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Abschlussbericht - Deutsches MOBILFUNK Forschungsprogramm

1. M logper PolH 2 bikon PolH _ bikon PolV 3 EEE REN fel ere DEINER aera nts a E bee EN Beste ein cken de Be Se ete EIERN etree LEER 0 0 5 1 1 5 2 2 5 3 Abstand zur Empfangsantenne m Bild 2 5 7 Relative Abweichung der Messwerte bei Anwesenheit des Messenden in Relation zum ungest rten Fall in Abh ngigkeit des Abstands des Messenden zur Empfangsantenne 1840 MHz mit Bodenabsorbern Als Ergebnis kann festgestellt werden dass sich die logar thmisch periodische Antenne durch die Anwesenheit des hinter hr stehenden Messenden weitgehend unbeeindruckt zeigt Die maximale relative Abweichung vom ungest rten Fall ist an lediglich einem Messpunkt 0 2 dB und liegt ansonsten bei 0 1 dB oder sogar 0 0 dB Bei der bikonischen Antenne sieht der Fall anders aus Offensichtlich findet sich der theoretisch vermutete Einfluss des Messenden Seite 36 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren wieder Die Abweichung zum ungest rten Fall ist bei 945 MHz und vertikaler Polarisation ohne Bodenabsorber am gr ten und betr gt dort bis zu 10 3 dB Bedeutsam ist dass bei zunehmendem Abstand keine monotone Ver nderung sondern eher eine sprunghafte Ver n derung der Abweichungen beobachtet werden kann und es auch be Abst nden des Messen den von 3 m noch zu s gnifikanten Abweichungen kommen kann Dies deutet auf Reflexion der Sendesignale am Messenden und
2. Leichtbeton 5 3 PEC 1 6 Holz 0 7 verst rkter Beton En 13 2 S m m Beton 15 005 03 Her 5 0o 3 Dielektrikum Ebene Trockene Erde 4 0001 oo NasseEre 25 002 po Glas 24 o 003 ooo Meemwasser 8 2 Frischwasser 81 02 1 0 089 Schicht Dielektrikum iophysical ab Version 2 0 gt siehe Bild 3 6 10 Leitf higkeit S m tandardmaterial 0 01 Fieldview _ Basiert auf reiner Freiraumausbreitung ohne Berucksichtigung von Materialien Feko Empire Durch Angabe materialspezifischer Parameter k nnen Einfl sse von jedem Material auf elektromagnetische Wellen mit diesen Progr simuliert werden Tabelle 3 6 2 Vergleich der in den Softwarepakten integrierten Materialien Erg nzend zu dem Programm Wireless Insite wird an dieser Stelle darauf hingewiesen dass ab der Programmversion 2 0 auch die M glichkeit besteht Vegetation in der Simulation zu berucksichtigen Die Eingabemaske mit ihren verschiedenen Parametern ist in Bild 3 6 10 zu sehen Insgesamt wird aus der obigen Tabelle deutlich dass erstens unterschiedliche Materialien in den Programmen implementiert sind und diese dar ber hinaus in differierender Art und Weise behandelt werden Daraus kann geschlossen werden dass sich diese Unterschiede in den Simulationsergebnissen niederschlagen werden Seite 121 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Biophysical prope
3. Messung EFC 400 EMF Visual Insite Quickplan Fieldview Bild 3 6 56 Vergleich der Simulations bzw Messwerte f r den Basisstationsstandort Katharinen stra e 12 Dortmund im Vergleichsgebiet 1 LoS Insgesamt sind in f r dieses Gebiet gute bereinstimmung der Immission zwischen Berech nungen und Messungen erzielt worden hnliches gilt f r die Berechnung im Simulationsge biet 2 vergleiche hierzu Bild 3 6 57 140 130 120 110 100 90 80 70 Elektrische Feldstaerke dB uUV m 60 Messung EFC 400 EMF Visual Insite Quickplan Fieldview Bild 3 6 57 Vergleich der Simulations bzw Messwerte f r den Basisstationsstandort Katharinen stra e 12 Dortmund im Vergleichsgebiet 2 LoS Seite 156 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 6 7 Basisstationsstandort Zum Niepmannshof 5 47475 Kamp Lintfort Im folgenden untersuchten Szenario w rd die Berechnung der Immissionsverteilung in einem Geb ude n her untersucht In Bild 3 6 58 ist die dazugeh rige Umgebung in der Aufsicht und die betrachtete Basisstation in der Seitenansicht zu sehen Das Vergleichsgebiet befindet sich innerhalb eines Geb udes Die Hauptstrahlrichtung der untersuchten Sektorantenne ist wie in den Beispielen zuvor auch mit HSR eingezeichnet Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen dass die Berechnungen nicht mit dem Programm Quickplan durchgef hrt wurden Dies
4. cccccsssssesssseeeecceeceeeeeeeeeeeaeaaas 77 2 3 8 9 MMessunsicherneik anae esse 77 228 V Ei SD 8 EI 83 2 6 KatasteransatZeocsin r leads veisdsccusevenselivoss 83 3 Berechnungsverlahren seen 87 3 1 Einleituns easnnsoukananio a a 87 3 2 Wellenausbreitungsmodelle scccccccccsssssssssscccccssssssssssscccssssssssssssccccsssseeees 87 3 2 1 Strahlenoptische Ausbreitungsmodelle cccccrssssssccccccccsssssssscccccccccsccssssscscccesees 88 3 2 2 Feldtheoretische Modellierung ccccccccccssssssscccccccccssssssssccccccccscccsssssscccccscssssssssees 89 3 23 Hybridmethoden ossen sen 89 3 2 4 PAZ APNE E NE A E A A E E A O N 89 3 3 VErWendele SoH Waren 90 3 3 1 EFC 400 Telekommunikation ssoonssnnuusnnnnssnnnnssnnuunnnnnssnnnnsnnnnnnnnsnnnnsnnnnusnnnnnnne 90 3 3 2 EME Visual a2 caste donnsnseeussdavesauunnseversqseesouasseacesneiueeones 91 3 3 3 Wireless InSite ocenia ninlensteisssst seite 91 3 3 4 OUUCKDION essen E E E E E A 92 3 3 5 IRI a AENEA N E E O A E T A E E 92 3 3 6 FOROR E EE EE EEO EE err 93 3 4 Detailbetrachtung der Mobilfunkantennen ccscccccccsssssssssssscccccsseeeees 93 Seite 13 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 4 1 3 4 2 3 4 3 3 4 4 3 5 3 5 1 3 5 2 3 6 3 6 1 3 6 1 1 3 6 1 2 3 6 1 3 3 6 1 4 3 6 1 5 3 6 1 6 3 6 2 3 6 3 3 6 4 3 6 5 3 6 6 3 6 7 3 6 8 3 6 9 3 7 3 7 1 3 02 3 7 3 3 7 4 s AA 3 7 6 3 8 3 8 1 3 8
5. Die Absch tzung der Einarbeitungszeit in die einzelnen Softwarepakete kann in Abh ngigkeit von bereits vorhandenem Know How und Erfahrung des anwendenden Benutzers differieren und deswegen nur qualitativ angegeben werden Generell wird die Dauer nat rlich durch die Anzahl der zu ber cksichtigten Parameter beeinflusst In der folgenden Tabelle ist eine qualitative bersicht ber einzelnen Einarbeitungszeiten und die Zeiten angegeben ein typisches Szenario einzugeben durchzurechnen und auszuwerten Softwarepaket Einarbeitungszeit Zeit f r typischen Basisstati onsstandort Stunden Tage Tage Woche Woche Tabelle 3 7 4 Vergleich der Einarbeitungszeit bzw der Zeit f r die Modellierung Berechnung und Auswer tung eines typischen Szenarios zwischen den einzelnen Programmen Seite 175 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren u Version 5 04 Version 2 1 Version 1 4 4 Version 1 3 6 Grenzwert berpr fung im Programm integriert im Programm integriert nicht integriert nicht integriert kombinierte Berechnung m glich kombinierte Berechnung m glich kombinierte Berechnung nicht m glich kombinierte Berechnung bei Testpoint Variante nicht m glich Einzelne Beitr ge von empfangenen Strahlen werden nicht addiert Frequenzbereiehe O ooo o esmo S S o S o o o es siso oS S o S o o o oms o S o S o S o Entfernungsbereien Jooo o l waea oo S o S o o d o Fernfeld mindestensbi
6. Legend sub 1 f_dump dbx par 9 00000e 008 2 196 V m 0 00 dD 1 976 V m 0 91 dB 1 758 V m 1 93 dB 1 538 V m 3 09 dB 1 320 V m 4 42 dB 1 102 V m 5 99 dB 002 200 mV m 7 92 dD 663 400 mV m 10 39 dB 444 600 mV m 13 87 dB 225 A0N wV m 19 76 AR 6 942 mV m 50 00 GB Bild 3 6 4 Verteilung der elektrischen Feldstarke in der Tischebene einfallende Welle bei 900 MHz Anwesenheit einer Person im Raum wei er Block In der folgenden Tabelle sind die f r eine Grenzwertbetrachtung relevanten maximal auftre tenden Feldst rken bei den verschiedenen Konfigurationen zu sehen Konfiguration Maximale elektrische Feldst rke dBuV m Raum leer 126 02 Raum mit Mobiliar und Person Position 2 126 49 Raum mit Mobiliar und Person Position 4 Tabelle 3 6 1 Vergleich der maximalen Feldst rke zwischen den einzelnen Konfigurationen Diese Betrachtung zeigt dass sich der Ort des Immissionsmaximums innerhalb eines Raumes durch Mobiliar oder anwesende Personen ver ndert Die Simulation gibt in diesem Fall nur eine Momentaufnahme der Immissionsverteilung in einem Raum da sich z B die nderung der Position einer Person direkt in einer nderung der Immissionsverteilung niederschl gt Dar ber hinaus ist die absolute Schwankung des Maximalwertes relativ gering und betr gt in o g Konfiguration im Extremfall 1 2 dB Hieraus kann abgeleitet werden dass eine detaillierte Modellierung von Mobiliar
7. oes w 250 00 D X Position ml 318 Bild 3 6 50 Simulationsergebnis f r das Programm EFC 400 zweidimensional Die dazugeh rige dreidimensionale Darstellungsart der Modellierungsumgebung und der Berechnungsresultate ist im folgenden Bild zu sehen E wmi i 1 Me 000 OOF O02 QAS O10 O20 S 160 20 60 100 Bild 3 6 51 Simulationsergebnis f r das Programm EFC 400 dreidimensional Das Bild 3 6 52 zeigt die Immissionsverteilung die mit dem Programm EMF Visual berech net wurde Es ist im Vergleich zum vorangegangenen Bild wieder die unterschiedliche Farbgebung zu erkennen Seite 153 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren fe fe je je Pet ka Lad fe 3 pm j 1 Do fel gt DEBEBDEBaoE Bild 3 6 52 Simulationsergebnis f r das Programm EMF V isual In Bild 3 6 53 ist die dreidimensionale Modellierungsumgebung zu sehen die mit dem Softwareprogramm Wireless Insite erstellt wurde Es wurde eine Empfangsantenne im Vergleichsgebiet 2 gew hlt deren Empfangspfade dargestellt sind Die Grenzen f r den farbigen Verlauf der Immission wurden wiederum so gew hlt dass sie minimal 50 dBuV m und maximal 140 dBuV m entsprechen Bild 3 6 53 S mulationsergebnis f r das Programm Wireless Insite In Bild 3 6 54 ist das Simulationsergebnis der Oberfl chenberechnung von Quickplan in der zweidimensionalen Darstellungsweise zu sehen Es sind die Abschattungen der Geb
8. ten Immission durchzuf hren seien und die Beurteilung der Messergebnisse auf der Basis der maximal gemessenen Werte der Feldst rke oder Leis tungsflussdichte am Messort erfolgt 26 BImSchV LAI 04 Auf der anderen Seite basieren die Grenzwerte der 26 BImSchV auf den Vorgaben der ICNIRP ICNIRP 98 die die abge leiteten Referenzwerte als ber den gesamten K rper des exponierten Individuums gemittelte Werte ans eht allerdings unter der wichtigen Bedingung dass die Basisgrenzwerte f r die lokale Exposition n cht berschritten werden d rfen Dieser Aspekt wurde bereits 1m 1 Zwischenbericht zu vorliegendem Forschungsvorhaben BOR 02 1 aufgegriffen und mit dem Auftraggeber diskutiert Zum damaligen Zeitpunkt wurde vom Auftraggeber vorgegeben beide grunds tzlichen Verfahren in die weitere Be trachtung der Messverfahren aufzunehmen Deswegen werden m folgenden sowohl Verfah ren vorgestellt und auf ihre Anwendbarkeit hin untersucht die f r eine Maximalwertermitt lung als auch f r eine Mittelwertbildung in Frage kommen Als praktikabel bez glich der Messdurchf hrung haben sich die Verfahren Schwenkmethode Drehmethode und Punktras termethode erwiesen Prinzipiell sind die vorgestellten Verfahren sowohl f r die Messung mit Breitbandsonden als auch mit Spektrumanalysatoren geeignet Ausf hrlich werden im folgenden die Methoden f r die Messung mit dem Spektrumanalysator diskutiert 2 5 6 2 Vorstellung und Bewert
9. 140 0 Bild 3 6 27 S mulationsergebnis f r das Programm Quickplan zweidimensional Bei der zweidimensionalen Darstellung der Ergebnisse in Bild 3 6 27 ist an dieser Stelle wieder zu beachten dass die Ergebnisse mittels der Oberfl chenberechnung durchgef hrt wurden und nur der Immissionswert des starksten einfallenden Strahls betrachtet wird In Bild 3 6 28 werden nun die Ergebnisse in der dreidimensionalen Darstellungsweise pr sentiert Im oberen Bild ist die Berechnungsvariante TestPoint aus Quickplan dargestellt Hierzu werden in der Simulationsumgebung Punkte gew hlt von denen die einzelnen einfallenden Strahlen angezeigt werden k nnen Zudem kann der Immissionswert von jedem dieser Strahlen separat angezeigt werden Es gibt keine Summation dieser einzelnen Teilstrahlen Hierf r m sste das Verhalten alles Ausbreitungspfade und insbesondere der Phasen alles Teilwellen exakt bekannt sein Bereits Ungenauigkeiten der Datenbanken n der Gr enordnung einer Wellen l nge sowie die zeitlichen nderungen in der Ausbreitungsumgebung verursachen erhebliche Schwankungen der Phasen mit der Folge dass Feldst rkeunterschiede zwischen S mulation und den tats chlichen Verh ltnissen entstehen Um dennoch die Immissionswerte der einzel nen Strahlen zu ber cksichtigen wurde f r alle Simulationsergebnisse von Quickplan m Sinne einer Worst Case Betrachtung wie folgt vorgegangen Die variierenden Phasen wurden vernachl ssigt und ledigli
10. 3ds aw T kein ii bei Maus Aktion F 1 i je Mm 4 Tiefe dy ii 3 000 m m Mi 3 6 6 Einbinden von Geb uden n die Software EFC 400 Hierbei ist es nur m glich viereckige Geb ude zu modellieren Verwinkelte H user k nnen durch Zusammensetzen mehrerer Geb ude hergestellt werden Sowohl in der Software EMF Visual als auch bei Quickplan ist ein Zusatztool integriert mit dem die Geb ude generiert werden k nnen Hierzu wird ebenfalls die Hintergrundkarte geladen Mittels eines Cursors k nnen die Eckpunkte eines Hauses definiert werden die dann miteinander verbunden werden und die Hausw nde bilden vgl Bild 3 6 7 und Bild 3 6 8 Die H he des Hauses kann separat eingegeben werden In diesem Zusammenhang ist bei EMF Visual zu beachten dass eine nachtr gliche nderung der H he eines Hauses berhaupt nicht und das Hinzuf gen eines neuen Hauses nur mit gro em Aufwand m glich ist Seite 118 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Bild 3 6 7 Bild 3 6 8 60 100 360 J o 10 300 u 500 Geb udemodellierung mit EMF Visual DB Management Image Import 5670243 5670230 5670220 5670210 56570200 5670190 5670180 5670170 4 5670160 56701504 5670140 5e70130 h 5670120 5670110 5670060 vr 5670050 ah 5670040 en Ms To se70030 p Sy 5670020 at 5670000 i 1 310000 310020 310040 310
11. EFC 03 EMF 04 EMP 04 EN 50360 FEK 04 Chr Bornkessel und J Pamp Entwicklung von Mess und Berechnungs verfahren zur Ermittlung der Exposition der Bevolkerung durch elektro magnetische Felder in der Umgebung von Mobilfunk Basisstationen Literaturstudie zu bestehenden Mess und Berechnungsverfahren Zwi schenbericht zum BfS Projekt Kamp Lintfort 2002 Chr Bornkessel A Schramm und M Neikes Messverfahren zur Ermittlung der Immission durch Mobilfunk Basisstationen Studie fur das MUNLV NRW IMST Kamp Lintfort 2002 Chr Bornkessel und M Schubert Entwicklung von Mess und Berech nungsverfahren zur Ermittlung der Exposition der Bevolkerung durch elektromagnetische Felder in der Umgebung von Mobilfunk Basisstatio nen Analyse der Immissionsverteilung Zwischenbericht zum BfS Projekt Kamp Lintfort 2004 C Bornkessel T Becks und U Kullnick Katasterm ige Erfassung der elektromagnetischen Belastung in Nordrhein Westfalen Vorschl ge zur Durchf hrung IMST Report f r das MURL NRW Kamp Lintfort 1996 Chr Bornkessel U Kullnick H P Neitzke und H Voigt Ma nah menkatalog zur Verminderung der elektromagnetischen Umweltbelastung Studie im Auftrag des MURL NRW 1998 Messempfehlung fur GSM Basisstationen Entwurf vom 20 Marz 2001 Bundesamt fur Umwelt Wald und Landschaft BUWAL und Bundesamt fur Metrologie und Akkreditierung METAS Bern 2001 Messempfehlung fur GSM Basisstatio
12. ber die man sich bei der Durchf hrung der Messungen zumindest bewusst sein sollte Wohingegen speziell f r den Bereich der Arbeits schutzmessungen konstruierte Ger te oftmals Breitbandsonden eine ausreichende St rfes tigkeit gegen ber u eren elektromagnetischen Feldern aufweisen wird den urspr nglich aus der EMV Messtechnik stammenden Spektrumanalysatoren bzw Messempf ngern n der Regel nur die Einhaltung der CE Mindestanforderungen attestiert Dies betrifft eine minimale St rfestigkeit von 3 V m plus einer 80 igen Amplitudenmodulation AM mit der Frequenz 1 kHz bei Einsatz im Industriebereich auch bis 10 V m 80 AM Dies entspricht nach Seite 27 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Addition des Amplitudenmodulationsanteils garantierten Storfestigkeiten von 5 4 V m bzw 18 V m im Scheitelpunkt der resultierenden H llkurve Einerseits erscheinen diese St rfes tigkeiten f r die Vielzahl der praktischen Anwendungsf lle Messungen innerhalb des Si cherheitsabstandes von Mobilfunk Basisstationen ausgenommen als ausreichend Von den m vorliegenden Forschungsprojekt n BOR 04 pr sentierten Messreihen war die berwiegende Mehrzahl der Messwerte zumindest unter der Schwelle von 5 4 V m Der Maximalwert betrug etwa 10 V m hierbei ist aber zu ber cksichtigen dass diese vergleichsweise hohen Werte haupts chlich durch Hochrechnungen auf den maximalen Anlagenzustand
13. l a Entwicklung von Mess und Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Exposition der Bev lkerung durch elektromagnetische Felder in der Umgebung von Mobilfunk Basisstationen Abschlussbericht Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren erstellt f r das Bundesamt f r Strahlenschutz 17 M rz 2005 IMST GmbH Carl Friedrich Gau Str 2 47475 Kamp Lintfort ns 1 Seite 2 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Projektleitung beim Auftragnehmer Dr Christian Bornkessel IMST GmbH Pr fzentrum EMV Carl Friedrich Gau Stra e 2 47475 Kamp Lintfort Tel 02842 981 383 Fax 02842 981 399 E Mail bornkessel imst de Autoren Dr Christian Bornkessel IMST GmbH Markus Schubert IMST GmbH Projektleitung beim Auftraggeber Dirk Geschwentner Bundesamt fur Strahlenschutz Fachbereich Strahlenschutz und Gesundheit Arbeitsgruppe Nichtionisierende Strahlung Ingolst dter Landstra e 1 85764 Oberschlei heim Tel 01888 333 2148 Fax 01888 333 2305 E Mail DGeschwentner bfs de Der Bericht gibt die Auffassung und Meinung des Auftragnehmers wieder und muss nicht mit der Meinung des Auftraggebers Bundesminister f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsi cherheit bereinstimmen Seite 3 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Zusammenfassung Ziel des Forschungsvorhabens ist es Mess und Berechnungsver
14. strahlcharakteristik von Mobilfunk Basisstationsantennen untersucht Hierzu wurde der Fokus auf den vertikalen Schnitt gelegt da die Anderungen im horizontalen Schnitt gering sind Es hat sich deutlich gezeigt dass die Lage und die Amplitude der Nebenzipfel von dem elektri schen Downtilt der Antenne abhangen Es ist also nicht sinnvoll die Abstrahlcharakteristik mit einem elektrischen Downtilt von 0 zu verwenden und diese in der Simulation einfach mechanisch zu drehen Es sollte immer das Abstrahldiagramm mit dem vorgegebenen elektri schen Downtilt verwendet werden Da viele Abstrahlcharakteristiken nur bei einer Frequenz h ufig die Mittenfrequenz der einzelnen Mobilfunksysteme gegeben sind wurde die Abh ngigkeit von der Frequenz unter sucht Auch hierbei hat sich gezeigt dass die Nebenzipfel primar ihre Lage und geringf gig ihre Amplitude ndern Ferner hat die Untersuchung der Montageumgebung mit einigen typischen Anordnungen gezeigt dass sich bei einigen Szenarien die Amplitude im Nebenzipfelbereich stark ver ndern kann Zudem gibt es auch leichte Variationen in der Lage der Nebenzipfel Von allen Be trachtungen unbeeinflusst ist die Hauptstrahlrichtung Seite 108 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Die vorangegangenen Untersuchungen haben verdeutlicht dass eine Berechnung theoretisch f r jeden elektrischen Downtiltwinkel jede Frequenz und die Montageumgebung getrennt durc
15. 2 5 21 Mit den Standardunsicherheiten der Einzelkomponenten kann die kombinierte Standardunsi cherheit u y der Messgr e y durch Bildung des geometrischen Mittelwertes berechnet werden Wenn die Gr e der Einzelkomponenten nicht der der Messgr e entspricht z B Auswirkung einer Antennenfehlpositionierung auf die angezeigte Feldst rke dann muss sie erst konvertiert werden durch u y ci Ulx 2 5 22 mit dem Konvertierungsfaktor c Die kann zum Beispiel durch partielle Ableitung der Mess gr e nach der Einzelkomponente erfolgen Seite 79 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Die kombinierte Standardunsicherheit f r m Einzelkomponenten ist dann ne ur 2 5 23 Diese Formel der Berechnung gilt f r unkorrelierte Eingangskomponenten was m allgemei nen vorausgesetzt werden kann Zur Angabe der erweiterten Messunsicherheit U wird die kombinierte Standardunsicherheit mit dem Erweiterungsfaktor k multipliziert Der Erweiterungsfaktor bestimmt das Vertrau ensniveau Beim empfohlenen Vertrauensniveau von 95 ist k 2 U k u y 2 5 24 Dies bedeutet dass mit 95 iger Wahrscheinlichkeit der reale Wert der Messgr e im Bereich des angezeigten Messwertes U liegt Nach diesen Vorgaben sind entsprechende Messunsicherheitsbetrachtungen f r die eingesetz ten Messverfahren aufzustellen Bei Breitbandsonden sind z B folgende Unsicherheitsbeitra ge zu ber cksichtigen
16. 3 Beori earannan a Al 4 VOFBENENSWEISE iceusucaccacsvasscssancdsweccdoskcesuessoscaueesasssuadseededochcausussscsseuaciaassensanscstucsies A2 4 1 Auswahlder Messpunkte a A2 4 2 Messoerate Uno TALIS Mk Le ee ee A2 4 3 Messpatamelet ee enable A3 4 2 Messd re NUNNE ea een A3 5 AUSWErtUN u A4 6 Dokumentation sin cecdalasewebauiededdabesedsvatonsedSelaveseuwsasdesdesesoes AS Seite 15 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 1 Einleitung 1 1 Zielsetzung des Forschungsvorhabens Der vorliegende Endbericht ist Bestandteil des Forschungsvorhabens Entwicklung von Mess und Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Exposition der Bev lkerung durch elektromagnetische Felder in der Umgebung von Mobilfunk Bas sstationen des Bundesamtes f r Strahlenschutz Die Verfahren sollen zur berpr fung der Grenzwerte geeignet sein Der fl chendeckende Ausbau der Mobiltelefonnetze der Aufbau der modernen breitbandigen Multimedianetze UMTS sowie der Aufbau des terrestrischen digitalen Rundfunks f hren zu einer Erh hung der Feldexposition der Bev lkerung insgesamt Nicht zuletzt hervorgerufen durch die neue UMTS Technologie und den damit verbundenen Bedarf an etwa 40 000 neuen Basisstationen allein in Deutschland SCH 01 stehen derzeit vor allem die Mobilfunk Basisstationen der GSM und UMTS Netze m Zentrum der ffentlichen Diskussion Deswe gen werden andere HF Emittenten wie z B Rundfunk
17. BUWAL 02 e Unsicherheit der Kalibrierung e Linearitatsabweichung e Frequenzgang e Isotropieabweichung e Modulationseinfluss e Temperaturabhangigkeit Bei frequenzselektiven Messungen s nd au er dem Spektrumanalysator auch die Antenne und das Zuleitungskabel zu ber cksichtigen Da d e Verh ltnisse hier komplizierter als be Breit bandsonden sind wird m folgenden ein Beispiel einer typischen Messunsicherheitsberech nung f r eine frequenzselektive Messung angegeben Dabei treten folgende Einzelkomponen ten auf Messger t Hier werden diejenigen Unsicherheitsbeitr ge pr m r bez glicher der Amplitudengenauigkeit bernommen die der Hersteller in der Produktdokumentation spezifiziert hat Antenne Ausschlaggebend ist hier die Kalibriergenauigkeit der Antenne die dem jeweiligen Kalibrier bericht zu entnehmen ist Antennen werden aber in der Regel nur bei einigen ausgew hlten Frequenzpunkten kalibriert weswegen sich bei der Interpolation f r dazwischen liegende Werte auch eine Unsicherheit ergibt Seite 80 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Kabel Hier gilt das fur die Antennen Gesagte Zusatzlich ergeben sich jedoch durch Anschluss des Kabels an Antenne und Spektrumanaly sator Fehlanpassungen die ebenfalls ber cksichtigt werden m ssen Eine Beschreibung zum speziellen Vorgehen ist z B in BUWAL 02 enthalten Fur eine typische Messausr stung hi
18. Betriebssystem Microsoft Windows Kosten f r eine Einzellizenz 13 590 3 3 2 EMF Visual Das Softwarepaket EMF Visual der Firma Antennessa EMF 04 bas ert auf dem strahlenop tischen Modell Es erm glicht einen einfachen 3D Aufbau von Umgebung und Funkanlage Die Funkantennen werden aus sogenannten Unit Cells zusammengesetzt was nach Herstel lerangaben auch eine Simulation im Nahfeldbereich der Antenne erm glicht Einer Unit Cell kann der Anwender durch Angabe von horizontaler Strahlbreite und Front to Back Verh ltnis ein Abstrahlverhalten z B das eines Dipols zuweisen Durch die berlagerung der Ab strahlcharakteristiken der einzelnen Unit Cells entsteht das gesamte Strahlungsdiagramm In dieser Studie wurde EMF Visual in der Version 2 0 verwendet wof r folgende Vorrausset zungen angegeben s nd Prozessor Pentium II 500 MHz Freier Arbeitsspeicher 128 MB Grafikkarte Open GL Beschleunigung Freier Festplattenplatz 50 MB Betriebssystem Microsoft Windows o Kosten f r eine Einzellizenz 15 000 3 3 3 Wireless Insite Die Software Wireless Insite wurde von der Firma Remcom WI 04 entwickelt und basiert auch auf dem strahlenoptischen Wellenausbreitungsmodell Es ist m glich eine dreidimensi onale Simulationsumgebung zu modellieren Wireless Insite ist dar ber hinaus auch fur Seite 92 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Inhaus Berechnunge
19. Immissionen am Messort bei welcher Frequenz vorliegen Durch die Frequenzinformation ist in vielen F llen eine Zuordnung zur Quelle der Immission m glich F r breitbandige Messungen werden Handmessger te mit Breitbandsonden eingesetzt Bei frequenzselektiven Messungen finden blicherweise Spektrumanalysatoren oder Mess empf nger sowie passende Empfangsantennen und HF Kabel Verwendung Die jeweiligen Messger te und Hilfsmittel werden n Abschnitt 2 5 3 ausf hrlich vorgestellt Vor allem die bei den breitbandigen Verfahren fehlende Frequenzinformation des Signals fuhrt dazu dass zur korrekten Ermittlung der Mobilfunk Immissionen vorrangig frequenzse lektive Verfahren eingesetzt werden m ssen Aufgrund der fehlenden Frequenzinformation ist es bei breitbandigen Verfahren nicht m glich e Mobilfunk Immissionen von anderen hochfrequenten Immissionen zu trennen wie viel des angezeigten Messwertes resultiert von der Mobilfunkanlage wie viel des Wertes stammt von z B einer nahe gelegenen Rundfunkstation e den gemessenen Momentanwert korrekt auf die Immission bei maximaler Anlagenauslas tung zu extrapolieren da der momentane Betriebszustand der Anlage n der Regel nicht bekannt st und e bei frequenzabh ngigen Grenzwerten einen korrekten Vergleich des Messwertes mit dem Grenzwert durchzuf hren Seite 26 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Au erdem bestehen bei Breitbandmess
20. bersch tzt die Methode Freiraumausbreitung 3 dB die tats chliche Immission stark Eine Verbesserung hinsichtlich einer geringeren bersch tzung liefert hier die Freiraumberechnung mit Ber cksichtigung von Bodenreflexion Faktor 1 7 bzgl der Leistungsflussdichte und der Geb uded mpfung 3 dB Auf Strahlenoptik basierende Programme liefern bessere Ergebnisse die die tats chliche Immission aber auch unterschat zen k nnen An dieser Stelle kann zwischen drei F llen unterschieden werden 1 Wird eine Worst Case Prognose gefordert die unabh ngig vom Szenario den tatsachli chen Wert der Immission n der Regel nicht untersch tzt sollte die Berechnungsmetho de Freiraumausbreitung 3 dB angewendet werden Dieses hat aber die Konsequenz dass in nLoS Konfigurationen die bersch tzung der Immission gro sein kann Spe ziell f r diese Methode werden in WUSCH 03 Daten zur Verf gung gestellt die eine begrenzte statistische Auswertung erlauben Die Ergebnisse eines Vergleichs von 63 Seite 167 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Messpunkten mit den dazugehorigen Berechnungen nach der hier betrachteten Methode sind in folgender Tabelle zu sehen Fur den Vergleich herangezogen 63 Messpunkte Gute Ubereinstimmung zwischen Messung und Berechnung 8 Messpunkte 12 7 Berechnete Feldstarke mehr als das 1 45 fache vom Messwert 54 Messpunkte 85 7 Berechnete Feldstarke we
21. d h dichterem Abstand der Empfangsantennen untersucht werden Dar ber hinaus ist Seite 170 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren als Nachteil festzuhalten dass die kombinierte Berechnung der Beitrage mehrerer Basisstatio nen mit Wireless Insite Version 1 4 4 nicht moglich ist Das Programm beinhaltet die Frequenzbereiche fur GSM 900 GSM 1800 und UMTS und ist fur den Fernfeldbereich geeignet Es konnen alle relevanten Umgebungen landliche Gebiete Vor und Innenstadte berechnet werden Auch die Berechnung der Feldstarken innerhalb von Geb uden ist mit Wireless Insite m glich Generell k nnen Abstrahlcharakteristiken aus Herstellerdaten in das Programm eingef gt werden Einen Fehler gibt es in der Version 1 4 4 wie oben bereits beschrieben bei dem Import eines Antennendiagramms im MSI Format Umgangen werden konnte dieser indem eine generierte dreidimensionale Abstrahlcharakte ristik eingef gt wurde Im Bezug auf die Bedienungsfreundlichkeit kann festgehalten werden dass ein Grundverstandnis der Materie grunds tzlich notwendig ist auch um Fehlerquellen vgl Abschnitt 3 5 minimieren zu k nnen Der Benutzer sollte erkennen ob die Ergebnisse plausibel sind Ferner sollten einige kleinere Berechnungen durchgef hrt werden die eine berpr fung mit einer analytischen Berechnung erlauben Dar ber hinaus erfordert das Programm ein technisches Grundverst ndnis vom Benutzer n der Ar
22. j MA alae re 4 7 7 eee una en n Tra Um Bild 2 5 3 Versuchsaufbau zur Ermittlung des Einflusses des Messenden auf die Messergebnisse bei unterschiedlichen Antennentypen Links Gesamte Messstrecke mit Sendeantenne m Vorder grund und Empfangsantenne im Hintergrund Rechts Empfangsantenne Der Boden zwischen Sende und Empfangsantenne wurde wahlweise metallisch oder mit Absorbern ausgelegt gew hlt Damit ist die m gliche Spannbreite realer Vorort Immissions messungen abgedeckt Bei Messungen auf einem Balkon eines oberen Stockwerkes direkt gegen ber der Sendeantenne in geringer Entfernung liegt blicherweise deale Freiraumaus breitung ohne Bodenreflexion vor n gr eren Abst nden von der Antenne bzw bei Messun gen nahe dem Erdboden hat der Boden einen Einfluss auf die Messungen In den Bildern 2 5 4 bis 2 5 7 st als Ergebnis die Abweichung Messwert bei Anwesenheit des Messenden Referenzwert bei ungest rter Messumgebung angegeben Die logarith misch periodische Antenne logper ist mit roten Markierungen die bikonische bikon mit blauen Markierungen eingezeichnet Gemessen wurde an den markierten Punkten nur der bersichtlichkeit halber sind die Markierungen durch Linien verbunden Seite 34 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 10 Ben ee ee pe ee mers sass ssbb EE E E E S E E E ieee agasiesoesnseturetsessesdenseagy Legende
23. kennzeichen Land Gemeinde Stra e Hausnummer Zusatz lfd Nummer und die Geb u dekoordinate beinhaltet Auch Geb udereferenzen bzw Hauskoordinaten aus anderen Bun desl ndern stehen zur Verf gung Zu beachten ist dass in den Geb udereferenzen keine Geb udeh hen enthalten sind In den Vektordaten der automatisierten Liegenschaftskarte ist zwar ein Attribut Anzahl Vollgeschosse vorgesehen von dem auf die H he geschlossen werden konnte aber dieses ist noch nicht vollst ndig erfasst Die Geb hren hierf r k nnen nicht pauschal angegeben werden sondern sind abh ngig von der jeweiligen Fl che der Seite 110 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Anzahl und der Informationsdichte Beispielsweise ist der Preis f r 1 km Grundfl che in der Kolner Altstadt mit 266 85 angegeben Es existiert die M glichkeit auf Basis von Stereo Luftbildaufnahmen aktuelle 3D Modelle des Gebaudebestandes mit Anbauten und jeweiliger Dachform abzuleiten Hieraus konnten wichtige Parameter wie Geb udeh he Grundfl che usw gewonnen werden Mehrere Anfra gen an Firmen Geopunkt oder Geospace bez glich der Verf gbarkeit der Geb udeh hen und deren Kosten blieben leider unbeantwortet H hendaten liegen in Form von sogenannten digitalen Gel ndemodellen vor die sich haupt s chlich in ihrer Aufl sung unterscheiden Das Digitale Gel ndemodell 5 DGMS5 beschreibt die Gel ndeformen der E
24. nnen als andere Dieser Fall ist in der Auswertung zu ber cksichtigen Wird bemerkt dass die Immission eines TCH st rker als durch den BCCH der selben Zelle st hat die Hochrechnung nicht mit dem BCCH sondern auf Bas s des entsprechenden TCH zu erfolgen Der Erfahrung nach s nd dies aber Einzelf lle wobei die berschreitung der Immission durch den TCH gegen ber dem BCCH in der Regel kleiner 1 dB ist Gr ere Abweichungen deuten auf Messfehler z B zu schnelles Schwenken der Antenne in Relation zur Sweep Time des Spektrumanalysators hin Unter diesem Gesichtspunkt hat auch der theoretisch mogliche Fall dass ein zum Zeitpunkt der Messung gerade nicht aktiver TCH eine gr ere Immission als der BCCH erzeugen k nnte in der Gesamtbilanz des Messergebnisses einen lediglich marginalen Einfluss und ist mit dem Messunsicherheitsbudget siehe unten abgedeckt Ein weiterer Spezialfall ergibt sich wenn die Anlage seitens des Betreibers nicht mit der max mal beantragten sondern einer geringeren Sendeleistung pro Sektor gefahren wird Das Verh ltnis beider Sendeleistungen st dann n die Hochrechnung einzubeziehen da laut Vorgaben der max mal m gliche Betriebszustand relevant f r eine Grenzwertaussage ist In seltenen Einzelf llen g bt es Anlagenkonfigurationen bei denen f r einen Sektor Zelle der BCCH und die TCHs nicht von ein und derselben Antenne sondern von zwei unter schiedlichen einige Meter voneinander separierten Antenn
25. oder Fernsehsender von einer weite ren Betrachtung n dieser Studie ausgeklammert Weiterhin unber cksichtigt bleiben die Immissionen durch Mobilfunk Endger te d h Handys f r GSM oder UMTS F r den Strahlenschutz ist es dabei dringlicher denn je verl ssliche Daten ber die tats chlich vorliegende elektromagnetische Immission m Umfeld der Mobilfunk Basisstationen zu erhalten Hierzu sind neben modellm igen Berechnungen vor allem Messungen erforderlich Ziel des Vorhabens ist es deshalb Mess und Berechnungsverfahren zu entwickeln die geeignet s nd d e Exposition von Personen m Umfeld von Mobilfunk Basisstationen zu ermitteln Die Verfahren sollen dabei zur berpr fung der Grenzwerte geeignet sein 1 2 Hintergrund des Forschungsvorhabens Die tats chlich vorliegende Exposition der Bev lkerung m Umfeld von Mobilfunk Sendean lagen ist oftmals nicht bekannt Die 1m Rahmen der immissionsschutzrechtlichen Pr fung zugrunde gelegte Standortbescheinigung macht hierzu keine Aussagen sondern best tigt anhand einer konservativen Absch tzung worst case Ansatz lediglich die Einhaltung der gesetzlichen Grenzwerte Bez glich einer Berechnung der vorliegenden Immissionen sind die physikalischen Gesetz maBigkeiten der Ausbreitung elektromagnetischer Felder unter Ber cksichtigung von Refle xions Streu und D mpfungsmechanismen seit l ngerem bekannt und wissenschaftlich umfassend erforscht Danach l sst sich die Feldverteil
