ich suche nach Reflexionseigenschaften von Gebäudematerialien, also z.b. Wände aus Beton, Gips, Einrichtungsgegenstände, z.b. Holz usw... Kennt jemand ein Standardwerk, in dem obige Materialien bezüglich der Dielektrizität abh. von der Frequenz untersucht worden sind.
Ich möchte bei 2.4 GHz indoor Messungen machen und dies durch theoretische Überlegungen zunächst vorbereiten. Hierbei geht es mir um die Reflexionen im Raum, ich möchte eine Entscheidung treffen, welche Verzögerung und Dämpfung ich am Empfänger in Kauf nehmen kann, um auch die reflektierten Signale gewinnbringend auszuwerten. Vielleicht kann man dies ja in einer Art Wahrscheinlichkeits- / Verteilungsfunktion beschreiben.
Der Raum wird vermutlich ein technisches Labor werden, mit Personen als Streuer und omni-direktionalen simplen Antennen.
Falls jemand diesbezüglich Erfahrungen hat, wäre ich sehr dankbar für jegliche Information,
Das funktioniert übrigens nur in Verbindung mit Frequenz- oder Antennendiversity oder Modulationsverfahren wie ODFM (falls Dir das nicht sowieso schon klar war).
Deine Aussage über 'gewinnbringend' und 'funktioniert nur in Verbindung' ist einfach falsch.
Als klassisches Gegenbeispiel könnte man mal GSM nehmen, das i.d.R. weder Antennen- noch Frequenzdiversity nutzt, sicher kein OFDM System ist und die Mehrwegeausbreitung einfach (klassisch) mit Zeitbereichsentzerrung erschlägt.
Auch die von dir vorgeschlagenen Systeme sind nicht automatisch dafür geeignet die Mehrwegeausbreitung gewinnbringend zu nutzen.
-Wenn mich die Erinnerung nicht ganz täuscht, wird bei OFDM das guard-intervall so lang gemacht, das alle Reflexionen innerhalb liegen und man im folgenden Symbol nahezu keine Interferenz mehr hat; i.d.R. wird die Energie im guard-intervall weggeworfen.
-Diversity wird benutzt um möglichst unabhängig variierende Kanäle zu erhalten, da uns die Mathematik sagt, das man schon allein bei Auswahl des besseren Kanals pro Symbol gegenüber einem einzelnen Kanal gewinnt. Combining ist da erst die nächste Stufe.
Bei allen Übertragungssytemen baut man den Empfänger so, das versucht wird den Kanal geleichsam zu invertieren. Da Mehrwegeausbreitung primär ein Zeiteffekt ist, ist Zeitbereichsentzerrung der erste Schritt. Wenn das aus welchen Gründen auch immer schwierig wird kann man auf andere Systeme umsteigen.
|> -Wenn mich die Erinnerung nicht ganz täuscht, wird bei OFDM das |> guard-intervall so lang gemacht, das alle Reflexionen innerhalb |> liegen und man im folgenden Symbol nahezu keine Interferenz mehr |> hat; i.d.R. wird die Energie im guard-intervall weggeworfen.
Reflexionen kürzer als das Guardintervall erzeugen überwiegend konstruktive Interferenz und verbessern somit den Empfang. Das Guardintervall selbst hilft "nur" gegen ISI. Dass das gegen Mehrwegausbreitung gut hilft, sieht man an DVB-T vs. ATSC-8VSB. ATSC verwendet einen nicht wirklich trivialen Equalizer, um die Reflexionen los zu werden, aber selbst das hilft nicht:
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Georg Acher, acher@in.tum.de
http://wwwbode.in.tum.de/~acher
"Oh no, not again !" The bowl of petunias
|> Aber primär nutzt man OFDM eben nicht um gegen Mehrwegausbreitung |> vorzugehen.
Hm, und ich dachte immer, das wäre der Hauptgrund der ganzen Übung. Das
54Mbit-Highspeed-WLAN wurde ja auch von CCK (im Endeffekt QPSK) auf OFDM umgebaut, weil bei potentiell kürzeren Symbollängen die indoor-Echos langsam lästig werden.
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Georg Acher, acher@in.tum.de
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Okay, ich habe als feststehende Tatsache dargestellt, was von mir nur als (fundierte) Vermutung gemeint war.
Unpassendes Beispiel. Reflektionen werden da nicht 'gewinnbringend' genutzt.
Meines Wissens wird Mehrwegeausbreitung noch nirgends 'gewinnbringend' eingesetzt (außer vielleicht bei adaptiven Antennenarrays oder einem System im Experimental-Stadium, in der Mehrwegeausbreitung gezielt zur Erhöhung der Übertragungskapazität genutzt wurde; letzteres ging durch die Fachpresse, sehr viel mehr weiß ich dazu nicht).
