Codeselektive Messung von RS im Vergleich zu P-SS bzw. S-SS

Die codeselektive Messtechnik ermöglicht es grundsätzlich, entweder über die Messung der RS-Signale oder über die Synchronisationssignale (P-SS bzw. S-SS) auf die Immission bei maximaler Anlagenauslastung zu extrapolieren. Für beide Signalarten kann vom Betreiber die aktuell eingestellte Leistung pro Resource Element angegeben werden. Lässt man die in Abschnitt 2.4.2 festgestellten systemtechnikbedingten Unterschiede zwischen der codeselek-tiven Messung von Synchronisations- und RS-Signalen außer Acht (sie treten ja offensicht-lich auch nicht bei allen Herstellern auf), so erscheint es auf den ersten Blick gleichwertig, ob man als Basis für die Hochrechnung auf die Immission bei maximaler Sendeleistung die Feldstärke, verursacht durch die Synchronisationssignale oder die Feldstärke durch die RS-Signale heranzieht.

Werden die LTE-Signale nur über eine Antenne in die Funkzelle abgestrahlt, sind beide Verfahren in der Tat grundsätzlich als gleichwertig anzusehen. Allerdings ermöglicht eine Messung der RS-Signale besonders stabile Resultate, da hier die Leistung der spektral verteilten RS-Symbole auch über die volle Signalbandbreite gemessen und gemittelt werden kann. Die Synchronisationssignale befinden sich hingegen unabhängig von der eingestellten Signalbandbreite immer im Bereich des zentralen Megahertz des Signalspektrums. Eine Genauigkeitssteigerung durch größere Messbandbreite ist bei Messung der Synchronisati-onssignale ausgeschlossen.

Um einen Eindruck über die durch eine größere Messbandbreite zu erzielende Genauig-keitssteigerung zu erhalten, wurde an einem Messpunkt (Balkon eines Wohnhauses, von dem aus eine direkte Sichtverbindung zu einem LTE-800-Standort besteht), jeweils dreimal hintereinander der Maximalwert der RS-Signale gemessen, wobei bei den ersten 3 Messun-gen eine Messbandbreite von 1,08 MHz (Kanalbandbreite = 1,4 MHz) und bei den folMessun-genden 3 Messungen eine Messbandbreite von 9 MHz (Kanalbandbreite: 10 MHz) am Gerät einge-stellt wurde. Als Messgerät wurde das SRM-3006 mit einer auf einem Stativ montierten

Isotropantenne eingesetzt. Die Ergebnisse der Messungen sind in den folgenden beiden Tabellen wiedergegeben.

Messung Nr.

RS 0 [dBµV/m]

RS 1 [dBµV/m]

Leistungsmittelwert aus RS 0 und RS 1 [dBµV/m]

1 63,0 55,8 60,5

2 62,6 54,7 60,0

3 62,9 55,0 60,4

Tabelle 2.14: Codeselektive Messung der RS-Signale einer LTE-Basisstation mit eingestellter Kanalbandbreite von 1,4 MHz (schmalbandige Messung)

Messung Nr.

RS 0 [dBµV/m]

RS 1 [dBµV/m]

Leistungsmittelwert aus RS 0 und RS 1 [dBµV/m]

1 62,5 55,2 60,1

2 62,4 55,1 60,1

3 62,4 55,0 60,1

Tabelle 2.15: Codeselektive Messung der RS-Signale einer LTE-Basisstation mit eingestellter Kanalbandbreite von 10 MHz (breitbandige Messung)

Die größere Messbandbreite liefert in der Tat sehr stabile Resultate, allerdings ist die Schwankungsbreite der schmalbandigen Messung mit 0,5 dB ebenfalls als sehr gering anzusehen. Zudem muss an dieser Stelle angemerkt werden, dass eine breitbandige Mes-sung der RS-Signale nur mit unbewegter Antenne erfolgen kann (d.h. MesMes-sung an einem festen Punkt), da bei dieser Geräteeinstellung die Zeit für einen Dekodierdurchlauf mehrere Sekunden beträgt. Die Anwendung der Schwenkmethode ist mit der breitbandigen Messung aufgrund dieser großen Messzeit nicht möglich, hier kann nur die schmalbandige Messung verwendet werden.

Bezüglich der Absolutwerte liefern beide Messbandbreiten nahezu identische Mittelwerte.

Eine weitere interessante Erkenntnis aus den Tabellen 2.14 und 2.15 ist die Tatsache, dass die Feldstärkewerte der beiden MIMO-Kanäle am Messpunkt nicht unbedingt gleich groß ausfallen müssen, obwohl derzeit die beiden Kanäle von den Betreibern (in etwa) mit glei-cher Leistung gespeist werden und die Abstrahlung über die beiden orthogonalen Dipolgrup-pen gängiger kreuzpolarisierter (X-Pol-) Mobilfunksektorantennen - also vom gleichen Ort aus - erfolgt. Für diese - teilweise recht deutlichen - Pegelunterschiede sind die folgenden beiden Tatsachen verantwortlich:

• Der Übertragungskanal verhält sich für die beiden Signale nicht gleich (genau diese Tatsache macht man sich bei der MIMO-Technik für die Vergrößerung des mittleren Da-tendurchsatzes zu Nutzen). Somit ist es nicht verwunderlich, dass sich bei der Messung der Feldstärkewerte an einem festen Punkt (wie in Tabelle 2.14 und 2.15 dargestellt) un-ter Umständen deutlich unun-terschiedliche Pegel für die beiden RS-Signale ergeben.