26. tigt Wohingegen in Bild 2 5 2a Sichtverbindung bei der Schwenkmethode die Ergebnisse beider Antennentypen im selben Bereich liegen ist in Bild 2 5 2b Mehrwege ausbreitung keine direkte Sicht eine Tendenz dahingehend zu beobachten dass die loga rithmisch periodische Antenne kleinere Ergebnisse als die bikonische Dipolantenne ergibt Von der Gr enordnung her sind jedoch alle Ergebnisse vergleichbar Bei der Interpretation dieses Umstandes d rfen aber keine voreiligen Schl sse gezogen werden Sicherlich ist die oben erw hnte nicht korrekte Erfassung von aus gegens tzlichen Seite 32 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Raumrichtungen einfallenden Immissionen bei der logarithmisch periodischen Antennen zum Teil fur diesen Effekt verantwortlich Es fallt aber auf dass z B die Ergebnisse der Punktras termethode obwohl alle mit bikonischen Antennen durchgefuhrt tendenziell auch wertema Big unter den Ergebnissen der Schwenkmethode liegen Dies lasst sich nicht pauschal mit zu niedrigen Punktanzahlen der Rastermethode erkl ren da vor allem bei den Laboren 4 5A und 4 5B mit 63 bzw 76 Punkten Punktmengen erreicht wurden die als durchaus ausreichend erachtet werden um das Maximum 1m dadurch aufgespannten Messvolumen zu finden Hier wird ein anderer Effekt vermutet der be1 der Diskussion um unterschiedliche Antennen typen ebenso wie die korrekte Ber cksichtigung aller m glicher Einfa
27. ude und Gebiete die hauptsachlich uber Reflexionen gepragt sind zu erkennen Seite 154 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren i Aree Cee ee Verg PIERLTER leichs Trainee TEEN EL N Vergleichs gebiet 2 A u i patel tnaa iit BB BLL AL JE ae A atini Fadl PL ESETE Bild 3 6 54 S mulationsergebnis f r das Programm Quickplan zweidimensional Die dreidimensionale Darstellungsweise der Modellierungsumgebung mit den dazugehorigen Ergebnissen f r die Oberflachenberechnung sind im folgenden Bild zu sehen Im oberen Teil sind wieder die Empfangspfade f r einen einzelnen Testpunkt dargestellt Zum Vergleich mit den Messungen wurden in den Vergleichsgebieten Testpunkte verteilt und die maximale Immission aller empfangenden Pfade fur jeden Testpunkt zusammen berechnet Bild 3 6 55 S mulationsergebnis f r das Programm Quickplan dreidimensional Seite 155 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Der Vergleich der Berechnungsergebnisse aller Programme mit dem Messergebnis ist in Bild 3 6 56 f r das Vergleichsgebiet 1 zu sehen Zus tzlich wurde ebenfalls eine Berechnung mit dem Programm Fieldview durchgef hrt dass reine Freiraumausbereitung mit Ber cksich tigung der Bodenreflexion beinhaltet 140 130 120 110 100 90 80 70 60 Elektrische Feldstaerke dB LV m 50
28. und Berechnungsverfahren Die dreidimensionale Darstellungsart spaltet sich wie in den Beispielen zuvor auch in zwei separate Bilder auf Auf dem oberen Bild sind die Empfangspfade eines im Vergleichsgebiet 2 also im Gebiet der nur indirekten Sicht auf die Basisstation liegenden Testpunktes zu sehen Im unteren Bild ist die dreidimensionale Darstellung der Oberflachenberechnung pr sentiert Die Berechnung des Immissionswertes f r den Vergleich mit den anderen Pro grammen und der Messung erfolgte n der Weise dass in den Vergleichsgebieten Testpunkte platziert wurden F r die jeweilige Region wurden f r jeden Testpunkt alle einfallenden Feldst rken der einzelnen Strahlen addiert Der hierbei erhaltene maximale Wert repr sentiert das Ergebnis Bild 3 6 37 S mulationsergebnis f r das Programm Quickplan dreidimensional In Bild 3 6 38 sind die Ergebnisse der einzelnen untersuchten Softwareprogramme und der Messung vergleichend dargestellt Es erfolgte wiederum eine Berechnung mit dem Programm Fieldview Freiraumausbreitung mit einem Zuschlag von 3 dB Es herrschte m Vergleichs gebiet eine LOS Situation Seite 143 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 140 130 120 110 100 90 80 70 60 Elektrische Feldstaerke dB uV m Messung EFC 400 EMF Visual Insite Quickplan Fieldview Bild 3 6 38 Vergleich der Simulations bzw Messwe
29. vgl bestehendes Netz von Monitoren zur Luftreinheits berwachung bzw e als messtechnische Realisierung eines fl chendeckenden Immissionskatasters Es ist insbesondere wichtig zu ermitteln mit welchem Aufwand und welcher Qualit t ein sol ches Kataster zu realisieren ist Bez glich der Berechnungsverfahren werden verschiedene kommerzielle Softwarepakete auf ihre Eignung zur Ermittlung der Exposition der Bev lkerung n der Umgebung von Funksen deanlagen untersucht Die Bandbreite interessanter Konfigurationen in der Umgebung von Mobilfunkbasisstationen umfasst sowohl das Nahfeld wo z B die Montageumgebung Mast Hauswand Dach einen direkten Einfluss auf die Auspr gung der Richtcharakteristik der Antenne haben kann als auch das Fernfeld mit Abschattungs D mpfungs und Beugungs ph nomenen an gro en K rpern w e zum Beispiel H usern Anhand eines Kataloges von praxisrelevanten Konfigurationen wird die Eignung der Soft ware untersucht Wichtige Kriterien bei der Bewertung der Software sind Aufwand bei der Modellerstellung numerischer Aufwand Verf gbarkeit f r verschiedene Rechnerplattformen Genauigkeit der Ergebnisse Preis Leistungs Verhaltnis Die praxisrelevanten Konfigurationen werden auch messtechnisch untersucht Anhand eines Vergleichs der Ergebnisse werden Schlussfolgerungen zur Eignung und Genauigkeit der Mess und Berechnungsverfahren gezogen Abschlie end erfolgt wie bei den Messverfahren eine Diskussion
30. 1800 ab Version 2 0 u a auch UMTS und ist f r den Fernfeldbereich geeignet Es k nnen alle relevanten Umgebungen l ndliche Gebiete Vor und Innenst dte berechnet werden Die Simulation der Feldst rken innerhalb von Geb uden ist mit Quickplan nicht m glich Generell k nnen Abstrahlcharakteristiken aus Herstellerdaten n das Programm eingef gt werden Im Bezug auf die Bedienungsfreundlichkeit kann auch hier festgehalten werden dass ein Grundverst ndnis der Materie notwendig ist Der Benutzer sollte erkennen ob die Ergebnisse plausibel sind Dar ber hinaus sollte der Anwender ge bt 1m Umgang mit erdbezogenen Koordinatensystemen sein UTM L nge Breite Eine Eingabe ber kartesi sche Koordinaten ist nicht m glich Die erforderlichen Eingabedaten Parameter der Mobilfunkanlage Geodaten k nnen n das Programm importiert oder selbst ndig generiert werden Bei der Geb udemodellierung ist zu beachten dass d e Eckpunkte der H user ber ein m Programm integriertes Tool anhand von Satelliten oder Katasterbildern mittels eines Cursors bestimmt werden k nnen Eine Nachbe arbeitung der so erhaltenden Geb ude ist m glich Alle f r diese Studie berechneten Szena rien konnten problemlos auf dem oben beschriebenen Computer mit einer maximalen Zeit dauer von 2 Stunde simuliert werden Mit Quickplan ist es auch m glich Hardwareressour cen von anderen Computern in einem Netzwerk ber Auslagerung von Berechnungen zu nutzen und di
31. 2 4 G a ee a a EFC 400 EMF Visual Insite Quickplan Fieldview Bild 3 6 70 Abweichung der Simulationsergebnisse vom Messwert bei direkter Sicht zur Sendeanlage LoS Im folgenden werden die Abweichungen der berechneten Immissionswerte bei denjenigen Konfigurationen betrachtet bei denen keine direkte Sicht zur Sendeanlage herrschte Diese nLoS Situationen k nnen nochmals in zwei Untergruppen unterteilt werden Zum einen lag das Vergleichsgebiet in Schatten von Geb uden und zum zweiten lag es direkt im gleichen Geb ude auf dem die Mobilfunkanlage montiert war Die einzelnen Balken kennzeichnen die weiter oben simulierte Konfiguration in folgender Weise Balken 1 Standort Hochstra e 1 3 47443 Moers Szenario 2 3 Balken 2 Standort Hombergerstra e 162 47441 Moers Szenario 2 3 Balken 3 Standort Inrather Stra e 146 47803 Krefeld Szenario 6 7 Wie die Abweichungen bei den Szenarien mit direkter Sicht werden in Bild 3 6 71 die Unterschiede f r die Konfigurationen mit indirekter Sicht aufgezeigt Die Messunsicherheit von 3 dB ist wiederum durch die zwei roten Linien gekennzeichnet Seite 166 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 20 cn ees DE GO eee ee EE Wi r 1 5 PE Seer eee eee reece ener ee eee O DC ctl ol gt ae 7p a E a E E nn 2 ie ea A oo eevee P E E S Go E N e gt OEE EEE Ee BRERRER om 5 coo O EEE B
32. 2 vorgeschlagen wurde BUWAL 01 Auch im geplanten Cenelec Standard prEN 50401 prEN 50401 sollen die Bewertungsergebnisse direkt mit den Grenz werten verglichen werden was als ein Vorgehen nach Variante interpretiert wird Die Hinweise zur Durchf hrung der 26 BImSchV LAI 04 geben an dass die Einhaltung eines Grenzwertes nur dann gegeben ist wenn alle Messwerte zuz glich der gesamten Messunsicherheit unterhalb des Grenzwertes liegen hnlich u ert sich die f r berufliche Exposition relevante BGR B11 BGR Dies hei t aber genau genommen nicht automatisch dass alle gemessenen Werte um die Messunsicherheit vergr ert und als Endresultat angege ben werden m ssen sondern bezieht sich lediglich auf die Festlegung wann ein Grenzwert eingehalten ist und wann nicht Sicherlich ist f r die Beantwortung dieser Frage auch relevant ob die sowohl bei der Festle gung der Basisgrenzwerte als auch be der Ableitung der Feldst rkegrenzwerte angesetzten Sicherheitsfaktoren bereits Unsicherheiten bei der Erfassung der Immissionen ber cksichti gen Hierzu war n den einschl gigen Dokumenten keine eindeutige Aussage zu finden Aus technischer S cht handelt es sich bei der Messunsicherheit um eine Plus Minus Angabe Es st blich einen Messwert mit diesem Messunsicherheitsintervall anzugeben und nicht z B nur den Maximalwert des Intervalls in dem sich der tats chliche Wert bewegen kann Ein genereller Aufschlag der Mess
33. Antenne f r das GSM 900 System ist auch hier eine deutliche Variation der Abstrahlcharakteristik bez glich Lage und Amplitude der Nebenzipfel in Abh ngigkeit des elektrischen Downtilts zu erkennen Als n chstes folgt die Betrachtung der Mobilfunkantenne K 742 212 f r das UMTS System Bild 3 4 5 normierte Richtcharakteristik dB Bild 3 4 5 mE a es 0 5 0 Grad M M M 4 Grad 8 Grad veriec sists E E S aN EEE 1 EO E fees O O E O E KERFEEEEEREREER IA E ovaj E T 90 75 60 45 30 15 0 15 30 45 60 75 90 Winkel Grad Vergleich der auf die Hauptstrahlrichtung normierten Abstrahlcharakteristik der Mobilfunkan tenne K 742 212 bei einer Frequenz von 2140 MHz und verschiedenen elektrischen Downtilts Seite 98 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Analog zu den vorher betrachteten Antennen variieren auch bei der Antenne f r das UMTS System die Lage und Amplitude der Nebenzipfel in Abhangigkeit des elektrischen Downtilts sehr stark Als erstes offensichtliches Fazit kann an dieser Stelle festgehalten werden dass bez glich einer numerischen Simulation auf jeden Fall das Abstrahldiagramm mit dem konkreten elektrischen Downtilt verwendet werden sollte Die Moglichkeit das 0 Abstrahldiagramm zu verwenden und dieses um den elektrischen Downtilt Winkel mechanisch zu drehen liefert besonders im Bereich der Nebenzipfel fehlerhafte Erge
34. Aufl sung einer Verlangerung der Rechenzeit entspricht 3 7 6 Fazit Ein berblick ber die Programme und die jeweiligen Kriterien ist der Tabelle 3 7 2 zu wird verdeutlicht dass das zugeh rige Kriterium nicht erf llt ist Ein dagegen zeigt an dass das Kriterium m GO 66 entnehmen Ein o steht hierbei f r grunds tzlich integriert Mit Programm integriert st und die Art und Weise der Behandlung gegen ber den anderen Softwarepaketen hervorzuheben ist Zusammenfassend kann an dieser Stelle gesagt werden dass alle Softwarepakete sowohl ihre Vorteile aber auch Nachteile im Vergleich zu den anderen Programmen haben s ehe Tabel le 3 7 2 Eine generelle Bewertung welches Softwarepaket am besten geeignet ist ist deswe gen n cht m glich Sowohl auf Freiraumausbreitung als auch auf Strahlenoptik basierende Programme geben bei einer Konfiguration bei der direkte Sicht zur Antenne herrscht LoS eine sehr gute N he rung zum gemessenen Wert wieder Wird dagegen eine Konfiguration untersucht n der keine direkte S cht zur sendenden Antenne vorliegt nLoS bersch tzt die Methode Freiraumaus breitung 3 dB die tats chliche Immission stark Eine Verbesserung hinsichtlich einer geringeren bersch tzung liefert hier die Freiraumberechnung mit Ber cksichtigung von Bodenreflexion Annahme Faktor 1 7 trockener Boden bzgl der Leistungsflussdichte und der Geb uded mpfung 3 dB Auf Strahlenoptik basie
35. B des technischen Wechselstroms 50 Hz sind Dies w rde beim Vorliegen eines entsprechend starken Feldes zu einer bersch tzung der Mobilfunkimmissionen f hren Das jeweils einzusetzende Ger t ist deswegen vor Gebrauch z B auf 50 Hz Festigkeit zu pr fen z B durch Ann herung an einen elektrischen Verbraucher h herer Leistung Einige Ger tetypen besitzen extra zuschaltbare 50 Hz Filter die bei Vorliegen eines St rfeldes aktiviert werden sollten Seite 66 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 2 5 7 Auswertung Die sich an die Messung anschlie ende Auswertung umfasst 1m wesentlichen die folgenden Aspekte e Wie werden aus den origin r mit dem Spektrumanalysator gemessenen Spannungs bzw Leistungspegeln Feldst rke oder Leistungsflussdichtewerte berechnet e Wie erfolgt die Extrapolation der gemessenen Augenblickswerte auf den Zustand bei maximaler Anlagenauslastung Hierbei sind auch die Besonderheiten zu ber cksichtigen die sich aus der mobilfunktypischen Betriebsart Frequency Hopping ergeben e Ggf Durchf hrung der Mittelung dies ist bereits oben ausf hrlich behandelt worden 2 3 7 1 Umrechnung der Messwerte auf Leistungsflussdichten bzw Feldstarken Die Grenzwerte sind blicherweise als elektrische E bzw magnetische Feldstarke H definiert Oftmals wird als Immissionsgr e aber auch die elektrische Leistungsflussdichte S angegeben Dies ist als gleichwertig zur
36. Bereitstellung der technischen Daten der betrachteten Anlagen die f r eine korrekte messtechnische Erfassung sowie die rechentechnische Simulation notwendig waren Seite 181 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Literaturverzeichnis 26 BImSchV ANFR DR 15 BAK 02 BLA 00 BMBF 04 BOCH 03 1 BOCH 03 2 BOCH 03 3 BGR BOR 01 26 BImSchV Sechsundzwanzigste Verordnung zur Durchf hrung des Bundes Immissionsschutzgesetzes Verordnung ber elektromagnetische Felder 26 BImSchV BGBl Jg 1996 Teil I Nr 66 20 12 1996 Protocole de mesure in situ Visant a verifier pour les stations emettrices fixes le respect des limitations en terme de niveaux de reference de l exposition du public aux champs electromagnetiques pr vues par la recommendation du Conseil de I Union Europ enne du 12 juillet 1999 1999 519 CE Agence Nationale des Frequences Republique Francaise Edition 2001 R Coray P Krahenbuhl M Riederer D Stoll G Neubauer B Szentkuti mmissionen in Salzburg Studie erstellt durch das Bundes amt f r Kommunikation BAKOM n Zusammenarbeit mit dem For schungszentrum ARC Seibersdorf research GmbH dem Magistrat Salz burg Amt f r Umweltschutz und der EMC RF Szentkuti Februar 2002 N Blaunstein Radio Propagation in Cellular Networks Artech House Norwood Mobilkommunikation und Rundfunk der Zukunft Konzepte zur
37. EFC 400 erm glich ferner eine dreidimensionale Darstellung der S mulat onsumgebung vgl Bild 3 6 23 Die Ergebnisse werden wie schon bei zweidimensionalen Darstellungsweise als flachige Farbverteilung angegeben a Efvirn 1 1 i 000 00 002 085 O10 O88 16 20 Bild 3 6 23 Simulationsergebnis f r das Programm EFC 400 dreidimensional Seite 133 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Als nachstes werden die Ergebnisse die mit der Software EMF Visual berechnet wurden dargestellt Anmerkend ist hierbei auch f r eine sp tere Beurteilung folgendes festzuhalten Die Modellierung der Geb ude konnte ber die Definition der Hauseckpunkte auf dem Satellitenbild durchgef hrt werden Das so geschaffene Szenario bestand wie oben bereits beschrieben aber nur aus den H userh llen die als Dekoration f r die Berechung nicht relevant waren Hierzu mussten manuell Quader mit materialspezifischen Parametern einge f gt und den H usern m glichst gut angepasst werden Mit der Anzahl der so eingef gten Quader steigt die Rechenzeit f r die Simulation stark an Waren f r alle Geb ude in der Simulation Quader eingef gt worden gab das Programm eine Rechenzeit von mehr als 8 Tagen an im Gegensatz zu Stunden bei den anderen Programmen Diese Tatsache ist schon sehr verwunderlich da ja beide Softwarepakte auf dem gleichen physikalischen Modell beruhen Um die Rechenzeit zu reduzieren wu
38. Einleituns nasse 15 1 1 Zielsetzung des Forschungsvorhabe n cccccccccssssssssccccccccssssssssssccccsssseeees 15 1 2 Hintergrund des Forschungsvorhabens 0000ss000000000000000000000000000000000000 15 1 3 Einordnung des vorliegenden Abschlussberichtes cccccccsssssssssssscccoeees 16 2 Messverfahren Aka ai 18 2 1 Einleitung sisscesccczeicevecese ceseees letasccecesaeciivevscck custeascelevscekerccece seve vscehcccbasecedetaesienss 18 2 2 Ergebnisse der Analyse der Immissionsverteilung ccccccccssssssssssccccssseees 19 2 3 Ableitung von Anforderung an Messverfahren sccccccsssssssssssscccccsseeeees 23 2 4 Vorsaben der 26 BImSchV 24 2 5 Entwicklung und Bewertung von geeigneten Messverfahren c s00ee 25 2 5 1 Grunds tzliche Messverfahren ccccssrsssscccccccrrsssssssscscccccccccsssssssccccsccssssscscccceees 25 2 2 Auswahl der MesSspUunkte s sssssssesscssssccccsssseccccssscecocsssccccossecccccssececossssececosseseoso 27 2 5 3 Messger te und Hilfsmittel a2 ak 29 29 3 1 Freg uenzselektives Messverfahren a ee ee 29 253 2 Breitband zes Messvertahre Miine E N 38 29 3 3 Kalibrierung der Messeenia nie 40 2 5 4 Nahfeld Fernfeld Problematik 41 23 WNT LEP Messparameten a na n ei E EENE EEEE EONA 44 295 1 Auflo sunssp ndbreite ass lee elle 45 259 2 DEKTO su een 46 23 935 Klequenzbereich a een 47 ZOO WICC ONAN DECILG patat sic chives sad ee ine ee ee ee a
39. Empfind lichkeitsschwelle von etwa 1 V m Das bedeutet dass die kontinuierlich aufgenommene Immissionslinie nur dann tats chlich lebt wenn die Immissionen am Messort ber dieser Schwelle liegen Je nach Hintergrund der Messpunktwahl k nnen damit folgende Szenarien entstehen Seite 84 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 1 Als Messpunkte werden sog Sensible Orte gew hlt d h Punkte innerhalb von Kindergar ten Schulen Krankenh usern o Gerade hier zeigt aber die messtechnische Erfahrung dass diese Orte sehr oft zu den vergleichsweise gering exponierten geh ren und deren Immissionen unter der Empfindlichkeitsschwelle des Messger tes liegen Hieraus folgt dass als Immission ber der Zeit nur das Rauschen des Messger tes zu sehen ist d h die Immissionslinie lebt nicht Damit ist ein wesentlicher der oben aufgef hrten Vorteile der Monitoringmethode nicht gegeben die Akzeptanz der Messungen sinkt Ein solches Monitoring System ist beispielsweise an 15 Messpunkten in Katanien Italien installiert die Ergebnisse k nnen ber www rfwatch com abgerufen werden Hier zeigt s ch dass an etwa 2 3 der Messstellen die Immissionslinie nicht lebt sondern das Grundrauschen des Messger tes zeigt 2 Die Messpunkte werden an Orten bestimmt an denen die Immission merklich gr er als 1 V m ist Diese stimmen allerdings nur in wenigen F llen mit denjenigen Orten berein an den
40. Feldst rkeangabe zu betrachten da E H und S im Fernfeld dieselbe Information beinhalten und sich ineinander umrechnen lassen Insofern kann bei Breitbandmessger ten die in der Regel direkt die elektrische Feldst rke ausgeben auf einfache Weise eine Umrechnung auf H oder S erfolgen soweit erforderlich Werden die Messungen mit Spektrumanalysator oder Messempf nger durchgef hrt so m ssen die originar gemessenen Spannungs oder Leistungspegel unter Ber cksichtigung von Antennenfaktor bzw gewinn der Empfangsantenne in eine Feldst rke oder Leistungsfluss dichte umgerechnet werden wobei die Kabeld mpfung des Zuleitungskabels mit ber cksich tigt werden muss Um eine Auswertung nach der Messung zu vereinfachen k nnen bei vielen Ger ten die Korrekturfaktoren f r die Antenne und das Kabel direkt in das Ger t eingegeben werden so dass die Ger teanzeige auch hier direkt die elektrische Feldst rke ausgibt Die D mpfungs faktoren des HF Zuleitungskabels werden als Kabelfaktoren und die Eigenschaften der Empfangsantenne als Antennenfaktoren k in den Spektrumanalysator eingegeben Liegen die Antennenwerte nur als Gewinnfaktoren vor so k nnen sie bei einem 50 Ohm System mit der Gleichung k dB m 29 774 20 lg f MHz g dB 2 5 9 in Antennenfaktoren umgerechnet werden Der Antennenfaktor bezeichnet als Wandlungs ma das Verh ltnis zwischen der elektrischen Feldstarke in der sich die Antenne befindet zur anliegenden Hoch
41. MHz m glich Die 5 MHz k nnen bei einigen Ger ten aber direkt ber die Zifferntastatur eingestellt werden Sofern diese vergleichsweise hohen Bandbreiten nicht realisierbar sind gabe es theoretische zwei Ausweichm glichkeiten Einige Ger te verf gen ber die M gl chkeit eine Kanalleis tungsmessung channel power measurement durchzuf hren bei der numerisch ber die am Bildschirm dargestellte spektrale Kurve geringerer Aufl sungsbandbreite integriert wird Die zweite M glichkeit besteht darin mit einer geringeren Bandbreite zu messen und mittels eines Korrekturfaktors auf d e Signalbandbreite zu extrapolieren Dieser Korrekturfaktor wird beispielsweise auch in der Messvorschrift der RegTP f r bundesweite EMVU Messreihen REGTP 03 angegeben Seite 46 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Signalbandbreite Korrekturfaktor 10 log _ _ Rauschbandbreite 2 5 7 Bei Verwendung eines Gauss Filters entspricht die Aufl sungsbandbreite n herungsweise der Rauschbandbreite Somit ware bei einem 4 6 MHz breiten UMTS Signal und Messung mit einer RBW von 3 MHz beispielsweise ein Korrekturfaktor von 1 9 dB zum angezeigten Wert zu addieren Bei dieser M glichkeit handelt es sich aber lediglich um eine Absch tzung deren Genauigkeit von der Signalform und der Beschaffenheit der im Spektrumanalysator vorhandenen Aufl sungsfilter abh ngt Wie im n chsten Abschnitt
42. Mehrfachbelegungen vorliegen und hierdurch die Umgebungsmodellierung nur einmal durchzuf hren ist wird f r diese Absch tzung eine durchschnittliche Zeit einem Tag f r die Modellierung und die Berechnung pro Basisstation angenommen Hierdurch erg be sich ein Zeitaufwand von etwa 227 Mannjahren 3 8 6 Fazit Zusammenfassend kann an dieser Stelle festgehalten werden dass eine berechnungstechni sche Realisierung einen fl chendeckenden Katasters wie die beiden vorherigen Beispiele belegen mit einem sehr gro en Aufwand verbunden sind Hierbei ist ferner zu beachten dass die Beispiele zur Absch tzung noch keine Zeiten f r Aktualisierungen aufgrund von nde rungen der Daten Basisstation und Geb ude enthalten Dar ber hinaus ist der Aufwand die f r eine Berechnung notwendigen Daten zu beschaffen nicht unwesentlich Gerade bzgl der Betreiberdaten stellt die rechentechnische Realisierung eines fl chendecken den Katasters gegen ber einer messtechnischen wenn nicht auf maximale Anlagenauslastung extrapoliert wird einen gro en Nachteil dar wobei die Berechnungen eher einen kontinuier lichen Verlauf der Immission liefern als dieses Messungen leisten k nnen Wie Messungen k nnen nat rlich auch Berechnungen in verschiedenen H hen durchgef hrt werden Bez glich der Messungen bedeutet dieses aber einen extremen Aufwand wenn in Innenr umen gemessen wird z B muss der Zutritt erst einmal beschafft werden Deswegen ist es am einfac
43. NRW sind zum Beispiel 80 der Fl che digital erfasst Hinzukommend k nnen auch Satellitenbilder zur Erstellung der Geb ude verwendet werden Einziger Nachteil beider Varianten ist dass die H hen der einzelnen Geb ude nicht erfasst sind F r die Realisierung eines fl chendeckenden Katasters besteht demnach zun chst die Anforderung diese Daten zu generieren Die H hendaten der Landschaft sind auf der anderen Seite im DGMS verf gbar Der zweite Teil der notwendigen Informationen bezieht sich auf die Bas sstationsparameter Wie in Abschnitt 3 5 2 bereits beschrieben sind einige der ben tigten Daten der Standortbe scheinigung zu entnehmen Dar ber hinaus ist aber die Mitarbeit der einzelnen Mobilfunkan bieter unumg nglich Auch wenn sich die Betreiber in der Regel bzgl der zur Verf gung zu stellenden Daten f r einzelne Anlagen sehr kooperativ zeigen ist bei der Bereitstellung der Daten f r alle Anlagen einer Stadt eines Bundeslandes oder sogar f r ganz Deutschland mit erheblichen Einschr nkungen zu rechnen Als Alternative k nnte hierbei der Einbezug RegTP zu sehen sein da hier bereits ein Gro teil der ben tigten Daten vorhanden ist Seite 177 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 8 2 Aktualisierung Da wie in Abschnitt 3 4 detailliert beschrieben durch die Synthese der Abstrahlcharakteristik der Mobilfunkantenne mehrere Betriebszustande gleichzeitig simuliert werden k nn
44. Near Mobile Phone Base Stations 15 Intl Zurich Symposium and Technical Exhibition on Electromagnetic Compatibility Z rich S 161 166 Februar 2003 G Neubauer H Haider K Lamedschwandner M Riederer und R Coray Measurement Methods and Legal Requirements for Exposure Assessment Next to GSM Base Stations 15 Intl Zurich Symposium and Technical Exhibition on Electromagnetic Compatibility Zurich S 143 148 Februar 2003 Seite 184 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren INSMA 99 prEN 50401 QP 04 RAU 00 RegTP REGTP 03 RS 04 1 RS 04 2 RYS 02 SATS SCH 01 SICTA 01 WI 04 WUSCH 02 WUSCH 03 Working Group 16 of NSMA Recommendation WG16 99 050 NSMA Antenna Systems Standard Format for digitized Antenna Patterns 20 05 1999 prEN 50401 Draft Product Standard the Compliance of Radio Base Stations and Fixed Terminal Stations for Wireless Telecommunication Systems With the Basic Restrictions or the Reference Levels Related to General Public Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields 110 MHz 40 GHz When Put into Service Draft basic standard CENELEC TC 106X June 2004 Internetseite der Software Quickplan www t e s it Chr Rauscher Grundlagen der Spektrumanalyse Rohde amp Schwarz GmbH amp Co KG M nchen 1 Aufl 2000 EMF Datenbank der RegTP emf regtp de Regulierung
45. Personen vorbeifahrende Autos oder auch windbewegte B ume Hierbei handelt es sich prinzipiell um eine zeitliche nderung des Fast Fading Bildes Deswegen k nnen zur geeigneten messtechnischen Ber cksichtigung dieser Schwankungen die selben Techniken zur An wendung kommen wie bei den kleinskaligen rtlichen Schwankungen durch Fast Fading Gro skalige jahreszeitliche Schwankungen im Ausbreitungsweg wie z B durch ver nder te Vegetation Baum mit ohne Laub sind prinzipiell durch eine einzelne Vorortmessung schwer zu fassen Allerdings ist bei Messpunkten mit freier Sicht zur Anlage ein dominan ter Ausbreitungsweg vorhanden der die Immission ma geblich dominiert Sich ver n dernde Reflexionen durch ver nderte Vegetation spielt dann nur eine untergeordnete Rol le bzw sind durch eine Maximalwertsuche innerhalb eines rtlich ausgedehnten Volu mens zu fassen Ist die Vegetation direkt im Ausbreitungsweg und fehlen andere domi nante Reflexionswege wird die Immissionssituation jahreszeitlich schwanken Nach BOR 04 kann die D mpfung durch einen belaubten Baum durchaus Werte im Bereich 5 dB bis 10 dB annehmen Im Sinne eines worst case Ansatzes w ren dann Messungen in den Herbst bzw Wintermonaten sinnvoller als im Sommer Seite 23 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 2 3 Ableitung von Anforderung an Messverfahren Aus den Erkenntnissen der beiden vorangegangenen Abschnitt
46. Probennahme die sich z B aus individuell unterschiedlichen Vorgehensweisen verschiedener Messpersonen bei der Abtastung des Messvolumens ergeben Au erdem werden Unsicherheiten die sich durch Verwendung der Messger te insbesondere Antennen nicht unter Laborbedingun gen sondern n realen Umgebungen ergeben ber cksichtigt Die nachfolgenden Betrachtungen zur Berechnung der Messunsicherheit bas eren auf dem Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement GUM der hier als aktueller Stand der Technik verstanden wird Relevant f r die Ermittlung der Gesamtmessunsicherheit ist die sog Ermittlungsmethode B be der nach folgenden Schritten vorgegangen wird In einem ersten Schritt werden alle Einzelkomponenten zusammengetragen die durch einen Fehlerbeitrag zu einer Gesamtmessunsicherheit beitragen Dieses k nnen z B Toleranzen von Messger ten nach Herstellerangaben sein F r jede einzelne potentielle Fehlerkomponente wird deren Standardunsicherheit u x berechnet Dabei st zu unterscheiden ob die Fehler komponenten normal Gauss rechteck oder U verteilt sind Bei einer Rechteckverteilung sind alle Messwerte innerhalb eines Bereiches e bis e um den Mittelwert gleich wahrscheinlich die Standardunsicherheit betr gt Ca e u x 2 5 19 2 3 Bei Normalverteilung im Bereich e mit Vertrauensniveau 95 k 2 ist e u xi m 2 5 20 be U f rmiger Verteilungsfunktion hingegen Cc u xi a
47. Schwenkvorgang sehr sorgf ltig durchgef hrt werden Da diese Antennen ber eine ausgepr gte Richtwirkung verf gen muss sichergestellt werden dass w hrend des Schwenkvorgangs die Antenne berall im Messvolumen in jede Richtung und Polar sation orientiert wird Der Schwenkvorgang ist auch bei Messungen 1m Freien durchzuf hren Seite A4 von A6 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 5 Auswertung Die originar gemessenen Spannungs bzw Leistungspegel m ssen in Feldst rke oder Leis tungsflussdichtewerte umgerechnet werden Dies kann durch die Eingabe von entsprechenden Antennen Korrekturfaktoren in das Messger t vor Beginn der Messungen erfolgen Ist dies nicht m glich ist die Umrechnung nach Gleichung 5 1 bzw 5 2 vorzunehmen P 4n f7 s 5 1 Ci G ESS 5 2 Dabei ist P am Spektrumanalysator gemessene Leistung in W S f r Grenzwertaussage ben tigte Leistungsflussdichte in W m E f r Grenzwertaussage ben tigte elektrischen Feldst rke in V m ZFo Freiraumwellenwiderstand Gi isotroper Gewinn der Empfangsantenne ohne Einheit f Frequenz des mit der Antenne gemessenen Feldes in Hz Co Lichtgeschwindigkeit im Vakuum co 310 m s Die Kabeld mpfung st ebenfalls zu ber cksichtigen Anschlie end sind die gemessenen Werte auf den Zustand bei maximaler Anlagenauslastung zu extrapolieren Dazu m ssen von den Netzbetreibern der gemessenen und ggf der umlie genden Mobi
48. Seite 88 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren hierbei abh ngig von den elektrischen Materialeigenschaften der Oberfl chenrauhig keit des Hindernisses und dem Einfallswinkel der Funkwelle Streuung Trifft eine Funkwelle auf ein Hindernis welches kleiner als oder vergleich bar gro mit ihrer Wellenl nge ist z B Laub Laternenpf hle Verkehrsschilder wird sie gestreut Wellen werden auch an rauen bzw ungleichm igen Oberfl chen gestreut Die Streuung kann hnlich betrachtet werden wie die Reflexion mit der Ausnahme dass die einfallende Funkwelle nicht in eine sondern in viele Richtungen zur ckgewor fen wird Die Streuung ist abh ngig von den elektrischen Materialeigenschaften der Oberflachenrauhigkeit des Hindernisses und dem Einfallswinkel der Funkwelle Es existieren verschiedene Modelle diese Ausbreitungsmechanismen mit mathematischen Methoden zu beschreiben und somit eine Berechnung mit dem Computer zu ermoglichen In dieser Studie wird hierbei der Fokus auf die analytischen Modelle gelegt da empirische und semi empirische Rechenmodelle lediglich eine sehr eingeschrankte Aussage hinsichtlich der zu erwartenden Feldstarken liefern Ferner sind sie zur Beschreibung des Umfeldes des Senders und aufgrund der Mittelwertangabe f r die Immission insbesondere auch zur Grenz wert berpr fung nicht geeignet Die analytischen Verfahren k nnen grunds tzlich in strahlenoptisch
49. als die hier maximal untersuchten 3 m Bei kleineren Abst nden traten tendenziell gr ere Abweichungen auf Da diese Schwankungen bei geringf gigsten Positionsanderungen die Antenne wird in Relation zum vergleichsweise feststehenden Korper des Messenden geschwenkt wie erwahnt positiv oder negativ in Relation zum unge Seite 37 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren st rten Wert sein k nnen bei den Messungen aber blicherweise mit der Maxhold Funkti on der Maximalwert am Spektrumanalysator festgehalten wird werden sich diese Einfl sse des Messenden in diesem Fall als berbewertung der tats chlichen Immissionssituation bemerkbar machen Diese Interpretation k nnte den anfangs beschriebenen wertem igen Unterschied der Resultate der Schwenkmethode m Vergleich z B zu den Ergebnissen der Punktrastermethode bei gleichem Antennentyp erkl ren Bleibt jedoch bei Messungen mit der bikonischen Antenne der Abstand zwischen Messperson und Messantenne konstant kann theoretisch auch unter Verwendung der Maxhold Funktion eine Unterbewertung erfolgen Diese Gefahr l sst sich durch eine Vergr erung des Anten nenabstands zum Messenden mit einer nichtmetallischen Halterung sowie durch eine kontinu ierliche Ver nderung des Abstands zur Antenne w hrend des Schwenkens minimieren Bereits hier kann deswegen abgeleitet werden dass e zur Vergr erung des Antennenabstands
50. anschlie ender Mittelung nicht pauschal von einer weiteren Betrachtung hinsichtlich ihres Einsatzes f r Immissionsmessungen an Seite 65 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Basisstationen ausgeschlossen werden Unter Umstanden ist es mit weiteren Forschungsbe m hungen m glich eine einfache und den menschlichen K rper ausreichend repr sentierende Mittelungsgeometrie bei praktikabler Punktanzahl zu finden Zum augenblicklichen Stand erweist sich jedoch die Schwenkmethode als optimale und praktikabelste Methode f r vorlie gende Aufgabenstellung die Ermittlung der Immission durch Mobilfunk Basisstationen mit Eignung zur Grenzwert berpr fung Die Reproduzierbarkeit der Schwenkmethode kann als sehr gut bezeichnet werden Voraus setzung st hier jedoch eine sehr sorgf ltige Durchf hrung des Schwenkvorgangs da alle Polarisationen und Einfallsrichtungen im Messvolumen erfasst werden m ssen 2 3 0 9 Breitbandiges Messverfahren Grunds tzlich ist auch bei der Messung mit einem breitbandigen Feldst rkemessger t eine Maximalwertsuche m glich Viele Messger te verf gen ebenfalls ber eine Maxhold Funktion mit der der gr te Wert 1m Messvolumen gespeichert werden kann Die Aktivie rung dieser Funktion ist jedoch aus folgenden Gr nden mit Vorsicht zu behandeln l Breitbandsonden ben tigen eine gewisse Zeit um sich auf den Messwert an einem festen Ort einzupendeln 2
51. berlagerung des reflektierten Signals mit dem direkten Signal an der Empfangsantenne hin Je nach Abstand des Messenden berlagern sich die S gnale konstruktiv oder destruktiv Bei geringem Abstand des Messenden zur Empfangsan tenne kann der Einfluss des Messenden auch als Verzerrung des Empfangsantennendia gramms interpretiert werden Die Abweichungen bei Einsatz der bikonischen Antenne bei anderen Bodenbelegungen Polarisationen und Frequenzen sind zwar nicht mehr so gro wie im erw hnten Maximalfall aber immer noch relevant Es soll hierbei nicht unerw hnt bleiben dass durch die bei vorliegenden Versuchen gew hlte definierte Umgebung in gewisser Weise eine idealisierte Umgebung vorliegt da hier au er dem direkten Strahlungspfad zwischen Sende und Empfangsantenne beim Szenario ohne Bodenabsorber im Idealfall lediglich ein zweiter indirekter bodenreflektierter Strahlungs pfad existiert Bei realen Messpunkten vor allem n Innenr umen ohne direkte S cht zur Antenne ist das vorliegende Einfallswinkel und Polarisationsspektrum in der Regel sehr viel komplexer Dies kann sowohl zu einer teilweisen Kompensation einzelner gegens tzliche Effekte f hren in Einzelf llen ist aber auch eine Verst rkung der Effekte m gl ch Dieses ist aber sehr stark von den Umgebungsbedingungen abh ngig und nicht generell vorausbestimm bar Eine unterschiedliche Beeinflussung beider Antennentypen erfolgt n realen Umgebungen nicht nur durch den