Zunächst natürlich nicht.
Wenn es aber um das 'gewinnbringende' geht, kommt man um Überlagerungen bzw. Vermeidung von Auslöschungen nicht herum - darauf wollte ich hinaus.
...sofern nicht eine Auslöschungs-Nullstelle mitten im Übertragungs- kanal liegt (um auch die Frequenzdomäne mal in´s Spiel zu bringen).
Oh doch, das ist IMHO eines der primären Designziele bei DAB & Co gewesen. Dort arbeitet man sogar mit Gleichwellenfunk, d.h. mehrere Standorte verbreiten bei DAB auf der gleichen Frequenz (fast) das gleiche Signal. Im Gegensatz zu einem allseits bekannten CDMA-Mobilfunkdesaster funktioniert das sogar auch ohne großen Aufwand sehr gut.
Gerade beim Thema WLAN ist das Thema Mehrwegeausbreitung sowohl in Gebäuden als auch bei längeren Strecken in bewohntem Gebiet ein *erhebliches* Problem. Wir haben das die Tage bei heftigem Eisansatz auf den Dächern wieder erlebt, Signal ist da, aber empfangen wird nur schlecht, obwohl ohne Eis mit gleicher Feldstärke keine Probleme vorhanden waren. Das Spektrum zeigt an der Empfangsantenne die klassischen Einbrüche.
Hinzu kommt, dass ein eventueller Equalizer bei OFDM trivial ist, eine komplexe Multiplikation pro OFDM-Träger.
Daher gibt es bei WLAN auch den 54g Ansatz, bei dem man das Netz inkompatibel zu 802.11b schalten kann, aber dafür die bei
802.11g aus Kompatibilitätsgründen immer noch vorhandene klassische Spread Spectrum Preambel endlich los wird und ein reines OFDM Signal hat. Bei 802.11a (5GHz) ist es ohnehin nur OFDM, mit den alten 11b Verfahren wird man bei der kurzen Wellenlänge nicht mehr glücklich.
OFDM wird verwendet, weil's gerade 'in' ist, bzw. war.
Ja, man kann ein OFDM System so designen, das es eine bestimmte Menge an Mehrwegausbreitung einfach so wegsteckt; sogar wird die ISI konstruktiv benutzt. Solange alle Pfade innerhalb des guard-intervalls liegen, überhaupt kein Problem.
Siehe allerdings hier
...
*Das* ist der eigentliche Grund, warum man OFDM verwenden will. Manche verlieren da allerdings aus den Augen, das 1 Multiplikation pro Träger pro Symbol bei 2000 Trägern auch wieder 2000 Multiplikationen sind, und das man die 2000 Koeffizienten nicht geschenkt bekommt, sondern dafür Pilotsymbole spendieren muß und soetwas kratzt dann an der Kapazität usw. Es war noch nie leicht, eine Menge an Daten über einen Funkkanal zu bekommen. Es gibt keine Lösung, die alle Situationen erschlägt, so Aussagen wie OFDM is' besser als CDMA is' besser als TDMA is' besser als MC-CDMA is' besser als hab ich mittlerweile über.
Deswegen geht mir auch das CDMA/Mobilfunk Bashing auf die Nerven. (s.o.). Wenn ich aus dem gleichen Kanal (vgl. GSM) mehr Kapazität rausquetschen möchte, brauche ich mehr Aufwand. Punkt. Das UMTS Desaster ist ein Marketing/Investitions/Gscheit-Dahereden- Desaster, kein *technisches*. Ich möchte an der Stelle darauf hinweisen, das wir mittlerweile einen UMTS-Regelbetrieb erreicht haben.
|> *Das* ist der eigentliche Grund, warum man OFDM verwenden will. |> Manche verlieren da allerdings aus den Augen, das 1 Multiplikation |> pro Träger pro Symbol bei 2000 Trägern auch wieder 2000 Multiplikationen
Der Aufwand ist aber wohl gegen ~11000 Butterflies a 4 MACs vernachlässigbar, bei noch grösserer FFT erst recht.
|> sind, und das man die 2000 Koeffizienten nicht geschenkt bekommt, |> sondern dafür Pilotsymbole spendieren muß und soetwas kratzt dann |> an der Kapazität usw.
DAB kommt ohne Pilotträger aus, dafür gibts twei Sync-Symbole (naja, einmal nichts, einmal eine echte Sync-Sequenz). Das kostet ca. 2.5%, dafür wird die Synchronisation in Zeit und Frequenz durch Korrelation sehr einfach. DVB-T hat durchlaufende Pilotträger, da wird die Synchronisation nicht mehr ganz so einfach. Dafür morsen sie diverse Parameter mit und die (nicht)Linearität kann aufgrund des höheren Pegels auch noch abgeschätzt werden, völlig nutzlos sind die also auch nicht.