• Allerdings stellt man Pegelunterschiede zwischen den beiden Kanälen auch bei Messung in einem größeren Volumen mit der Schwenkmethode fest. Dies liegt daran, dass der An-tennengewinn für die beiden abgestrahlten Polarisationen (+45° bzw. -45°) nicht in allen Richtungen von der Sendeantenne aus gesehen gleich groß ist. Diese Tatsache ist in Bild 2.11 verdeutlicht. Direkt vor der Antenne sind beide Dipolfelder gleichwertig, beide RS-Signale werden am Messpunkt in etwa den gleichen Pegel besitzen. Schräg unter-halb der Antenne, beispielsweise in Richtung des roten Pfeils in Bild 2.11 befindet man sich senkrecht zur Achse der +45°-Dipole und in Achsrichtung der -45°-Dipole. Da Dipole in Richtung ihrer eigenen Achse ein Strahlungsminimum besitzen, senkrecht zu ihrer Achse jedoch ein Maximum, wird in der rot eingezeichneten Richtung eines der beiden RS-Signale schwächer ausgeprägt sein als das andere. In Richtung des grünen Pfeils ist die Situation genau umgekehrt.

Die in Abschnitt 2.4.2 bereits vorgestellte Messung wurde auch bezüglich der hier diskutier-ten Unterschiede von RS 0 und RS 1 ausgewertet. Es ergab sich dabei das in Tabelle 2.16 dokumentierte Ergebnis.

Bild 2.11: Prinzipieller Aufbau einer kreuzpolarisierten Mobilfunksektorantenne

Signale Maximal [dB]

Minimal [dB]

Mittelwert [dB]

Standardabweichung [dB]

Pegelunterschied zwischen RS 0 und RS 1

-4,4 / +4,2 +0,1 -0,2 1,93

Pegelunterschied zwischen P-SS und S-SS

-1,7 / +2,2 0 +0,01 0,85

Tabelle 2.16: Differenz zwischen RS 0 und RS 1 bzw. zwischen P-SS und S-SS in dB für die in Abschnitt 2.4.2 dokumentierten Messpunkte

Der Pegelunterschied zwischen RS 0 und RS 1 ist stärker ausgeprägt, als der zwischen P-SS und S-P-SS, die - im Unterschied zu den RS-Signalen - zeitlich nacheinander über die gleiche Antennenpolarisation abgestrahlt werden. Aufgrund der nahezu gleichen absoluten Abweichung der Differenzen zwischen RS 0 und RS 1 in beide Richtungen kann der Pegel-unterschied auch nicht allein auf einen PegelPegel-unterschied der Senderausgangssignale in den beiden MIMO-Kanälen zurückgeführt werden. Die größten Pegelunterschiede zwischen den beiden RS-Signalen fanden sich regelmäßig an den Messpunkten nah am Mast schräg unter den Antennen (MP 2-7; siehe Bild 2.6).

Die hier vorgestellten Ergebnisse legen es nahe, bei MIMO-Abstrahlung nicht nur ein RS-Signal zu erfassen, wie es beispielsweise in [METAS 12] vorgeschlagen wird, da dies zu einer Unterbewertung der Immission führen kann. Will man eine Worst-Case-Bewertung sicherstellen, sollten immer alle vorhandenen RS-Signale gemessen werden, was mit den aktuell verfügbaren Messsystemen einfach möglich ist und auch nicht mehr Messzeit benö-tigt.

LTE-Anlagen bieten im Übrigen auch die Möglichkeit, bei geringer Auslastung softwarege-steuert zeitweise einen der beiden MIMO-Kanäle abzuschalten und in den einkanaligen Betrieb zu wechseln, was aufgrund des geringeren Leistungsverbrauchs zu nicht unerhebli-chen Energiekosteneinsparungen beim Betreiber führen kann. Derzeit ist nach unserem Wissensstand eine derartige Option in Deutschland noch nicht realisiert, jedoch wurde uns von dem Vertreter eines deutschen Netzbetreibers diese Option bereits für die Zukunft in Aussicht gestellt. Bei abgeschaltetem zweitem Kanal kann es ebenso zu einer Fehlbewer-tung der Immission kommen, wenn man in diesem Fall nur den vorhandenen Kanal misst und den fehlenden zweiten Kanal pauschal durch einen Faktor (3 dB) berücksichtigt. Wie oben erläutert, kann der zweite Kanal am Messpunkt eine signifikant größere Immission erzeugen, als der derzeit aktive Kanal.