52. bestimmenden Gebiete h ngt allerdings wie oben bereits beschrieben stark von der Genauigkeit der Eingabeparameter wie z B Geb u dematerialien zusammen Mit zunehmender Genauigkeit kann hierbei das Gebiet in dem die berpr fenden Messungen durchgef hrt werden m ssen minimiert werden Seite 168 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 7 Beurteilung der Programme und Zusammenfassung Im folgenden Abschnitt wird basierend auf den Erfahrungen bei der Anwendung der einzel nen Softwarepakete Modellierung Aufwand usw sowie der in den letzten Abschnitten ermittelten Genauigkeiten eine zusammenfassende Bewertung bez glich der Anforderungen die in BOR 02 1 an Rechenverfahren definiert wurden vorgenommen Grenzwert berpr fung m glich Frequenzbereich ok Entfernungsbereich ok Anwendungsbereich st dtisch Systematische Fehler gering Bedienungsfreundlich aufw ndig sehr aufw ndig sehr aufw ndig keit Erforderliche Rechenleis hoch sehr hoch sehr hoch tung Speicherbedarf Tabelle 3 7 1 Vergleich der unterschiedlichen Berechnungsverfahren vgl BOR 02 1 Im folgenden werden die Umsetzung bzw d e Behandlung der n Tabelle 3 7 1 aufgef hrten Kriterien in den einzelnen Softwarepaketen die f r die Untersuchungen in diesem For schungsvorhaben herangezogen wurden ausf hrlich behandelt Da viele der zu untersuchen den Kriterien eng miteinander verbunden sind werden die Be
53. betrachtet In Bild 3 6 41 sind die Ergebnisse von EFC 400 in zweidimensionaler Darstellungsweise zu sehen Daran anschlieBend zeigt das Bild 3 6 42 die dreidimensionale Darstellung Pasition m E m 2N EDIN aoo ms 000 got 002 O06 010 O20 0S0 10 20 50 100 50 Position m 501 Bild 3 6 41 S mulationsergebnis f r das Programm EFC 400 zweidimensional Seite 146 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Eim 000 00 002 005 O00 020 050 10 20 40 gt 100 Bild 3 6 42 Simulationsergebnis f r das Programm EFC 400 dreidimensional Die Berechnungsresultate mit dem Programm EMF Visual sind in Bild 3 6 43 zu sehen Die betrachtete Sektorantenne ist mit einem roten Punkt gekennzeichnet Es wird wieder deutlich dass ein Immissionsvergleich durch einen reinen Farbvergleich mit den Ergebnissen von EFC 400 nicht moglich ist obwohl die Ober und Untergrenze fur die elektrische Feldstarke gleich sind Ferner wird wieder der Unterschied zwischen strahlenoptischen und auf Frei raumausbreitung basierenden Programmen sichtbar a i u mi a m il mm i ms Bild 3 6 43 Simulationsergebnis f r das Programm EMF Visual Im nachsten Bild sind die Simulationsergebnisse dargestellt die mit dem Programm Wireless Insite erzielt wurden Die unterschiedliche Farbgebung der Geb ude ist in einem differieren Seite 147 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geei
54. den dabei eingesetzten Antennen gedankt sowie f r die Erlaubnis Daten aus der METAS Studie zu Vergleichsmessungen an Mobilfunk Basisstationen auszugsweise zu zitieren Dar ber hinaus gilt unser Dank Herrn Dr Plotzke von der FGEU GmbH f r die kostenneutra le Bereitstellung der Software EFC 400 sowie Herrn Dr Jakobus und Herrn Berger von der EM Software amp Systems GmbH f r die Unterst tzung mit dem Umgang der Software Feko Des weiteren sind an dieser Stelle Herr Perrot und Herr Doare von der Firma Antennessa f r die kostengunstige Bereitstellung der Software EMF Visual und die dartiber hinaus gehenden schnellen Reaktionen und die Unterst tzung bei Fragen bzgl der Software dankend zu erw hnen F r den nach mehreren Versuchen unsererseits hergestellten Kontakt zu der Firma TeS sei an dieser Stelle Frau Marsalek Plattform Mobilfunk Initiativen sterreich gedankt Ferner sind Herr Dr Lo Forti Herr Dr Arenaccio Herr Dr Gensabella und Herr Dr Ferrarot ti der Firma TeS f r die kosteng nstige Bereitstellung der Software Quickplan dankend zu erw hnen Sehr wertvoll waren die schnellen Reaktionen und die Unterst tzung bei der Software und dar ber hinaus gehende Fragen Nicht zuletzt hat auch die konstruktive Mitarbeit der Mobilfunk Netzbetreiber T Mobile Deutschland GmbH Vodafone D2 GmbH E Plus Mobilfunk GmbH amp Co KG und O2 Germany GmbH amp Co OHG e nen gro en Anteil am Gesamtprojekt Dies betrifft vor allem die
55. der Messwerte jedoch eine Vergleichbarkeit der Messvorschriften und Auswertetechniken sicherzustellen Das betrifft insbesondere die Punkte Maximumsuche vs Messung an einem festen Messpunkt Hochrechnung auf maximale Anlagenauslastung vs Momentanwert sowie Ermittlung von Maximalwerten vs Einsatz von Mittelungstechniken Wie bereits in BOR 02 1 BOR 04 erl utert gibt es hierbei bislang leider sehr unterschiedliche Verfahrensweisen so dass eine Messabweichung nicht unbedingt m fehlerhaften Messequipment begr ndet ist sondern an der Wahl eines anderen Messverfahrens liegen kann 2 5 4 Nahfeld Fernfeld Problematik Ein wichtiger Aspekt bei der Messung ist die Frage in wie weit die Komponenten des elektri schen E und magnetischen H Feldes getrennt zu erfassen sind oder ob die Erfassung einer der beiden Komponenten hinreichend ist Dieses ist in erster Linie von der Art der Sendean tenne und vor allem vom Abstand des Messortes von der Sendeantenne abh ngig Grunds tzlich sind nur im Fernfeld der Sendeantenne die Feldkomponenten E und H ber den Feldwellenwiderstand des freien Raumes Zro 377 Q miteinander verkn pft Ber 2 5 1 Die elektrische Leistungsflussdichte S in allgemeiner Darstellung mit S ExH 2 5 2 lasst sich mit Gleichung 2 5 1 nur im Fernfeld dann als S 2 5 3 ausdr cken blicherweise existieren f r die Definition des Fernfeldes verschiedene Absch tzungen in Abh ngigkeit der Entfernung r Bei
56. eigentlich nur um drei TCH handelt Zur korrekten Ermittlung der maximalen Gesamtimmission hat die Extrapolation nicht auf Bas s der Anzahl der Hopfrequenzen sondern auf Bas s der Anzahl der tats chlich vorhande nen physikalischen Kan le zu erfolgen Auch hier sind entsprechende Angaben ber eventuell eingesetzte Hoptechniken vom Netzbetreiber vonn ten 293 522 Vorgehen bei UMTS Anlagen F r das derzeit im Aufbau befindliche UMTS System ist eine Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung ebenso wichtig wie bei GSM da im Regelbetrieb auch hier das Sendesig nal der Basisstation in seiner Amplitude stark schwankt Das bei GSM verwendete Verfahren ist auf UMTS jedoch nicht ohne weiteres bertragbar Anders als bei GSM wo die einzelnen Gespr chsteilnehmer ber Zeitschlitze bzw unter schiedliche Frequenzen separiert werden handelt es sich bei UMTS um ein CDMA System Hierbei erfolgt die Separierung der Teilnehmer durch unterschiedliche Codes CDMA Code Division Multiple Access Die Beitr ge aller Teilnehmer werden in einem Signalgemisch zusammen in einem gemeinsamen Kanal bertragen Somit sind mit einem Spektrumanalysa tor der nur den Frequenzbereich und in begrenztem Umfang auch den Zeitbereich von S gnalen nicht jedoch den Codebereich aufl sen kann die einzelnen Teilnehmer bzw die einzelnen Kan le nicht mehr separierbar Aufgrund der Neuartigkeit der UMTS Technologie haben s ch noch keine vollst ndig ausge testete
57. eine Einzellizenz 12 500 ab Version 2 3 3 5 Empire Die Software EMPIRE EMP 04 von der Firma IMST GmbH ist ein elektromagnetisches Feldsimulationsprogramm und basiert auf der FDTD Methode die eine Variante des feld Seite 93 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren theoretischen Modells ist So werden die in Raum und Zeit diskretisierten Maxwellschen Gleichungen direkt gel st F r diese Studie wurde EMPIRE in der Version 4 01 verwendet Mit nur einer Simulation ist es m glich f r einen vom Anwender definierten Frequenzbereich Streuparameter Strahlungsdiagramme elektrische und magnetische Felder usw zu berech nen F r die Hardware sind folgende Vorraussetzungen angegeben Prozessor Pentium 166 MHz Freier Arbeitsspeicher 64 MB Grafikkarte Grafikprozessor mit OpenGL Unterst tzung Freier Festplattenplatz 400 Mbyte e Betriebssystem Windows Linux Kosten f r eine Einzellizenz 10 000 3 3 6 Feko Feko basiert auf der Momentenmethode MoM Diese ist eine Variante der feldtheoretischen Modellierung Hierbei werden die elektrischen Oberfl chenstr me auf leitenden Oberfl chen bzw elektrische und magnetische Oberfl chenstr me auf dielektrischen Materialien berech net Ist diese Stromverteilung einmal bekannt k nnen andere Parameter wie z B das Nahfeld das Fernfeld Eingangsimpedanz von Antennen usw bestimmt werden Die Integration von asym
58. folgender Punkt zu beachten Ein Teil der der Basisstationsantenne zugewandten Vorderfront des betrachteten Geb udes besteht aus Glas In den S mulationen mit Wireless Insite und EMF Visual wurde dieses ber cksichtigt vgl Tabelle 3 6 2 w hrend bei EFC 400 eine Wand mit einer D mpfung von 3 dB angenommen wurde F r die n here Untersuchung wurden zwei verschiedene Messungen durchgef hrt bei denen w eder der BCCH Kanal der Mobilfunkbasisstation gemessen wurde Durch eine Vergleichsmessung bei offenem bzw geschlossenem Fenster konnte die D mpfung der Scheibe mit 25 dB bestimmt werden Da dieser in den Programmen in dieser H he nicht ber cksichtigt wurde werden deswegen nun die S mulationsergebnisse mit den Messergebnissen bei offenem Fenster verglichen Dieses ist in Bild 3 6 64 zu sehen 140 130 120 110 100 90 80 70 60 Elektrische Feldstaerke dB LV m 50 Messung EFC 400 EMF Visual Insite Fieldview Bild 3 6 64 Vergleich der Simulations bzw Messwerte fur den Basisstationsstandort Niepmannhof 5 Kamp Lintfort im Vergleichsgebiet LoS Seite 161 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Es wird anhand der Ergebnisse deutlich dass die berechneten Ergebnisse nun mit den gemes senen Immissionen gut ubereinstimmen und die Simulationen einen guten Prognosewert liefern 3 6 8 Basisstationsstandort Inrather Stra e 146 47803 Krefeld Die f r die S
59. geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 8 Flachendeckendes Kataster Die Realisierung eines flachendeckenden Katasters ist prinzipiell nicht nur messtechnisch wie in Kapitel 2 beschrieben sondern auch rechentechnisch m glich Dieses kann aber bei vertretbarem Aufwand nur in Form einer zweidimensionalen Darstellung erfolgen Demnach muss festgelegt werden in welcher Hohe diese Immission berechnet werden soll Hierbei gibt es eine Vielzahl von Moglichkeiten So konnten die Immissionen z B in Bodennahe und damit in dem Gebiet berechnet werden in dem sich viele Menschen aufhalten Dagegen ist wie in BOR 02 1 festgestellt mit der gr ten Immission eher in gleicher H he der Basissta tionen zu rechnen Gerade das Umfeld der Antenne ist von einer starken Hohenabhangigkeit der Immission gepr gt Folgende Aspekte werden im weiteren in Bezug auf die berechnungstechnische Realisierung eines fl chendeckenden Katasters diskutiert Datenverfugbarkeit Aktualisierung Allgemeine Anforderungen an die eingesetzte Berechnungssoftware Genauigkeit Aufwandsabsch tzung 3 8 1 Datenverfugbarkeit Die zur Verf gung zu stellenden Daten spalten sich grob in zwei unterschiedliche Bereiche auf Zun chst sind hier die Informationen zu nennen die f r eine dreidimensionale Modellie rung ben tigt werden Wie in Abschnitt 3 5 1 beschrieben ist ein Gro teil der Geb udedaten in den Geobasisdaten der Liegenschaftskataster enthalten In
60. geschehen siehe folgende Formeln 3 6 1 3 6 2 Hierbei ist zu beachten dass es sich bei den Emp fangsantennen um isotrope Kugelstrahler handelt Seite 125 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren P W 10 P dBm 10 1000 3 6 1 BB ea Bez ae Fee 3 6 2 m m Bei Quickplan sind die Berechnungsergebnisse in dBuV m darstellbar In der Software existieren drei verschiedene Berechnungsvarianten Wie bei der Software Wireless Insite ist es moglich beliebige Punkte zu definieren An diesen Punkten werden dann die einzelnen einfallenden Strahlen berechnet Die Immission ftir jeden einzelnen dieser Strahlen kann separat betrachtet werden Eine Summation erfolgt in der Version 1 3 6 aufgrund der fehlen den Phaseninformation nicht Ferner ist es m glich eine sogenannte Oberflachenberechnung durchzuf hren Hierbei werden alle Oberfl chen z B Geb ude Boden programmintern mit Punkten in einem Abstand von 1 5 m bedeckt f r die die einfallenden Strahlen berechnet werden F r jeden Punkt wird nur der gr te Immissionswert aller einfallenden Strahlen abgespeichert so dass eine flachige Darstellung der Berechnungsgr e m glich ist die durch eine Farbverteilung symbolisiert wird Die dritte Berechnungsvariante ist die Volumenbe rechnung Hierbei kann ein Simulationsraum bestimmt werden in der Version 1 3 6 ist die Antenne der Mittelpunkt in dem analog zu der Oberflachenberechnung die
61. gezeigt wird ist die UMTS Messung mit lteren Spektrumanalysatoren schon aufgrund des nicht vorhandenen RMS Detektors stark fehlerbehaftet 2 5 5 2 Detektor Neben der richtigen Wahl der Aufl sungsbandbreite ist auch eine richtige Wahl des Detektors entscheidend f r korrekte Messergebnisse Bei modernen Spektrumanalysatoren werden zur Anzeige der aufgenommenen Spektren LCD Displays anstelle von Kathodenstrahlr hren verwendet Das f hrt dazu dass die Aufl sung sowohl der Pegel als auch der Frequenzachse begrenzt ist Besonders bei der Darstel lung gro er Frequenzbereiche enth lt dann ein Bildschirmpixel die spektrale Information eines verh ltnism ig gro en Teilbereichs Dabei entfallen auf ein Pixel mehrere Messwerte so genannte Samples Welcher der Messwerte dann durch das Pixel dargestellt wird h ngt von der gew hlten Bewertung durch den Detektor ab Die meisten Spektrumanalysatoren verf gen z B ber Max Peak Min Peak und Average Detektor aus EMV Messungen ist dar ber hinaus auch der Quasi Peak Detektor bekannt Seltener ist der RMS Detektor F r die m vorliegenden Bericht beschriebenen EMVU Messaktivit ten sind prim r der Max Peak und der RMS Detektor von Interesse Der Max Peak Detektor bringt den Maximalwert zur Anzeige Aus den Messwerten die einem Bildschirmpixel zugeordnet sind wird derjenige mit dem h chsten Pegel ausgew hlt und angezeigt Der RMS Detektor berechnet hingegen f r jedes Pixel au
62. glichkeit die Frequenzabh ngigkeit dennoch zu ber cksichtigen besteht darin wie schon bei der Betrachtung des elektrischen Downtilts eine Art H llkurve ber die Abstrahl diagramme aller Frequenzen n dem betreffenden Downlink zu legen Leider sind Abstrahl diagramme n Abh ngigkeit der Frequenz aber nicht verf gbar so dass jede einzelne Antenne eigenst ndig vermessen werden m sste Dieses erweist sich bei der Vielzahl der Antennen und dem Aufwand als nicht praktikabel Eine weitere M glichkeit die Abh ngigkeit dennoch zu ber cksichtigen besteht darin die Abstrahlcharakteristik auf den Wert des gr ten Nebenzipfels aufzuf llen vgl hierzu Ab Seite 103 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren schnitt 3 4 4 Da aus Aufwandgr nden nicht alle Antennen vermessen werden k nnen ist dieser Wert den Herstellerdaten zu entnehmen 3 4 3 Einfluss der Montageumgebung auf die Abstrahlcharakteristik Der folgende Abschnitt besch ftigt sich mit dem Einfluss der Montageumgebung auf die Abstrahlcharakteristik einer Mobilfunkantenne Es werden einige typische Montagekonfigu rationen untersucht Da die Montageumgebung bereits das Nahfeld der Antenne beeinflusst macht es in diesem Zusammenhang keinen Sinn die Problematik mit Berechnungsmethoden zu untersuchen die ihre G ltigkeit ausschlie lich 1m Fernfeld haben Insofern kommen hier die feldtheoretischen Programme zum Einsatz Im fol
63. importieren was die Modellierung der Geb ude vereinfacht Diese Version befindet sich momentan in der Auslieferung und konnte f r diese Studie nicht mehr ber cksichtigt werden 2300 uno Gaines F Gideon h Cancel Bild 3 6 9 Einbinden der Geb ude in die Software Wireless Insite Die obigen Beschreibungen zeigen schon relativ deutlich dass bei der Modellierung der verschiedenen Gebaude Unterschiede zwischen den einzelnen Programmen und der wahren Umgebung nicht zu vermeiden sind Da es wie oben bereits beschrieben nicht m glich war die genauen H hendaten der Geb ude zu bekommen wurden diese anhand der Anzahl der Stockwerke gesch tzt Als ein weiterer Anhaltspunkt diente n erster Linie bei Geb uden auf deren Dach sich die Mobilfunksendean lage befand die Montageh he der Mobilfunkantenne Seite 120 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 6 1 4 Behandlung von Materialien in den Softwarepaketen Im folgenden Abschnitt wird die Behandlung von verschiedenen Materialien in den einzelnen Softwarepakten n her betrachtet Fur die sp ter durchgef hrten Simulationen werden die Materialien verwendet die in den Programmen bereits integriert sind In Tabelle 3 6 2 ist ein berblick ber die Materialien und deren Behandlung in den Softwarepaketen zu sehen Software Behandlung von Materialien EFC 400 Angabe eines globalen Dampfungsfaktors fur Gebaude in dB EMF Visual
64. messer und m Hohe der 0 75 m ber dem Fu boden beginnt wurde auch als Messvolumen fur die Schwenkmethode verwendet damit Messwertunterschiede durch Erfassung nicht vergleichbarer Messorte ausgeschlossen bleiben Die Messungen wurden alle mit der bikoni schen Antenne durchgef hrt Bei der Punktrastermethode erfolgte zus tzlich zur Ermittlung des Maximalwertes eine Bildung des leistungsm igen Mittelwertes ber alle Messpunkte Methode Szenario S chtverbindung Szenario keine direkte S cht Schwenkmethode 87 1 dBuV m O a 87 1 dBuV m Drehmethode 86 7 dBuV m oe 86 4 dBuV m Punktrastermetho 87 9 dBuV m 84 7 dBuV m 87 6 dBuV m 84 8 dBuV m de Tabelle 2 5 2 Ergebnisse der Vergleichsmessungen der drei Messmethoden Bereits hier wird s chtbar dass alle drei Methoden sofern das Punktraster eng genug ist und alle Methoden mit gen gend Sorgfalt durchgef hrt werden zu gleichen Ergebnissen kommen Durch eine Mittelwertbildung kann der Messwert gegen ber dem Maximum erheblich abgesenkt werden Die hier sichtbaren Tendenzen stehen in guter bereinstimmung mit anderen Untersuchun gen Bereits in Abschnitt 2 5 3 1 2 wurden Ergebnisse ausf hrlicher Vergleichsmessungen aus der Schweiz an verschiedenen Messorten mit verschiedenen Antennen nach unterschiedlichen Verfahren vorgestellt RYS 02 Im Bild 2 5 2 ist bereits zu erkennen dass auch hier die drei eingesetzten Methoden vergleichbare Ergebnisse liefern Diese Tendenz war auch an z
65. mination der zweifelhaften Messresultate gebildet wurde Ein Vergleich der Verfahren soll hier vorerst nicht diskutiert werden dies erfolgt bei der Untersuchung der unterschiedlichen Messverfahren im Abschnitt 2 5 6 Seite 31 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 12 methode 10 Referenzwert OB1 4 23 Vim p Messunsicherheit Messwert 8 E an 1 Messunsicherheit LLI T EN a 6 Hid rn Z 3 g 4 U 1 1 3 ae 80 Labor Nummer Labor Nummer Labor Nummer Schwenkmethode Drehmethode Punkteraster methode 1 4 1 2 0 6 Seurteilungswert Eg V m jun oo 0 4 0 2 0 Labar Nummer Labar Nummer Labor Nummar Bild 2 5 2 Ergebnisse von Vergleichsmessungen an Mobilfunk Basisstationen aus RYS 02 a oben Raum mit direkter Sicht zu den die Immission am Messort dominierenden Antennen b unten Raum ohne Sicht zu den Mobilfunk Basisstationsantennen blau gekennzeichnet Messungen mit bikonischen oder Dipolantennen rot gekennzeichnet Messungen mit logarithmisch periodischen Antennen Hier soll eher der Vergleich zwischen Messung mit dipolartigen Antennen bikonische Antenne oder Dipolantenne und der logarithmisch periodischen Antenne im Vordergrund stehen Die oben abgeleitete Vermutung dass sich vor allem bei ung nstigen Mehrwegeaus breitungsverh ltnissen Unterschiede bei beiden Antennentypen ergeben wird durch die Messungen best
66. te mit kleineren Unsicherheitsbeitr gen geringf gig minimiert aber nicht signifikant verringert werden Nachdem die Messunsicherheit nach dieser Vorgehensweise bestimmt ist ergibt sich die Frage wie mit ihr weiter umzugehen ist Hierzu gibt es zwei Varianten 1 Die Messunsicherheit wird im Messbericht angegeben jedoch nicht auf die Messergeb nisse aufgeschlagen Das Messergebnis wird als unter dem Grenzwert liegend betrachtet wenn der reine Messwert unter dem Grenzwert liegt wobei die gesamte Messunsicherheit eine vorgegebene Schwelle nicht bersteigen darf die Messergebnisse also nicht belie big unsicher werden d rfen 2 Die Messunsicherheit wird auf die Messergebnisse aufgeschlagen und es ergibt sich ein Beurteilungswert der als Endergebnis in der Dokumentation angegeben wird Der Grenz wert ist nur dann eingehalten wenn Messwert Messunsicherheit unterhalb des Grenz wertes sind Seite 82 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Mit dieser Problematik wird derzeit recht unterschiedlich umgegangen Variante 1 findet blicherweise in der EMV Messtechnik Anwendung Allerdings gibt es mit dem normierten SAR Messverfahren von Handys EN 50360 auch Beispiele aus dem EMVU Messbereich Au erdem wird dieses Verfahren aktuell verbindlich f r Immissionsmessungen an Basisstati onen in der Schweiz verwendet BUWAL 02 obwohl in einem fr heren Vorentwurf das Verfahren nach Variante
67. und Linearitatsfehler der Anzeige Au erdem ist es von Messger t zu Messger t unterschiedlich ob ein Temperaturgang zus tzlich als Messunsicherheit zu ber cksichtigen ist oder ob der Temperatureinfluss bereits n den Beitr gen der anderen Komponenten enthal ten 1st Bei der Aufstellung des Fehlerbudgets ist darauf zu achten dass nicht die laut Kalibrierbe richt tats chlich gemessenen Abweichungen der Messgr e von der Normgr e sondern die Spezifikationen laut Herstellerhandbuch verwendet werden Seite 81 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren sicherheit dB sicherheit dB 2 keit geschatzt Empf nger Absolutkalibrierung Antenne Interpolation 01 I Rechteck 173 006 Fehlanpassung Antenne Kabel Fehlanpassung Antenne Empf nger l Antennentyp Umgebung Probennahme Reproduzierbarkeit Kombinierte Standardunsicherheit Erweiterte Messunsicherheit k 2 Tabelle 2 5 5 Beispiel f r Messunsicherheitsbudget bei frequenzselektiven Messungen Messunsicherheiten in dieser Gr enordnung m gen auf dem ersten Blick sehr gro erschei nen So bedeuten 3 dB z B dass der tats chliche Wert im Bereich von 50 bis 200 bezogen auf die Leistungsflussdichte bzw von 70 bis 140 bezogen auf die Feldst rke des angegebenen Messwertes liegen kann Sie sind jedoch f r Feldstarkemessungen im Hochfrequenzbereich typisch und k nnen zwar durch modernere Messger
68. und Perso nen n Anbetracht des erheblichen Modellierungsaufwandes und der damit zu erzielenden Genauigkeit wenig Sinn macht Seite 116 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 6 1 2 Test der Software anhand einfacher Szenarien Bevor direkt mit der S mulation der zu vergleichenden Expositionssituationen begonnen wurde wurden die Programme mittels einfacher Beispiele z B Freiraumausbreitung getes tet Die S mulationsergebnisse waren mittels analytischer Berechnungen nachvollziehbar wodurch eine korrekte Funktionsweise gew hrleistet werden konnte In Bild 3 6 5 ist bei spielhaft das mit EFC 400 ermittelte Simulationsergebnis f r einen Sektor mit reiner Frei raumausbreitung zu sehen Die zugeh rigen Parameter sind e Mobilfunkantenne K 739648 Abstrahlcharakteristik bearbeitet Antennengewinn 13 5 dBi Antennenh he 29 35 m Sendeleistung 10 W Abstand 50 m a Soe ei STS nan nan a an An An san ayton 1 63 Vim iin 16 Va aM i PON rm 100 Bild 3 6 5 Vergleich Analytische Berechung Simulation In analoger Weise wurden Berechnungen mit den br gen Softwarepakten durchgef hrt die die selben Ergebnisse lieferten Die bei den Berechnungen aufgetretenen Besonderheiten und Unterschiede werden in den folgenden Abschnitten n her beschrieben und es werden Hinweise auf m gliche Fehlerquel len und Berechnungsunterschiede gegeben Seite 11
69. zum Messenden eine n chtmetallische Halterung vor allem bei der bikonischen Antenne dringend geboten ist und e bei den Messungen generell ein Mindestabstand von etwa 50 cm zu Mobiliar bzw W n den einzuhalten ist Au er bikonischen Antennen Dipolantennen und logar thmisch periodischen Antennen existieren seit kurzem in Verbindung mit den bereits in Abschnitt 2 5 1 erw hnten tragbaren Spektrumanalysatoren auch isotrope Empfangsantennen Dies bestehen in der Regel aus drei orthogonal im Sondenkopf angeordneten elektrisch kurzen Dipolen Diese werden mittels einer Programmablaufsteuerung sequenziell an den Eingang des nachfolgenden Spektrumana lysators geschaltet Mittels einer Software werden m Nachhinein die Messwertanteile aller drei orthogonalen Dipolelemente geometrisch aufaddiert und zur Anzeige gebracht Hieraus resultiert eine signifikante Reduzierung der Messzeit vor allem bei der sp ter noch detailliert erl uterten Punktraster und Drehmethode da die Polarisation der Empfangsantenne nicht mehr manuell ver ndert werden muss Bei der Schwenkmethode f llt dieser Vorteil nicht so stark ins Gewicht da man s ch durch die Isotropie lediglich das Drehen der Empfangsantenne in verschiedene Polarisationsrichtungen erspart Hier ist viel mehr zu ber cksichtigen dass die Schwenkgeschwindigkeit u erst gering zu w hlen ist Pro Messpunkt s nd durch die sequenzielle Messung der drei Raumkomponenten drei Sweeps abzuwarten bis der Sensor
70. 060 310080 310100 310120 310140 310160 310180 31 UTM tren Gebaudemodellierung mit Quickplan Seite 119 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Bei der Software EMF Visual ist an dieser Stelle zu beachten dass die auf diese Weise generierten Geb ude sp ter im Programm nur als Dekoration auftauchen Es k nnen ihnen keine spezifischen Parameter bez glich Material oder elektrischen und magnetischen Eigen schaften zugewiesen werden Somit st die Modellierung dieser Geb udeh llen nur als erster Schritt zu sehen Nachfolgend k nnen entweder Quader f r das Gesamtgeb ude oder horizontal bzw vertikal ausgerichtete Fl chen f r die Geb udeseiten bzw das Geb udedach benutzt werden denen diese Parameter zugewiesen werden k nnen Diese m ssen dann ber Eingabefelder verschoben oder gedreht werden bis sie deckungsgleich sind Es ist auch mit EMF Visual nur schwer m glich verwinkelte H user zu generieren Bei der Version 1 4 4 von Wireless Insite die f r diese Studie verwendet wurde ist die Modellierung der Geb ude nur ber die Kenntnis der Koordinaten m glich So m ssen die Eckpunkte der Geb ude in einem kartesischen Koordinatensystem eingeben werden siehe Bild 3 6 9 Mittels berlagerung des Satellitenbildes mit einem Raster k nnen diese Infor mationen gewonnen werden Ab der Version 2 0 ist es wie in den anderen Programmen auch m glich ein Hintergrundbild zu
71. 1 Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement GUM ISBN 9267101889 1993 1995 H Haider Paralleles Langzeitmonitoring von Basisstationssignalen unter Ber cksichtigung meteorologischer Einfl sse EMV 2004 12 Fachmesse und Kongress f r Elektromagnetische Vertr glichkeit VDE Verlag Berlin Offenbach S 549 556 2004 ICNIRP Guidelines Guidelines for Limiting Exposure to Time Varying Electric Magnetic and Electromagnetic Fields up to 300 GHz Health Physics vol 74 no 4 S 494 522 1998 Internetseite der Firma Kathrein www kathrein de H Keller Normgerechte Personenschutzmessungen im HF und Mikro wellenbereich mit den Feldst rkemessger ten EMR 20 EMR 30 Firmen schrift Wandel amp Goltermann jetzt Narda Safety Test Solutions verf g bar unter www narda sts de en produktliteratur fachartikel htm A Kramer N Nikoloski und N Kuster Analysis of Indoor RF Field Distribution 15 Intl Zurich Symposium and Technical Exhibition on Electromagnetic Compatibility Zurich Supplement S 305 306 Februar 2003 Internetseite des Kommunalverbands Ruhrgebiet www kvr de Landerausschuss fur Immissionsschutz Hinweise zur Durchftihrung der Verordnung uber elektromagnetische Felder 26 Bundes Immissions schutzverordnung berarbeitete Fassung gem Beschluss des LAI 107 Sitzung 15 17 03 2004 H Lehmann P Fritschi und B Eicher The Variability of the Electric Field in Rooms
72. 2 3 8 3 3 8 4 Abh ngigkeit der Abstrahlcharakteristik vom Elektrischen Downtilt 94 Abh ngigkeit der Abstrahlcharakteristik von der Frequenz ceererennnnnnnnnnnesssnnnnee 99 Einfluss der Montageumgebung auf die Abstrahlcharakteristik c000000 103 UNE IETA ETEN ES ERNEUERT EEE EN EN E TR RRRIERR 107 Sim lationspara meter ae 109 Geodaten ann T EE E E 109 Standortparameter der Mobilfunksendeanlage ccccccccccrrsssssssccccccccsccsssssccees 110 Anwendung der Softwarepakete auf reale Konfigurationen 0000 111 Vorbetrachtungen zu den Berechnungen und den Softwarepaketen 113 Betrachtungen f r die Berechnung innerhalb von Geb uden 113 Test der Software anhand einfacher SZenarien ccccccceeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeeees 116 Geodaten ea a a 117 Behandlung von Materialien in den Softwarepaketen nsssssssssssnsnnnenenen 120 Bas sstationsparameler ersi oe e N E E 121 Darstellung der Simulationsergebnisse ussssssssnnnssssnsssseeeeeeeeeeeeeennnnnn 124 Basisstationsstandort Handelsstra e 76 46519 Alpen cccssrsscccccccccssecssssscees 125 Basisstationsstandort Hochstrape 1 3 47443 MOY s cccccssssssssccccccccscesssssceecs 130 Basisstationsstandort Hombergerstrape 162 47441 Moers wscccccccssssssssssscees 138 Basisstationsstandort Hochstra e 57 47798 Krefeld ccccssssssccccccccsssssssssccees 144 Basisstationsstandort Katharine
73. 6 8 e 7 Basisstation auf einem Haus und Exposition in einer darunter liegenden Wohnung siehe Abschnitt 3 6 8 Zun chst wurden entsprechende reale Szenarien ausfindig gemacht Anschlie end wurde n einem ausgew hlten Gebiet an mehreren Messpunkten die Immission in Form der Elektri schen Feldst rke gemessen Die Messung wurde mit der Schwenkmethode vgl hier zu Kapitel 2 durchgef hrt wobei abweichend vom Originalverfahren lediglich in einer H he von 1 8 m b s 2 m ber dem Erdboden geschwenkt wurde Es wurde an den jeweiligen Messorten nur die Immission durch den BCCH Kanal der be trachteten Mobilfunkanlage gemessen Die konstante Sendeleistung dieses Kanals ist f r eine nachfolgende Simulation am besten geeignet die Immission bei maximaler Anlagenauslas tung ist skalierbar Alle Berechnungen wurden auf einem Computer mit folgenden Eigen schaften durchgef hrt Betriebsystem Microsoft Windows 2000 Prozessor Pentium IV Taktfrequenz 1 8 GHz Arbeitsspeicher 1 GB Grafikkarte Aopen GForce 4 TI 4200 64 MB Open GL Zun chst werden noch einige Vorbemerkungen zu den einzelnen verwendeten Programmen im Umgang mit Eingabe bzw Simulationsparametern getroffen werden Dar ber hinaus wird eine Analyse des Einflusses von Mobiliar und Personen auf die Immissionssituation in Innenr umen vorgestellt Im Anschluss daran werden dann die jeweiligen Messorte mit ihren gemessenen und simulierten Expositionssituatio
74. 7 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 0 1 3 Geodaten Die n dieser Studie untersuchten Mobilfunksendeanlagen befinden s ch alle n flachem Gel nde so dass in Abst nden bis 200 m keine relevanten nderungen die Gel ndeh he betreffend vorliegen Insofern wurden Hohendaten in allen Simulationen vernachl ssigt Mit der Ausnahme von EMF Visual ist es aber generell in den anderen getesteten Softwarepakten m glich d e H hendaten des Gel ndes einzubinden Grunds tzlich k nnen die Geb udedaten direkt in die einzelnen Programme importiert werden sofern sie im richtigen Format vorliegen In dieser Studie wurden die H user f r die Berechnung selbst generiert Hierzu wurden f r die Geb udedaten in den Simulationen Satellitenbilder der Umgebungen als Grundlage verwendet SAT5 KVR In der Software EFC 400 kann dieses Satellitenbild als Hindergrundkarte importiert werden worauf dann die einzelnen Geb ude platziert werden k nnen s Bild 3 6 6 Der Benutzer muss die L nge Breite und den Drehwinkel der Geb ude so lange ver ndern bis sie sich mit dem Grundriss auf dem Satellitenbild decken ObjektNt fo s amp I Koordinate x 77 000 Mm A Koordinate Y 97 500 m LA Giese KooidinateZ 0 000 m Breite dx a i H he dz 8 000 Dachh he 0 000 J Winkel Achse 53 000 s Aara i Ane Objekte 33 zoom zoom ET eit Disko bai Maus Akt OK New L schen
75. 87 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 Berechnungsverfahren 3 1 Einleitung Der zweite Teil des vorliegenden Abschlussberichtes konzentriert sich auf die Berechnungs verfahren Basierend auf den verschiedenen derzeit verf gbaren Ausbreitungsmodellen wurden kommerzielle Softwarepakte f r jedes Verfahren Freiraumausbreitung Strahlenop tik Feldtheoretisch Hybrid ausgesucht In diesen Programmen stecken m allgemeinen Entwicklungsarbeiten von mehreren 10 Mannjahren Ferner sind sie von vielen Anwendern evaluiert und die Bedienung ist gut dokumentiert Die Programme werden m Hinblick auf verschiedene Kriterien h n analys ert Modellbil dung Grenzwert berpr fung Rechenaufwand usw Spezielle Untersuchungen zur Optimie rung der Modellierung der Mobilfunkantennen werden durchgef hrt und auf die Anwendung in den Programmen getestet Dar ber hinaus werden Berechnungen an typischen Szenarien durchgef hrt und mit Messungen verglichen um eine Aussage ber die Genauigkeit der Vorhersage f r die Exposition in der N he von Mobilfunkbasisstationen treffen zu k nnen Abschlie end erfolgt eine Beurteilung der Tauglichkeit der einzelnen Programme und eine Diskussion bez glich der Einsatzfahigkeit zur Erstellung einen fl chendeckenden Katasters 3 2 Wellenausbreitungsmodelle Wie bereits 1m Zwischenbericht zu vorliegendem Forschungsvorhaben Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mo
76. Abst nden r mit u 2 5 4 IR Seite 42 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren konnen beim Hertzschen Dipol die radialen Komponenten gegentiber den senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der abgestrahlten Welle stehenden Feldkomponenten vernachlassigt werden Ao bezeichnet hierbei die Freiraumwellenl nge Beziffert man das sehr viel gr er gt gt als Faktor 20 vereinfacht sich Gleichung 2 5 4 zu PS 3hq 5 2 5 5 d h ab diesem Abstand von der Quelle kann von Fernfeldbedingungen ausgegangen werden Beim GSM 900 Mobilfunknetz bedeutet dies etwa ein Mindestabstand von 1 m Fur ausgedehnte Antennen wie z B Antennengruppen oder Aperturantennen kommt die Fernfeldbedingung 2D r gt Y 2 5 6 hinzu wobei D die maximale geometrische Ausdehnung der Antenne beschreibt Diese Fernfeldbedingung zielt allerdings darauf ab dass der Phasenfehler ber der gesamten Anten ne kleiner als 1 8 bleibt d h dass am Messpunkt von einer gen gend ebenen Welle ausge gangen werden kann Ab diesem Abstand ist die Strahlungscharakteristik der Antenne unab h ngig vom Abstand Nach dieser Definition w re ein Fernfeld f r eine handels bliche Basisstationsantenne z B Kathrein K 735 147 mit einer maximalen L ngenausdehnung von 1 3 m bei GSM 1800 erst n mindestens 21 m gegeben Bei GSM 900 bleiben die Verh ltnisse in etwa gleich Viele Antennen bei GSM 900 haben mit ca 1 9 m eine Lange
