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6-2016

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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Messtechnik Das Mobile

Messtechnik Das Mobile Interference Hunting System Teil 1: Verfahren zur Geoortung von Störungen oder Sendern im Allgemeinen Elektrosmog kann zu Funktionsstörungen bei HF-Endgeräten führen. Um die Auswirkungen einer solchen Kommunikationsstörung möglichst gering zu halten, ist es vorteilhaft, die Störquelle und deren Position schnell zu finden und zu bestimmen. Ferdinand Gerhardes, Anritsu Deutschland www.anritsu.com Bild 1: AOA, basierend auf Funkpeilung (DF). Der Schnittpunkt der DF-Strahlen liefert den potentiellen Standort der Signalquelle Beim Mobile Interference Hunter (MIH) MX280007A von Anritsu handelt es sich um ein Softwarepaket, das auf Laptops oder Tablets mit Windows- Betriebssystem lauffähig ist. Der MIH arbeitet mit allen Anritsu Handheld Spektrumanalysatoren und benötigt eine Empfangs- und GPS-Antenne. Nachfolgend werden verschiedene Anwendungsgebiete für eine funkbasierte Geoortung kurz dargestellt. Der „Power Difference on Arrival- Algorithmus“ in der Software des MX280007A sowie dessen Anwendung zum Aufspüren von Störquellen wird im Folgenden ebenso vorgestellt. Dieser Artikel ist Teil 1 einer mehrteiligen Artikelserie über das „Interference Hunting und Spectrum Monitoring“ Produktportfolio von Anritsu. Wie sich HF-Interferenz auf das Unternehmen auswirkt HF-Interferenzen sind eine der wichtigsten Ursachen für ein schlecht funktionierendes, auf Hochfrequenz basierendes, Kommunikationsnetzwerk. Einhergehend damit ist eine schlechte Netzperformance eine der häufigsten Ursachen für Kundenunzufriedenheit. Leider wird dieses Problem in absehbarer Zeit nicht einfach und allgemein zu beheben sein, auch nicht mit der Einführung von 4G/LTE-Netzen. Je mehr Kunden moderne Datendienste, wie zum Beispiel das Browsen im Internet, mobiles Videostreaming etc., nutzen, umso höher sind ihre Erwartungen in punkto Qualität und Zuverlässigkeit und um so wahrscheinlicher sind Interferenzstörungen. Nach Einschätzung von Frost & Sullivan Research generiert der durchschnittliche Smartphone-Kunde über einen Zeitraum von 24 Monaten hinweg im laufenden Geschäftsbetrieb einen Umsatz von 2000 Dollar. Zweifellos kann der Verlust im Bereich der Umsatzerlöse (ganz zu schweigen von den Kosten für die Kundenakquise) sich zu erheblichen finanziellen Verlusten für den Mobilfunkbetreiber aufsummieren. Dazu kommt eine starke Kundenabwanderung von mehreren Prozent pro Monat. Die Gewinnung neuer Kunden ist kostenaufwendig und mit hohen Marketingkosten verbunden. Vor dem Hintergrund dieser Situation können Funkstörungen in Ihrem eigenen Frequenzband ein Katalysator für die Probleme sein, die in diesem Beitrag erörtert werden. Der Begriff „Funkfrequenzstörung“ bezieht sich auf Situationen, in denen das Vorhandensein von HF-Energie den Normalbetrieb eines drahtlosen Kommunikationssystems beeinträchtigt. Es gibt kein spezielles Pegel- oder Frequenzkriterium, das erfüllt sein muss, damit etwas als Störung eingestuft wird. Probleme in diesem Kontext sind: • Eigeninterferenz, hervorgerufen vom eigenen Netz, insbesondere von Funkzellenrändern • Passive Intermodulation (PIM), sowohl extern als auch intern • Aktive Intermodulation, hervorgerufen durch Verstärker • zufälliges oder gezieltes Stören Einfach ausgedrückt ist die Definition des Begriffes „Interferenz“ eine Definition rein funktionaler Art: jedes Funkfrequenzsignal, das sich negativ auf die Fähigkeit ein drahtloses Kommunikationssystem zu betreiben auswirkt, kann als Störer betrachtet werden. Teams in den Bereichen HF-Netzwerk- Engineering und HF-Netzwerk- 40 hf-praxis 6/2016

