Grundlagen der Funkkommunikation

Was ist Funkkommunikation?

Funkkommunikation erfolgt über Radiowellen, die elektrische Signale (Sprache, Daten, Video) transportieren können. Die Frequenz ist ein entscheidender Faktor für Funksysteme.

Funksysteme und -dienste

• Funksysteme: Übertragung (Tx) und Empfang (Rx) elektrischer Signale.
• Funkdienste:
  • Festpunktdienst: Kommunikation zwischen festen Stationen.
  • Mobildienst: Kommunikation zwischen mobilen Stationen.
• Kanal: Medium für die Ausbreitung von Radio- und Fernsehsignalen.

Betriebsarten

• Einfache Methode (Simplex): Einweg-Übertragung (Tx).
• Duplex:
  • Vollduplex: Gleichzeitige Übertragung (Tx) in beide Richtungen.
  • Halbduplex: Gleichzeitige Übertragung (Tx) in eine Richtung, aber zu unterschiedlichen Zeiten.

Parameter der Funkkommunikation

• Erforderliche Bandbreite
• Sendertyp (Broadcast)
• Sendeleistung
• Polarisationsart
• Belegte Bandbreite
• Unterschiede in der Frequenz unerwünschter Emissionen

Senderbezeichnung (Tx)

Alphanumerische Klassifizierung von Emissionen:

• Modulationsart
• Art des modulierten Signals
• Zusätzliche Merkmale
• Informationstyp
• Multiplexeigenschaften

Physikalische Phänomene bei der Funkwellenausbreitung

• Reflexion
• Brechung
• Beugung
• Dispersion
• Absorption

Empfängerparameter (Rx)

• Feldstärke (ultrahell, brauchbar)
• Rauschabstand
• HF-Schutz
• Betriebsparameter (Versorgungsbereich)

Sender- und Empfängerschaltungen (Tx/Rx)

• Sender (Tx): Leistungsmodell, Schaltung, Antennenkopplung.
• Empfänger (Rx): Antennenschaltung, Antennenkopplung.

Störungen und Rauschen

• Natürliches Rauschen: Internes und externes Rauschen.
• Künstliches Rauschen
• Interferenzen:
  • Gleichkanalinterferenz
  • Nachbarkanalinterferenz
• Begrenzte Systeme:
  • Leistungsbegrenzte Systeme
  • Interferenzbegrenzte Systeme

Funkwellenausbreitung

• Abhängig von OEM (Original Equipment Manufacturer).
• Beeinflusst durch geografische und topografische Hindernisse.
• Anisotrope elektromagnetische Eigenschaften, frequenzabhängig.
• Für kurze Strecken wird die Erdkrümmung vernachlässigt.

Formen der Wellenausbreitung

• Direkte Welle
• Troposphärische Welle
• Ionosphärische Welle
• Oberflächenwelle

Beugung

Abhängig von der Form der Hinderniskanten (scharf, rund).

Dämpfung

• Vegetation: Relevant für Frequenzen ab 3 MHz. Ab 30 dB Verlust wird Beugung angenommen.
• Gase und Dämpfe: O₂ und H₂O absorbieren elektromagnetische Energie.
• Regen: Absorption durch Regen und Hagel, relevant ab 6 MHz.
• Signalschwund (Fading): Verminderung der Empfangsleistung.
  • Arten von Fading: Flaches Fading, selektives Fading, Mehrwege-Fading.

Ausbreitung in der Ionosphäre

Frequenzbereich: 1,5 - 30 MHz. Schichten (D, E, F) variieren mit der Tageszeit.

Terrestrische Funkstrecke

Verbindung zwischen zentralen Stationen.

• Abhängig von der Art: Analog oder Digital (Modulation: QPSK, QAM; Hierarchie von 2 Mbit/s).
• Abhängig von der Kapazität:
  • Geringe Kapazität: 2 Mbit/s (32 Kanäle analog).
  • Mittlere Kapazität: 8 Mbit/s (240 Kanäle analog).
  • Hohe Kapazität: 34 Mbit/s und höher (300-2700 Kanäle analog).

Vor- und Nachteile von Funkstrecken

• Vorteile: Geringere Kosten, schnelle Installation.
• Nachteile: Eingeschränkter Betrieb.

Allgemeine Struktur einer Funkstrecke

• Geräte
• Reserveelemente
• Überwachungssysteme
• Frequenzpläne (2-Frequenzen- und 4-Frequenzen-Pläne)

Überlegungen zu Frequenzplänen

• Anzahl der Funkverbindungen
• Frequenzband
• Trennung zwischen Frequenzen
• Polarisation
• Bandbreite

Mehrwege-Fading (Multipath Fading)

• Analog: Rauschen, Intermodulation.
• Digital: Intersymbolinterferenz, Störungen bei der Trägerrückgewinnung und der Taktrückgewinnung.