77. Begriffen die f r das Verst ndnis der nachfolgenden Anwei sungen relevant sind Seite A2 von A6 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 4 Vorgehensweise 4 1 Auswahl der Messpunkte Die Messpunkte sind abhangig von der konkreten Aufgabenstellung zu wahlen Oftmals sind die Messpunkte aufgrund ffentlichen Interesses z B sensibler Orte schon vor Beginn der Messung festgelegt In allen anderen F llen sollen solche Messpunkte ausgesucht werden die e direkte S cht zur Anlage haben und e sich auf gleicher oder geringf gig niedrigerer H he wie die Sendeantennen der Anlage befinden und e sich in direkter horizontaler Ausrichtung zu einer der Sendeantennen der Anlage befinden und e sich in geringem lateralen Abstand zur Anlage befinden An diesen Orten ist mit einem Maximum der Immission durch die Basisstation zu rechnen Unterst tzend k nnen Messungen mit einer Breitbandsonde oder numerische S mulationen eingesetzt werden um die am h chsten exponierten Orte zu bestimmen Sofern in Innenr umen gemessen wird sind sofern m glich Fenster bzw Balkont ren zu ffnen 4 2 Messger te und Hilfsmittel Fur die Messungen sind frequenzselektive Messger te Spektrumanalysatoren bzw Mess empf nger mit auf den jeweiligen Frequenzbereich abgestimmten Empfangsantennen einzu setzen Unterst tzend k nnen Breitbandsondern verwendet werden um z B die Orte bzw Raumbereiche mit der h
78. Diese Messmethodik ist nach derzeitigem Stand diejenige die die gr te Chance hat sich bei Immissionsmessungen an UMTS Anlagen durchzusetzen da es im Unterschied zu den spektralen Messungen hier m glich ist Messungen im Livebetrieb einer UMTS Station durchzuf hren und trotzdem zuverl ssig auf max male Anlagenauslastung hochrechnen zu k nnen Entsprechende codeselektive Messger te sog PN Scanner kommen derzeit vermehrt auf den Markt Die Systeme unterscheiden sich vor allem hinsichtlich Software und Deko diergeschwindigkeit der CDMA Signale Optimal ist eine Software die nach erfolgter Dekodierung die Immission durch den CPICH Kanal gesondert ausweist Eine hohe De kodiergeschwindigkeit mehrere Dekodierungen pro Sekunde ist Voraussetzung f r eine Anwendung der Schwenkmethode Erfolgen die Dekodierungen zu langsam kann die Schwenkmethode nicht mehr oder nicht zuverl ssig eingesetzt werden da eine l ckenlo se Analyse des Messvolumens durch die geringe Dekodiergeschwindigkeit ausge bremst wird Ein System das diesen Anforderungen bez glich einer speziell f r den EMVU Bereich optimierten Software sowie einer ausreichend schnellen Dekodiergeschwindigkeit n ho hem Ma e entspricht wird z B in RS 04 1 vorgestellt Als HF Frontend kann wahlwei se auch ein geeigneter Spektrumanalysator eingesetzt werden Seite 75 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Bei der Def
79. E n Schwenk kann wenn berhaupt dann nur sehr langsam erfolgen d h wesentlich langsamer als mit den oben beschriebenen Antennen Ursache daf r ist dass bei zu schnellen Schwenks bei einigen Ger ten nicht reale v llig berh hte Werte angezeigt werden Grund hierf r ist nach Herstelleraussage die Bewegung der Sonde im Erdmagnet feld die in der Sonde eine von der Bewegung abh ngige Spannung induziert die dann f lschlicherweise als Immission gewertet wird Vor allem wegen des zweiten Grundes ist eine kontinuierliche Messung w hrend einer Bewegung des Messger tes stark eingeschr nkt Die Punktrastermethode d h ein diskretes Messen der Werte in einem festen Punktraster ist hingegen m glich Bei isotropen Sonden entf llt die Notwendigkeit der Positionierung des Messger tes in alle drei Raumrichtungen so dass hier ein Zeitvorteil gegen ber nicht isotropen Sonden entsteht Neben der Maximalwertsuche bieten moderne Breitbandmessgerate auch die M glichkeit der Abspeicherung der Messwerte an diskreten Messpunkten und einer nachfolgenden Mittelung Hierbei ist aber wie oben diskutiert die geringe Empfindlichkeit und fehlende Frequenzse lektivitat zu beachten Letzteres f hrt bei der Auswertung zu unrealistisch hohen worst case Annahmen bez glich der Hochrechnung auf maximale Anlagenauslastung Beim Betrieb der Breitbandsonden muss darauf geachtet werden dass einige Ger tetypen nicht einstrahlfest gegen n ederfrequente Felder z
80. Einsparungen wird sofern ein Rasterabstand maximal im Bereich der Wellenl nge vorausgesetzt wird die Punktrastermethode immer den weitaus meisten zeitlichen Aufwand kosten wohingegen die Schwenkmethode am einfachsten durchzuf hren ist Zeitliche Reduzierungen sind bei der Punktrastermethode bei Verzicht auf eine Maximal werterfassung auch durch Vorgabe eines reduzierten Mittelungsgitters m glich Auf die Mittelung wird in Abschnitt 2 5 6 7 detailliert eingegangen 2 5 6 6 Reproduzierbarkeit Zur Beurteilung der Reproduzierbarkeit wurden f r ein und denselben Messort zeitlich getrennt Messungen mit der Schwenkmethode von verschiedenen Messpersonen durchge f hrt Die Schwenkmethode wird bez glich der Reproduzierbarkeit als am kritischsten erachtet da bei Drehmethode und Punktrastermethode die Orte und Polarisationen fest vorgegeben s nd und keiner subjektiven d h vom Messpersonal und der besonderen Art der Messdurchf hrung abh ngenden Einfl sse aufweist Ausnahme Einfluss des Messenden Es wurden jeweils 10 Messungen mit der Schwenkmethode sowohl mit der bikonischen als auch mit der logar thmisch periodischen Antenne durchgef hrt Gemessen wurde ein BCCH Kontrollkanal bei GSM 900 An den 10 Messungen waren abwechselnd drei Messpersonen beteiligt Bild 2 5 17 zeigt das Ergebnis Seite 62 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren ee ee EEE E Mm 90 gt nn en e
81. Engineering AG Zurich in einer Laborumgebung das elektrische und magnetische Nahfeld in verschiedenen Ebenen vor einer Basisstationsantenne vermessen BOR 02 2 Bild 2 5 9a bzw b zeigt das elektrische bzw magnetische Nahfeld in einer Draufsicht auf eine Basisstati onsantenne Bei der Antenne handelt es sich um den Typ Kathrein K 736 078 m Frequenzbe Seite 43 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren reich GSM 900 Bauh he 1 3 m Diese Antenne wurde mit einer Eingangsleitung von 10 W am Antenneneingang Dauerstrich bei 947 MHz betrieben 800 E V m 145 400 130 bis 145 115 bis 130 100 bis 115 E 0 85 bis 100 gt id 70 bis 85 55 bis 70 40 bis 55 25 bis 40 10 bis 25 800 1000 500 0 500 1000 1500 x mm a 800 H A m 0 3625 400 0 325 bis 0 3625 0 2875 bis 0 325 0 25 bis 0 2875 E o 0 2125 bis 0 25 0 175 bis 0 2125 0 1375 bis 0 175 0 1 bis 0 1375 400 0 0625 bis 0 1 0 025 bis 0 0625 500 1000 500 0 500 1000 1500 x mm b Bild 2 5 9 Elektrisches a und magnetisches b Nahfeld der Basisstationsantenne K 736 078 Draufsicht in Antennenmitte Nach Gleichung 2 5 6 h tte diese Ant
82. FDTD die kleinr umige Struktur im Beobachtungsgebiet wenige Wellenl ngen zu berechnen 3 2 4 Fazit In BOR 02 1 wurde herausgearbeitet dass innerhalb der analytischen Verfahren die strah lenoptischen Verfahren vor allem bez glich des anwendbaren Entfernungsbereiches des Anwendungsbereiches der Bedienungsfreundlichkeit der Eingabedetailliertheit und des Rechenaufwandes Vorteile gegen ber den feldtheoretischen Verfahren haben Die Vorteile der feldtheoretischen Verfahren auf der anderen Seite liegen hingegen in den Bereichen Genauigkeit und Aufl sung Hybridverfahren k nnen die Vorteile beider analytischen Haupt verfahren kombinieren Deswegen wurde f r diese Studie aus jeder der oben beschriebenen Gruppen ein auf dem jeweiligen Verfahren bas erendes Softwarepaket ausgew hlt um zu berpr fen in wie weit diese theoretischen berlegungen mit der Praxis bereinstimmen Seite 90 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 3 Verwendete Software Im folgenden Kapitel werden die kommerziellen Softwarepakete beschrieben die im Rahmen dieser Studie auf ihre Eignung zur Ermittlung der Exposition der Bevolkerung in der Umge bung von Mobilfunk Basisstationen untersucht wurden Bei der Auswahl der Programme wurde darauf geachtet dass sowohl strahlenoptische feldtheoretische und Hybridverfahren Verwendung finden Da f r die speziell hier zu untersuchende Aufgabenstellung eine Viel zahl v
83. Frequenz HSR H he Downtilt Downtilt Antenne und BCCH Leistung am MHz m mechanisch elektrisch L nge m Antenneneingang W 946 6 290 30 2 3 K 739 648 6 46 1 296 Tabelle 3 6 4 Simulationsparameter Im folgenden werden die Simulationsergebnisse der einzelnen getesteten Softwarepakete vorgestellt Es wird jeweils die Berechnungsebene in einer H he von 2 m ber dem Erdboden Seite 127 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren in den Bilder dargestellt Der fiir den Vergleich mit der Messung herangezogene Wert ist die maximale Feldst rke aus den Ebenen in 1 8 m 1 9 m bzw 2 m H he Bei den Farbschemata entspricht der Maximalwert hierbei einer Immission von 140 dBuV m 10 V m und der Minimalwert von 50 dBuV m 0 0003 V m Im Anschluss folgt ein Vergleich der maximalen Immission in dem bereits oben beschriebenen Vergleichsgebiet In Bild 3 6 15 sind die Resultate f r das Programm EFC 400 dargestellt Die Simulationsebe ne befindet sich hierbei in einer H he von 2 m ber dem Grund Da es sich bei dem Boden um trockenen Asphalt umgeben von trockener Wiese handelte wurde ein Bodenreflexionsfak tor von 1 7 bzgl der Leistungsflussdichte angenommen vgl BLA 00 Der Standort der Basisstation st mit BS gekennzeichnet Y Position m E vim PMs Hes 000 00 002 oos 010 020 050 10 20 50 gt 100 on SU A er zn Position m 257 Bild 3 6 15 S mula
84. Immission an Punkten mit 1 m Distanz berechnet wird Zusammenfassend kann an dieser Stelle festgehalten werden dass ein direkter Vergleich der Ergebnisse der einzelnen Programme nicht m glich ist Sind zum einen die berechneten Immissionswerte nicht generell in der gleichen Einheit verf gbar ist auch ein Unterschied im farblichen Verlauf m gl ch Es k nnen zwar Maximal und Minimalwert bei allen Programm paketen eingestellt werden Die dazugeh rige Legende kann aber generell unterschiedlich skaliert sein so dass d e gleiche Farbe n cht unbedingt n allen Programmen der gleichen Immission entspricht Dieses st auch dar n begr ndet dass einige Programme eine lineare Darstellung der Ergebnisse zeigen EFC 400 wohingegen andere die Ergebnisse n loga rithmischer Darstellung zeigen z B Wireless Insite 3 6 2 Basisstationsstandort Handelsstra e 76 46519 Alpen Der folgende Vergleich zwischen Messung und Berechnungsergebnissen entspricht dem ersten der oben angegebenen Szenarien Hierbei befindet sich die Basisstation in l ndlicher Umgebung auf freiem Feld Es repr sentiert Freiraumausbreitung mit Bodenreflexion In Bild 3 6 14 ist die Mobilfunkanlage in der Aufsicht auf einem Satellitenbild und der Seitenansicht abgebildet Mit HSR ist die Hauptstrahlrichtung der Sendeantenne gemeint deren BCCH Kanal der anschlie enden Berechnung zu Grunde liegt Wie oben bereits beschrieben ist ein Vergleich der Immission an einem bestimmt
85. Messenden sondern auch durch die nicht reflexionsfreie Messumge bung Messantennen sind blicherweise im Freiraum kalibriert die Kalibrierfaktoren sind streng genommen auch nur fur diesen Fall g ltig und weichen in realen Messumgebungen davon ab KRA 03 Dies ist insbesondere dann festzustellen wenn man sich mit der Antenne zu dicht an Mobiliar Wande oder Boden bewegt Anhand eigener Messungen wurde festge stellt dass die bikonische Antenne bei Ann herung an einen Metallschrank einen pl tzlichen Sprung des Immissionsergebnisses um mehr als 10 dB verursachte der bei Einsatz der logarithmisch periodischen Antenne nicht zu reproduzieren war Bei den Versuchen wurde beobachtet dass bei einigen der Szenarien der Pegel am Spektrum analysator bereits beim Eintreten der Versuchsperson in die Absorberkammer beachte die Versuchsperson begab sich nie direkt in den Bereich zwischen Sende und Empfangsanten ne bei Abst nden von mehr als drei Metern erheblich zu schwanken begann Dieser Effekt wird h ufig auch bei Messungen nach der Punktrastermethode beobachtet bei der sich der Messende blicherweise nicht direkt im zu vermessenden Pr fvolumen aufh lt Bei Bewe gungen des n der N he befindlichen Messpersonals oder durch vorbeigehende Personen s nd teilweise deutliche Pegelschwankungen an der Messantenne zu beobachten Bei der Schwenkmethode ist der Abstand des Messenden zur handgef hrten Messantenne in der Regel wesentlich kleiner
86. Messvo lumens erm glicht Eine genauere Betrachtung zeigt jedoch dass die optimale Mittelungs geometrie sehr stark vom Expositionsszenario abh ngt und keine allgemein g ltige Geo metrie angegeben werden kann Durch die Reduzierung der Punkteanzahl auf praktikable Werte steigt die Sensibilitat des Mittelungsergebnisses gegenuber Expositionsszenario sowie Art und Lage der Mittelungsgeometrie Aus diesen Gr nden wird eingesch tzt dass die Schwenkmethode derzeit die am besten geeignete Methode fur vorliegende Aufgabenstellung ist Die Reproduzierbarkeit der Schwenkmethode bei nacheinander folgenden Messungen mit gleichem Messequipment kann als sehr gut bezeichnet werden Voraussetzung ist hier jedoch eine sehr sorgf ltige Durchf hrung des Schwenkvorgangs da alle Polarisationen und Einfalls richtungen im Messvolumen erfasst werden mussen Die sich an die Messungen anschlieBende Auswertung umfasst 1m wesentlichen die Umrech nung der originar gemessenen Leistungs bzw Spannungspegel in Leistungsflussdichte oder Feldstarkewerte die direkt mit den normativen Grenzwertvorgaben verglichen werden k nnen Dar ber hinaus sind die gemessenen Augenblickswerte auf maximale Anlagenauslas tung hochzurechnen Hierfur werden bei GSM Anlagen die Immissionen durch die zeitlich Seite 5 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren konstanten BCCH Sende Kontrollkan le ermittelt und mit der Zahl der m
87. Minimierung der Exposition der Bev lkerung durch elektromagnetische Felder DLR im Auftrag des Bundesministeriums f r Bildung und For schung K ln 2004 U Bochtler R Eidher und M Wuschek Gro r umige Ermittlung von Funkwellen in Baden W rttemberg Beschreibung und wissenschaftliche Bewertung des Messvorhabens Ergebnisbericht botronic gmbh Stuttgart Aschaffenburg Stuttgart Regensburg 06 Juli 2003 U Bochtler R Eidher und M Wuschek Gro r umige Ermittlung von Funkwellen in Baden W rttemberg Ergebnisse des Funkwellenmesspro jektes 2001 2003 Ergebnisbericht botronic gmbh Stuttgart Aschaffen burg Stuttgart Regensburg 06 Juli 2003 U Bochtler R Eidher und M Wuschek Gro r umige Ermittlung von Funkwellen in Baden W rttemberg Messergebnisse Untersuchungsgebiet Stuttgart Ergebnisbericht botronic gmbh Stuttgart Aschaffen burg Stuttgart Regensburg 06 Juli 2003 BGR B11 ZH1 257 Elektromagnetische Felder Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektronik Juni 2001 Chr Bornkessel O Plotzke und J Haala Vorstudie zur Pr fung der Realisierbarkeit eines Katasters elektrischer und magnetischer Felder fur den Immissionsschutz Studie f r das Landesumweltamt Essen D sseldorf 2001 Seite 182 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren BOR 02 1 BOR 02 2 BOR 04 BOR 96 BOR 97 BUWAL 01 BUWAL 02 CEPT 04 COST 281
88. R mm ET un ME A b FT 0 BeO ooo N neste ee AMM sss oosssesesesssseeessecsssusesesesssnueeessessssiessessnneesseensumneessenssnineessesssnnnenssensanaeessse Messun z ee m sicherheit n a EFC 400 EMF Visual Insite Quickplan Fieldview Bild 3 6 71 Abweichung der Simulationsergebnisse vom Messwert bei nicht direkter Sicht zur Sendeanla ge non LoS Es ist deutlich zu erkennen dass die reine Freiraumberechnung inklusive einem Zuschlag von 3 dB Fieldview den gemessenen Wert grunds tzlich deutlich bersch tzt Eine Verbesse rung hinsichtlich einer geringeren bersch tzung liefert hier die Freiraumberechnung mit Ber cksichtigung von Bodenreflexion Faktor 1 7 bzgl der Leistungsflussdichte und der Geb uded mpfung 3 dB Bei den auf Strahlenoptik bas erenden Programmen kann fest gehalten werden dass sie zwar in der Regel die Immission auch bersch tzen aber 1m Mittel gesehen den gemessenen Immissionswert genauer wiedergeben Die f r diese Studie simulierten Szenarien lassen aufgrund ihrer Anzahl keine statistische Auswertung der Ergebnisse zu Dennoch k nnen folgende Feststellungen getroffen werden Liegt ein Szenario vor in dem direkte Sicht zur Antenne herrscht LoS geben sowohl auf Freiraumausbreitung als auch auf Strahlenoptik bas erende Programme eine sehr gute N he rung zum gemessen Wert wieder Wird dagegen eine Konfiguration untersucht n der keine direkte Sicht zur sendenden Anten ne vorliegt nLoS
89. an eine neue Position bewegt werden darf Bei blichen Sweepzeiten fur GSM und vor allem UMTS in der Gr enordnung von 100 ms s ehe unten f hrt diese zu einer signifikanten Verringerung der m glichen Schwenkgeschwindigkeit Bez glich des Einflusses von Mess personal Mobiliar und W nden auf die Messergebnisse gilt prinzipiell das selbe wie f r nur schwach richtende Antennen Zusammenfassend ist festzuhalten dass mit logar thmisch periodischen Antennen einerseits sowie bikonischen Antennen bzw Dipolen andererseits zwei unterschiedliche Antennentypen eingesetzt werden die sich bez glich ihrer Richtwirkung unterscheiden Beide Antennenty pen weisen Vor und Nachteile auf In Szenarien mit aus unterschiedlichen Richtungen einfallenden gleich starken Immissionen z B Innenr ume ohne direkte Sicht auf die Sende Seite 38 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren anlage haben starker richtenden logarithmisch periodischen Antennen theoretisch Nachteile Die schwach richtenden bikonischen Antennen bzw Dipolantennen weisen dagegen eine teils extrem starke Beeinflussung des Messenden sowie von Mobiliar oder Wanden auf das Mess ergebnis auf Diese Beeinflussungen k nnen so stark sein dass f r vorliegende Untersuchun gen prim r der Einsatz von logar thmisch periodischen Antennen empfohlen werden muss Bikonische bzw Dipolantennen haben dann ihre Berechtigung wenn f r den Einsatz von Mitte
90. angenen Messungen bis zur letzten Kal brierung angezweifelt werden Dieses h tte 1m Falle einer kostenlosen Wiederholung zumindest finanzielle Konsequen zen Als wesentlich kritischer k nnten sich aber die nichtfinanziellen Konsequenzen er weisen da solche Messungen oftmals eine breite ffentlichkeitswirkung haben Zumin dest die Reputation der Messinstitution w re n diesem Falle nachhalt g besch digt Im Fall eines zu gro en Kalibrierintervalls w re eine gro e Zahl von Messungen betroffen Durch das Einschieben der Verifikationen kann dieser Zeitraum u U stark verk rzt wer den Seite 41 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e Die Verifikationen sollen ausdr cklich keine vollst ndigen Kalibrierungen sein Sie haben den Vorteil dass sie selber durchgef hrt werden k nnen kein Ausfall des Messequip ments w hrend der externen Kalibrierung und wesentlich kosteng nstiger sind als eine Standard Kalibrierung Trotzdem erh lt man als Ergebnis eine gute Sicherheit dar ber ob die Glieder der Messkette n Ordnung sind Die turnusgem en Kalibrierungen der ent sprechenden Messmittel sind allerdings trotzdem weiter durchzuf hren Weiterhin wird empfohlen sich an angebotenen Ringvergleichen also an Vergleichsmessun gen unterschiedlicher Messstellen an ein und demselben Pr fling in diesem Fall eine Basis station zu beteiligen Bei der Auswertung ist bez glich des Vergleichs
91. astung eines Raumes ein sehr hoher Zeitaufwand entsteht Wird hingegen das abzu tastende Volumen reduziert oder die Maschenweite des Rasters erh ht wird die Gefahr einer Unterbewertung der Immission durch Nichttreffen des lokalen Maximums h her Auf diesen Umstand wird weiter unten anhand eines Messbeispiels eingegangen Wie oben beschrieben gestattet einzig die Punktrastermethode eine Mittelung ber spezielle Fl chen oder Volumina Als Mittelungsgeometrien werden in den diesbez glichen Untersu chungen verschiedenste geometrische Figuren vorgeschlagen und ausgewertet die Vielfalt reicht von horizontal oder vertikal ausgerichteten Linien und Ebenen ber W rfel bis hin zu Dummy Phantomen und detaillierten Mensch Nachbildungen Bild 2 5 14 zeigt einige der vorgeschlagenen Geometrien Seite 56 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 0 35 m 0 40 m Mittelpunkt Mittelpunkt Mittelpunkt 1 25 m D 1 25m 0 50 m Kopfbereich 150 180 cm 0 4m A h 1 75 m i i i 36 10 cm Torsobereich 120 150 cm 7 h 1 5 m Beinbereich 80 120 cm 10 20 cm h 0 75 m 10 cm Bild 2 5 14 Verschiedene vorgeschlagene Messraster f r eine Mittelung der Messwerte Oben links ANFR DR 15 oben Mitte prEN 50400 oben rechts CEPT 04 unten links SICTA 01 76 Messpunkte auf den Schnittpunkten der Linien mit den Kreisen sowie im Zentrum der Kreise unte
92. aximal verf gba ren Kan le verkn pft Bei UMTS Anlagen sind nach den ersten Messerfahrungen zwei Trends bez glich einer Hochrechnung erkennbar Auch hier gibt es S gnal sierungskan le die st ndig on air sind Diese k nnen frequenzselektiv erfasst werden und unter der worst case Annahme dass nur die S gnalisierungskan le zum Zeitpunkt der Messung akt v waren auf maximale Anlagenauslastung extrapoliert werden Dieses Verfahren wird die Immission im Regelbetrieb wesentlich bersch tzen Eine korrekte Hochrechnung ist m glich in dem die Hochrechnung auf Basis des kontinuierlich gesendeten CPICH Kanals erfolgt dessen Immis sion zuverl ssig aber nur mit codeselektivem Messequipment erfasst werden kann Diese Messmethode ist nach derzeitigem Stand diejenige die die gr te Chance hat sich bei Immissionsmessungen an UMTS Anlagen durchzusetzen Zur Dokumentation der Messungen ist ein Messbericht anzufertigen Der Messbericht sollte mindestens so aufbereitet sein dass f r den Auftraggeber das Ergebnis der Messungen klar und verst ndlich dokumentiert st und f r Fachleute alle technischen und administrativen Informationen derart enthalten sind dass das Vorgehen bei der Messung die Rohergebnisse und die Auswertung der Messdaten nachvollziehbar sind Im Messbericht ist ein Messunsi cherheitsbudget aufzustellen das sowohl ger tebedingte als auch methodenbedingte Unsi cherheiten ber cksichtigt Es w rd daf r pl diert die Messunsi
93. aximalwerte als auch die Mittelwerte bestimmt Obwohl hier mit den gew hlten H hen nicht exakt die gleiche Geometrie vorliegt wie in CEPT 04 k nnen trotzdem interes sante Erkenntnisse gewonnen werden Bild 2 5 16 zeigt das Ergebnis f r beide Szenarien Hier bezeichnen die Marker die Ergebnisse an der jeweiligen Punktreihe Der bersichtlich keit halber wurden die Markerpositionen mit Linien verbunden Obwohl das Messvolumen mit einem Durchmesser von 1 m relativ begrenzt erscheint gibt es von Punktreihe zu Punktreihe signifikante Unterschiede bez glich der ermittelten Messwerte Beispielsweise liegen beim Szenario mit direkter Sicht der gr te Max malwert Reihe 3 und der kleinste Maximalwert Reihe 11 um ca 4 dB auseinander Dies bedeutet dass man bei der Punktrastermethode nur mit einem relativ engen Gitter und ausreichend viel Gitter punkten sicher das Maximum treffen wird Gleiches gilt f r die Mittelwerte leistungsm ig gemittelt wobei hier bedeutsam ist dass die Punktreihe mit dem gr ten Einzelwert nicht unbedingt mit der Punktreihe bereinstimmen muss die den gr ten ber die drei Punkte gemittelten Wert aufweist So ist beispielsweise m Szenario ohne direkte Sicht der maximale Mittelwert in Reihe 10 ca 2 dB gr er als in Reihe 15 die den gr ten Maximalwert auf weist Erfolgt also die Wahl der Mittelungsebene anhand eines vorher bestimmten Ortes mit maximaler Immission sind Fehlbewertu
94. bez glich der Mittelung im K rpervolumen nachzukommen Beide Forderungen erscheinen nach gegenw rtigem Erkenntnisstand nicht sinnvoll verkn pfbar Mit abnehmender Punkteanzahl bzw reduzierter Maschenweite wird die durch Fast Fading rtlich kleinskalig schwankende Feldverteilung unterabgetastet was je nach Aufbau und Lage der vereinfachten Mittelungsgeometrie zu einer deutlichen Abweichung vom wahren Mittelwert f hren kann Auch diese Abweichung h ngt prinzipiell vom Expositionsszenario ab d h der Fragestellung ob die Messungen im Freiraum oder in R u men innerhalb oder au erhalb der Hauptstrahlrichtung mit oder ohne direkter Sicht zur Basisstation usw stattfinden Die n BOR 04 durchgef hrten Fast Fading Berechnungen haben gezeigt dass je nach Szenario starke Feldst rkeschwankungen mal in der vertikalen und mal in der horizontalen Richtung auftreten Auf keinen Fall wird es sinnvoll sein in Abh ngigkeit vom Messort diesen zuerst zu klassifizieren um dann die optimale Mitte lungsgeometrie festzulegen und nach dieser dann punktweise Messungen durchzuf hren Die Seite 64 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren damit dem Messteam offen stehenden Freiheitsgrade w rde die Gefahr von unterschiedlichen Bewertungen er ffnen und der Idee eine Normierung der Messvorschriften zuwider laufen Es wird erwartet dass die internationalen Forschungen auf diesem Gebiet noch ei
95. bez glich einer Realisier barkeit eines fl chendeckenden Immissionskatasters aus rechentechnischer Sicht Hier sind vor allem Datenverf gbarkeit Aktualisierungserfordernisse Genauigkeiten und Aufwandsab sch tzungen von Interesse Es wird darauf hingewiesen dass als Erfassungsgr en von Messung und Berechnung ausschlie lich Feldst rken elektrische Feldst rke E oder magnetische Feldst rke H bzw Leistungsflussdichten S zum Einsatz kommen Hierbei handelt es sich um Ersatzwerte da der Bas swert im Hochfrequenzbereich die spezifische Absorptionsrate SAR messtech nisch nur sehr schwer erfassbar ist Bei einem Vergleich der ersatzweise verwendeten Feld starken oder Leistungsflussdichten mit den Grenzwerten ist zu berucksichtigen dass in der Ableitung der Referenzwerte elektrische Feldstarke magnetische Feldstarke und elektrische Leistungsflussdichte aus dem Basisgrenzwert bereits diverse Sicherheitsfaktoren enthalten sind Seite 18 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 2 Messverfahren 2 1 Einleitung Messaufgabenstellungen zur Beurteilung der Exposition durch Mobilfunk Sendeanlagen k nnen sich aus unterschiedlichen Motivationen ergeben 1 Messungen zur berpr fung der Einhaltung gesetzlicher Regularien Solche Zulassungsmessungen k nnen durch nationale Gesetzgeber gefordert sein oder werden zur Schaffung einer Basis f r die Risikokommunikation ben tigt Grundlage f r
96. bilfunk BOR 02 1 detailliert beschrieben werden Funkwel len in realem Gel nde auf unterschiedliche Art und Weise beeinflusst Diese Ausbreitungs mechanismen sind die folgenden e Abschattung Wenn die Verbindungslinie zwischen Sender und Empf nger durch ein Hindernis unterbrochen wird erreicht die elektromagnetische Energie die Bereiche im Funkschatten eines Hindernisses nur indirekt z B ber Reflexionen an anderen Hin dernissen Beugung Trifft eine Funkwelle auf eine scharfe Kante z B von Hausw nden oder dachern wird sie um die Kante herumgebeugt d h die Welle ndert ihre Richtung und erreicht Bereiche welche ohne Kantenbeugung vom Hindernis abgeschattet sind D mpfung Trifft eine Funkwelle auf ein Hindernis welches f r elektromagnetische Strahlung nur teilweise durchl ssig ist wird sie ged mpft Die im Hindernis absorbierte Energie wird in W rme umgewandelt Trifft ein Funkwelle beispielsweise auf eine Wand absorbiert und reflektiert sie Teile der einfallenden Energie Die verbleibende Energie wird durch die Wand transmittiert Auch Vegetation und Lebewesen absorbie ren elektromagnetische Energie Der Absorptionsgrad ist abhangig von den elektrischen Materialeigenschaften der Dicke und dem inneren Aufbau des Hindernisses Reflexion Trifft eine Funkwelle auf ein glattes Hindernis welches sehr gro gegen ber ihrer Wellenl nge ist z B H userw nde wird sie reflektiert Der Reflexionsgrad ist
97. bnisse Diese k nnen sich sowohl in einer bersch tzung als auch in einer Untersch tzung der vorhandenen Immission nieder schlagen was somit f r die Aussage bez glich einer Grenzwertbetrachtung ungeeignet ist Die Abstrahlcharakteristiken aus den Herstellerdaten sind nicht bei jedem elektrischen Downtilt verf gbar So sind bei der Firma Kathrein zum Beispiel die Diagramme im Abstand 2 bez glich des Neigungswinkels gegeben Zus tzlich ist es mittlerweile im Betrieb von Mobilfunkbasisstationen m glich den elektrischen Downtilt fernsteuerbar zu ver ndern Diese Vereinfachung hat m Rahmen der Netzplanung und somit auch f r die Immissions prognose die Konsequenz dass der elektrische Downtilt eine var able Gr e darstellt Eine Simulation mit einem festen Neigungswinkel w rde demnach die Situation nur zu einem ganz bestimmten Zeitpunkt wieder spiegeln und h tte keine l ngerfristige Aussagekraft Damit die Fehler hinsichtlich einer Untersch tzung der tats chlichen Immission in einer Simulation bez glich des elektrischen Downtilts minimiert werden k nnen und zudem die Ergebnisse eine l ngere G ltigkeitsdauer aufweisen wird folgende Vereinfachung vorge schlagen Es wird ber alle Abstrahldiagramme mit den verschiedenen f r den konkreten Basisstationsstandort siehe Abschnitt 3 6 1 5 beantragten elektrischen Downtilts eine H llkurve gelegt und auf diese Weise eine neue Abstrahlcharakteristik erzeugt die alle Zust nde bez gl
98. bstrahlverhalten sondern nur den horizontalen und vertikalen Schnitt Von der National Spectrum Managers Association wird hierf r ein standardisiertes Daten format vorgeschlagen NSMA 99 Dennoch werden unterschiedliche Darstellungsarten benutzt Der Antennenhersteller RFS Radio Frequency Systems verwendet das eigene Darstel lungsformat Celplot Hierin sind der vertikale und der horizontale Schnitt jeweils in einer eigenen Datei mit verschiedenen Parametern Name Gewinn Strahlbreite usw und der in 1 Schritten auf den maximalen Gewinn normierten Amplitude abgespeichert Bei den in dieser Studie untersuchten Basisstationsstandorten sind Antennen der Firma Kathrein installiert Sie stellt den horizontalen und vertikalen Schnitt ihrer Antennenab strahlcharakteristiken in einer Datei in Form des aus dem Programm Planet hervorgegangenen MSI Formats zur Verf gung Hierin ist f r jeden Winkel die dazugeh rige auf den maxima len Gewinn des Schnitts normierte Amplitude abgespeichert Ferner stehen Informationen zu Antennenname Betriebsfrequenz Gewinn Downtilt und eine Kommentarzeile zur Verf gung Zu beachten ist dass 0 der Hauptstrahlrichtung entsprechen und die Winkelangaben im Uhrzeigersinn zu verstehen sind 3 4 1 Abh ngigkeit der Abstrahlcharakteristik vom Elektrischen Downtilt Es gibt zwei verschiedene Arten des Downtilts einer Mobilfunkantenne Mit mechanischem Downtilt ist hierbei eine Abw rtsneigung de
99. bzw Dipolen andererseits zwei unterschiedliche Antennentypen eingesetzt werden Beide Antennentypen weisen Vor und Nachteile auf In Szenarien mit aus unterschiedlichen Richtungen einfallenden gleich starken Immissionen z B Innenr ume ohne direkte Sicht auf die Sendeanlage haben st rker richtende logar thmisch periodische Antennen theoretisch Nachteile Die schwach richtenden bikonischen Antennen bzw Dipolantennen weisen dagegen eine teils extrem starke Beein flussung durch den Messenden sowie von Mobiliar oder W nden auf das Messergebnis auf Seite 4 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Diese Beeinflussungen k nnen so stark sein dass f r vorliegende Untersuchungen primar der Einsatz von logarithmisch periodischen Antennen empfohlen wird Die Messungen der Immission sollen im Fernfeld der Mobilfunk Basisstation erfolgen Au erhalb des Sicherheitsabstandes ist die alleinige Messung der elektrischen Feldst rke hinreichend Die elektrischen und magnetischen Feldanteile sind schon bei wesentlich gerin geren Abst nden als es ber die auf der maximalen geometrischen Ausdehnung der Antenne basierende Fernfeldformel definiert ist ber den Freiraumwellenwiderstand verkn pft Messungen mit dem Spektrumanalysator bzw Messempf nger verlangen Grundkenntnisse n der Funktionsweise der Ger te und der wichtigsten Grundeinstellungen Vor allem Aufl sungsbandbreite Detektortyp Frequenzbe
100. ch die Leistungen der einzelnen Mehrwegsignale addiert Durch diese Vorgehensweise sind bersch tzungen der tats chlichen Immission m glich die aber eine Aussage bez glich einer Grenzwertkontrolle zu lassen Seite 136 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Bild 3 6 28 S mulationsergebnis f r das Programm Quickplan dreidimensional Um die Resultate f r die Vergleichsgebiete zu erhalten wurden in diesen Regionen Testpunk te verteilt F r jeden Testpunkt wurden die Immissionen der einzelnen Pfade leistungsm ig addiert Die hierbei erhaltene maximale elektrische Feldst rke wurde dann als Vergleich mit den anderen Programmen herangezogen Die Simulationsergebnisse der einzelnen Programme und das bei der Messung erzielte Resultat sind in den folgenden Abbildungen zu sehen Wie bei der vorher betrachteten Basis station wurde ebenfalls mit dem Programm Fieldview eine Simulation durchgef hrt um die Immission bei reiner Freiraumausbreitung mit ber cksichtigter Bodenreflexion zu erhalten In Bild 3 6 29 sind die Ergebnisse f r das Vergleichsgebiet 1 mit nur indirekter Sicht zur Sende antenne zu sehen Seite 137 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 140 130 120 110 100 90 80 70 60 Elektrische Feldstaerke dB uV m Messung EFC 400 EMF Visual Insite Quickplan Freiraum Bild 3 6 29 Vergleich
101. cherheit nicht auf die Messer gebnisse aufzuschlagen Die bei den Untersuchungen gewonnenen Erkenntnisse sind in einem Vorschlag f r eine diesbez gliche Messnorm zusammengefasst der 1m Anhang enthalten ist Berechnungsverfahren f r die Ermittlung der Exposition im Umfeld von Mobilfunk Basissta tionen lassen sich grob in feldtheoretische strahlenoptische auf Freiraumausbreitung basie rende und hybride Verfahren unterteilen Da unter anderem n derartigen Softwarepaketen oftmals mehrere 10 Mannjahre Entwicklungsarbeit stecken wurde auf kommerzielle bereits auf dem Markt befindliche Software aus den oben genannten Bereichen zur ckgegriffen Die Mobilfunkantenne ist das Element durch das die Verteilung der Immission seitens der Basisstation bestimmt wird Hierbei hat der Downtiltwinkel einen gro en Einfluss auf die Abstrahlcharakteristik m Bereich der Hauptstrahlrichtung und der Nebenkeulen Der Down tilt stellt keinen fixen einmal eingestellten Parameter dar sondern wird im Rahmen der Netzoptimierung hierbei auch zunehmend fernsteuerbar variiert Deswegen ist es f r eine Berechnung die nicht nur eine Momentaufnahme liefern sondern auch eine l ngerfristige Immissionsprognose geben soll sinnvoll das Antennendiagramm so anzupassen dass der Betriebszustand aller eingesetzten elektrischen Downtiltwinkel ber cksichtigt werden kann Dar ber hinaus ist das Abstrahlverhalten einer Mobilfunkantenne abh ngig von der Frequenz Da diese
102. chlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e Schwenkmethode 5 Minuten e Drehmethode 20 Minuten e Punktrastermethode ca 1 Stunde pro Ebene d h 3 Stunden insgesamt Sicherlich lassen sich durch Automatisierungen z B bei der Drehmethode und auch bei der Punktrastermethode Einsparungen erzielen Vor allem bei der Punktrastermethode war hier der Zeitaufwand betr chtlich da e eine relativ gro e Punktanzahl gew hlt wurde e die Antenne manuell von einem zum n chsten Punkt bewegt werden musste inkl Einjus tierung per Lot e die Antenne manuell in ihrer Polarisationsrichtung verandert werden musste Bez glich der Punktanzahl ist ein Kompromiss zwischen Aufwand und Genauigkeit zu finden da wie oben dargestellt eine zu starke Reduzierung der Punktzahl die Messfehler im Sinne einer Untersch tzung der tats chlichen Immissionen vergr ert Bez glich der Polarisationsanderung sind mittlerweile Systeme auf dem Markt die ber eine automatische Antennenausrichtung verf gen z B HAI 04 Die Bewegung der Antenne von einem Rasterpunkt zum n chsten erfolgt zwar blicherweise manuell kann aber durch Vorbereitung eines nichtmetallischen Stativs oder Ger stes ebenfalls verk rzt werden Im Hinblick auf die nderung der Polarisationsrichtung der Antenne sind auch die mehrfach angesprochenen frequenzselektiven Messger te mit isotroper Sonde eine interessante Alterna tive Trotz m glicher zeitlicher
103. chlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren sight scenarios inside buildings logper antennas with higher directivity have theoretical drawbacks Biconical or dipole antennas with low directivity do not exhibit this principal drawback but may offer a strong influence of the user as well as walls or furnishings onto the results These influences may be so strong that logper antennas are highly recommended for this type of measurements The measurements shall be performed in the far field of the cellular station In regions outside the safety distance a measurement of the electric field strength alone is regarded to be suffi cient Electric and magnetic field components are coupled over the free space impedance at much smaller distances from the antenna as is defined by the far field formula based on the geometrical size of the base station antenna Measurements with spectrum analyser or measurement receiver desire broad knowledge of the basic operation of these devices as well as their settings Especially resolution bandwidth detector type frequency range video band width and sweep time must be correctly matched onto the base station signal to be analysed Otherwise significant errors may be possible Unfortunately default settings are not suitable often for the present problem Therefore the most important settings are defined and summarised n a table Besides the measurement parameter settings also the measureme
104. chsten Immission vorzuselektieren Als Antennen k nnen logarithmisch periodische Antennen bikonische Antennen oder Dipol antennen eingesetzt werden Logar thmisch periodische Antennen sind aufgrund der geringen Beeinflussung durch den Messenden sowie durch W nde bzw Mobiliar zu bevorzugen Zur Reduzierung dieser Einfl sse sollen die Antennen an einer nichtmetallischen Verl ngerung betrieben werden Alle Messger te und Hilfsmittel sind regelm ig zu kal brieren Seite A3 von A6 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 4 3 Messparameter Es sind die Messparameter nach Tabelle 4 1 zu verwenden System Startfre Stopfrequenz RBW kHz Mindest Detektor Sweep quenz MHz MHz VBW kHz Time ms GSM 900 935 960 100 300 100 300 Peak oder RMS 1 100 300 100 300 Peak oder RMS GSM 1800 1805 1880 100 300 100 300 Peak oder RMS Tabelle 4 1 Empfohlene Einstellungen f r die Messparameter bei frequenzselektive Messungen Die korrekte Kanalbandbreite f r GSM betr gt 200 kHz Falls diese Filtergr e nicht vorhanden ist sollte mit 300 kHz gemessen werden oder sofern das Spektrum dicht belegt ist auch mit 100 kHz In diesem Falle sind aber die dadurch entstehenden geratespezifischen Messfehler zu quantifizieren 9 Die VBW ist gleich oder gr er der RBW zu w hlen gt Die 100 ms gelten streng genommen nur fur die Verwendung des RMS Detektors Bei Anwendung
105. chsten Version von Quickplan 2 0 behoben sein soll In dem folgenden Diagramm Bild 3 6 20 werden die Ergebnisse aus den Simulationen mit denen aus der Messung verglichen Ma f r die Gr e der Immission ist wie vorher beschrie ben die elektrische Feldst rke in der Einheit dBuV m Mit dem Programm Fieldview wurde Seite 130 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren au er der Reihe noch eine Berechnung mit reiner Freiraumausbreitung und einer Erh hung der Sendeleistung um 3dB als Worst Case Betrachtung fur die Bodenreflexion durchgef hrt 140 130 120 110 100 90 80 70 Elektrische Feldstaerke dB uV m 60 50 Bild 3 6 20 Vergleich der Simulations bzw Messwerte f r den Basisstationsstandort Handelsstra e 76 Alpen m Vergleichsgebiet LoS Es st deutlich zu erkennen dass die Vorhersagen der betrachteten Programme nahezu ber einstimmen Ferner stellt die Freiraumausbreitung inklusive eines Zuschlags von 3 dB bzgl der Bodenreflexion den Maximalwert dar Die geringen Unterschiede in den Berechnungser gebnissen lassen s ch mit den in Abschnitt 3 4 5 getroffenen Feststellungen begr nden 3 6 3 Basisstationsstandort Hochstra e 1 3 47443 Moers Der n chste untersuchte Bas sstationsstandort liegt n der Hochstra e 1 3 n Moers Die Sendeanlage befindet sich im Gegensatz zu dem vorherigen Beispiel m Stadtgebiet Im Vergle
106. cht Im Anschluss an diese Strahlensuche steht die Berechnung des bertragungsverhaltens aller Pfade woran sich die Berechnung der Empfangsleistung unter Verwendung dieser Parameter ankn pft 3 2 2 Feldtheoretische Modellierung Die feldtheoretischen Berechnungsverfahren basieren auf der direkten numerischen L sung der Maxwellschen Gleichungen mit Hilfe von Integral oder Differentialgleichungssystemen Als wichtigste Varianten sind hier die Finite Element Methode FEM die Finite Differenzen Methode FDM die Finite Differenzen im Zeitbereich Finite Difference Time Domain FDTD und die ntegralgleichungsmethode IE zu nennen Eine Verwendung f r die Berechnungen der Wellenausbreitung in Geb uden oder sogar St dten ben tigt immens viel Rechenleistung und Speicherplatz da der gesamte S mulations raum auf mindestens 1 10 der Wellenl nge diskretisiert werden muss 3 2 3 Hybridmethoden Werden zwei oder mehr Methoden zu einem neuen Modell kombiniert entsteht eine soge nannte Hybr dmethode Hierbei sollen Nachteile einer Methode durch die Vorteile einer anderen ausgeglichen werden So l sst s ch z B zuerst FDTD m Nahbereich einige Wellenl ngen um die Antenne einset zen um e n effektives Strahlungsdiagramm unter Ber cksichtigung der Montageumgebung zu berechnen und anschlie end ein strahlenoptisches Modell anwenden um die gro en Strecken bis zum Beobachtungsgebiet zu berbr cken um schlie lich wieder mittels
107. d daraus abgeleitete generelle Aussagen m Umgang mit derartigen Softwareprogrammen werden in Abschnitt 3 6 Anwendung der Softwarepakete auf reale Konfigurationen vorge stellt 3 3 1 EFC 400 Telekommunikation Seinen Ursprung hat das Programm EFC 400 in der Berechnung von niederfrequenten magnetischen und elektrischen Feldern von Leitern und wurde von der Forschungsgesell schaft f r Energie und Umwelttechnologie mbH EFC 04 entwickelt In der neusten Ent wicklungsstufe und der in dieser Studie verwendeten Version 5 04 Build 2287 ist der Teil EFC 400 Telekommunikation integriert der auch die Berechnung hochfrequenter Feldstarken und Leistungsflussdichten ermoglicht Seite 91 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Das Berechnungsverfahren ist die Freiraumausbreitung ohne Informationen bezuglich der Phase Der Geb udeeinfluss kann uber die Angabe einen globalen Dampfungsfaktors ber ck sichtigt werden Reflexionen am Erdboden k nnen ber einen prozentualen Anteil angegeben werden 100 entspricht hierbei einer Verdopplung der Leistungsflussdichte Vorgegebene Werte f r typische Reflexionskoeffizienten Ackerland Beton usw sind nicht integriert Die folgenden Vorraussetzungen sind angegeben um einen optimalen Ablauf des Programms zu gew hrleisten Prozessor 2 GHz Freier Arbeitsspeicher 128 MB Grafikkarte Open GL Beschleunigung Freier Festplattenplatz 20 GB
108. d 3 6 70 sind die Abweichungen der Simulationsergebnisse vom gemessenen Wert dargestellt Zu beachten ist hier dass der Messwert genau genommen keinen echten Referenzwert darstellt da auch er ungenau ist Deswegen wird zus tzlich zum Messwert die Messunsicherheit angegeben die in Kapitel 2 mit ca 3 dB abgeschatzt wurde Dieser Bereich ist mit den roten Linien gekennzeichnet Liegen die Ergebnisse in diesem Gebiet kann von einer guten Vorhersage gesprochen werden Die jeweiligen Balken entsprechen hierbei den oben simulierten Szenarien in folgender Weise Balken 1 Standort Handelsstra e 76 46519 Alpen Szenario 1 Balken 2 Standort Hochstra e 1 3 47443 Moers Szenario 2 Balken 3 Standort Hombergerstra e 162 47441 Moers Szenario 2 6 Balken 4 Standort Hochstra e 57 47798 Krefeld Szenario 2 4 o Balken 5 Standort Kathar nenstra e 12 44137 Dortmund Szenario 2 5 nah o Balken 6 Standort Kathar nenstra e 12 44137 Dortmund Szenario 2 5 fern Balken 7 Standort Zum Niepmannshof 5 47475 Kamp Lintfort Szenario 6 Es ist deutlich zu erkennen dass die Programme au er einiger Ausnahmen einen Wert prog nostizieren der unter der Ber cksichtung der Messunsicherheit gut mit dem gemessenen Wert ubereinstimmt Seite 165 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Abweichung vom Messwert dB N Messun j sicherheit
109. d ab dem zweiten Kanal eine Leistungsregelung aufweisen Diese sorgt daf r dass entsprechend dem Verkehrsaufkommen sowohl gro skalige Schwankun gen im Tages bzw Wochenverlauf auftreten als auch dar ber liegende kleinskalige Va riationen vor allem durch DTX Discontinuous Transmission und die verbindungsquali tatsabhangige Leistungsregelung Dies hat die Konsequenz dass vor allem in der Nahe mehrkanaliger Anlagen eine Augenblicksmessung die f r eine Grenzwertaussage zwin gend erforderliche worst case Immissionssituation be1 maximaler Anlagenauslastung nur unzureichend beschreibt bzw unterbewertet Als Konsequenz sind bei der Messung und in der Auswertung Techniken einzusetzen die es erm glichen die gemessenen Au genblickswerte auf maximale Anlagenauslastung zu extrapolieren Bild 2 2 3 zeigt am Beispiel einer 24 Stunden Messung einen typischen Verlauf der zeitlichen Schwankungen Seite 22 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren ee a 2 2 ram Hf 48 e 0 s x N LL he 12 00 16 00 20 00 0 00 4 00 8 00 12 00 Uhrzeit Bild 2 2 3 Ergebnis einer 24 Stunden Messung an einem festen Messpunkt in der Umgebung einer mehrkanaligen GSM Anlage Ausbreitungswegbezogene zeitliche Schwankungen werden durch sich zeitlich veran dernde Eigenschaften des Ausbreitungsweges verursacht z B sich bewegende
110. d horizontalen Schnitte sind hierbei bei bestimmten Frequenzen aufgenommen und decken somit nicht die kompletten Downlink Frequenzbereiche der Mobilfunksysteme ab Mit den Herstellerangaben ist demnach keine Beurteilung ber die Abh ngigkeit der Abstrahlcharakteristik von der Fre quenz m glich Um hier dennoch eine Aussage treffen zu k nnen wurde beispielhaft d e Abstrahlcharakteris tik der Mobilfunksendeantenne K 742 212 der Firma Kathrein in Abh ngigkeit der Frequenz gemessen Diese Messung fand in der Antennenmesskammer der Firma IMST GmbH statt Da die Antenne sowohl im GSM 1800 als auch im UMTS System eingesetzt wird werden diese beiden Bereiche getrennt voneinander untersucht Die Messung wurde hierbei jeweils fur die Bestimmung der vertikalen als auch horizontalen Abstrahlcharakteristik separat durchgef hrt In Bild 3 4 7 ist der schematische Aufbau fur die Messung des horizontalen Schnitts der Basisstationsantenne dargestellt Seite 100 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 1 Basisstationsantenne Empfangsantenne vertikal 0 360 2 Basisstationsantenne jl Empfangsantenne horizontal 0 360 3 x y Bild 3 4 7 Schematische Darstellung des Messaufbaus zur Bestimmung der horizontalen Abstrahlcharak teristik einer Mobilfunkantenne 1 Empfangsantenne vertikal 2 Empfangsantenne horizontal AbschlieBend wurde aus den Messergebnisse
111. das Programm EFC 400 verwendet Auf feldtheoretische bzw Hybridver fahren wird in diesem Zusammenhang aus den in Abschnitt 3 4 beschriebenen Gr nden z B kein Einbinden der synthetisierten Abstrahlcharakteristik m glich verzichtet Zus tzlich wird noch eine Berechnung mit dem Programm Fieldview FV 04 durchgef hrt das auf reiner Freiraumausbreitung beruht und keine Geb ude oder andere Hindernisse ber cksichtigt Die Bodenreflexion kann ber folgenden Worst Case Ansatz in dieser Berechnung ber cksichtigt Seite 112 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren werden Die Reflexion am Boden resultiert in einer Verdopplung der Leistungsflussdichte Dieser Verdopplung wird in der Simulation insofern Rechnung getragen dass die Sendeleis tung um 3dB erhoht wird Die Simulationen erfolgen nicht an wahllosen Mobilfunksendeanlagen sondern bei typischen Anordnungen von Basisstationsstandorten Ausgewahlt wurden folgende Konfigurationen 1 Freistehender Mast auf einem Feld l ndlich siehe Abschnitt 3 6 2 o 2 Stadtgebiet siehe Abschnitt 3 6 3 3 6 4 3 6 5 3 6 6 3 Keine direkte Sicht zur Basisstation nLoS siehe Abschnitt 3 6 3 3 6 4 4 Basisstation auf einem Turm oder Hausdach und Untersuchung der Exposition auf einem Platz mit umliegenden Geb uden siehe Abschnitt 3 6 5 5 Mikrozelle siehe Abschnitt 3 6 6 6 Inhaus siehe Abschnitt 3 6 7 3
112. der 26 BImSchV verankert sind In dem zweidimensionalen Berechnungsgebiet kann der Wert der Immission mittels eines Cursors an einem beliebigen Ort ausgelesen werden Ferner ist es m glich die S mulationsebene als Matrix mit jeweiligen Koordinaten und zugeh rigem Berechnungsergebnis zu exportieren Die Einheit der elektrischen Feldstarke ist n V m gegeben so dass noch eine Umrechnung n das gew nschte Format dBuV m au erhalb des Programms geschehen muss Die Software EMF Visual erm glicht die Ergebnisdarstellung n dBuV m Der Verlauf der Berechnungsgr e wird hier wie bei EFC 400 1m Berechnungsgebiet durch einen Farbverlauf symbolisiert Um das exakte Ergebnis an einem bestimmten Ort zu erhalten k nnen die Resultate in eine Datei exportiert werden Dieses ist mit einem Zusatztool m glich das die Werte des Simulationsraumes in Form einer Tabelle abspeichert Es sind ebenfalls die jewei ligen Koordinaten und der zugehorige Berechnungswert enthalten Be der Software Wireless Insite ist kein Simulationsraum gegeben sondern es m ssen sogenannte Empfangsantennen an beliebigen Punkten platziert werden An diesen Punkten erh lt man dann die Immission als Empfangsleistung n dBm Die berechneten Ergebnisse werden auch durch eine Farbe reprasentiert und in einer Datei abgespeichert Um einen Vergleich zu den anderen verwendeten Softwarepaketen und zu den Messungen herstellen zu k nnen muss eine Umrechnung von dBm in die Einheit dBuV m
113. der Simulations bzw Messwerte fur den Basisstationsstandort Hochstra e 1 3 Moers im Vergleichsgebiet 1 nLoS Hier kann als Ergebnis festgehalten werden dass durch reine Freiraumausbreitung die Immis sion bei einer Expositionssituation die keine direkte Sicht auf die Sendeantenne aufweist deutlich bersch tzt wird In Bild 3 6 30 sind die Maximalwerte der einzelnen Simulationen im Vergleichsgebiet 2 zu sehen Durch die direkte Sicht zur Antenne ist der Unterschied zwischen strahlenoptischen und auf Freiraumausbreitung basierenden Programmen wesentlich geringer 140 130 foo en 110 100 90 80 70 60 Elektrische Feldstaerke dB UV m 50 Messung EFC 400 EMF Visual Insite Quickplan Fieldview Bild 3 6 30 Vergleich der Simulations bzw Messwerte f r den Basisstationsstandort Hochstra e 1 3 Moers im Vergleichsgebiet 2 LoS Seite 138 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 6 4 Basisstationsstandort Hombergerstra e 162 47441 Moers Im folgenden Abschnitt werden die Simulationsergebnisse f r den Basisstationsstandort in der Hombergerstra e 162 in Moers vorgestellt Die Mobilfunksendeanlage befindet sich auf einem der h chsten Geb ude in der Umgebung Das untersuchte Gebiet weist H user mit geringerer H he auf Im Gegensatz zu dem vorherigen Beispiel st die Bebauung weniger dicht Ferner existieren nicht viele kleine sondern nur einige gro e Geb ud
114. der Umgebung von Mobilfunksendeanlagen im Kanton Schwyz Zurich Regensburg 28 November 2003 Seite 185 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren WUSCH 04 M Wuschek Feldst rkemessungen in der Umgebung von UMTS Mobilfunkbasisstationen EMV 2004 12 Fachmesse und Kongress f r Elektromagnetische Vertr glichkeit VDE Verlag Berlin Offenbach S 539 548 2004 Seite 186 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Abk rzungsverzeichnis 3GPP AM BImSchV BCCH BS CDMA COST DIX GO GSM GUI HSR LAI LOS MU NLOS RegIP RBW SAR Span SFH TCH UMTS UTD UIM VBW 3rd Generation Partnership Project Amplitudenmodulation Bundes Immissionsschutzverordnung Broadcast Control Channel engl gt Sende Kontrollkanal Basisstation Code Division Multiple Access engl gt Codemultiplex European Cooperation in the Field of Scientific and Technical Research engl gt Europ ische Zusammenarbeit auf dem Gebiet der wissen schaftlichen und technischen Forschung Discontinuous Transmission engl gt Sprachaustastung in Sprechpau sen Geometrische Optik Global System for Mobile Communications engl gt Globales System fur Mobilkommunikation Graphical User Interface Hauptstrahlrichtung einer Mobilfunksektorantenne Landerausschuss fur Immissionsschutz Line of Sight engl gt Sichtverbindung Messunsicherh
115. des Peak Detektors sind auch k rzere Sweep Times m glich hier kann auf die Auto Couple Funktion des Spektrum analysators zur ckgegriffen werden 4 4 Messdurchf hrung Die Messungen s nd mit der Schwenkmethode durchzuf hren Bei der Schwenkmethode wird ein Messvolumen am Messpunkt mit der handgef hrten Messantenne abgetastet wobei gleichzeitig die Vorzugsrichtung und die Polarisationsrich tung der Messantenne variiert werden Der Schwenkbereich erstreckt sich vorrangig bis in ca 1 75 m H he W hrend des ganzen Suchvorgangs wird das Spektrum mit der Maxhold Funktion des Messger tes kontinuierlich erfasst Es resultiert ein Maxhold Spektrum aus dem f r jeden BCCH die zugeh rige Feldst rke abgelesen und f r die Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung weiter ausgewertet wird Die Bewegung der Antenne muss bezogen auf die Sweep Time des Spektrumanalysators langsam erfolgen Beim Schwenken muss die Antenne immer einen minimalen Abstand von 50 cm zu W nden Boden Decke und Mobiliar einhalten F r jedes der Mobilfunksysteme GSM 900 GSM 1800 ist ein separater Schwenk durchzu f hren Eine Messzeit von mindestens 6 Minuten laut Normvorgabe ist nicht notwendig da die f r die weitere Auswertung erfassten BCCH Kan le in ihrer Intensit t anlagenseitig nicht schwanken Messzeiten von ca bis 2 Minuten pro Schwenkvorgang sind ausreichend Speziell bei der Nutzung der logar thmisch periodischen Antenne muss der
116. die Feldstarken an einem bestimmten Punkt zu vergleichen sondern ein Ver gleichsgebiet zu verwenden 3 8 5 Aufwandsabschatzung Zur Aufwandsabschatzung werden im folgenden zwei vereinfachte Beispiele hinzugezogen Es wird vorrausgesetzt dass alle benotigten Eingangsdaten Geodaten Satellitenbilder oder Kataster Gebaudehohen Basisstationsparameter vorliegen Zun chst wird als Simulationsraum das Stadtgebiet von K ln mit einer Fl che von 400 km herangezogen Zur Vereinfachung wird ferner angenommen dass sich auf einem Areal von Seite 179 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 1 km jeweils nur eine Mobilfunksendeanlage bestehend aus drei Sektoren befindet was einer Basisstationsanzahl von 400 entspricht Es hat sich w hrend der in dieser Studie durchgef hr ten Simulation gezeigt dass f r die Simulation mit Programmen Strahlenoptik EFC 400 unter den oben genannten Vereinfachungen mit einem Zeitaufwand von ca 1 5 Tagen pro Basisstation zu rechnen ist Werden diese vereinfachten Annahmen zugrunde gelegt entspr che das einer Zeitdauer von ungef hr 3 Mannjahren f r eine Realisierung eines fl chende ckenden Katasters f r das gesamte Stadtgebiet von K ln Als zweites w rd die gesamte Fl che von Deutschland mit einer Gr e von 375 000 km betrachtet Hierauf verteilen sich etwa 50 000 Basisstationen in l ndlichen und st dtischen Gebieten Da bei ca 4 der Standorte
117. die Zulas sungsmessungen sind die jeweiligen nationalen Grenzwerte Hierbei wird ein worst case Ansatz verfolgt d h die maximale Expositionssituation wird untersucht Der Bereich der Messungen erstreckt sich hauptsachlich auf das unmittelbare Umfeld der Anlage z B wird der festgelegte Sicherheitsabstand messtechnisch berpr ft 2 Messungen auf Anfrage nach Bedarf Initiatoren f r diese Messungen sind die allgemeine ffentlichkeit B rgerinitiativen Beh r den oder Netzbetreiber Hierbei wird die Messung an einer definierten rtlichkeit verlangt die aber oft nicht den am st rksten exponierten Bereich darstellt In Abh ngigkeit vom Messauftrag kann sowohl die Messung der Mobilfunkexposition separat als auch die Mes sung der Gesamtexposition durch Hochfrequenzquellen gefordert sein 3 Vergleichsmessungen Die Exposition an einem definierten Ort wird mit der Exposition an anderen Orten verglichen oder es erfolgt ein Vergleich der Exposition durch eine Quelle vor Ort mit der Hinter erundbelastunge 4 Messungen fur wissenschaftliche Zwecke Der wissenschaftliche Hintergrund solcher Messungen kann die allgemeine Risikobewertung das zeitliche Monitoring der Bev lkerungsexposition oder Messungen zur Expositionserfas sung f r epidemiologische Studien sein Neben worst case Ans tzen zur Untersuchung der Immissionsverteilung 1m Umfeld der Anlage werden hier auch Durchschnittswerte bzw repr sentative Szenarien anstelle v
118. e Die Aufsicht des Szenarios mit der entsprechenden Seitenansicht der Basisstation ist in Bild 3 6 31 zu sehen Die Hauptstrahlrichtung der f r d e Simulation verwendeten Sektorantenne ist analog zu den bereits betrachteten Beispielen mit HSR gekennzeichnet Die Lage der Vergleichsgebiete f r die einzelnen Softwarepakete mit der Messung ist wieder durch die rot umrandeten Fl chen symbolisiert Diese sind so gew hlt dass sich eine nLoS Vergleichsgebiet 2 und eine LoS Expositionssituation Vergleichsgebiet 1 ergibt Ferner sind in Tabelle 3 6 7 die berblicksdaten und in Tabelle 3 6 8 die Parameter f r den betrach teten Sektor mit dem zugeh rigen BCCH der Sendeanlage und der Simulation dargestellt ia i a u cl h SENSE Bild 3 6 31 Mobilfunksendeanlage Hombergerstra e 162 47441 Moers Szenario 2 3 Charakteristik der Basisstation Basisstation auf wesentlich h herem Geb ude keine dichte Bebauung einige gro e Geb ude O TE e Ba auon Basisstation in _ E a o Oo Tabelle 3 6 3 berblick ber das untersuchte Szenario Seite 139 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Ort Hombergerstra e 162 47441 Alec Downtilt Downtilt BCCH Leistung am MHz m Er elektrisch L nge in m Antenneneingang W 1847 9 330 23 1 K 739 490 1 58 0 662 Tabelle 3 6 7 Simulationsparameter Die Darstellung der Ergebnisse erfolgt analog z
119. e viele kleine Geb ude RT Teer Basisstation Basisstation in m Vergleichsgebiet 1 Vergleichsgebiet 2 Tabelle 3 6 5 berblick ber das untersuchte Szenario Ort Hochstra e 1 3 Ecke R merstra e 47443 Moers MHz m mechanisch elektrisch Lange in m Antenneneingang W Pepe eee 1 296 Tabelle 3 6 6 Simulationsparameter Die Simulationsergebnisse der verschiedenen Softwareprogramme fur den in diesem Kapitel betrachteten Basisstationsstandort sind in den folgenden Bildern dargestellt Die Berech nungsebenen befinden sich analog zu dem vorherigen Beispiel in 1 8 m 1 9 m und 2 m Hohe ber dem Erdboden Es werden wieder die Berechnungsergebnisse in einer H he von 2 m Seite 132 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren pr sentiert Im folgenden Bild sind die Resultate in zweidimensionaler Darstellung zu sehen die mit EFC 400 simuliert wurden Die Geb ude wurden bei dieser Berechnung mit einem globalen Dampfungsfaktor von 3 dB ber cksichtigt vgl auch BOR 97 Dieser entspricht dem voreingestellten Wert in der Software Eine Verringerung der Immission im Schatten von Hausern ist deutlich zu erkennen A Bin Y Position m EM s RMS 000 001 002 005 O10 020 050 10 20 50 gt 100 g 2 100 450 S00 20 Soo 30 Ei Pasition m 368 Bild 3 6 22 S mulationsergebnis f r das Programm EFC 400 zweidimensional Das Programm
120. e Downlinkfrequenzbereich und die damit verbundene Ver nderungen der Ausbreitungsbedingungen f r die verschiedenen Frequenzen eines Bandes begrenzt sind Der Frequenzunterschied zwischen GSM 900 auf der einen und GSM 1800 UMTS auf der anderen Seite ist jedoch so gro dass f r jedes dieser Systeme ein eigener Durchlauf der Schwenkmethode anzuraten ist Beim Schwenken soll die Antenne immer einen minimalen Abstand von 50 cm zu W nden Boden Decke und Mobiliar einhalten Diese Forderung erw chst aus der Tatsache dass bliche Messantennen am Freifeld d h ohne Vorhandensein von reflektierenden Gegenst n den kalibriert sind Die N he von Gegenst nden oder Personen siehe auch Ab schnitt 2 5 3 1 2 zum Einfluss des Messenden auf verschiedene Antennentypen ndert die Empfangseigenschaften der Antenne und f hrt da f r diese gest rte Umgebung kein entsprechender Kalibrierfaktor vorliegt zu einem fehlerhaften Messergebnis Bild 2 5 11 Durchf hrung der Schwenkmethode mit bikonischer Antenne n Halterung Bei der Schwenkmethode sind grunds tzlich logarithmisch periodische Antennen bikonische Antennen und Dipolantennen einsetzbar Die Vor und Nachteile dieser Antennentypen sind bereits ausf hrlich behandelt worden Zur Reduzierung des Einfluss des Messenden vor allem Seite 53 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren bei bikonischen und Dipolantennen ist die Benutzung einer nicht
121. e Me en t z 88 en Me ee ne ee nn ea dle ee N V i i i i i i i i i 86 ee Legende nn i bikon logper BA ee F Ort ne aces F 2 ae meee z ee F S LAs F pe is F a ee 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Versuch Nummer Bild 2 5 17 Reproduzierbarkeit der Schwenkmethode 10 Messungen mit unterschiedlichem Messpersonal Die Reproduzierbarkeit st als sehr gut zu bezeichnen Die maximale Schwankungsbreite betr gt etwa 1 5 dB Wie bereits oben ausf hrlich diskutiert sind hier wieder Absolutwertun terschiede zwischen der logar thmisch periodischen logper und der bikonischen bikon Antenne zu sehen wobei letztere tendenziell etwas h here Werte anzeigt Als Gr nde werden wiederum eine m gliche Beeinflussung des Messenden sowie eine unterschiedliche Erfassung von Mehrwegesignalen vermutet Die Aussage der guten Reproduzierbarkeit w rd auch durch vergleichbare Untersuchungen n RYS 02 und WUSCH 02 best tigt F r die schon oben diskutierten Schweizer Ver gleichsmessungen sind die Ergebnisse in Tabelle 2 5 3 dargestellt wobei hier auch die Streuung durch unterschiedliche Messdurchf hrende und verschiedene Messtechniken erfasst wurde In WUSCH 02 wird bez glich der Reproduzierbarkeit der Schwenkmethode aus verschiedenen Einzelmessungen eine Standardabweichung von 14 feldst rkebezogen angegeben 2 5 6 7 M glichkeiten und Grenzen der Mittelung In diesem Abschnitt sollen unbeachtet von Aufwands oder N
122. e Simulation somit zu beschleunigen 3 7 4 EMF Visual Beim Programm EFM Visual k nnen die simulierten Ergebnisse direkt im Programm mit den Grenzwerten der 26 BImSchV verglichen werden Generell ist es m glich ein flachende ckendes dreidimensionales Bild einer Immissionslage zu berechnen Wie aber w hrend der Beschreibung der einzelnen untersuchten Szenarien schon angemerkt erh ht s ch die Re chenzeit erheblich wenn Objekte mit materialspezifischen Parametern eingef gt werden So konnte die Rechenzeit von den oben durchgef hrten Simulationen nur dadurch begrenzt werden dass nicht alle Geb ude sondern nur die in unmittelbarer Umgebung des zu untersu chenden Areals f r die Berechnung ber cksichtigt wurden Reduktion der Rechenzeit von 8 Tagen auf 1 Stunde In diesem Zusammenhang ist auch die Modellierung der dreidimensio nalen Umgebung zu nennen hnlich wie bei dem Programm Quickplan ist es m glich bas erend auf einem Satellitenbild oder Katasterplan die H userecken mittels eines Cursors zu definieren Die so erhaltenen Geb ude stellen aber nur Geb udeh llen dar die in einer Berechnung nicht ber cksichtigt werden Um dieses dennoch gew hrleisten zu k nnen m ssen entweder quaderf rmige Objekte oder horizontale oder vertikale Ebenen eingef gt werden d e dann den Geb udeh llen angepasst werden m ssen Es st nur eine Eingabe ber kartesische Koordinaten m glich Seite 172 von 187 des Abschlussberichtes Entwickl
123. e der Station en erfolgen Bei dieser Abfrage sollte auch in Erfah rung gebracht werden ob sich die Anlage zum Zeitpunkt der Messung in einem gegen ber dem Normalbetrieb ver nderten Betrieb befand dies ist entsprechend in die Auswertung einzubeziehen Beim Beispiel nach Bild 2 5 18 handelt es sich um eine Station mit drei Sektoren bei je zwei Kan len pro Sektor von denen w hrend der Messung jedoch Kanal 2 von Sektor 2 zum Zeitpunkt der Messung nicht akt v war Das Spektrum sei bereits um den Antennenfaktor und den Kabelfaktor korrigiert d h es ist direkt die Immission am Messort dargestellt c LECL 2 al OOO II oP 120 25 8 ae M M vo M rm Neem on D 110 OOO O O 35 8 9 gt Yee ex O oO Oo D m 100 NNN AN 45 8 D h gt 90 55 8 9 O Q y 80 658 gt er 2 70 758 Q 3 60 h 85 8 3 gt 50 95 8 1820 1830 1840 1850 Frequenz MHz Bild 2 5 18 Kanalzuordnung einer Basisstationsmessung bei GSM 1800 Da auch bei Messpunkten in unmittelbarer Nahe einer Basisstation Hauptsendeanlage die Immissionen durch umliegende Basisstationen Nebensendeanlagen einen wesentlichen Beitrag zur Gesamtimmission liefern k nnen sind f r eine korrekte Erfassung der Gesamt immissionen 1m Mobilfunkbereich sofern dies die Aufgabenstellung ist auch die Frequenz und Kanalinformationen dieser Anlagen von Interesse Beim Einholen der Betreiberinformation mus
124. e momentane Messwerte oder daraus theoretisch extrapolierte Maximalwerte lassen sich oftmals schlechter vermitteln als kontinuierliche Messwerte Ein Unterschrei ten von Grenz oder Richtwerten wird bei kontinuierlich ermittelten Verl ufen u U leich ter geglaubt da die Messwerte quasi l ckenlos auch diejenigen Zeitabschnitte abde cken die bei den Augenblicksmessungen nicht erfasst werden Bei Momentanwertmes sungen bleibt bei vielen Betroffenen ein Gef hl der Unsicherheit dass eventuelle H chstwerte bersehen wurden unbeschadet der Tatsache dass eine korrekte Extrapola tion der Momentanwerte auf maximale Anlagenauslastung die weitaus sicherere Methode der Ermittlung von maximalen Immissionen darstellt e Oftmals existieren bei B rgern dahingehende Bef rchtungen dass ohne ihr Wissen Manipulationen Ver nderungen bzw Erweiterungen an der Anlage vorgenommen wer den die zu einer Erh hung der Immissionen 1m Vergleich zum urspr nglich gemessenen Wert f hren Diese lie en sich nur durch eine kontinuierliche berwachung feststellen Leider ist die Idee eines kontinuierlichen Feldmonitorings z B als Netz fest installierter Messpunkte mit zentraler Auswertung und Internetanbindung bei vertretbarem Aufwand nur mit erheblichen Einschr nkungen zu realisieren Grund daf r st zum einen dass aus Kostengr nden als Messger te Breitbandmessger te verwendet werden m ssen Diese haben wie bereits oben dargelegt oftmals eine
125. e sind an ein Messverfahren zur korrekten Ermittlung der von Mobilfunk Bas sstationen ausgehenden Immissionen folgende Anforderungen zu stellen Manche Anforderungen s nd eng miteinander verkn pft d h sie k nnen nicht unabh ngig voneinander erf llt werden andere sind gegenl ufig 1 Hohe Empfindlichkeit Das Verfahren muss prinzipiell ber eine solche Empfindlichkeit verf gen dass Immissionen der Gr e wie sie typischerweise 1m Umfeld von Mobilfunk Bas sstationen vorliegen noch darstellbar sind Typische Immissionswerte k nnen in el nigen 10 Metern Abstand von der Basisstation je nach Lage bez glich der Leistungsfluss dichte schon unter 1 W m bzw bez glich der elektrischen Feldst rke unter 0 1 V m lie gen BOR 04 Dies stellt besondere Anforderungen an die eingesetzte Messtechnik Frequenzselektivit t Das Messverfahren muss die von Mobilfunk Anlagen ausgehenden Immissionen von anderen hoch und niederfrequenten Immissionen z B von Rundfunk oder TV Sendern ausgehende Immissionen trennen k nnen da in vorliegendem For schungsvorhaben nicht die kumulative Immission sondern separat die der Mobilfunk Ba sisstationen ermittelt und bewertet werden soll Einbeziehung aller relevanten Mobilfunkanlagen Das Verfahren muss in der Lage sein die Immissionen von allen Mobilfunk Sendeanlagen zu ermitteln die am Messpunkt einen relevanten Beitrag liefern Relevante Beitrage liefert oftmals nicht nur die Sendean lage v
126. e und feldtheoretische Modelle unterschieden werden Im folgenden werden diese Modelle kurz beschrieben F r detailliertere Informationen se wieder der Zwischenbericht zu nennen BOR 02 1 3 2 1 Strahlenoptische Ausbreitungsmodelle Eine typische Ausbreitungssituation die aus einer Kombination aller wichtigen Ausbrei tungsmechanismen besteht st in Bild 3 2 1 zu sehen Streuung Reflexion Brechung in inhomogenenAtmosphare Sendeantenne Transmitter T Streuung Empfangsantenne Reflexion Receiver R Bild 3 2 1 Mehrwegeausbreitung und Deutung einzelner Ubertragungswege als Strahlenbahnen Hieraus sind unmittelbar die wesentlichen Schritte innerhalb eines Modells bei dem die einzelnen Ubertragungswege unabh ngig voneinander als Strahlen gedeutet werden ersicht lich Berechnungsverfahren die auf einer derartigen Zerlegung in einzelne Ausbreitungswege bas eren und s ch sehr gut zu einer konsistenten Beschreibung der Mehrwegeausbreitung zwischen Sende und Empfangsantenne eignen werden als strahlenoptische Modelle be zeichnet Die Analyse der Wellenausbreitung mit einem derartigen Programm unterteilt sich Seite 89 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren in drei wesentliche Arbeitsschritte Zun chst werden alle relevanten Ausbreitungspfade in der zu berechnenden Umgebung die aus der Geometrie und den elektrischen Materialparametern aller Objekte besteht gesu