Messtechnik Bild 2: TDOA-basierte Geoortung. Der Schnittpunkt der Hyperbeln, die die Linien konstanter Zeitdifferenz darstellen, liefert den Standort der Signalquelle performance sind täglich mit dem Problem konfrontiert Störsignale finden und beseitigen zu müssen. Durch die zunehmende Komplexität von 4G/LTE-Anlagen und die wachsende Zahl von Störern benötigen HF-Techniker und -Ingenieure zur effektiven Erfüllung ihrer Arbeitsaufgaben die richtigen Werkzeuge sowie das praktische Know-how aus der „realen Welt“. Anritsu möchte, als einer der führenden Anbieter von Handheld Prüf-und Messtechnik mit Ihnen einen neuen und innovativen Weg bei der Ortung von Funkstörungen gehen. Funkfrequenzbasierte Ortung Zuweilen sind die Konzepte zur Geoortung und Funkpeilung (Direction Finding - DF) etwas verwirrend. Geoortung ist die Fähigkeit, eine Signalübertragung in zwei oder drei Dimensionen zu lokalisieren. Im Gegensatz dazu gibt die Funkpeilung (DF) einer Signalübertragung eine Richtung (Winkel der einfallenden Signale, Angle of Arrival - AOA), z. B. einen Winkel vom Sensor zum Sender, und führt folglich keine direkte Geoortung der Position der Signalübertragung durch. Vor diesem Hintergrund ist der MX280007A von Anritsu ein Geoortungs-Tool, mit dem ein Sender auf einer Landkarte lokalisiert werden kann. Es gibt eine Reihe bewährter Technologien zur Geoortung mit denen sich Sender finden lassen. Jede Technologie hat, was die verschiedenen Signalarten betrifft, ihre Vor- und Nachteile. Nachfolgend sollen nur einige Verfahren erwähnt werden: • Winkel der einfallenden Signale (Angle of Arrival, AOA) • Eingangszeitdifferenz (Time Difference of Arrival, TDOA) und • Leistung (Leistungsdifferenz) bei Eingang (Power [Difference] on Arrival, POA) Die Messung des Angle of Arrival (AOA) ist ein relativ simples Verfahren zur Bestimmung der maximalen Einfallsrichtung der HF-Energie. Bei der AOA- Tabelle 1: Übersicht der häufigsten Störquellen Messung wird eine Anzahl von Fixpunkten angenommen. Die Peilung des Zielsenders zum Empfänger wird auf der Grundlage der Stärke des Signals an jedem der einzelnen Fixpunkte berechnet. Der AOA lässt sich mit nur einem Empfänger und einer Richtantennenanordnung messen. Idealerweise erhält man einen deutlichen Schnittpunkt wenn die Peilbasis so aufgestellt ist, dass die Ergebnisse keine spitzen Winkel liefern und eine Visualisierung auf einer Landkarte möglich ist. Der Schnittpunkt gibt an, wo sich die Signalquelle befinden könnte. In der Praxis wird dieses Verfahren jedoch nur begrenzt angewendet, insbesondere in bewohnten Gebieten mit hohen Gebäuden, in denen Reflexionen und Mehrwegausbreitungen auftreten. Akzeptable jedoch zeitaufwendige Ergebnisse können nur dann erwartet werden, wenn die Peilstandorte mit großer Sorgfalt ausgewählt worden sind. TDOA und POA sind mathematisch anspruchsvolle in der praktischen Ausführung jedoch einfachsten Verfahren zur Geoortung, da sie nur omnidirektionale Antennen erfordern, wodurch kosteneffektive und kompakte Messanlagen möglich sind. Beim Verfahren Time Difference of Arrival (TDOA) sind die IQ (In-phase and Quadrature)-Daten von jedem Empfänger, der das Signal von Interesse „sieht”, mit den Daten von anderen Empfängern, die den gleichen Zeitstempel aufweisen, kreuzkorreliert. Die gemessenen Eingangszeitdifferenzen zwischen den gleichzeitig empfangenen Signalen werden genutzt, um eine Wahrscheinlichkeits-Heat-Map basierend auf der Korrelationsstärke zu berechnen. Es muss unbedingt erwähnt werden, dass nur wenige Bits (d.h. ein kurzer Abschnitt im Zeitbereich) der IQ-Daten zwecks Korrelation vom Empfänger zurückgesendet werden müssen. Hohe Bandbreiten sind nicht erforderlich. Die Abtastrate der IQ-Daten bestimmt die Entfernungsauflösung und die Erfassungszeit (Dauer) bestimmt den Maximalwert des relativen Abstands sowie die Modulationsbandbreite. TDOA eignet sich hervorragend für die Geoortung über große Gebiete und über größere Entfernungen hinweg (üblicherweise > 1 km), außerdem für Signale mit höheren Bandbreiten. Das Verfahren Power Difference on Arrival (PDOA) stellt eine simple Technologie dar, bei der die empfangene Leistung an den verschiedenen Empfängerstandorten verglichen wird. Ebenso ist die Verwendung von nur einem Empfänger möglich. Über kleinere Gebiete (wie zum Beispiel über ein Stadtgebiet oder einen Vorort) hinweg ist PDOA ein effektives Verfahren, das einen nützlichen Näherungswert zur schnellen Bestimmung eines möglichen Senderstandortes liefert. Dieses Verfahren funktioniert sogar bei Vorhandensein einer massiven Mehrwegausbreitung. PDOA hängt von den Eigenschaften der inversen Flächenausbreitung von HF-Signa- hf-praxis 6/2016 41

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