das zur Zeit und am jeweiligen Ort stärkste Feststationssignal aus und schalten automatisch den Kanal korrekt um. Aus frequenzökonomischer Sicht ist Roaming ungünstig, da jede Feststation ihre eigene Funkfrequenz braucht. Genau aus diesem Grunde muss während einer Funknetzplanung und im Austausch mit der Bundesnetzagentur abgewogen werden ob in dem gewünschten Funkgebiet ein Roamingnetz mit 3-15 unterschiedlichen Kanälen oder eher ein Gleichwellennetz wo nur ein Kanal gebraucht wird, sinnvoller erscheint.
Vernetzung von Standorten
Wann immer ein Funknetz aus mehreren Feststationen gebildet wird, egal ob bei einfachen Roamingnetzen oder bei Gleichwellennetzen, spielt die Vernetzung eine Rolle. Konkret müssen alle Feststationen zeitgleich die Durchsage des Disponenten aussenden, und ebenso müssen die mobilen Funkstellen die an verschiedenen Standorten empfangen werden auch zum Disponenten in der Zentrale übertragen werden. In der Vergangenheit wurden zur Vernetzung solcher Standorte Telefon-Standleitungen verwendet. Die Telekom sowie deren Vorgänger Deutsche Post bot entsprechende Telefon-Standleitungen an und verlangte dafür saftige Gebühren. Heute nutzt man deutlich günstigere Methoden der Vernetzung auf IP-Basis. Selbst analoge Funknetze werden seit Jahren über IP-Netze verbunden.
Das Funktronic FT636B IP-Interface ist der Standard um analoge Funkgeräte, egal ob eine einzelne abgesetzte Feststation oder ganze Großnetze nach dem Roamingsystem über IP-Netze zu verbinden. Im Digitalfunkbereich wie DMR und pDMR bzw. MOTOTRBO und NXDN haben die Repeater bereits RJ45 Netzwerkports und brauchen kein weiteres Zubehör wie die FT636B für die Kompatibilität mit IP-Netzwerken.
Vernetzung über Internet
Am Einfachsten und günstigstem vernetzt man Feststationen heute über das Internet. Dazu braucht es nur DSL-Anschlüsse an allen Stationsstandorten und einem einfachen DSL-Router. Aus Gründen der Cybersicherheit wären DSL-Router sinnvoll welche sich via VPN-Tunnel verbinden können, beispielsweise Fritz-Boxen von AVM. Diese Methode ist günstig, weil die Betriebskosten lediglich durch die Grundgebühren der lokalen DSL-Anbieter bestimmt werden. Jedoch ist diese Vernetzung über das Internet nicht für jeden Funkanwender geeignet. Eben weil die regionale Verfügbarkeit funktionsfähiger Internetdienste (hier DNS und TCPIP) nicht Katastrophenfest ist. Der Ausfall eines Internet-Knotenpunktes wie er gar nicht mal so selten passiert, würde Ihr Funknetz massiv stören.
Vernetzung über Richtfunk
Absolut unabhängig von der lokalen Internet-Verfügbarkeit und abgekoppelt von allen denkbaren Cybergefahren bietet Richtfunk eine eigene, isolierte IP-Vernetzung. Wir arbeiten mit professionellen ODU’s vom Marktführer NEC in den Richtfunkbändern 6,2GHz bis 42GHz. Zur Vernetzung von DMR-Standorten und den entsprechenden Funkfeldlängen im Bereich 15-30km liegen die optimalen Richtfunkbänder zwischen 6,2-13GHz. Hauptbedingung ist das die Funkstationen eine ungehinderte Sichtverbindung untereinander haben. Gerade bei Großnetzen ist diese Bedingung fast durchweg erfüllt. Denn bei Großnetzen werden ausschließlich Standorte mit entsprechender Höhe, beispielsweise auf Dächern von Hochhäusern genutzt. Eine direkte Sichtverbindung wahlweise zur ca. 20km entfernten Nachbarstation oder mindestens einer beliebigen anderen Station des Betriebsfunknetzes ist bei solchen Standorten eher der Normalfall.
Vereinfachte Vernetzung
Nur der Vollständigkeit halber erwähnenswert, vor allem weil gelegentlich solche Kundenanfragen bei uns einlaufen. In den letzten 30 Jahren wurde in manchen analogen Großnetzen eine weitere Art der Vernetzung genutzt, welche aber nur mit massiver Nutzung verschiedener Subaudiosignalisierungen (CTCSS und DCS) beherrschbar war. Nämlich die Vernetzung mit Hilfe der einzelnen Betriebsfunkfrequenzen. Hierfür wurden Feststationen / Relaisfunkstellen mit zusätzlichen Empfängern ausgestattet deren Richtantennen die Aussendungen benachbarter Feststationen empfingen. Dieses Konzept ist heute auch noch möglich, aber ausschließlich für reine analog-Großnetze. Im Umfeld von DMR/pDMR bzw. MOTOTRBO oder NXDN ist diese Variante obsolet.
DMR-Richftunk auf Betriebsfunkfrequenzen
Diese steile Idee hat irgend einen obskuren und unbekannten Ursprung. Gelegentlich erreichen uns Kundenanfragen die dieses thematisieren, und in mindestens einem Fall fand dieses Thema sogar in das Leistungsverzeichnis einer voreiligen kommunalen Ausschreibung. Es geht dabei um die Idee DMR-Relaisstandorte zu vernetzen mit zwei zusätzlichen SLR5500 die einen DMR-Duplexkanal über Richtantennen zwischen den Standorten nutzen. Innerhalb der umfangreichen MOTOTRBO-Systembeschreibung ist solch eine Nutzung hingegen nicht mal erwähnt. Ob die SLR5500 solch einen versteckten Modus bietet kann niemand bestätigen. Aber auch ein Blick in die gesetzlichen Regelungen und der aktuellen Gebührenverordnung, ersatzweise auch ein Telefonat mit der Bundesnetzagentur zeigt schnell das diese Idee abwegig ist. So gibt es nur eine handvoll Kanäle bundesweit bei 410/420MHz wo solch eine Verwendung statthaft wäre. Die regionale Verfügbarkeit eines solchen Kanals kann vielerorts in Deutschland nicht mehr garantiert werden. Dem entsprechend hoch sind auch die Gebühren für diesen Schmalband-Richtfunk bei 410/420MHz.
Real Diversity RX & TX am selben Standort
Während oben zum Empfang mehrere Antennen aber immer die selbe Sendeantenne verwendet wurde, gibt es auch ein Diversity-System welches auch die Sendeantenne wählen kann. Leider ist das aber eine Variante welche die SLR5500 nicht bietet und auch anderweitig nicht als Serienprodukt verfügbar ist. Im Kern geht es darum das die Empfangsantenne welche ein Fahrzeug optimal empfangen hat, auch für das Senden der Zentrale benutzt wird. Hierzu braucht es einen speziellen Controller welcher einerseits die Empfangssignale bewertet, die Fähigkeit hat Gespräche zwischen Zentrale und diskreten Mobilgeräten erkennen, und dazu passend die optimale Sendeantenne durchschaltet. Sollte diese Sonderlösung für Sie interessant sein können wir Ihnen solch einen Diversity-Controller entwerfen.