Das IMO einzig lästige an OFDM sind die Linearitätsanforderung bei Sender und Empfänger. Beim Senden kann man mit Vorkorrektur zwar ein paar dB rausholen, trotzdem macht es keinen Spass, 100W für 5W HF zu verheizen. Und beim Empfänger brauchts auch etwas höhere Ströme als normal, damit einem die Träger nicht "verschmieren".
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Georg Acher, acher@in.tum.de
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"Oh no, not again !" The bowl of petunias
Aufgrund der entfachten Diskussion: Gewinnbringend bezog sich hierbei tatsächlich auf Mehrfachempfang nach dem MIMO-Konzept. Um jedoch eine Aussage über Verzögerung und Dämpfung machen zu können, ging es mir zunächst um deren annähernde Abschätzung bzw. Bestimmung.
Frequenzabhängige Dielektizitätszahlen für Materialien im Raum sind daher momentan Schwerpunkt meines Interesses... Fragmente (je Treffer: 1 Größe bei
1 bestimmten Frequenz) findet man per google, eine allgemeine Übersicht konnte ich bisher jedoch noch nicht finden... Ausnahme: Anhang in Baxter "Capacitive Sensors", hier findet man jedoch nichts zu Zimmerwänden...
Wie gesagt, bei DAB funktioniert das gut für ganze Bundesländer. Das Guard Intervall ist hinreichend lang.
Besagtes WLAN ist leider Spread Spectrum, weil aus produkttechnischen Gründen keine 54G Karten reinpassen. Wäre es OFDM, dann hätte ich den Ärger nicht.
Die Pilotsymbole brauchen relativ wenig Kapazität. Zumal wenige Prozent Bandbreite hin oder her nicht wirklich das Thema sind. Und wenn einer wirklich 2000 Träger nutzt, dann unterhalten wir uns um Symbole mit vielen ms Länge, das schafft selbst ein halbschlafender CMOS-Controller noch, das durchzu- multiplizieren.
Der Kunde will kein ingenieurwissenschaftlich bandbreitenminimiertes System, er möchte einfach nur eines, was bei gute Bandbreiteneffizienz
*mit bezahlbarem Aufwand**gut funktioniert*.
Der eigentliche Grund, warum OFDM so effizient ist, ist sehr simpel: Mehrwegeausbreitung läuft in der *Time Domain*. Um die im Empfänger wegzubekommen, braucht man eine Faltung, nix anderes macht der Equalizer oder Rake-Receiver. Das ist bekanntermassen umso aufwendiger, je länger die Laufzeit- Differenzen sind, *pro* Sample darf n x multipliziert und addiert werden (Equalizer) oder die Kompensation ist eher nicht so toll (Rake-Receiver, UMTS).
Hingegen liefert die Mathematik mit dem *Faltungssatz* und der FFT (einem Teile&Herrsche Algorithmus, das hat schon Cäsar gewußt, wie effizient das ist ;-) eine sehr schöne Lösung für das Problem: Man verlagert die Codierung in die Frequenzebene wodurch aus der übel zu rechnenden Faltung eine einfache Serie von Multiplikationen wird. Und gleichzeitig erschlägt das Guardintervall die unguten Randbedingungen aus einem zeitbegrenzten OFDM Symbol.
Das CDMA Nixalsverdruss bedeutet, steht inzwischen auch offiziell in der Fachliteratur, siehe Walke, Mobilfunknetze und ihre Protokolle, Band 1, ab Seite 362 einige nette Zitate auf fast zwei Seiten: "CDMA is a religion. You don't get facts, you get 'I believe'" usw. Eine typische Manager-Marketing-Lösung halt aus dem Land der unbegrenzten Marketing-Möglichkeiten.
Mag sein. Aber es gibt effiziente und weniger effiziente Lösungen. Es kann auch einer eine $ZUMANAGEREHRENKOMPLIZIERTWENNSAUCHEINFACHGEHT Variante der Fouriertransformation, z.B. jedes vierte Sample mit Wavelets vermixt bauen, die auch orthogonal ist, aber garantiert nicht a'la FFT über einen Teile&Herrsche Algorithmus effizient gerechnet werden kann. Die macht man dann für eine Modulation zum Standard und wundert sich, dass die Prozessoren in den Endgeräten ziemlich schnell ziemlich heiss werden ...
Ich verstehe Deinen Frust als quasi Betroffener.