127. ebungen l ndliche Gebiete Vor und Innenst dte berechnet werden Auch die Berechnung der Feldst rken innerhalb von Geb u den ist mit EFC 400 m glich Generell k nnen Abstrahlcharakteristiken aus Herstellerdaten in das Programm eingef gt werden Somit ist es auch m glich ein synthetisiertes Abstrahl diagramm wie in Abschnitt 3 4 5 beschrieben einzubinden Eine kombinierte Berechnung der Beitr ge mehrerer Basisstationen ist m glich Im Bezug auf die Bedienungsfreundlichkeit muss ebenfalls festgehalten werden dass ein Grundverst ndnis der Materie vonn ten ist Der Benutzer sollte erkennen ob die Ergebnisse plausibel sind Ferner sollten einige kleinere Berechnungen durchgef hrt werden die eine berpr fung mit einer analytischen Berechnung erlauben Bei der Geb udemodellierung ist folgendes zu beachten Es kann ein Hintergrundbild Satelli tenbild oder Katasterbild in das Programm eingef gt werden Auf diesem Bild k nnen H user platziert werden Hierf r ist es n tig die Eingabedaten Breite Lange Drehwinkel so lange zu variieren bis der Grundriss mit dem auf dem Bild in Gr e und Position berein stimmt Eine Modellierung von verwinkelten Hausern ist nur durch eine Verschachtelung mehrerer Hauser moglich was aber mit einer VergroBerung der Dampfung einhergeht Alle oben betrachteten Szenarien wurden mit einer maximalen Zeitdauer von 2 Stunde simuliert Hierbei ist aber wieder zu beachten dass ein Vergr erung der
128. edli cher Ger teeinstellungen begrenzt und entsprechend die Fehlerm glichkeiten gering Bei den frequenzselektiven Verfahren hingegen st eine korrekte Wahl der Messparameter bzw Ger teeinstellungen relevant und zur Ermittlung eines korrekten Messergebnisses eminent wichtig Zwar wird bei einigen neueren Ger ten eine spezielle Software geliefert die den angeschlossenen Spektrumanalysator automatisch konfiguriert Trotzdem sollte das Messper sonal zwingend zumindest ber Grundlagenkenntnisse verf gen welche unterschiedlichen Einstellm glichkeiten existieren und welchen Einfluss die Parameter auf das Ergebnis der Messung haben F r die Mehrzahl der bei solchen Messungen eingesetzten Spektrumanalysa toren ist eine automatische Messkonfiguration und Messablaufsteuerung ohnehin nicht gegeben so dass sich der Benutzer hier Gedanken ber die richtige Bedienung seiner Ger te machen muss Die innerhalb dieses Abschnitts beschriebenen Grundlagen gelten gleicherma en f r Mobilfunk Immissionen und andere hochfrequente Immissionen die konkret angege benen Werte sind allerdings nur f r die Messung von Mobilfunk Basisstationen g ltig Vor allem folgende Aspekte s nd bez glich einer korrekten Messung mit dem Spektrumana lysator bzw Messempf nger zu beachten Seite 45 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 2 5 5 1 Aufl sungsbandbreite Die Bandbreite des Filters mit dem das zu untersuch
129. eflektiert miteinander zu vergleichen ohne genaue Hintergr nde vor allem bez g lich Messdurchf hrung und Messauswertung hinterfragt zu haben Die Vielzahl der praktizierten Methodiken bez glich der Messdurchf hrung kann in drei Hauptklassen eingeteilt werden l Messung der Immission an einem festen Punkt 2 Suche des Maximums der Immission innerhalb eines Messvolumens und 3 Ermittlung eines gemittelten Wertes n einem Messvolumen Seite 51 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Wie bereits in Abschnitt 2 2 gezeigt kann die Immission gerade in Innenr umen rtlich sehr stark schwanken Erfolgt die Messwertaufnahme lediglich an einem festen Punkt sind Unter bewertungen der Immission von mehreren Gr enordnungen m glich Da die Forderung einer Verfahrenseignung zur Grenzwert berpr fung mit einer Maximalwertsuche verbunden ist und die Beurteilung auf Basis der maximal gemessenen Werte erfolgen soll Ab schnitt 2 4 m ssen Verfahren nach Punkt 1 f r vorliegende Aufgabenstellung ausgeschlos sen werden Die Frage ob durch die Messung eine Maximalwertermittlung oder eine Mittelwertbildung verfolgt werden soll ist eine grundlegende Frage mit entscheidender Bedeutung f r das zu definierende Messverfahren Auf der einen Seite verlangen die f r Deutschland ma gebliche 26 BImSchV bzw ihre Durchf hrungshinweise ausdr cklich dass die Messungen am Einwirkungsort mit der gr
130. egen normierte Sendeleistung der Basisstation normierte Sendeleistung der Basisstation 0 1 2 3 4 5 6 7 0 1 2 3 4 5 6 7 Zeitschlitz Zeitschlitz Bild 2 5 11 Signalstruktur bei GSM BCCH Kanal links Kanal 2 und Folgekan le rechts Anders verh lt es sich bei UMTS Signalen Das UMTS Signal hat einen rausch hnlichen Zustand bei dem Crestfaktoren theoretisch bis 15 dB auftreten k nnen WUSCH 04 Der Crestfaktor beschreibt das Verhaltnis zwischen dem kurzzeitigen Spitzenwert und dem Effektivwert des Signals In der Praxis werden jedoch aus technischen Gr nden geringere Crestfaktoren verwendet realistisch sind Crestfaktoren unter 10 dB Diese hohen Crestfakto ren f hren dazu dass Peak Detektoren den Effektivwert des Immissionssignals wesentlich bersch tzen Die bersch tzungen k nnen typisch 10 dB betragen WUSCH 04 und sind damit nicht mehr akzeptabel Sofern bei UMTS also eine frequenzselektive Messung durch gef hrt wird ist ein RMS Detektor zwingend erforderlich Hierbei muss aber angemerkt werden dass bez glich der korrekten Messung von UMTS Immissionen noch Forschungsbedarf absehbar ist Die Definition eines geeigneten Messver fahrens ist Gegenstand eines eigenst ndigen Forschungsprojektes des Bundesamts f r Strah lenschutz 2 5 5 3 Frequenzbereich Bei Wahl eines sehr gro en Frequenzspans Stopfrequenz Startfre
131. egenden Abschlussberichtes Der vorliegende Abschlussbericht bezieht sich auf das Arbeitspaket 3 des Forschungsvorha bens Hierin werden ausgehend von den Ergebnissen der vorangegangenen Literaturstudie BOR 02 1 sowie der Analyse der Immissionsverteilung BOR 04 geeignete Mess und Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Exposition elektromagnetischer Felder von Mobil funk Sendeanlagen entwickelt und bez glich ihrer Eignung und Begrenzung diskutiert Bez glich der Messverfahren werden ausgehend von den Vorgaben der 26 BImSchV und den analys erten typischen Feldverteilungen mit ihren gro und kleinskaligen rtlichen und zeitlichen Schwankungen Anforderungen an m gliche Verfahren definiert Besondere Bedeutung kommt dabei der Frage zu in wie weit die Verfahren speziell f r Vorort Messun gen indoor und outdoor anwendbar handhabbar und hinreichend genau sind Bezuglich geeigneter Messverfahren werden insbesondere folgende Punkte untersucht e Messprinzip Messger te und Messparameter e Messdurchfthrung Seite 17 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e Messfehler e Auswertung und Messbericht Diskutiert wird in diesem Zusammenhang auch die fl chendeckende berwachung der Immissionen und zwar e als kontinuierliches Immissionsmonitoring mit einem Netz feststehender oder mobiler Messstationen die aneinander angebunden sind und eine automatische Datenerfassung gew hrleisten
132. ei frequenzselektive Messungen D Die korrekte Kanalbandbreite f r GSM betr gt 200 kHz Falls diese Filtergr e nicht vorhanden ist sollte mit 300 kHz gemessen werden oder sofern das Spektrum dicht belegt ist auch mit 100 kHz In diesem Falle sind aber die dadurch entstehenden ger tespezifischen Messfehler zu quantifizieren 9 Die VBW ist gleich oder gr er der RBW zu w hlen d Die 100 ms gelten streng genommen nur f r die Verwendung des RMS Detektors Bei Anwendung des Peak Detektors sind auch k rzere Sweep Times m glich hier kann auf die Auto Couple Funktion des Spektrum analysators zur ckgegriffen werden Die Einstellungen gelten nur f r eine frequenzselektive Messung von UMTS gt Die Bandbreite von 5 MHz kann auch durch Kanalleistungsmessung oder Messung bei geringerer RBW und Erweiterung um einen Korrekturfaktor erreicht werden Vor allem bei letzterer Methode sind aber ger tespe zifische Messfehler zu erwarten 2 5 6 Messdurchf hrung 2 3 0 1 Einleitung Neben den Einstellungen der Messparameter hat vor allem die konkrete Messdurchf hrung einen gro en Einfluss auf das Messergebnis In diesem Punkt ist die Spannbreite bislang praktizierter Verfahren sehr gro und f hrt n der Regel zu sehr stark voneinander abwei chenden Ergebnissen unterschiedlicher Messkampagnen Die Spannbreite der Messergebnisse ist dabei so gro dass es oftmals wenig Sinn macht die Ergebnisse unterschiedlicher Mess reihen unr
133. eien Raumes N S Co Lichtgeschwindigkeit im Vakuum A Freiraum Wellenl nge Seite Al von A6 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Anhang Vorgaben fur eine Messnorm In diesem Anhang werden diejenigen Aspekte zusammengefasst die aus technischer Sicht relevant f r eine Messnorm auf dem Gebiet der Ermittlung der Exposition der Bev lkerung durch elektromagnetische Felder n der N he von Mobilfunk Bas sstationen unter besonderer Ber cksichtigung der Eignung des Verfahrens zur Grenzwert berpr fung sind Die Vorgaben konzentrieren sich auf die Messung von GSM Basisstationen Im Abschlussbe richt sind dar ber hinaus Ausf hrungen zur Messung der Immissionen an UMTS Stationen angegeben Allerdings w rd hier noch Forschungsbedarf gesehen der eine definitive Mess norm zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht sinnvoll erscheinen l sst Eingeklammert sind Passagen gekennzeichnet die in der Messnorm enthalten sein sollten die aber keinen direkten technischen Bezug zum Messverfahren an s ch haben 1 Zweck Diese Messnorm definiert ein Verfahren zur messtechnischen Ermittlung der Exposition der Bev lkerung durch elektromagnetische Felder im Umfeld von GSM Mobilfunk Basisstatio nen au erhalb des durch die RegTP festgelegten Sicherheitsabstandes Das Verfahren ist zur berpr fung der Grenzwerte geeignet gt 2 Geltungsbereich on 3 Begriffe Hier erfolgt eine Erkl rung von
134. ein Fenster durch das die elektromagnetische Strahlung in das Zimmer ein dringt Bei den Simulationen wurde dabei so vorgegangen dass jeweils die in dem Raum maximale Feldst rke bei folgenden Szenarien verglichen wurde Raum leer e Raum mit Mobiliar Raum mit Mobiliar und Person Position 1 Raum mit Mobiliar und Person Position 2 Raum mit Mobiliar und Person Position 3 Raum mit Mobiliar und Person Position 4 e Raum mit Mobiliar und Person Position 5 In den Bildern 3 6 3 und 3 6 4 sind die Feldstarkeverteilungen in einer Ebene fur zwei der oben genannten Konfigurationen zu sehen Es ist deutlich erkennbar dass sich die Verteilung der Immission die durch den farbigen Verlauf wieder gespiegelt wird ver ndert Hierzu sei zum Beispiel auf den Bereich der sich in Bild 3 6 4 rechts von der Person befindet verwie sen Weiterhin ist deutlich zu erkennen dass sich die Lage des Immissionsmaximums ver schiebt l Legend D xj Legend oub 1 f dump dbx por 9 00000c1008 2 146 40 00 dB 1 0932 Wa 0 91 dE 1 71h 1 93 AR 1 504 3 09 dh LE 4 42 dH 1 076 Vym 5 99 cb 662 000 Wu 7 92 dB 640 600 a m 10 33 40 494 600 Vym 19 07 dD 220 800 V m 19 76 dB 6 788 u m 50 00 dB Bild 3 6 3 Verteilung der elektrischen Feldst rke in der Tischebene einfallende Welle bei 900 MHz Seite 115 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren
135. eisungstabelle f r den entsprechenden Funkdienst fur die Kommunikationsrichtung Basisstation Handy zugewiesen ist Dies ist bei e GSM 900 935 MHz 960 MHz e GSM R 921 MHz 960 MHz e GSM 1800 1805 MHz 1880 MHz e UMTS 2110 MHz 2170 MHz 2 5 5 4 Videobandbreite Zusatzlich zum Filter mit dem die Auflosungsbandbreite eingestellt wird existiert ein nach geschaltetes Videofilter mit dem die Bildschirmanzeige geglattet werden kann und so z B Signale nahe an der Rauschgrenze tbersichtlicher dargestellt werden konnen Die Bandbreite dieses Videofilters engl VBW video bandwidth sollte bei sinusformigen Signalen in etwa gleich der RBW sein bei gepulsten Signalen mit extrem kleinen Puls Pausenverhaltnis z B Radarsignale muss sie wesentlich gr er als die RBW sein da ansonsten das Signal gemit telt und die Amplitude unterbewertet wird F r Messungen an Mobilfunk Basisstationen sollte als Richtwert die VBW gleich gro oder gr er als die RBW eingestellt werden 2 5 5 5 Sweep Time Als Messparameter geht auch die Zeit ein mit der das Messfilter durch den Frequenzbereich geschoben wird Diese Zeit wird Sweep Time genannt und ist auch in die automatische Kopplung der Parameter einbezogen Eine kurze Sweep Time ist auf der einen Seite f r die Durchf hrung der Messungen vonn ten sofern zur Maximalwertsuche Techniken eingesetzt werden die eine Bewegung der Antenne durch den Raum erfordern Schwenkmethode oder Dre
136. eit Non Line of Sight engl gt keine Sichtverbindung Regulierungsbeh rde f r Telekommunikation und Post Resolution bandwidth engl gt Aufl sungsbandbreite Spezifische Absorptionsrate Frequenzbereich bei frequenzselektiven Messungen Stopfrequenz Startfrequenz Synthesizer Frequency Hopping Traffic Channel engl gt Gespr chs bzw Nutzkanal Universal Mobile Telecommunications System engl gt Universelles Mobiltelekommunikationssystem Universal Theory of Diffraction engl gt Allgemeine Beugungstheorie Universales Transversales Mercator System Video bandwidth engl gt Videobandbreite Seite 187 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Verzeichnis h ufig verwendeter Symbole c Konvertierungsfaktor f r Messunsicherheit d lateraler Abstand zur Frequenz gi isotroper Gewinn logar thmisches Ma H he Antennenfaktor logar thmisches Ma yr m D Erweiterungsfaktor f r Messunsicherheit radialer Abstand on Standardunsicherheit er Uc kombinierte Standardunsicherheit Antennenwirkfl che x max male geometrische Ausdehnung der Antenne Elektrische Feldst rke isotroper Gewinn lineares Ma me Magnetische Feldstarke Antennenfaktor lineares Ma Anzahl der Kan le pro Sektor Leistung elektrische Leistungsflussdichte Spannung cc nr DZ rom DD p erweiterte Messunsicherheit Feldwellenwiderstand des fr
137. eld In dieser Simulation werden zwei Konfigurationen getrennt voneinander betrachtet Einmal befindet sich das Vergleichsgebiet in der Hauptstrahlrichtung der Mobilfunksendeantenne Diese ist in Bild 3 6 40 mit HSR 1 bezeichnet Dar ber hinaus wird die Immission untersucht die durch die Sendeantenne verursacht wird deren Hauptstrahlrichtung in die mehr oder weniger entgegen gesetzte Richtung zeigt Diese ist mit HSR 2 bezeichnet In den folgenden Tabellen sind neben dem berblick ber das Szenario ebenfalls die Parame ter f r beide hier untersuchten Konfigurationen zusammen gefasst Dabei entsprechen die Werte dem jeweiligen untersuchten BCCH der einzelnen Sektoren Szenrio 2 4 Charakteristik der Basisstation Basisstation auf dem h chsten Geb ude dichte Bebauung freier Platz mit a Gebauden Sicht zur laterale Entfernung zur Basisstation Basisstation in a Vergleichsgebiet freier Platz direkt LoS a Tabelle 3 6 8 berblick ber das untersuchte Szenario Seite 145 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Ort Hochstra e 57 47798 Krefeld Downtilt Downtilt BCCH Leistung am MHz m mechanisch elektrisch L nge in m Antenneneingang W 953 2 28 75 K 739 665 8 Watt 1 996 9402 0 28 75 0 8 K 739 665 8 Watt 1 996 Tabelle 3 6 9 Simulationsparameter Zun chst werden die Ergebnisse f r die Sektorantenne mit der HSR 1 Richtung
138. ellierung der Antenne erhaltende Abstrahldiagramm spiegelt dar ber hinaus wie in Abschnitt 3 4 beschrieben nur einen Betriebszustand elektrischer Downtilt Frequenz wieder Es kann an dieser Stelle demnach festgehalten werden dass das Programm Empire durch den u a begrenzten S mulationsraum als nicht geeignet anzusehen ist die Exposition in der Umgebung von Mobilfunkbasisstationen zu bestimmen Dieser zu untersuchende Simulati onsraum steht bei dem Softwarepaket Feko zwar zur Verf gung aber der hohe Aufwand der Modellierung z B Mobilfunkantenne und das gro e einzubringende Know How stellt sehr hohe Anforderungen an den Benutzer Sie sind deswegen nur f r Benutzer zu empfehlen die bereits Erfahrung und Know How im Umgang mit der numerischen Feldberechnung aufwei sen Dar ber hinaus sind auch profunde Kenntnisse n der Antennentechnik vonn ten Beide Programme s nd auf der anderen Seite aber gut geeignet Detailaussagen z B ber den Einfluss der Montageumgebung auf die Abstrahlcharakteristik zu treffen Ferner ist es m g lich Ausbreitungserscheinungen in Wohnungen bzw Geb uden zu untersuchen da es die Programme durch hre sehr hohe Genauigkeit und Aufl sung erm glichen Gegenst nde mit ihren materialspezifischen Eigenschaften exakt zu modellieren Hierbei sind feldtheoretische Programme auf einen kleineren Modellierungsbereich beschr nkt als Hybridverfahren 3 7 2 Wireless Insite Bei Wireless Insite ist zu beachten das
139. elop has to be able to find reliably the exposure maximum inside a local small scale varying field distribution and to provide the possibility of extrapolating the momentary measured values onto the maximum operational state Just at this point it can be concluded that measurements taken at one single locally fixed point may be too much erroneous and are not suited for the here described tasks They may be suited better for continuous exposure monitoring or personal dosimeters but these problems are excluded from the here presented project Moreover the measurement method must fulfil high demands concerning sensitivity separa tion of different stations as a prerequisite for exact extrapolation on maximal operational state practicability accuracy as well as reproducibility Basically exposure measurements are possible with broadband and frequency selective equipment Broad band field probes have shortcomings concerning frequency selectivity and sensitivity but they are well suited for pre selecting the locations with maximal exposure due to their handiness Detail measurements are performed with frequency selective spectrum analysers or measure ment receivers and suitable receiving antennas For antennas logarithmic periodical logper as well as biconical antennas or dipoles can be used Both types have advantages and short comings In scenarios with multiple reflections coming from different directions non line of Seite 8 von 187 des Abs
140. emessenen Anlage e Gegenstand der Messung e Daten der untersuchten Mobilfunk Sendeanlage Ort der Anlage Betreiberinformation sofern verf gbar Anzahl der Sektoren und Kan le pro Sektor ggf Frequenzinformation der Kan le ggf Information zu umliegenden Mobilfunk Sendeanlagen mit Fotos e Beschreibung der Messpunkte mit Fotos e Eingesetzte Messger te mit Hersteller Seriennummer und Kalibrierdaten e Beschreibung des eingesetzten Messverfahrens Seite A6 von A6 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e Messergebnisse Originar gemessene Daten und Ergebnisse der Extrapolation auf maxi male Anlagenauslastung e Angewendete Grenzwerte und Vergleich der Messergebnisse zu den Grenzwerten e Messunsicherheit Es ist ein Messunsicherheitsbudget nach Tabelle 6 1 aufzustellen Dabei sind die Unsicherheitsbeitr ge der eingesetzten Messger te des Kabels und der An tennen sowie von Fehlanpassungen Antenne Kabel Kabel Messger t Antenne Messger t zu ber cksichtigen F r verfahrensbedingte Unsicherheiten sind die Unsicher heiten der Probennahme sowie die R ckwirkung der Umgebung Messpersonal W nde Mobiliar auf das Messresultat abzusch tzen Die Erweiterte Messunsicherheit ist mit e1 nem Erweiterungsfaktor von 2 zu bilden 95 Vertrauensintervall Die Messunsicher heit ist nicht auf die Messergebnisse aufzuschlagen sicherheit dB sicherheit dB Empf nger Fakt
141. en kann der Zeitraum der Aktualisierung der Daten vergr ert werden So ist zum Beispiel der anbie terabhangige Wechsel der Betriebsfrequenz einer Basisstation in der Berechnung bereits erhalten Die Aktualisierung bez glich der Basisstationsparameter muss demnach zu dem Zeitpunkt vorgenommen werden wenn sich entweder die Standortbescheinigung einer Basisstation andert oder ein ganz neuer Standort erstellt wird Beispielsweise hat der derzeiti ge Aufbau der UMTS Mobilfunkstationen eine taglichen Anderung des Netzzustandes zur Folge der dementsprechend auch in einer taglich notwendigen Aktualisierung resultiert Dar ber hinaus ist beim Einsatz von Software die die umliegende Bebauung simuliert auch eine Aktualisierung erforderlich wenn bauliche nderungen in der Umgebung von Basissta tionen durchgef hrt werden 3 8 3 Anforderungen an das eingesetzte Berechnungsverfahren Im folgenden werden die Anforderungen zur Realisierung eines fl chendeckenden Katasters bez glich der Berechnung n her diskutiert Grunds tzlich ist es m glich mit allen hier vorgestellten Berechnungsprogrammen ein fl chendeckendes Kataster zu realisieren Den noch gibt es bestimmte Rahmenbedingungen die hierbei beachtet werden m ssen Zun chst ist in diesem Zusammenhang der Umgang mit dem Simulationsraum zu diskutieren Hierbei spalten sich die Anforderungen in zwei Gruppen auf Zun chst sollte das Programm ein erdbezogenes Koordinatensystem beinhalten dami
142. en Punkt aufgrund der rtlich kleinskaligen Immissionsschwankungen nicht s nnvoll Deswegen wird hier w e auch bei den Messungen eine Maximalsuche in einem Volumen bzw Gebiet angewendet Seite 126 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Die Simulationsergebnisse werden fur das gezeigte Areal dargestellt Bild 3 6 14 Der daran anschlie ende Vergleich mit den Messungen findet in dem gekennzeichneten Vergleichsge biet statt Bild 3 6 14 Mobilfunksendeanlage Handelsstra e 76 46519 Alpen Die folgenden Tabellen geben einen berblick ber das hier untersuchte Szenario und enthal ten die verschieden Angaben ber den Sektor der Mobilfunkbasisstation Diese entsprechen den Parametern die in der Simulation benutzt werden Hierbei ist zu beachten dass abh ngig vom Softwarepaket die Leistung am Antenneneingang entweder in Watt oder in dBm angege ben werden muss Die H he in Tabelle 3 6 4 bezieht sich hierbei auf die Unterkante der Mobilfunkantenne In den Softwarepaketen kann hinzukommend entweder die L nge der Antenne angegeben oder die H he muss um die halbe Antennenl nge vergr ert werden Charakteristik der Basisstation Freistehender Mast auf einem Feld l ndlich Ort Sicht zur laterale Entfernung zur Basisstation Basisstation in m Vergleichsgebiet Feldweg direkt LoS Tabelle 3 6 3 berblick ber das untersuchte Szenario Ort Handelsstra e 76 46519 Alpen
143. en abgestrahlt werden Sofern vom Messpunkt direkte Sicht zu beiden Antennen besteht und der Abstand des Messpunktes zur Anlage wesentlich gr er als der Abstand zwischen beiden Antennen ist ist dieser Fall ohne Auswirkung auf die Immissionsmessung In den anderen F llen kann diesem Spezialfall insofern Rechnung getragen werden dass wie oben erw hnt die Hochrechnung nicht pauschal auf Basis des BCCH sondern des immissionsstarksten Kanals BCCH oder TCH erfolgt Einige Netzbetreiber verwenden in ihren Mobilfunksystemen Frequency Hopping Frequency Hopping ist eine Frequenzsprung Technik die zur Interferenzminimierung dient Beim sogenannten Synthesizer Frequency Hopping SFH sind mehr Frequenzen n der Luft als physikalische Kan le vorhanden sind Wird eine Zelle beispielsweise mit vier Kan len ein BCCH und drei TCH versorgt k nnen daf r z B insgesamt sieben unterschiedliche Fre Seite 73 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren quenzen zugeordnet sein Da der BCCH nicht springt stehen f r die drei TCH insgesamt sechs Frequenzen zur Verf gung Im Amplitudenspektrum erscheinen dann in der Betriebsart Max hold auf sechs Hopfre quenzen Spektrallinien obwohl physikalisch nur drei TCH Kan le vorhanden sind W rden die Einzelimmissionen einfach aufsummiert werden wird die Gesamtimmission berbewer tet da aus der Max hold Position nicht ermittelt werden kann dass es sich
144. en ein kontinuierliches Monitoring seitens der am Monitoring Interessierten als sinnvoll erachtet wird Damit geht das Monitoring an der eigentlichen Intention der Mes sungen vorbei Zum anderen ist auch wenn Messpunkte mit f r eine sichere Messger teanzeige gen gend hoher Immission gefunden werden k nnen die Aussagekraft solcher Messungen beschr nkt Wie in BOR 04 dargestellt unterliegen Mobilfunk Immissionen sowohl einer gro skaligen als auch einer kleinskaligen rtlichen Variation Das hei t dass ein an einem festen Ort aufgenommener Wert nur f r diesen festen Ort repr sentativ ist aber n cht f r seine Umge bung In einigen Zentimetern Abstand kann der Immissionswert v llig anders sein Dies ist ein grunds tzlicher Unterschied z B zu den Luftg teparametern die eine wesentlich geringe re rtliche Variabilit t aufweisen Hinzu kommt der bereits oben angesprochene prinzipielle Nachteil von Breitbandmessger ten die fehlende Frequenzselektivit t Die Kosten f r ein solches Monitoring beinhalten Breitbandmessger te Aufwendungen f r Suche geeigneter Messpunkte Installation der Ger te Anbindung an eine Zentralstelle sowie Aufbau und Pflege eines geeigneten Internetportals Aspekte w e Diebstahlschutz und Siche rung gegen Vandalismus sind ebenfalls zu beachten F r ein Netz aus 10 Messstellen sind Kosten in der Gr enordnung von 150 000 200 000 Euro nicht unrealistisch Bei Inkaufnahme bestimmter Einsc
145. ende Spektrum durchlaufen wird muss so gro sein dass das zu messende Signal voll erfasst wird Als zu messendes Signal sollte bez glich Mobilfunk Sendeanlagen jeder einzelne Frequenzkanal betrachtet werden Ist die Filterbandbreite kleiner als die Signalbandbreite wird nur ein Teilbereich des Signals erfasst und die entsprechende Immission unterbewertet Die Bandbreite des Messfilters wird auch als Aufl sungsbandbreite engl RBW resolution bandwidth bezeichnet Der GSM Kanal hat eine spektrale Bandbreite von 200 kHz dies ist auch gleichzeitig der Kanalabstand Hier tr tt der Spezialfall auf dass viele Spektrumanalysatoren nicht ber diese Bandbreite verf gen da die ger teinterne Abstufung nur Bandbreiten von 100 kHz oder 300 kHz zul sst Um das Signal nicht unterzubewerten w re der nachsthohere Wert 300 kHz zu w hlen Allerdings kommt es vor allem m innerst dtischen Bereich oft vor dass unterschied liche Frequenzkan le einer oder verschiedener Sendeanlagen sehr dicht beieinander liegen k nnen Im gemessenen Spektrum s nd bei einer RBW von 300 kHz diese Kan le dann oft nicht sauber voneinander zu trennen Hierbei kann dann mit einer RBW von 100 kHz gemes sen werden da so die Kanalseparierung besser m glich ist Der Messfehler zwischen einer RBW von 100 kHz und 300 kHz f llt in der Regel gering aus Grund Die Messfilter sind keine Rechteckfilter sondern Gaussfilter das GSM Signal ist ebenfalls kein Rechtecksignal Die Qua
146. endeten Mobilfunkantennen Diese wird nach dem in Abschnitt 3 4 5 beschriebenen Verfahren unter der Ber cksichtigung des von Mobilfunkbetreibern bei der RegTP beantragten Betriebsbereiches bzgl der Down tilts bearbeitet Die so erhaltene MSI Datei kann bei EFC 400 Quickplan und Wireless Insite importiert werden Bei Quickplan kann es zu einer Fehlermeldung kommen wenn die MSI Datei eine Comment Zeile enth lt in der zus tzliche Informationen untergebracht sind Wird diese entfernt kann das Abstrahldiagramm ohne Probleme eingebunden werden Bei den Evaluierungsbeispielen hat sich hierbei gezeigt dass das Programm Wireless Insite beim Import der MSI Datei einen Fehler macht Die dreidimensionale Antennenabstrahlung wird falsch generiert so dass nur die Abstrahlcharakteristik eines isotropen Kugelstrahlers entsteht Hierdurch w rde das Simulationsergebnis nat rlich sehr stark verf lscht werden Eine andere Methode zum Import eines Antennendiagramms besteht darin die Charakteristik in Form eines dreidimensionalen Abstrahldiagramms einzulesen Es muss demnach aus der MSI Date bestehend aus horizontalem und vertikalem Schnitt eine dreidimensionale Ab strahlcharakteristik modelliert werden Hierzu existieren verschiedene Verfahren vgl z B GIL O1 F r diese Studie wurde folgende Variante benutzt Die vertikale Antennencharakteristik wird hierbei einfach um die z Achse gedreht und mit einem Faktor der aus dem horizontalen Ab
147. enne bei 947 MHz einen Fernfeldabstand von etwa 10 7 m Setzt man jedoch als Kriterium an n welchem Abstand von der Antenne der Frei raumwellenwiderstand von 377 Q erreicht wird kommt man auf wesentlich k rzere Abst n de In Bild 2 5 10 ist das Verh ltnis von Z E H entlang der Hauptstrahlrichtung y 0 als Funktion des Abstands x dargestellt Schon ab ca 40 cm Abstand von der Antenne ist die Forderung Z Zro 377 Q erf llt Die Abweichungen des Wellenwiderstandes E H von 377 Q bei gr eren Entfernungen resultieren aus Dynamikproblemen der Nahfeldsonden bei geringeren Feldstarken bzw aus geringf gigen Positionierungenauigkeiten beachte x 0 mm bezeichnet die R ckseite der Antenne Seite 44 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 500 450 400 Zo 377 Ohm O 350 300 a S 250 3 200 c 2 150 gt 100 50 0 0 200 400 600 800 1000 1200 x mm Bild 2 5 10 Wellenwiderstand E H aus den aufgenommenen Nahfeldern der Antenne K 736 078 abgeleitet bei y 0 Somit l sst sich feststellen dass schon n wesentlich geringeren Abst nden als durch Glei chung 2 5 6 vorgegeben fur die Messung der Immission die Messwertaufnahme lediglich der elektrischen Feldkomponente hinreichend ist 2 5 5 Wahl der Messparameter Bei Messungen mit Breitbandmessgeraten sind die M glichkeiten der Auswahl unterschi
148. er e ob frequenzselektiv oder breitbandig oder codeselektiv gemessen wurde Seite 77 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e ob eine Maximalwertermittlung am Messpunkt stattfand und wenn ja mit welchem Verfahren z B Schwenkmethode 2 5 8 7 Messergebnisse Hier sind die Messergebnisse getrennt fur jeden einzelnen Messpunkt anzugeben Reprasenta tive Messplots k nnen die Daten erg nzen z B 1m Anhang Im einzelnen sind zu dokumen tieren e die origin r gemessenen Werte d h in der Form wie sie mit dem Spektrumanalysator der Breitbandsonde bzw dem PN Scanner ermittelt wurden e sofern eine Umrechnung auf Leistungsflussdichte bzw Feldst rke erst sp ter erfolgte die aus den Rohdaten ermittelten Leistungsflussdichten oder Feldst rken e eine Angabe in wie weit eine Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung erfolgt ist sowle die daraus resultierende maximale Gesamtimmission e bei Ber cksichtung von Nebensendeanlagen und anderen HF Quellen deren Beitr ge sowie die resultierende Gesamtimmission Bez glich der Extrapolation der Mobilfunk Immissionen auf max male Anlagenauslastung wird die Transparenz der Messungen erh ht wenn folgende Informationen enthalten sind e Minimale Immission Diese ergibt sich in dem nur die Signalisierungskandle in die Auswertung einbezogen werden Dieser Zustand wird n der Regel n den Nachtstunden erreicht wenn kein Verkehr
149. er Spektrumanalysator HP 8593EM logar thmisch periodische Antenne Schwarzbeck USLP 9142 kann beispielsweise folgendes Messunsicher heitsbudget nach Tabelle 2 5 5 aufgestellt werden In der Komponente Antennentyp sind oben untersuchte Faktoren wie Einfluss des Messen den inkorrekte Ber cksichtigung aller Empfangsrichtungen und m gliche Unterschiede des Freifeldantennenfaktors in realen Umgebungen ber cksichtigt Diese Komponente taucht be anderen Publikationen in diesem Themenbereich z B BUWAL 02 WUSCH 02 nicht auf Sie wird aber aufgrund der Diskussion im Abschnitt 2 5 3 1 2 f r sinnvoll gehalten sofern nicht nachgewiesen werden kann dass die verwendete Antenne einerseits das gesamte Einfallswinkelspektrum vollst ndig erfasst und andererseits die R ckwirkungen des Messen den sowie von Raumw nden und Mobiliar auf die Antennenausgangsspannung vernachl s sigbar sind Hierf r werden 2 dB abgeschatzt Die Probennahme ist mit einem pauschalen Unsicherheitsbeitrag ber cksichtigt der sich aus den Erfahrungen von Abschnitt 2 5 6 6 sowie z B BUWAL 02 begr ndet Die Angabe der Einflussfaktoren vor allem beim Spektrumanalysator bzw Messempf nger erfolgt leider nicht bei allen Herstellern in gleicher Weise Dementsprechend finden sich in anderen Ver ffentlichungen z B BUWAL 02 WUSCH 02 teilweise andere Bezeichnun gen wie Absolutfehler Linearitatsfehler des Eingangsattenuators Linearitatsfehler des ZF Verst rkers
150. er wurde durchgef hrt Wie be der Messaktion der RegTP fand aus Aufwandsgr nden keine Hochrechnung auf den maxima len Anlagenzustand statt Bei allen Messkampagnen wurde generell au erhalb von Woh nungen gemessen Dadurch werden mit diesen Messreihen in der Regel keine Maximal immissionen gefunden die aufgrund der speziellen Abstrahlcharakteristik der Mobilfunk antennen in oberen Stockwerken von basisstationsnahen Wohnungen auftreten Dadurch werden also keine maximalen Spannbreiten der Immission aufgezeigt sondern durch schnittliche Immissionen ermittelt Der Aufwand f r solche fl chendeckenden frequenzselektiven Messungen ist betr cht lich Die Erfahrungen zeigen dass sie am effektivsten mit einem Team aus zwei Personen durchgef hrt werden kann Je nach Maschenweite des Katastergitters k nnen 5 bis 10 Messpunkte an einem Tag abgearbeitet werden wobei nicht unerhebliche Aufwendungen f r die Auswertung und Dokumentation hinzukommen Au erdem spielen bei der Ab sch tzung der maximal m glichen Messpunkte pro Tag auch Witterungseinfl sse z B Regen eine Rolle Geht man fur die weiteren berschl gigen Berechnungen vom sehr optimistischen Fall aus dass pro Tag 10 Messpunkte inklusive Auswertung m glich sind st der Aufwand pro Messpunkt etwa 0 2 Manntage Weiter wird angesetzt dass die Bundesrepublik Deutschland eine Gesamtfl che von 357 000 km hat und ein Mannjahr etwa 220 Mann tage Der Aufwand pro Messpunkt st da
151. ergleichsebene zu erkennen Ferner wurden wieder f r einen Punkt die einzelnen Emp fangswege dargestellt Die Vorderfront des Geb udes wurde entfernt um die Ergebnisse sichtbar zu machen Vergleichsgebiet Bild 3 6 68 Modellierung und Simulationsergebnis mit dem Programm Wireless Insite Die Ergebnisse der einzelnen Programme im Vergleichsgebiet werden mit der Messung in folgender Abbildung miteinander verglichen Zus tzlich wurde die Immission bei reiner Freiraumausbreitung ohne Ber cksichtung des Geb udes separat mit dem Programm Field view durchgef hrt 140 130 120 110 100 90 80 70 60 Elektrische Feldstaerke dB LV m 50 Messung EFC 400 EMF Visual Insite Fieldview Bild 3 6 69 Vergleich der Simulations bzw Messwerte f r den Basisstationsstandort Inrather Stra e 146 Krefeld im Vergleichsgebiet nLoS Seite 164 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren In Bild 3 6 69 sind die Simulationsergebnisse der einzelnen Programmen und das Messergeb nis zu erkennen Die Unterschiede hierbei sind durch unterschiedliche Dampfungen oder auch Reflexionen zu erklaren 3 6 9 Auswertung der Berechnungsergebnisse In folgendem Abschnitt werden die Einzelergebnisse an den oben untersuchten Standorten zusammenfassend ausgewertet Zun chst werden hier die Szenarien betrachtet bei denen direkte Sicht zur Sendeantenne herrschte LoS In Bil
