Mobilfunknetze

Trotz überfüllter HF-Spektren Interferenzen vermeiden

| Autor / Redakteur: Eder Eiras und Mathias Hofer * / Hendrik Härter

Gegenseitige Störung: Eine Interferenz ist sehr oft das Ergebnis einer Eigenstörung innerhalb eines Funknetzes.
Gegenseitige Störung: Eine Interferenz ist sehr oft das Ergebnis einer Eigenstörung innerhalb eines Funknetzes. (Foto: Erich Westendarp / pixelio.de)

Eine Interferenz ist eher ein Sammelbegriff der beschreibt, welche typischen Phänomene in der Funktkommunikation auftreten. Wie lassen sich in einem überfüllten HF-Spektrum Interferenzen vermeiden?

In den vergangenen Jahren sind die Mobilfunkdienste stark gewachsen. Damit einhergehend wurden Interferenzstörungen zu einem ständigen Problem für Mobilfunknetzbetreiber und Rundfunkanstalten. Der Begriff Interferenz beschreibt eine Vielzahl von Phänomenen, die das Senden und Empfangen von Kommunikationssignalen stören oder gar blockieren. Mit der Interferenz lassen sich weder Probleme lokalisieren oder beheben, noch lassen sich Geräte entwickeln, um die Interferenzstörungen zu minimieren oder zu vermeiden.

Interferenzprobleme in europäischen Mobilfunknetzen waren zum Teil das unbeabsichtigte Resultat staatlicher Beschränkungen. Umweltgesetze haben dazu geführt, dass neue Standorte für Basisstationen nur begrenzt zur Verfügung stehen. Um die Netzwerkkapazität zu erhöhen, mussten Serviceprovider die Dichte der Antennen auf vorhandenen Funkmasten erhöhen mit allen bekannten Folgen.

Oft ist jedoch Interferenz das Ergebnis einer Eigenstörung innerhalb eines Funknetzes. Das kann eine Gleichkanalinterferenz (CCI) sein, die in GSM-Netzen und in FDD-LTE-Netzen auftritt. Normalerweise ordnen die Netzbetreiber benachbarten Funkzellen unterschiedliche Frequenzbänder bzw. Kanäle zu. Das sind 200 kHz für GSM und bis zu 20 MHz für LTE.

Bei dem Planverfahren soll sichergestellt werden, dass Signale von zwei Funkzellen, welche die gleiche Frequenz nutzen, nicht auch dieselbe Zelle versorgen. Bei der Planung berücksichtigen Netzbetreiber die Geografie des Ortes, an dem sich die Funkzelle befindet. So können Übertragungen von einer auf einem Hügel befindlichen Basisstation weiter abstrahlen, als solche von einer in einem Tal errichteten Basisstation.

Das Problem mit der Gleichkanalinterferenz

Eine Gleichkanalinterferenz tritt auf, wenn eine Basisstation weiter abstrahlt, als das vom Netzplaner errechnet wurde. Dies kann mitunter bei bestimmten Witterungsverhältnissen vorkommen: So breiten sich elektromagnetische Wellen bei Feuchtigkeit anders aus als bei trockener Luft. Regentropfen oder Nebel haben dabei dämpfende Eigenschaften. Durch die Ausbildung künstlicher Wellenleiter (Duc-Bildung) kann jedoch die Reichweite erheblich beeinflusst werden (Überreichweite). Daher können Übertragungen die Reichweite eines anderen, weiter entfernten Funkzellenstandortes erreichen, dem die gleiche Frequenz zugewiesen wurde (Bild 1).

Gleichkanalinterferenz als Ursache für Netzprobleme kann aufgedeckt werden, indem man die Merkmale von Netzstörungsereignissen mit der Wetterlage in Beziehung setzt, außerdem durch den Einsatz eines Messgeräts mit Funkpeilung. Im Interference Hunter MA2700A von Anritsu ist ein GPS-Ortungsgerät und ein elektronischer Kompass verbaut. Wird das Gerät an einen Spektrumanalysator von Anritsu und eine Richtantenne angeschlossen, lässt sich jedes Störsignal mit Hilfe der Triangulation lokalisieren.

Passive Intermodulation wird in nichtlinearen Übertragungsgliedern beim Anlegen zweier oder mehrerer Frequenzen generiert. Ein nichtlineares Bauteil ist dadurch charakterisiert, dass beim Anlegen eines zumeist starken Signals (Großsignalbetrieb) Strom und Spannung nicht mehr proportional sind. Als Intermodulationsprodukte entstehen dabei zusätzliche Frequenzanteile, die im günstigen Fall im eigenen Uplink-Band liegen, jedoch häufig in den Bändern anderer Netzbetreiber.

Die hierdurch auftretenden Störungen beeinflussen wesentlich die Site-Performance im Hinblick auf Dropped-Call-Rate und damit die ARPU. In nachrichten- oder messtechnischen Systemen können sich diese Mischfrequenzen störend bemerkbar machen, wenn mehrere Trägerfrequenzen hoher Intensität denselben Übertragungsweg wie die schwachen Empfangssignale haben. Intermodulation an passiven Komponenten entsteht durch geringste Nichtlinearitäten an leitenden Teilen.

PIM- (Passive Intermodulation-)kritisch sind daher Elemente wie:

  • Steckverbinder,
  • Kabel,
  • Filter, Combiner, Splitter, Tapper,
  • Antennen,
  • Objekte außerhalb eines Außengelegenen-Antennensystems (Dachbleche, Rost oder Klimaanlagen)
  • Objekte außerhalb eines Innengelegenen-DAS (Distributed Antenna System) wie bei abgehängte Decken und ihren Metallstrukturen

Die PIM-Frequenzen sind vorhersagbar. Hat man zwei Signale mit den Frequenzen F1 und F2, findet man die Intermodulationsprodukte dritter, fünfter und siebter Ordnung gleichmäßig verteilt oberhalb und unterhalb der beiden Signale (Bild 2). Wenn eine Basisstation zwei Signale auf 925 MHz und 960 MHz sendet, was die äußersten Enden des EGSM-Bands sind, findet man die Intermodulationsprodukte auf 890, 855 und 820 MHz. Das Problem ist, dass das 890-MHz-Intermodulationssignal in der Mitte des EGSM-Empfangsbandes bei 880 bis 915 MHz liegt, weshalb das Intermodulationsprodukt die gewünschten Eingangssignale überlagert, die die Basisstation zu empfangen versucht.

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