Fakt ist aber, das wir von einem *kommerziellen* Betrieb ganz weit weg sind, weil es keine Endgeräte gibt, die den Anforderungen des Marktes auch nur halbwegs genügen. U.a sind die Standby-Zeiten ein echtes Thema.
Ergo ist es sehr wohl *technisch* ein Problem, die Netzbetreiber wollen ihre Kunden nicht mit halbgaren Lösungen vor den Kopf stoßen, und zwar zu Recht.
Ein Standard, zu dem sich *mit vertretbarem Aufwand* keine Endgeräte bauen lassen, die mindestens das können, was auch solche unter dem Vorgängerstandard geleistet haben, nämlich ganz einfach telefonieren, und zwar ohne alle zwei Stunden zum Ladegerät rennen zu müssen und einen Hundeknochen in der Tasche zu tragen, der taugt nicht viel.
Der gesamte UMTS Standard ist "defect by design", weil alleine der Aufwand zur Aufrechterhaltung der Konnektivität über die Air-(HF)-Schnittstelle gigantisch ist, sowohl bezüglich der Signalverarbeitung wie auch bezüglich des Protokolls. Demzufolge werden *selbst für gewöhnliche Gespräche* beliebig Resourcen gefressen.
Das war aber bekannt. Nur hat keiner von den Konzern- Teckies den Mut gehabt, gegen das Damagement den Mund aufzumachen.
Im Zeitalter der schnellen Paketverarbeitung macht ein n-Leute-senden-gleichzeitig-niedrige-Datenrate zu gleicher Zeit auf gleicher Frequenz einfach keinen Sinn mehr, da nimmt man eine gesunde Mischung aus halbwegs schneller Übertragung und TDMA Resourcenverwaltung a'la RSVP unter IP und gut ist. Und wenn es etwas mehr Codierungsgewinn sein darf, dann bietet sich "MC-CDMA" (was in Wirklichkeit ein OFDM mit Frequency Domain Code ist) an, aber bitte *nur* zwecks Codierungsgewinn und nicht zwecks "alle auf einer Frequenz zur gleichen Zeit", um die Funkzellenplanung angeblich zu vereinfachen (klar, natürlich das Kostensparargument für $DAMAGER, nur leider waren die versenkten Lizenzgebühren teurer). Einfach deshalb, weil der Aufwand für das gleichzeitig- auf-einer-Frequenz-senden leider sehr hoch ist und das dem Kunden nicht wirklich Nutzen bringt, die Gehälter der zehn Frequenzplaner sind im Endeffekt billiger ... ( Alternativ könnte man auch Blöcke von OFDM Trägern auf einzelne Nutzer verteilen, wenn die volle Bandbreite für ein Datenpaket nicht benötigt wird, dann ist man auch sehr flexibel mit den Bandbreiten. )
Hinzu kommt der Unfug, dass es von vorne bis hinten nicht zu GSM kompatibel ist, weil sich die Weichei-Konzern-Manager auf den IMT Konferenzen von den Amis und Japanern über den Tisch haben ziehen lassen, alleine dafür gehören sie schon geteert und gefedert.
Gruß Oliver
P.s.: Mag sein, dass irgendwann mal mein Notebook auch eine UMTS Karte hat, weil es nix anderes gibt, aber toll ist das deswegen noch lange nicht, was da abgelaufen ist.
Es gibt gerade zu dem Thema Indoor/Räumlicher Kanal bergeweise Literatur. Ich würde empfehlen mal kurz reinzulesen, wenn du mal eine grundsätzliche Sicht der Möglichkeiten des Kanals sehen möchtest.
Sowohl ich selber, als auch andere, die sich mit dem Thema räumlicher Kanal schon mal befasst haben, halten es für ein relativ ambitioniertes Projekt, anhand der Raumgeometrie und der Materialien eine Abschätzung des Kanals zu versuchen...
Wichtiger für deine Arbeit, aber das schreibst du ja oben selber, ist die tatsächliche Messung des Kanals. Das ist durch keinerlei Abschätzung zu ersetzen.
Ein paar Punkte aus meiner Erinnerung:
- Dominierend scheint die Geometrie zu sein. Wenn du eine zusätzliche Wand in's Labor stellst ist deren Material deutlich(!) zweitrangig.
- Wahrscheinlich benötigst du nur eine Art Standard-Wand. Da alle Effekte wie Anstrich/Restfeuchte/Bilder(Glas) etc. miteinzubauen treibt dich nur in den rechnerischen Wahnsinn.
- Wenn du Fenster hast, ist plötzlich auch die Außengeometrie von Interesse...
- Nie nach Optik gehen; i.S.v. 'die Wand dadrüben passt abstandsmäßig ganz gut zu meiner ersten Reflektion...'
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