152. erner st der wesentlich h here Modellierungsaufwand zu nennen Summary The aim of the here presented study s to develop measurement as well as calculation meth ods suited for the determination of the public exposure due to electromagnetic fields in the vicinity of cellular mobile phone base stations The methods shall be suited for a check against exposure limits In this context vicinity means the area outside the regulatory safety distance up to 200 m distance from the station The exposure distribution in the vicinity of cellular base stations exhibits certain specific characteristics which have to be taken into account especially concerning the development of an appropriate measurement procedure So the exposure shows small scale and large scale local as well as temporal variations They are responsible for the fact that the band width in possible exposure may be very large reaching from values below 1 u W m up to several 100 mW m The relevant exposure standard for Germany 26 BImSchV as well as Guide lines from the Federal Committee of Exposure Safety Landerausschuss fur Immissions schutz define to perform measurements at the location of maximal exposure and to post process the measured values on the basis of the maximal measured results Moreover meas urements have to be taken at highest operational state of the station otherwise they have to be extrapolated appropriately Therefore the measurement method to dev
153. es Gebaudes fur die Betrachtung entfernt wurde um die Empfangsan tennen sichtbar zu machen Die Grenzen des farbigen Verteilung der Immission sind wieder f r die Grenzen von 50 bzw 140 dBuV m berechnet worden Zur bersichtlicheren Darstel lung wurde ferner im Vergleichsgebiet nur eine Linie von Empfangsantennen gezeigt Fur die Berechnung wurde das gesamte Gebiet untersucht Bild 3 6 62 Modellierung und Simulationsergebnis mit dem Programm Wireless Insite In Bild 3 6 63 sind die einzelnen Ergebnisse der Berechnungen den Messergebnissen gegen ber gestellt An dieser Stelle sei wieder angemerkt dass mit dem Programm Fieldview wieder der Wert der Immission unter reiner Freiraumausbreitung inklusive einem Zuschlag von 3 dB zur Ber cksichtigung einer Bodenreflexion berechnet wurde Seite 160 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 140 130 120 110 100 90 80 70 60 Elektrische Feldstaerke dB V m 50 Messung EFC 400 EMF Visua Insite Fieldview Bild 3 6 63 Vergleich der Simulations bzw Messwerte fur den Basisstationsstandort Niepmannhof 5 Kamp Lintfort im Vergleichsgebiet LoS Es ist zu erkennen dass alle Programme den gemessenen Feldst rkewert deutlich bersch t zen Da der Unterschied m Vergleich zu den vorherigen Szenarien unerkl rlich hoch war wurde diese hier vorliegende Konfiguration genauer analysiert In diesem Zusammenhang ist
154. es beinhaltet keine M glichkeit die Immissionsvertei lung innerhalb von Geb uden zu berechnen und darzustellen Bild 3 6 58 Mobilfunksendeanlage Zum Niepmannshof 5 47475 Kamp Lintfort Die folgenden Tabelle enthalten wie bei den Beispielen zuvor auch einen berblick ber das hier untersuchte Szenario und d e Parameter der Mobilfunksendeanlage die auch gleichzeitig die Simulationsparameter darstellen zenario A y der Immission innerhalb eines Gebaudes Basisstation Basisstation in m Vergleichsgebiet Tabelle 3 6 12 berblick ber das untersuchte Szenario Ort Zum Niepmannshof 5 47475 Kamp Lintfort MHz m mechanisch elektrisch Lange in m Antenneneingang W K 739 648 s o tee rawa Tabelle 3 6 13 Basisstations und Simulationsparameter Seite 157 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Die dreidimensionale Umgebungsmodellierung des Programms EFC 400 ist in Bild 3 6 59 zu sehen Mit BS ist der Ort der Mobilfunksendeanlage gekennzeichnet Das untersuchte Ver gleichsgebiet liegt wie oben bereits erw hnt innerhalb eines Geb udes Um die Immissions verteilung besser betrachten zu k nnen wird nur dieser Bereich zur Darstellung der Simulati onsergebnisse verwendet Bild 3 6 59 Modellierte Umgebung mit dem Programm EFC 400 Die Resultate die mit EFC 400 erzielt wurden sind in Bild 3 6 60 in zweidimensionaler Darstellungsweise
155. ese nacheinander in die drei orthogonalen Raum richtungen zu orientieren Die Messwerte werden f r jeden Kontrollkanal BCCH geometrisch aufsummiert und zu einer Resultierenden verkn pft Seite 55 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Aus den Ergebnissen der Punktrastermethode ist es sowohl m glich einen Maximalwert im untersuchten Volumen zu bestimmen als auch volumenm ige Mittelungen durchzuf hren Von den drei vorgestellten M glichkeiten ist die Punktrastermethode die einzige die eine korrekte Mittelung ber einzelne Messpunkte erm glicht Bild 2 5 13 Durchf hrung der Punktrastermethode Ausrichtung der Antenne auf einen Rasterpunkt Diese Methode setzt Antennen mit dipolartiger Strahlungscharakteristik voraus Durch die zeitliche Nacheinandermessung der Raumkomponenten werden zeitlich inhomoge ne Felder z B durch Bewegung von Personen 1m Raum siehe oben nicht korrekt erfasst Vorteilhaft ist hingegen dass im Gegensatz zu den anderen beiden Methoden f r jede zu messende Frequenz Mobilfunkkanal genau derjenige Gitterpunkt angegeben werden kann an dem sich das zugeh rige Immissionsmaximum ausbildet Die feine Abtastung eines gro en Volumens gestaltet sich bei der Punktrastermethode aber sehr kompliziert da pro Messpunkt die Antenne in drei orthogonale Richtungen ausgerichtet werden muss und somit f r eine mit der Schwenkmethode bzw der Drehmethode vergleich bare Abt
156. essung Hier ist zu beschreiben was der Hintergrund und Gegenstand der Messung war Als grobe Orientierung k nnen die im Abschnitt 2 1 angegebenen Kategorien dienen Dar ber h naus st darzulegen ob e nur die Immissionen von der Hauptsendeanlage vor Ort gemessen wurden e oder zus tzlich die Immissionen anderer Mobilfunkanlagen einbezogen wurden e oder zus tzlich auch andere HF oder NF Quellen ber cksichtigt wurden sowie e obein Vergleich mit den Grenzwerten vorgenommen wird und e ob zus tzlich eine biologische Bewertung der gemessenen Daten stattfindet 2 3 8 3 Daten der untersuchten Mobilfunk Sendeanlage e Ort der Anlage e Betreiberinformation e sofern verf gbar Anzahl der Sektoren und Kan le pro Sektor ggf Frequenzinformation der Kan le e ggf Information zu umliegenden Mobilfunk Sendeanlagen Die Dokumentation der Sendeanlage sollte mit Fotos hinterlegt werden 2 5 8 4 Auswahl der Messpunkte Hier sind sowohl die Messpunkte an sich zu beschreiben als auch die Gesichtspunkte nach denen diese ausgew hlt wurden Die Messpunkte sind mit Fotos zu hinterlegen 2 3 8 5 Verwendete Messger te Hier sind Informationen bez glich Art Ger tebezeichnung Hersteller Seriennummer und Datum der letzten bzw n chsten Kalibrierung der eingesetzten Messger te und ggf Mess hilfsmittel anzugeben 2 5 8 6 Eingesetztes Messverfahren Das Messverfahren ist prinzipiell zu beschreiben Hierzu geh rt eine Auskunft dar b
157. et und e die Gesamtimmissionen der Sektoren geometrisch aufsummiert E es gt E max YN 5 4 i l In der Praxis kann es in Einzelfallen vorkommen dass nicht der BCCH sondern ein TCH die starkste Immission von einer Zelle erzeugt Ist dies der Fall hat die Hochrechnung nicht mit dem BCCH sondern auf Basis des entsprechenden TCH zu erfolgen Ein weiterer Spezialfall ergibt sich wenn die Anlage seitens des Betreibers nicht mit der maximal beantragten sondern einer geringeren Sendeleistung pro Sektor gefahren wird Das Verh ltnis beider Sendeleistungen ist dann in die Hochrechnung einzubeziehen da der maximal m gliche Betriebszustand relevant f r eine Grenzwertaussage ist Einige Netzbetreiber verwenden in hren Mobilfunksystemen Frequency Hopping Beim sogenannten Synthesizer Frequency Hopping SFH s nd mehr Frequenzen n der Luft als physikalische Kan le vorhanden sind Liegt dieser Fall vor hat die Extrapolation nicht auf Bas s der Anzahl der Hopfrequenzen sondern auf Bas s der Anzahl der tats chlich vorhande nen physikalischen Kan le zu erfolgen Auch hier s nd d e Daten ber die Sendeanlage vom Netzbetreiber vonn ten 6 Dokumentation Die Dokumentation soll die folgenden Punkte umfassen e Administrative Daten Auftraggeber Auftragnehmer mit den entsprechenden Anschriften und Kontaktpersonen Messzeit Messort beteiligte Personen eindeutige Nummerierung des Berichtes eindeutige Bezeichnung der g
158. ethode stehen drei praxis erprobte taugliche Methodiken zur Messdurchf hrung zur Verf gung Alle drei Verfahren liefern unter gleichen Randbedingungen bei sorgf ltiger Durchf hrung identische Ergebnisse Hierbei wird allerdings vorausgesetzt dass bei der Punktrastermethode das Messraster fein genug ist Bez glich des zeitlichen Aufwandes ist die Punktrastermethode am aufwandigsten und die Schwenkmethode am schnellsten Bei Punktrastermethode und Drehmethode k nnen sich je nach Messort Platzprobleme ergeben Die Streuung der Ergebnisse der drei Methoden bei Messung durch unterschiedliche Labore ist vergleichbar Insbesondere ist die Streuung der relativ aufw ndigen Drehmethode und Punktrastermethode nicht kleiner als bei der einfacher durchzuf hrenden Schwenkmethode Allerdings ist die Punktrastermethode die einzige die eine Mittelung innerhalb eines Messvo lumens erm glicht Eine genauere Betrachtung zeigt jedoch dass die optimale Mittelungs geometrie sehr stark vom Expositionsszenario abh ngt und keine allgemein g ltige Geo metrie angegeben werden kann Durch die Reduzierung der Punkteanzahl auf praktikable Werte steigt die Sensibilit t des Mittelungsergebnisses gegen ber Expositionsszenario sowie Art und Lage der Mittelungsgeometrie Aus diesen Gr nden wird eingesch tzt dass die Schwenkmethode derzeit die am besten geeignete Methode f r vorliegende Aufgabenstellung ist Damit soll jedoch die Punktrastermethode mit
159. f drei H hen 0 75 m 1 25 m und 1 75 m wiederholt BUWAL Ol W hrend des ganzen Vorgangs wird das Spektrum mit der Max hold Funktion des Messger tes kontinuierlich erfasst Die Spektren f r die einzelnen Polari sationen und Messh hen k nnen separat abgespeichert werden Die Extrapolation auf maxi male Anlagenauslastung erfolgt indem als Immission f r jeden einzelnen Kontrollkanal BCCH der h chste ermittelte Feldst rkewert aus den Einzelmessungen verwendet wird Die Werte der verschiedenen Polarisationen werden im Gegensatz zur Punktrastermethode nicht zu einer Resultierenden verkn pft F r diese Messungen ist zweckm igerweise ein nichtmetallisches Stativ zu verwenden Die Spektren der einzelnen Polarisationen und H hen k nnen separat abgespeichert werden Hierdurch sind weitere Einzelauswertungen m glich Bez glich Drehgeschwindigkeit und Abstand der Antenne zu W nden u gilt das bei der Schwenkmethode Gesagte Bei der Drehmethode sind sinnvoller Weise vorrangig schwach richtende Antennen also bikonische oder Dipolantennen einzusetzen Stark richtende Antennen bergen die Gefahr dass pro abgefahrenem Punkt nicht alle m glichen Einfallsrichtungen der Immissionen korrekt ber cksichtigt werden k nnen Seite 54 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Bild 2 5 12 Durchf hrung der Drehmethode Vorteil dieses Verfahren ist die potenzielle Automatisierbarkeit u
160. fahren zu entwickeln die geeignet sind die Exposition von Personen im Umfeld von Mobilfunk Basisstationen zu ermitteln Die Verfahren sollen dabei zur Uberpriifung der Grenzwerte geeignet sein Der Begriff Umfeld wird hier als Bereich au erhalb des durch die RegTP festgelegten Sicher heitsabstandes bis etwa 200 m Entfernung von der Anlage definiert Die Immissionsverteilung im Umfeld von Mobilfunk Basisstationen weist spezifische Eigen schaften auf die vor allem bei der Entwicklung eines Messverfahrens geeignet ber cksichtigt werden m ssen So unterliegt die Immission kleinskaligen und gro skaligen rtlichen sowie zeitlichen Schwankungen Diese s nd daf r verantwortlich dass die Streubreite der Immission im Umfeld von verschiedenen Anlagen sehr gro sein kann und von Werten weit unterhalb 1 uW m bis zu einigen 100 mW m reichen kann Die f r Deutschland relevante Personen schutznorm die 26 BImSchV sowie die Durchf hrungshinweise des L nderausschusses f r Immissionsschutz LAI definieren dass Messungen der Immission am Einwirkungsort mit der st rksten Immission und eine Bewertung der Messergebnisse auf Basis der maximal gemessenen Werte zu erfolgen hat Au erdem sind die Messungen bei der h chsten betriebli chen Anlagenauslastung durchzuf hren andernfalls sind die Werte entsprechend hochzu rechnen Das zu entwickelnde Messverfahren muss deswegen n der Lage sein innerhalb einer rtlich kleinskalig schwankenden Feldve
161. figuration nach Bild 2 5 19 Gerade im innerst dtischen Gebiet ist das GSM 900 bzw 1800 Frequenzspektrum in der Regel eng belegt Deshalb wird hier empfohlen bei der Auswertung nicht so vorzugehen Seite 72 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren dass nur die BCCH 1m Spektrum lokalisiert werden und alle anderen Spektrallinien wegge strichen werden bevor mit der Kanalanzahl extrapoliert wird Oftmals k nnen auch weiter entfernte Stationen fur die u U nur teilweise Ausk nfte der Betreiber vorliegen einen nennenswerten Immissionsbeitrag liefern Diese wurden dann bei Konzentration auf die bekannten BCCH aus der Bewertung herausfallen Es st vielmehr so vorzugehen dass neben den bekannten BCCH auch die bekannten TCH identifiziert werden und nur diese eliminiert werden Die im Spektrum verbleibenden nicht zuzuordnenden Immissionen sind in die Summenbildung mit aufzunehmen In der Praxis kann es in Einzelf llen vorkommen dass nicht der BCCH sondern ein TCH die st rkste Immission von einer Zelle erzeugt Grund hierf r sind die unterschiedlichen Frequen zen von TCH und BCCH So k nnen z B die Ausbreitungsbedingungen bei unterschiedlichen Frequenzen leicht ver ndert sein Au erdem arbeiten Sendeleistungsverstarker und vor allem die Sendeantenne nicht bei allen Frequenzen gleich so dass es dazu kommen kann dass einige Frequenzen mit etwas st rkerer Intensit t abgestrahlt werden k
162. frequenzspannung U am Antennenfu punkt K 2 5 10 U Im Gegensatz zu Gleichung 2 5 9 beschreibt Gleichung 2 5 10 nichtlogar thmierten Gr en Die Korrekturfaktoren f r Kabel und Antenne sind in logar thmierten Einheiten positiv in den Spektrumanalysator einzugeben so dass die Messwertanzeige um den entsprechenden Seite 67 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Faktor erhoht wird Wird der Spektrumanalysator ohne Korrekturfaktoren in der Anzeigeart Spannung dBuV betrieben so kann nach dem Aktivieren der Korrekturfaktoren das Mess ergebnis direkt als elektrische Feldstarke in dBuV m interpretiert werden Das Verfahren der Eingabe der Korrekturfaktoren hat den Vorteil dass die gesamte Mess wertanzeige bereits vor Ort in einer Feldstarkedarstellung vorliegt und somit ohne aufwandige Umrechnungen direkt eine Vorabsch tzung der vorliegenden Immissionssituation erfolgen kann Ist die Eingabe der Korrekturfaktoren in das Ger t nicht m glich oder nicht gewollt ist die Umrechnung wie folgt vorzunehmen P S A 2 5 11 2 A 2 5 12 An Co Ken 2 5 13 f P An f sn 2 5 14 c G ESS 2 5 15 Dabei bedeuten P am Spektrumanalysator gemessene Leistung in W S f r Grenzwertaussage ben tigte Leistungsflussdichte in W m E f r Grenzwertaussage ben tigte elektrische Feldst rke in V m ZFo Freiraumwellenwiderstand Aw Antennenwirkflache der an den Spektrumana
163. genden Abschnitt werden exemplarisch modellierte Bas sstationsantennen betrachtet Es wurden drei typische Konfigurationen untersucht siehe Bild 3 4 11 Basisstationsantenne auf einem Aufzugschacht Basisstationsantenne an einer Dachkante Basisstationsantenne an einem Mast Bild 3 4 11 Mobilfunkantennen auf einem Aufzugschacht an der Dachkante und an einem Betonmast Zun chst wird das Programmpaket Feko verwendet Die exemplarisch modellierte Basissta tionsantenne besteht aus 4 Dipolpaaren die bereinander angeordnet sind und sich vor einer metallischen R ckwand befinden siehe Bild 3 4 12 links In Bild 3 4 12 rechts ist das zugeh rige s mulierte dreidimensionale Fernfeld einmal von der Seite oben und als Aufsicht unten zu sehen Seite 104 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Bild 3 4 12 Exemplarisch modellierte Basisstationsantenne und das zugehorige dreidimensionale Fernfeld in linearer Darstellung aus zwei verschiedenen Ansichten Links Modellierte Basisstationsantenne Oben rechts Simuliertes dreidimensionales Fernfeld in der Seitenansicht Unten rechts Simuliertes dreidimensionales Fernfeld in der Aufsicht Zun chst wird die Modellierung der Antenne in ungest rter Umgebung untersucht und das zugeh rige Antennendiagramm berechnet vgl Bild 3 4 12 rechts Um die Einfl sse der Montageumgebung zu verdeutlichen werden sukzessive Elemente der Umgebung h
164. ger ten Einschr nkungen hinsichtlich ihrer Empfind lichkeit Heutzutage verf gbare Breitbandmessger te sind zwar empfindlich genug um Feldst rkewerte n der Gr enordnung der Grenzwerte sicher detektieren zu k nnen Feldin tensitaten von unter 1 V m werden aber oftmals gar nicht bzw nicht korrekt angezeigt In Abh ngigkeit vom Hersteller existieren stellenweise auch Spezialsonden mit h heren Emp findlichkeiten z B 0 2 V m Diese Empfindlichkeit erscheint zwar zur reinen Grenzwert berpr fung nach 26 BImSchV als v llig ausreichend allerdings ist die vorliegende Aufga benstellungen so ausgerichtet dass die tats chlich vorhandene Immission an beliebigen Orten im Umfeld der Sendeanlage ermittelt werden soll unabh ngig davon ob und wie weit sie unter dem Grenzwert liegt Typische Immissionswerte bez glich der elektrischen Feldst rke k nnen n einigen 10 Metern Abstand von der Basisstation je nach Lage schon unter 0 1 V m liegen BOR 04 Damit sind sie durch Breitbandsonden nicht mehr aufl sbar Trotz dieses generellen Nachteils haben Breitbandsonden durchaus ihre Berechtigung Auf grund der guten Handlichkeit der Ger te sind sie insbesondere f r bersichtsmessungen bzw zur Ermittlung der am h chsten exponierten Orte an denen dann eine frequenzselektive Feinmessung durchgef hrt wird geeignet Dem gegen ber sind Spektrumanalysatoren in der Regel so empfindlich dass unter Verwen dung von geeigneten Antennen Immissio
165. gneter Mess und Berechnungsverfahren den Material begr ndet Zun chst werden im oberen Teilbild die Empfangsstrahlen f r einen einzelnen Punkt im Vergleichsgebiet dargestellt Bild 3 6 44 Simulationsergebnis f r das Programm Wireless Insite Im unteren Teilbild ist die Immissionsverteilung im betrachteten Gebiet zu sehen Es ist eine deutliche Interferenzcharakteristik auszumachen Die Ergebnisse von dem Softwarepaket Quickplan sind wieder in die zweidimensionale und die dreidimensionale Darstellungsweise aufgegliedert Wie bei den anderen Berechnungen auch wird die Oberflachenberechnung zu Grunde gelegt Hierbei ist nur der starkste der empfangenden Strahlen ber cksichtigt F r einen Vergleich der Werte mit den Messungen im Vergleichsgebiet wurden wieder Testpunkte platziert deren einzelnen Empfangsstrahlen leistungsm ig addiert wurden Bild 3 6 46 Seite 148 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren I as F E 3 i 7 3i gleichs Bild 3 6 45 Simulationsergebnis f r das Quickplan zweidimensional Bild 3 6 46 Simulationsergebnis f r das Programm Quickplan dreidimensional Seite 149 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren In Bild 3 6 47 werden die einzelnen Ergebnisse miteinander verglichen Wie n den Beispie len zuvor wurde auch hier eine Berechnung mit dem Programm Fieldview durchgef hrt W hre
166. h dass die Sendeleistung der Basisstation zeitlich nicht konstant ist sondern vom Gespr chsaufkommen und der Verbindungsqualit t abh ngt Auf dem Spektrumanalysator im Normalbetrieb Max hold nicht aktiviert erkennt man die BCCH daran dass sie st ndig als Immissionslinie mit konstanter Amplitude 1m Spektrum vorhanden sind wohingegen die TCH nur ab und zu und in der Amplitude unterschiedlich gro im Spektrum erscheinen Die Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung kann also derart erfolgen dass zun chst die Immission durch die BCCH Kan le gemessen wird und diese dann mit der maximal m glichen Anzahl der Kan le extrapoliert wird Dieses Vorgehen hat den Vorteil dass die in den normativen Vorgaben angegebene 6 Minuten Mittelung bei der Immissionserfassung umgangen werden kann da mit dem BCCH ein Kanal vermessen wird der zumindest anla genseitig leistungsm ig nicht schwankt F r eine solcherma en korrekte Bestimmung der max mal m glichen Immission einer Anlage ist die konstruktive Mitarbeit der Netzbetreiber notwendig Nur wenn e die Anzahl der Sektoren Zellen pro Basisstation Seite 69 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e die bei der RegTP beantragte maximale Anzahl der Kan le pro Sektor Zelle und e die Frequenzen der unterschiedlichen Kan le BCCH und TCH bekannt sind kann eine Zuordnung der im Spektrum gemessenen Immissionen auf die unterschiedlichen Kan l
167. he St rung der Anwohner am Messort Ber cksichtigung von rtlichen Schwankungen Aufgrund der kleinskaligen rtlichen Schwankungen der Immission muss das Verfahren in der Lage sein mittels einer beson deren Methodik der Messdurchf hrung diese Schwankungen in geeigneter Weise n der Seite 24 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Messwerterfassung und auswertung zu ber cksichtigen Dabei ist auch die im allgemei nen nicht bekannte Lage des Feldstarkevektors 1m Raum zu beachten 8 Berucksichtigung von zeitlichen Schwankungen Gerade bei Messpunkten die keine direkte Sicht auf die Anlage haben k nnen zeitliche nderungen im Ausbreitungsweg vorbeifahrende Autos sich bewegende Personen windbewegte B ume eine zeitlich schwankende Immission am Messort bewirken Diese Schwankungen m ssen mittels e1 ner geeigneten Methodik der Messdurchf hrung erfasst werden k nnen Da es sich hier um eine zeitliche nderung des Fast Fading Bildes handelt kommen prinzipiell dieselben Methoden wie f r Punkt 7 in Betracht 9 Genauigkeit Das Messverfahren muss hinreichend genau und die Messunsicherheit begrenzt sein so dass s ch eine verl ssliche Aussage bez glich des Abstandes der Mess werte zu den Grenzwerten machen l sst 10 Reproduzierbarkeit Das Messverfahren muss reproduzierbare Ergebnisse liefern d h die Messergebnisse sollten bei Messungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten bzw du
168. heinigung Seite 111 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Wie aus Bild 3 5 1 ersichtlich ist die Montageh he der Sendeantenne ber Grund direkt aus der Standortbescheinigung abzulesen Fur eine Simulation ist es in diesem Zusammenhang wichtig dass sich diese H he auf die Antennenunterkante bezieht Gerade in Berechnungen in denen die Antenne als Punktquelle angesehen wird also die Abstrahlcharakteristik des Fernfeldes z B in Form einer MSI Datei eingelesen wird sollte streng darauf geachtet werden ob diese Montageh he um die H lfte der Antennenh he vergr ert werden muss Bei EFC 400 z B existiert in der Eingabemaske auch ein Eintrag fur die vertikale Bauh he der Antenne Hier ist in der z Koordinate die Hohe der Antennenunterkante einzutragen Die Hauptstrahlrichtung HSR bezieht sich auf den Azimut Die 0 Richtung entspricht hierbei der Nord Richtung und es wird im Uhrzeigersinn gedreht Aus der Spalte Funkanlage ist eine Annahme fur die Betriebsfrequenz m glich Wie in Abschnitt 3 4 analysiert ber cksichtigt eine Auff llung des Antennendiagramms auch die unterschiedlichen Frequenzen m Downlinkbereich Es kann demnach f r eine Berechnung die Mittenfrequenz des jeweiligen Systems genommen werden Die Antenneneingangsleistung f r den jeweiligen betrachteten Sektor st aus dem Sicherheits abstand der n der Standortbescheinigung angegeben ist nur begrenzt r ckrechenba
169. her untersuchen zu konnen werden die vertikalen Abstrahlcharakteristiken einer Mobilfunkantenne bei verschiedenen elektrischen Downtilts im Winkelbereich von 90 bis 90 miteinander verglichen Dies ist der Bereich in dem die Hauptkeule liegt vgl Bild 3 4 1 Fur die Abstrahldiagramme wurde auf Herstel lerdaten zur ckgegriffen Zu beachten ist dass die Diagramme um den jeweiligen Wert des elektrischen Downtilts in der Art gedreht sind dass die Hauptstrahlrichtung immer in die 0 Richtung zeigt So kann ein m glicher Unterschied der Abstrahlcharakteristik zwischen mechanischem und elektri schem Downtilt gezeigt werden Im folgenden wird dies f r jeweils eine Antenne aus dem GSM 900 GSM 1800 und UMTS System untersucht In Bild 3 4 3 ist die vertikale Abstrahlcharakteristik der Mobilfunkantenne K 739 665 der Firma Kathrein bei einer Frequenz von 947 MHz und bei 3 verschiedenen elektrischen Downtilts dargestellt Dieser kann zwischen 0 und 10 eingestellt werden Zu beachten ist hierbei dass eine andere Darstellungsart benutzt wird So ist nur der vordere Bereich in dem die Hauptstrahlrichtung liegt zu sehen Die hier getroffenen Aussagen gelten aber analog fur den r ckw rtigen Bereich der Abstrahlcharakteristik Elektrischer Downtilt normierte Richtcharakteristik dB 90 75 60 45 30 15 0 15 30 45 60 75 90 Winkel Grad Bild 3 4 3 Vergleich der auf die Hauptstrahlrichtung normierten Abstrahlcharakteris
170. hese aspects are indeed fulfilled by hybrid methods but the enormous effort for the modelling e g the base station antenna and the great know how needed are high demands for the user These software packages are therefore suited for users that already have experience and know how with the numerical field calculations In addition profound knowledge in antenna engineering 1s necessary The comparison between measurement and calculation with each used software shows a good prediction of the nuisance n relation to the measured field strength if a line of sight configu ration LOS is existent If a non line of sight configuration nLOS s given according to the base station antenna the method free space with an impact of 3 dB overestimates the measured field strength clearly whereas programs based on ray optical methods provide a better prediction but can also underestimate the real nuisance As a conclusion the method free space with an impact of 3 dB is recommended as a Worst Case prediction If the prediction should be more precise buildings should be considered in simulation It has to be kept in mind that under certain circumstances an underestimation of the nuisance is possible In addition the greater modelling effort has to be considered Seite 11 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Inhaltsverzeichnis ZAWS AMINE TE ASS WING u a nenne 3 SUMMAr V nennen E E O OR 7 1
171. hgef hrt werden m sste da diese Parameter einen signifikanten Einfluss auf den Neben zipfelbereich aufweisen Die Hauptstrahlrichtung ist hierbei direkt mit dem eingestellten Neigungswinkel verkn pft Allein durch den Aufwand der hierf r betrieben werden m sste z B Messung der Abstrahldiagramme jeder Antenne n Abh ngigkeit der Frequenz und Simulation bei 124 Kan len f r GSM 900 bzw 374 Kan len bei GSM 1800 ist diese Vorge hensweise unrealistisch Deswegen ist es auch vor dem Hintergrund einer rechentechnischen Grenzwert berpr fung sinnvoll ein neues Antennendiagramm zu synthetisieren um die nderungen der Lage und Amplitude der Nebenzipfel und der Hauptstrahlrichtung bei der Simulation zu ber cksichti gen Mit einer Simulation werden somit mehrere Betriebszust nde wieder gespiegelt Hierzu wird folgende Vorgehensweise vorgeschlagen Die max male H llkurve ber das Antennen diagramm mit verschiedenen Downtilt Winkeln wird aus den jeweiligen Antennendiagram men synthetisiert vgl Abschnitt 3 4 1 Da die max male Amplitude der Nebenkeulen sowohl bei Frequenzabh ngigkeit als auch beim Einfluss der Montageumgebung nahezu gleich bleibt und sich haupts chlich nur die Lage ndert wird die synthetisierte H llkurve der verschiedenen Abstrahlcharakteristiken anschlie end m vorderen Strahlungsbereich auf die maximale Amplitude im Nebenzipfelbe reich aufgef llt Dieses geschieht auf gleiche Weise auch m r ckw rtigen Be
172. hmethode siehe unten Die Sweep Time muss prinzipiell kurz gegen ber der Bewegungsgeschwindigkeit der Antenne gew hlt werden da ansonsten rtliche Maxima der Immission leicht bersehen werden k nnen Bei blichen Sweep Times von einigen 10 ms stellt dies prinzipiell kein Problem dar Anders sieht die Lage bei den bereits oben erw hnten Spektrumanalysatoren mit isotroper Spezialsonde aus Die eingestellte Sweep Time verdreifacht sich in der Realit t da zur Erreichung der Isotropie vom Ger t automatisch drei sequenzielle Messungen zur Abdeckung aller drei Polarisationsrichtungen durchgef hrt werden Wird hierbei die Sweep Time zu gro gew hlt kann dies zum erw hnten bersehen von rtlichen Maxima f hren Seite 49 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Eine zu kurze Sweep Time auf der anderen Seite f hrt dazu dass das Messfilter sich nicht korrekt auf die zu messende Frequenz einschwingen kann und dann der Messwert amplitu den und frequenzm ig nicht korrekt angezeigt wird Sofern bei den Messungen ein RMS Detektor genutzt wird ist mit eher gr eren Sweep Times zu messen Bei zu schnellen Sweeps stehen f r die Berechnung des RMS Wertes pro Frequenzpixel zu wenig Samples zur Verf gung das S gnal w rd falsch bewertet Typische Sweep Times sollten hier m Bereich von 100 ms pro Sweep liegen WUSCH 04 Es ist hierbei darauf zu achten dass bei den Default Werten vom Ger t oft
173. hohe Aufwand der Modellierung z B Mobilfunkantenne und das gro e einzubrin gende Know How stellt sehr hohe Anforderungen an den Benutzer Sie sind deswegen nur f r Benutzer zu empfehlen die bereits Erfahrung und Know How im Umgang mit der numeri schen Feldberechnung aufweisen Dar ber hinaus sind auch profunde Kenntnisse in der Antennentechnik vonn ten Es hat s ch gezeigt dass d e f r einen Vergleich zwischen Berechnung und Messung verwen deten Softwarepakete eine gute Prognose der Immission n Relation zum gemessenen Feld st rkewert bei einer Konfiguration mit direkter Sicht LoS zur Mobilfunkantenne liefern Wird eine Konfiguration untersucht in der keine direkte Sicht zur sendenden Antenne vor liegt nLoS bersch tzt die Methode reine Freiraumausbreitung mit einer Beaufschlagung von 3 dB die Immission deutlich wobei auf Strahlenoptik basierende Programme eine bessere Prognose liefern die tats chliche Immission aber auch untersch tzen k nnen Seite 7 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Zusammenfassend kann hier festgehalten werden dass f r eine Worst Case Absch tzung die Methode reine Freiraumausbreitung mit einer Beaufschlagung von 3 dB zu empfehlen ist Ist hingegen die Immission m glichst genau zu prognostizieren sollten die Geb ude ber ck sichtigt werden Hierbei ist aber zu beachten dass unter Umst nden auch Unterschatzungen m gl ch sind F
174. hr nkungen bieten sich folgende Alternativen an l Unter Umst nden k nnen einzelne Orte gefunden werden die stark genug exponiert sind und trotzdem aus risikokommunikativer Sicht interessant f r eine Langzeitmessung sind An diesen Messpunkten k nnen sequenziell Langzeitmessungen von z B 24 Stunden oder 7 Tagen durchgef hrt werden Solche Langzeitmessungen k nnen wichtige Informationen ber die zeitliche Variabilit t der Immissionen von Mobilfunk Bas sstationen liefern Durch die sequenzielle Organisation der Messungen h lt sich der ger tem ige Aufwand in Grenzen Die Einschr nkungen hinsichtlich fehlender Frequenzselektivit t mangelnder Reprasentativitat des speziellen Messpunktes f r eine weiter ausgedehnte Region und die Notwendigkeit des Vorhandenseins solcher speziellen Messpunkte verbleiben jedoch 2 Durch den Einsatz mittlerweile verf gbarer frequenzselektiver Messger te mit I sotropsonde und Softwaresteuerung l sst sich die Alternative auf beliebige Messpunkte Seite 85 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren ausdehnen Ein solches Messger t ist z B in RS 04 2 beschrieben Die Kosten f r solche frequenzselektiven Messger te sind h her als f r Breitbandmessger te bieten aber den Vorteil einer h heren Empfindlichkeit und vorhandener Frequenzselektivitat Die Ein schr nkungen bez glich mangelnder Repr sentativit t des speziellen Messpunktes f r ei ne wei
175. hsten Messungen f r ein fl chendeckendes Kataster outdoor durchzuf hren wodurch man aber keine Maximalwerte sondern durchschnittliche Immissionswerte erh lt Analog sind in diesem Zusammenhang die Berechnungen zu beurteilen Hierbei sind er schwerend die Baudaten der Geb ude zu sehen Ungenaue Materialdaten resultieren hierbei direkt in einem ungenauen Berechnungsergebnis vgl Abschnitt 3 6 6 so dass auch ein rechentechnisches Kataster vorz glich outdoor durchzuf hren ist Seite 180 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Danksagung Bei der Realisierung dieses Projektes haben zahlreiche Personen und Organisationen mitge wirkt denen an dieser Stelle ausdr cklich gedankt wird Dank gilt vor allem dem Auftraggeber dem Bundesamt f r Strahlenschutz f r die Initiierung und finanzielle F rderung vorliegenden Untersuchungsvorhabens sowie f r die vielen fachlichen Diskussionen und Anregungen Als besonders wertvoll haben sich zahlreiche Fachgespr che zu Mess und Berechnungsver fahren mit Herrn Professor Wuschek von der Fachhochschule Deggendorf erwiesen Insbe sondere ist hier auch die Bereitstellung des Prognosetools Fieldview sowie von statistischen Vergleichsdaten Messung Rechnung zu nennen Herrn Ryser vom Bundesamt f r Metrologie und Akkreditierung METAS aus Bern sei an dieser Stelle f r die fachlichen Diskussionen zu den in der Schweiz diskutierten Messmetho den und
176. hter arbeitende Feldstarke messger te bertragen lassen Untersucht wurde hierbei insbesondere wie weit die angezeigte Feldst rke vom eigentlichen Effektivwert abweicht wenn unterschiedliche Feldst rken und S gnalformen gemessen werden F r die vorliegenden Untersuchungen sind vor allem folgen de Aussagen relevant e Besteht das zu messende Immissionssignal aus unterschiedlichen Frequenzen so ist fur den Anzeigefehler entscheidend wie gro die Feldst rken der Einzelsignale absolut und im Verh ltnis zueinander sind und wie gro der Frequenzunterschied der Signale ist Sind die Feldstarken sehr unterschiedlich ergeben sich Verh ltnisse wie bei einem Tr ger Kri tischer hingegen sind Signale gleicher Feldst rke Der Anzeigefehler bei zwei gleichstar ken CW Signalen mit einem Frequenzunterschied von 1 MHz oder gr er ist bis Feldst r ken von ca 10 V m aber vernachl ssigbar er betr gt f r die dort eingesetzten Diodenty pen bei 10 V m etwa 0 3 dB Bei sehr hohen Feldstarken bis ber 600 V m ist die An zeige gegen ber dem wahren Effektivwert um maximal den Faktor 1 39 entsprechend 2 9 dB zu gro Solche Feldst rken s nd f r vorliegende Betrachtungen aber n cht mehr relevant Im Fall von mehr als zwei Einzelsignalen gleicher Amplitude in KEL konkret getestet 16 Spektrallinien Abstand 1 MHz 100 kHz zuf llige Phasenlage liegen die Verh ltnisse bis 10 V m hnlich zu denen bei zwei Einzelsignalen gleicher Ampl
177. ich der elektrischen Abw rtsneigung beinhaltet Diese Vorgehensweise ist n Bild 3 4 6 veranschaulicht Seite 99 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 90 al alae Sa a a Abstrahlkonfiguration en el Downtilt 0 Pa 1 0 a SEE e l D OW n ti It 5 135 va Pen i nn a BS aare el Downtilt 10 Pa Pa A Sg ER H lik urve Rai r U fod gt gt eas i oa a eee Ate 67 ia ou s 7 SS ge ee a IIA E70 a X f of i Ae OL D 46 wife gar 5 A 3 yen Me ZW Pad K Peg ER we er Ae q z 4 ee aes a af R ER 50 1407 20 ON 1 80 eee r E A Were ERBEN TRBER he En R A pett os z RSA Sa t EERE aRt e Se EER P EES ee ee 0 3 Clases A phe A 2 3 3 a f f A A 3 Mad a ee Darts EAS NEM Nu F ac va IRNELLT gs wee I met ag ER v8 ts id KA ar N AS x N x N N ER a K ut vs Ss tr a 3 gi VE ad Vf S ra Z 4 xX M ee Pa 225 Se 315 SER 270 Bild 3 4 6 Synthese eines neuen Antennendiagramms das alle Betriebszust nde bez glich des elektrischen Downtilts beinhaltet 3 4 2 Abh ngigkeit der Abstrahlcharakteristik von der Frequenz Im folgenden wird die Abh ngigkeit der Abstrahlcharakteristik von der Frequenz n her untersucht Wie oben bereits erw hnt liegen die Abstrahlcharakteristiken der Mobilfunkan tennen der Firma Kathrein im MSI Format vor Die vertikalen un
178. ich grunds tzlich danach ob sie nur eine Raumkomponente des elektrischen Feldes aufnehmen oder eine isotrope Feldmessung vornehmen Isotrope Sonden sind in der Regel praktikabler da hierbei die Messung der Feldstarke in den drei orthogonalen Raumrichtungen und die Ermittlung der resultierenden Feldst rke automatisch vorgenommen wird Dadurch vereinfacht sich der Messaufwand betr chtlich Auf der Ger teanzeige wird die elektrische Feldst rke angezeigt Bei einigen Ger ten kann eine Umschaltung der Anzeige auf die elektrische Leistungsflussdichte erfolgen Laut Vorgaben der 26 BImSchV sollen die Messwerte mit den Grenzwerten in Form von Effektivwerten verglichen werden Deswegen ist es w nschenswert dass die Feldst rkemess ger te m glichst genau den Effektivwert der Feldst rke anzeigen Die in den Ger ten einge bauten Diodengleichrichter stellen bei kleinen Feldst rken eine sehr gute Naherung an einen echten Effektivwertgleichrichter dar Bei h heren Feldst rken k nnen je nach Modulations frequenz h here oder niedrigere Werte als der Effektivwert angezeigt werden der Dioden gleichrichter kann sowohl n Richtung Mittelwert als auch n Richtung Spitzenwertgleich richter tendieren In KEL wurden hierzu f r eine Ger teserie der Firma Narda Safety Test Solutions vormals Wandel amp Goltermann einige interessante Untersuchungen durchgef hrt die sich zumindest von ihren Grundaussagen auch auf andere mit Diodengleichric
179. ich orientiert werden kann und aus anderen Berei chen einfallende Teilwellen zwangsl ufig unterbewertet Diese theoretischen Betrachtungen lassen sich in der Praxis wieder finden In RYS 02 sind ausf hrliche Vergleichsmessungen bei Mobilfunk Basisstationen an verschiedenen Messorten mit verschiedenen Antennen nach unterschiedlichen Verfahren durchgefthrt worden Bild 2 5 2 stellt zwei Ergebnisse aus dieser Vergleichsmessung vor die sich in den Sichtbar keitsverhaltnissen zur Basisstation unterscheiden Beim Ergebnis von Bild 2 5 2a handelt es sich um einen Messort der direkte Sicht zumindest zu denjenigen Antennen hatte die die Immission am Messort dominieren In Bild 2 5 2b hingegen war vom Messort keine direkte S cht zu den Antennen vorhanden An den Messorten wurde mit Schwenk Dreh und Punkt rastermethode gemessen Diese Verfahren werden unten ausf hrlich diskutiert Bei den Messwerten handelt es sich durchgehend um Ergebnisse von frequenzselektiven Messungen Bei der Punktrastermethode wurde nur der h chste m Messvolumen gefundene Wert in die Auswertung einbezogen Mit blauer Farbe sind Messwerte markiert die mit bikonischen oder Dipolantennen ermittelt wurden Rote Messpunkte entsprechen Messungen mit logar thmisch periodischen Antennen Die dick eingezeichnete waagerechte Linie kenn zeichnet den Referenzwert der mangels einer absoluten Referenz als Mittelwert aller frequenzselektiven Messungen am jeweiligen Messort nach El
180. ich zu Szenario 1 unterscheidet sich die hier untersuchte Konfiguration durch die Geb ude die daraus resultierende D mpfung und den Reflexionsmechanismen Die Mobil funkantenne ist an einem Sendemast auf dem h chsten Geb ude n der n heren Umgebung montiert Die brige Bebauung ist gleichm ig niedriger In Bild 3 6 21 ist wieder die Auf sicht mit der dazugeh rigen Hauptstrahlrichtung der betrachteten Sektorantenne und die Seitenansicht des Standortes zu sehen Ferner s nd d e Orte der beiden Vergleichsgebiete mit den rot umrandeten Fl chen markiert Hierbei sei erw hnt dass im Vergleichsgebiet 2 direkte Sicht zur Antenne herrschte Line of sight LoS w hrend das Vergleichsgebiet 1 im Schat ten eines Hauses lag also keine direkte Sicht non Line of s ght nLoS zur Sendeantenne hatte Seite 131 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Bild 3 6 21 Mobilfunksendeanlage Hochstra e 1 3 47443 Moers Die folgenden Tabellen geben einen berblick ber das hier untersuchte Szenario und enthal ten die verschieden Angaben ber den Sektor der Mobilfunkbasisstation Diese entsprechen den Parametern die in der Simulation benutzt werden Hierbei ist zu beachten dass abh ngig vom Softwarepaket die Leistung am Antenneneingang entweder in Watt oder in dBm angege ben werden muss Szenario 2 3 Charakteristik der Basisstation Basisstation auf wesentlich h herem Geb ud
181. ie Bodenreflexion bei EFC 400 in einer anderen Weise ber ck sichtigt Hier wird auf den Berechnungswert ein Faktor der als Ma f r die Bodenreflexion gilt aufgeschlagen w hrend bei den anderen Programmen eine exakte Ber cksichtigung der Ausbreitungswege erfolgt In den folgenden zwei Bildern sind die Simulationsergebnisse f r das Softwarepaket Quick plan sowohl n zweidimensionaler Bild 3 6 18 als auch dreidimensionaler Bild 3 6 19 Darstellungsweise zu sehen Seite 129 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Bild 3 6 18 S mulationsergebnis f r das Programm Quickplan zweidimensional Bild 3 6 19 S mulationsergebnis f r das Programm Quickplan dreidimensional Auch hier ist ein deutlicher Unterschied in den Farben zu sehen Selbst innerhalb des Pro gramms sind in der Darstellung der Ergebnisse trotz gleicher Grenzen von 140 und 50 dBuV m Differenzen in der Farbgebung sichtbar Interferenzerscheinungen wie sie bei Wireless Insite durch die Bodenreflexion bedingt auftreten sind bei dieser Simulation nicht zu erkennen weil die Oberflachenberechnung s o durchgef hrt wurde Hierbei wird nur der Immissionswert des starksten Strahls dargestellt Hinzukommend ist ein Einzug der der Hauptstrahlrichtung entgegen gesetzten Richtung zu erkennen Dieses ist einem Fehler in der programminternen dreidimensionalen Interpolation der Abstrahlcharakteristik zu zuordnen der in der n
182. iegende Aufgabenstellung muss mindestens der Frequenzbereich von 921 MHz bis 2170 MHz umfasst werden Daf r sind z B in der EMV Messtechnik eingesetzte Spektrumanalysatoren die z B den Frequenzbereich von 9 kHz bis 2 9 GHz umfassen geeignet Seite 30 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Auch das Hochfrequenzzuleitungskabel und vor allem die Empfangsantennen mussen fur den zu untersuchenden Frequenzbereich geeignet sein 2 2 Eingesetzte Antennen Als Empfangsantennen f r den durch Mobilfunk Basisstationsantennen abgedeckten Fre quenzbereich kommen prinzipiell Richtantennen wie z B logarithmisch periodische Anten nen oder auch dipolartige Antennen mit schwacher Richtwirkung wie z B bikonische Antennen oder Dipole n Frage Bei ungest rten Wellenausbreitungsbedingungen d h idealerweise direkte Sicht zur Sendean tenne ohne Reflexionen d h nur ein Ausbreitungspfad ergeben beide Antennentypen eine korrekte Kalibrierung vorausgesetzt den gleichen Anzeigewert Liegt hingegen eine stark reflektierende Umgebung ohne direkte Sicht zu den Sendeantennen vor tragen zur Immission am Messpunkt mehrere u U von der Gr e her vergleichbare Teilwellen bei die aus unter schiedlichen Raumrichtungen einfallen k nnen Diese werden bei einer schwach richtenden im Idealfall sotropen Antenne besser erfasst und bewertet als bei einer Richtantenne die manuell nur auf einen Einfallswinkelbere
183. im Rahmen des Frequenzplanwechsels stetigen nderungen unterworfen ist ist es auch hier sinnvoll die Abstrahlcharakteristik n der Art anzupassen dass d e Abh ngigkeit der Frequenz ber cksichtigt wird Auch die Montageumgebung bewirkt eine nderung der Abstrahlcharakteristik Damit diese n einer Modellierung vernachl ssigt und somit eine deutliche Vereinfachung erzielt werden kann wird auch dieser Einfluss durch die Synthese eines vereinfachten Abstrahldiagramms der Mobilfunkantenne ber cksichtigt Seite 6 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren In diesen synthetisierten Abstrahlcharakteristiken wird somit die Abh ngigkeit vom Downtilt die Frequenzabhangigkeit und der Einfluss der Montageumgebung vereinfacht in einem Diagramm repr sentiert Es ist sinnvoll Softwarepakete zu verwenden in denen Abstrahlcha rakteristiken direkt eingelesen werden k nnen Fur die Modellierung der dreidimensionalen Umgebung einer Basisstation ist zu beachten dass die notwendigen Geodaten bez glich der Geb udegrundrisse zu einem Gro teil in den Liegenschaftskatastern der Katasterbeh rden der Kreise und kreisfreien St dte enthalten sind Dar ber hinaus k nnen diese Daten auch aus Satellitenbildern generiert werden In diesem Zusammenhang ist aber als gro er Nachteil zu bewerten dass Informationen bez glich der H he von den einzelnen Geb uden nicht verf gbar sind Diese m ssen demnach abgeschatzt
184. inition eines praktikablen und erprobten Messverfahrens fur UMTS gibt es noch einigen Forschungsbedarf Hierf r ist seitens des Bundesamtes f r Strahlenschutz ein eigenes Forschungsvorhaben geplant das sich dieser Problematik 1m speziellen widmen soll 2 37 23 Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung Breitbandmessger t Aufgrund der fehlenden Frequenz und Codeinformation ist mittels Breitbandmessger t bei GSM und UMTS Anlagen eine exakte Ermittlung der maximal m glichen Immission nicht m glich Trotzdem ist in gewissem Ma e eine worst case Absch tzung m glich die aber voraussetzt dass am Messpunkt Immissionen vorliegen die deutlich ber der Anzeigeschwel le des Breitbandmessger tes liegen In diesem Fall kann in einem worst case Ansatz der Anzeigewert so interpretiert werden als ob die gemessene Immission lediglich von den BCCH kommt und kein TCH akt v war GSM bzw im Falle von UMTS nur die Signalisie rung aktiv ist und kein Verkehrsaufkommen vorliegt Hierf r ist lediglich die Information einzuholen ber wie viel Kan le die Anlage pro Sektor verf gt bzw im Falle von UMTS der Anteil der Signalisierungskanale an der Gesamtleistung In der Realit t wird mit diesem Verfahren die vorliegende Immissionssituation aber deutlich bersch tzt da in der Regel nicht ausgeschlossen werden kann dass zus tzlich zur Signalisierung auch Verkehr vorliegt sowie andere HF Quellen zum gemessenen Wert einen relevanten Beitrag liefern Somi
185. interpretiert werden m ssen Diese Methode ist deswegen nur orientierend im Sinne einer Aussage Grenzwert ein gehalten anzusehen Im augenblicklichen Zustand der UMTS Netze relativ wenig Ge spr chs und Datenauslastung hat sie durchaus hre Berechtigung In einem sp teren Re gelbetrieb des UMTS Netzes ist sie jedoch als nicht mehr brauchbar anzusehen da die tat s chliche Immission wesentlich bersch tzt wird 2 Eine wesentlich exaktere wenngleich nicht mehr mit blichen Messmitteln der Hochfre quenzmesstechnik m gliche Messart ist die codeselektive Messung Mittels spezieller Messger te die nicht im Frequenzbereich sondern 1m Codebereich messen ist es m g lich den Immissionsanteil des sog CPICH Kanals zu ermitteln Dieser ist ein Kanal der bei UMTS vergleichbare Aufgaben bernimmt wie der BCCH bei GSM Er sendet st ndig mit zur Zeit noch konstanter Leistung und bestimmt z B die maximale Ausdehnung ei ner Zelle Bei Kenntnis des Verh ltnisses von Gesamtleistung pro Kanal zur CPICH Leis tung kann auch hier auf Anlagenvolllast extrapoliert werden Der CPICH ist in der Regel nur einmal pro Anlage Sektor vorhanden Die CPICH Signale der einzelnen Zellen werden vom codeselektiven Messger t durch eine individuelle Scamblingcodenummer unterschieden Somit k nnen die Beitr ge unterschiedlicher An lagen und Sektoren separat erfasst werden Normalerweise betr gt die Sendeleistung des CPICH etwa 2 Watt WUSCH 04
186. inzuge f gt und das daraus resultierende Abstrahldiagramm mit dem ersten verglichen Hierzu wird die Antenne zuerst an einem metallischen Mast positioniert Im Anschluss daran wird diesem Gebilde eine Bodenplatte aus Beton hinzugef gt Diese Konfiguration ist in Bild 3 4 13 zu sehen Bild 3 4 13 Mit Feko simuliertes Szenario Seite 105 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Ein Vergleich siehe Bild 3 4 14 der Abstrahlcharakteristiken zwischen den verschiedenen Anordnungen l sst erkennen dass die Hauptstrahlrichtung in diesen Konfigurationen nicht beeinflusst wird wohingegen sich die Nebenzipfel besonders 1m Bereich der Ruckwartsrich tung stark verformen 90 Konfiguration ES Freiraum P Pr rn ES Bodenplatte 135 a a mu 20 bos Dy 9 Mast und Boden platte j j i j ft 70 60 50 40 30 20 10 1 8 0 pappaen aprenent Enten O AAAA AAA AAAA AANA AAAA EP PETE ET E 0 r gt Br ER x gt K et N X a Mae we o i VE x xX i ee ltr gt 225 x Se Ba 315 N Ma gE RENNIN et ST a E i SO ee Bild 3 4 14 Vergleich der Abstrahlcharakteristiken zwischen den verschiedenen Konfigurationen Im folgenden werden die Ergebnisse der Simulationen dargestellt die mit dem Softwarepaket EMPIRE durchgef hrt wurden Auch hier besteht die exemplarisch modellierte Basisstations antenne aus vier bereinander angeordneten vertikal polari
187. isen zur Durchf hrung dieser Verordnung LAI 04 die bei der Entwicklung und Bewertung von entsprechenden Messverfahren relevant sind aufgef hrt Seite 25 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e Die Grenzwerte werden angegeben als Effektivwerte der elektrischen und magnetischen Feldstarke quadratisch gemittelt ber 6 Minuten Intervalle e Die Messungen sind bei der h chsten betrieblichen Anlagenauslastung durchzuf hren andernfalls sind die Werte entsprechend hochzurechnen e Immissionen anderer ortsfester Sendeanlagen sind zu ber cksichtigen e Die Messungen sind am Einwirkungsort mit der st rksten Immission durchzuf hren e Die Beurteilung der Messergebnisse erfolgt auf der Basis der maximal gemessenen Werte der Feldst rke oder Leistungsflussdichte am Messort 2 5 Entwicklung und Bewertung von geeigneten Messverfahren 2 5 1 Grunds tzliche Messverfahren Bei der Messung hochfrequenter Immissionen wird grunds tzlich zwischen breitbandigen und frequenzselektiven Messverfahren unterschieden Der Hauptunterschied besteht dar n dass breitbandige Verfahren einen Gesamtwert fur die Immission innerhalb eines durch das Messgerat festgelegten Frequenzbereiches ermitteln wobei nicht zugeordnet werden kann wie sich die Immissionsanteile frequenzm ig und damit auch emittentenbezogen aufteilen Demgegen ber kann durch den Einsatz frequenzselektiver Verfahren ermittelt werden welche
188. issionsverteilung Im 2 Zwischenbericht zu vorliegendem Forschungsprojekt BOR 04 sind einige wichtige Erkenntnisse bez glich der zeitlichen und rtlichen Verteilung der Immission im Umfeld von Mobilfunk Basisstationen gewonnen worden die einen gro en Einfluss auf das zu entwi ckelnde Messverfahren haben Diese speziellen Erkenntnisse sollen im folgenden zusammen gefasst werden 1 Die Immissionen an unterschiedlichen Messpunkten in direktem Umfeld von Mobilfunk Basisstationen unterliegen einer gro en Streubreite Die Bandbreite m glicher Immissio nen im unmittelbaren Umfeld reicht von Werten weit unterhalb von 1 W m bis zu eini gen 100 mW m Grund f r diese gro e Schwankungsbreite sind zahlreiche anlagenseitige und immissionsortseitige Einflussfaktoren die komplex zusammenwirken und in der Re gel eine pauschale Vorhersage der zu erwartenden Immission stark einschr nken Bild 2 2 1 fasst die Einflussfaktoren zusammen Dominierender Einflussfaktor ist der rela tive H henunterschied zwischen Immissionsort und Sendeanlage F r die Suche nach Messpunkten an denen ein Maximum der Immissionen durch eine Basisstation vorliegt stehen somit Orte im Vordergrund die sich h henm ig in Hauptstrahlrichtung der Sen deantenne sowie horizontal in Sektormitte befinden Dabe ist auch der Downtilt zu be rucksichtigen der vor allem in innerstadtischen Gebieten typisch 4 6 bei GSM signifi kant gr er sein kann als in l ndlichen Gebie
189. ite 102 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 10 dB Ferner verschiebt sich die Lage der Nebenmaxima mit einhergehender geringfugiger Anderung ihrer Amplitude Es ist davon auszugehen dass diese Anderungen in vergleichbarer Weise auch im Fernfeld vorhanden sind Ein hnliches Verhalten l sst sich auch im Frequenzbereich f r den Downlink 2110 MHz bis 2170 MHz im UMTS System erkennen Im folgenden Bild sind die Ergeb nisse dargestellt Richtcharakteristik dBi 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Winkel Grad Bild 3 4 10 Frequenzabh ngigkeit der Mobilfunkantenne K 742 212 im UMTS Frequenzbereich f r den Downlink Zusammenfassend kann demnach an dieser Stelle festgehalten werden dass sich die Ab strahlcharakteristik einer Mobilfunkantenne mit der Frequenz andert Dies betrifft primar die Lage der Nebenzipfel und somit auch die Amplitude des Abstrahldiagramms Als Konse quenz ergibt sich hieraus dass eine einzelne Berechnung mit einer vorgegebenen Richtcha rakteristik nur fur die jeweilige Frequenz giltig ist Da in der Regel uber ein und dieselbe Antenne viele unterschiedliche Frequenzen vor allem bei GSM abgestrahlt werden und sich diese dar ber hinaus noch nach einem Frequenzplanwechsel ndern k nnen m ssten in der Praxis viele Berechnungen durchgef hrt werden deren Ergebnisse zudem nur eine Moment aufnahme darstellen w rden Eine M
190. itude e Bei einem gepulsten GSM Signal Periodendauer 4 6 ms Tastverhaltnis 1 8 wird bei Feldstarken bis etwa 5 V m maximal ca 0 5 dB zu wenig und bei Feldstarken bis 10 V m maximal ca 1 1 dB zu wenig angezeigt Hierbei ist aber zu ber cksichtigen dass an GSM Basisstationen mit dem Sende Kontrollkanal BCCH stets ein nicht bzw nur schwach gepulster Kanal vorliegt der n der Regel den st rksten Feldst rkepegel erzeugt Somit werden n Verbindung mit oben Gesagtem die Anzeigefehler eher geringer sein Au er Seite 40 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren dem liegt wie bereits im Abschnitt 2 5 1 erl utert der berwiegende Teil blich auftre tender Immissionen unter etwa 5 V m so dass die damit verbundenen Unsicherheiten als gering einzustufen sind Die hier beschriebenen Anzeigefehler sind vergleichsweise gering in Relation zu den Uber sch tzungen die man bei breitbandigen Feldst rkemessger ten notwendiger Weise bei der Hochrechnung auf den maximalen Anlagezustand vornehmen muss Auf diese Problematik wird in Abschnitt 2 5 7 naher eingegangen 2 3 3 3 Kalibrierung der Messger te Breitbandmessger te Spektrumanalysatoren Messempf nger Empfangsantennen und Zuleitungskabel m ssen kalibriert sein Die Kalibrierung ist in regelm igen Abst nden zu wiederholen Kalibrierung bedeutet e bei Breitbandmessgeraten Spektrumanalysatoren und Messempfangern Zuordnung zwi
191. lage befinden Mit Hilfe numerischer Simulationen siehe Kapitel 3 gibt es ebenfalls die Moglichkeit Orte mit potenziell hohen Immissionen zu ermitteln e Sensible Orte Obwohl nicht immer durch das Vorhandensein von maximalen Immissio nen begr ndet sondern eher der ffentlichen Diskussion zu dieser Thematik Rechnung tragend ist oftmals eine Auswahl von Messpunkten an sensiblen Orten sinnvoll Hierunter sind zu verstehen Kinderg rten Kindertagesst tten Schulen Seniorenheime Pflegeheime Krankenh user die Bereiche innerhalb von Wohnungen an denen man sich nicht nur vor bergehend aufh lt also z B Schlafzimmer und Wohnzimmer Messungen in Innenr umen sind sofern m glich im Sinne einer worst case Erfassung immer bei ge ffnetem Fenster bzw Balkont r durchzuf hren da beschichtetes Glas eine D mpfung von 20 30 dB aufweisen kann F r nicht beschichtetes Glas ist beim senkrechten Wellenein fall eine D mpfung zwar kaum messbar trotzdem k nnen hier beim schr gen Welleneinfall Mobilfunkimmissionen reflektiert werden die bei ge ffnetem Fenster in die Wohnung gelangen w rden Seite 29 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 2 5 3 Messger te und Hilfsmittel 2 5 3 1 Frequenzselektives Messverfahren 2 5 3 1 1 Allgemeines Messverfahren F r die Durchf hrung von frequenzselektiven Messungen wird ben tigt e ein Spektrumanalysator bzw Messempf nger e eine auf de
192. lfunkanlagen folgende Informationen eingeholt werden e Anzahl der Sektoren Zellen pro Basisstation e bei der RegTP beantragte maximale Anzahl der Kan le pro Sektor Zelle und e Frequenzen der unterschiedlichen Kan le BCCH und TCH Zur Ermittlung der maximal m glichen Leistungsflussdichte wird f r jeden Sektor e die durch den BCCH erzeugte Leistungsflussdichte identifiziert und mit der Anzahl der m glichen Kan le BCCH TCH multipliziert e im Spektrum die Immissionen durch die TCH herausgestrichen Dieses Vorgehen ergibt die maximal m gliche Leistungsflussdichte 1m betrachteten Sektor Mit den anderen Sektoren der Anlage ist gleicherma en zu verfahren Die maximale Gesamt leistungsflussdichte durch die komplette Anlage ergibt sich durch Summierung der maxima len Leistungsflussdichten der einzelnen Sektoren Mit den Leistungsflussdichten durch benachbarte Stationen ist sofern relevant gleicherma en zu verfahren Somit ergibt s ch f r die maximale Gesamtleistungsflussdichte SE gt gt S max N i 5 3 i l Seite A5 von A6 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Dabei bezeichnet N die Anzahl der Kan le pro Sektor Zelle und n die Zahl der Sektoren Wird die Gesamtimmission als elektrische Feldstarke E ausgedr ckt dann wird e die Gesamtimmission eines Sektors durch Multiplikation der Feldst rke des BCCH mit der Quadratwurzel der Kanalzahl dieses Sektors gebild
193. lit t der 100 kHz und 300 kHz Filter kann jedoch ger tebedingt unterschiedlich sein und sollte vor dem Beginn einer Messkampagne an einem realen GSM S gnal ausgetestet werden Dies kann entweder mit einem GSM tauglichen Signalgenerator oder Basisstations s mulator der leitungsgebunden an den Spektrumanalysator angeschlossen wird erfolgen Eine andere M glichkeit besteht darin die Filterbandbreiten in der Umgebung einer realen Anlage zu berpr fen Hierbei sollte ein Au enmesspunkt mit freier S cht zur Anlage gew hlt werden Die Entfernung zur Anlage sollte m glichst kurz sein damit nur ein dominanter Ausbreitungsweg existiert und das Empfangssignal nicht nur zeitliche nderungen im Aus breitungsweg schwankt z B Maststandort auf einem Feld Mittlerweile gibt es jedoch auch einzelne Spektrumanalysatoren die auf die Messung von verschiedenen Signalen der moder nen Kommunikationstechnik zugeschnitten sind und f r GSM z B spezielle Kanalfilter von 200 kHz beinhalten Ist ein solches Ger t verf gbar sollte diese Einstellung gew hlt werden Das UMTS Signal hat eine spektrale Bandbreite von etwa 4 6 MHz Demnach ware eine entsprechende minimale RBW bzw die n chsth here RBW von 5 MHz einzustellen Die RBW von 5 MHz bei UMTS stellt vor allem f r ltere Analysatoren eine Herausforderung dar Bei manchen Ger ten ist eine RBW von 5 MHz zwar einstellbar aber nicht ber die Pfeiltasten oder den Drehknopf hiermit sind maximale RBW bis 3
194. ller EMF Visual N herung 135 lt van i 7 N 5 N 225 x 270 Bild 3 6 12 Vergleich zwischen Antennendiagramm in EMF Visual zu den Herstellerangaben und den bearbeiteten Diagramm nach Abschnitt 3 4 f r die Antenne K 741324 bei 900 MHz Des weiteren muss bei der Anwendung der Programme genau auf die Antennenausrichtung geachtet werden So entspricht in den Programmen die azimutale 0 Richtung nicht unbedingt der geografischen Nord Richtung Der Vollst ndigkeit halber sei an dieser Stelle noch die Elevation erw hnt bei der in den untersuchten Softwarepaketen bei positiven Winkeln sowohl gegen als auch mit dem Uhrzeigersinn gedreht wird Durch die Synthese der Ab strahlcharakteristik kann die Elevation in den Berechnungen aber vernachl ssigt werden Die Werte aus der Standortbescheinigung sind demnach nicht einfach zu bernehmen sondern m ssen gegebenenfalls noch umgerechnet bzw angepasst werden Die folgende Grafik Bild 3 6 13 stellt die verschiedenen Richtungen und Drehwinkel in den einzelnen Softwarepake ten dar Der FuBpunkt des Pfeils entspricht hierbei der 0 Richtung N weto S i Berechnungsprogramme e EFC 400 J e EMF Visual e Wireless Insite Azimut Elevation e Quickplan Downtilt e Fieldview Bild 3 6 13 Vergleich der jeweiligen Richtungen und Drehwinkel f r Azimut und Elevation in den einzelnen Softwarepaketen und der Standortbescheinigung Seite 124 von 187 de
195. llsrichtungen der Signale kritisch diskutiert werden muss Es handelt sich hierbei um eine m gliche Beeinflussung des Messenden auf das Messergeb nis die bei beiden Antennentypen unterschiedlich ausfallen wird Speziell bei den nur schwach richtenden bikonischen Antennen bzw bei Dipolen ist durch die Gleichgewich tung unterschiedlicher Einfallsrichtungen eine wesentlich st rkere Beeinflussung des Ergeb nisses durch den Messenden m Vergleich zur logar thmisch periodischen Antenne zu erwar ten Um diese Theorie zu berpr fen wurden vom IMST Untersuchungen nach folgendem Versuchsaufbau durchgef hrt Um von u eren St reinfl ssen unabh ngige Ergebnisse zu erhalten und eine definierte reproduzierbare Messumgebung zu schaffen wurde als Messort die EMV Absorberkammer des IMST ausgew hlt Durch die Absorberbelegung der Kammer an den W nden und an der Decke werden ungest rte Wellenausbreitungsbedingungen geschaffen d h die Messergebnis se werden nicht durch Wandreflexionen bzw Resonanzen unreproduzierbar beeinflusst Das zu messende Feld der Bas sstation wurde mit einer logar thmisch periodischen Antenne erzeugt die an einen Signalgenerator angeschlossen war im Vordergrund auf dem Holzstativ von Bild 2 5 3 links Mit dieser Anordnung wurden sowohl bei vertikaler als auch bei horizontaler Polarisation Felder bei 945 MHz und 1840 MHz erzeugt in etwa mittlere Downlinkfrequenzen von GSM 900 und GSM 1800 In 5 m Entfernu
196. logper Pol H bikon PolH logper Pol V bikon Pol V 10 A Cael EONA RSE RD ER aan a Se lee em a SG E ental ee relative Abweichung dB Abstand zur Empfangsantenne m Bild 2 5 4 Relative Abweichung der Messwerte bei Anwesenheit des Messenden in Relation zum ungest rten Fall in Abh ngigkeit des Abstands des Messenden zur Empfangsantenne 945 MHz ohne Bodenabsorber I O a O1 n H 2 H IN Legende logper Pol H 1 5 une em lasse ee aa log per Pol V I bikon Pol V IN PA relative Abweichung dB o Abstand zur Empfangsantenne m Bild 2 5 5 Relative Abweichung der Messwerte bei Anwesenheit des Messenden in Relation zum ungest rten Fall in Abh ngigkeit des Abstands des Messenden zur Empfangsantenne 945 MHz mit Bodenabsorbern Seite 35 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren doer Saa EEEE E E E S Legende logper PolH bikon PolH logper Pol V bikon PolV relative Abweichung dB Abstand zur Empfangsantenne m Bild 2 5 6 Relative Abweichung der Messwerte bei Anwesenheit des Messenden in Relation zum ungestorten Fall in Abhangigkeit des Abstands des Messenden zur Empfangsantenne 1840 MHz ohne Bodenabsorber relative Abweichung dB
197. lungstechniken Antennen mit dipolartigem Charakter gefordert sind Als Alternative zur manuellen Ausrichtung der Antenne in den drei Raumrichtungen sind mittlerweile auch frequenzselektive Messger te mit einer isotropen Sonde verf gbar 2 3 3 2 Breitbandiges Messverfahren Messger te zur breitbandigen Messung bestehen n der Regel aus einer Anzeigeeinheit auf die eine je nach Frequenzbereich und Feldart elektrisches Feld E oder magnetisches Feld H passende Messsonde aufgesteckt wird Wichtig ist dass die Sonde den Frequenzbereich der relevanten zu erfassenden Quellen umfassen muss F r den Hochfrequenzbereich werden oft Sonden verwendet die mindestens den Frequenzbereich von 100 kHz bis 2 5 GHz abdecken In der Regel ist eine E Feld Sonde hinreichend auf diese Problematik wird sp ter detailliert eingegangen Bild 2 5 8 zeigt als Beispiel f r ein breitbandiges Messger t das Ger t EMR 300 der Firma Narda Safety Test Solutions mit aufgesteckter E Feldsonde Typ 18 Bild 2 5 8 Breitbandiges Feldst rkemessger t mit aufgesteckter Messsonde Als Empfangselemente werden m Sondenkopf n der Regel elektrisch kurze Dipole einge setzt Die Empfangsspannung jedes Dipols wird ber eine Diodenstruktur seltener Thermo Seite 39 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren elemente geleitet und uber eine hochohmige Ableitung der Auswerte bzw Anzeigeeinheit zugef hrt Sonden unterscheiden s
198. lysator angeschlossenen Empfangsantenne in m ho Wellenl nge des mit der Antenne gemessenen Feldes n m G isotroper Gewinn der Empfangsantenne ohne Einheit f Frequenz des mit der Antenne gemessenen Feldes in Hz Co Lichtgeschwindigkeit im Vakuum co 310 m s Zur Berechnung der zur Norm berpr fung dienenden Leistungsflussdichte S bzw elektrische Feldst rke E ist in Gleichung 2 5 14 f r P die gemessene Leistung und die entsprechende Frequenz f einzusetzen F r den Gewinn G der Empfangsantenne wird der frequenzabh ngi ge isotrope Antennengewinn abz glich der frequenzabh ngigen D mpfung des jeweils verwendeten Kabels eingesetzt G sowie die Kabeld mpfung sind Ergebnisse der Kalibrie rung dieser Messmittel 2 3 7 2 Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung Spektrumanalysator 272 1 Vorgehen bei GSM Anlagen Laut Vorgaben der 26 BImSchV sind die Messungen bei der h chsten betrieblichen Anlagenauslastung durchzuf hren andernfalls sind die Werte entsprechend hochzurechnen Seite 68 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Da in der Regel nicht davon ausgegangen werden kann dass vom Betreiber die Anlage f r die Zeit der Messungen in den maximalen Betriebszustand gefahren werden kann muss die Extrapolation auf andere Art und Weise erfolgen Die GSM Sendetechnik hat einige markante Details die man sich bei der Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung zu
199. mals zu kurze Sweep Times vorgegeben sind Das hei t dass auch in diesem Fall die Auto Couple Funktion deaktiviert werden muss Insgesamt ist die korrekte Wahl der Sweep Time also ein Kompromiss zwischen ausreichend hoher Messgeschwindigkeit zur Durchf hrung von Schwenk oder Drehmethode einerseits und einer ausreichend langen Sweep Time zum korrekten Einschwingen der Filter und der ausreichenden Erfassung von Samples Pixel 1m Falle der Verwendung eines RMS Detektors 2 5 5 6 Sonstiges Vor Beginn der Messungen ist der Spektrumanalysator Messempfanger einige Minuten warmlaufen zu lassen N here Ausk nfte sind in der Bedienungsanweisung der Ger te zu entnehmen Eine zu kurze Warmlaufzeit kann zu merklichen Amplitudenungenauigkeiten in der Messwertanzeige f hren Au erdem sind Messungen bei Umgebungstemperaturen die au erhalb des in der Ger tebeschreibung spezifizierten Temperaturbereiches liegen fehlerbe haftet und deswegen zu vermeiden Seite 50 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 2 5 5 7 Zusammenfassung Tabelle 2 5 1 fasst die oben abgeleiteten Aspekte in konkrete Empfehlungen zur Wahl der Messparameter zusammen System Startfre Stopfrequenz RBW kHz Mindest Detektor Sweep quenz MHz MHz VBW kHz Time ms GSM 900 100 300 100 3007 Peak oder RMS os o caw oer a 100200 Joan rors on Tabelle 2 5 1 Empfohlene Einstellungen f r die Messparameter b
200. metallische Halterung zur Vergr erung des Antennenabstands zum K rper dringend geboten Speziell bei der Nutzung der logar thmisch periodischen Antenne muss der Schwenkvorgang sehr sorgf ltig durchgef hrt werden Da diese Antennen ber eine ausgepr gte Richtwirkung verf gen muss sichergestellt werden dass w hrend des Schwenkvorgangs die Antenne berall im Messvolumen in jede Richtung und Polarisation orientiert w rd Durch den Schwenkvorgang kann es auch stellenweise zu einer teilweisen Kompensation des m Ab schnitt 2 5 3 1 2 beschriebenen Effekts der nicht exakten Bewertung von S gnalen aus unter schiedlichen Richtungen bei richtenden Antennen kommen Durch die Bewegung der Anten ne m Raum werden mehrere Orte abgetastet an denen sich das Einfallswinkelspektrum auf unterschiedliche Art und Weise zusammensetzt Aufgrund der Aktivierung des Maxhold Modus w hrend des Schwenkvorgangs ist mit dieser Methode eine Maximalwertsuche aber keine Volumenmittelung m glich Das Verfahren ist einfach unkompliziert und schnell durchf hrbar die Messzeit pro Raum bewegt s ch m Bereich einiger Minuten 2 5 6 2 2 Drehmethode Bei der Drehmethode wird die Messantenne auf einer kreisf rmigen Bahn um einen Dreh punkt bewegt Dabei soll der Mittelpunkt der Antenne einen Kreis von mindestens 1 0 m Durchmesser beschreiben Diese Drehung wird mit vier verschiedenen Polarisationen der Antenne horizontal vertikal 45 45 und au
201. n der beiden Polarisationen der Empfangsanten ne horizontal und vertikal der resultierende horizontale Schnitt der Abstrahlcharakteristik bestimmt Analog hierzu wurde die Messung f r den vertikalen Schnitt durchgef hrt Einziger Unter schied ist die Ausrichtung der Basisstationsantenne die um 90 um die y Achse gedreht wurde Zu beachten ist bei diesem Verfahren dass die Messung aufgrund der Gr e der Antennen messkammer nicht m Fernfeld vgl Formel 2 5 6 der Antenne durchgef hrt werden konnte Um hieraus resultierende Unterschiede aufzeigen zu k nnen wird der gemessene vertikale Schnitt des Antennendiagramms mit dem aus den Herstellerdaten MSI Date be1 1855 MHz verglichen vgl hierzu Bild 3 4 8 Es ist wie in den Darstellungen zuvor der Bereich von 90 bis 90 zu sehen n dem auch die Hauptstrahlrichtung liegt F r den r ckw rtigen Bereich sind die Ergebnisse in gleicher Weise g ltig Ferner ist an dieser Stelle festzuhalten dass die Ergebnisse aus dem horizontalen Schnitt aufgrund von geringen Unterschieden zu vernachl ssigen s nd und somit der Schwerpunkt nur auf den vertikalen Schnitt gelegt wird Seite 101 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren K 742 212 1855 MHz Messung MSI File 2 Sam gt x S Z lt 2 ag 3 ee S 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Wi
202. n geeignet Als Vorrausetzungen sind vom Hersteller folgende Parameter angegeben e Prozessor Pentium III 800 MHz oder vergleichbarer AMD e Freier Arbeitsspeicher Minimum 512 MB e Grafikkarte OpenGL Beschleunigung erforderlich e Freier Festplattenplatz Minimum 500 MB e Betriebssystem Windows 2000 oder XP e Kosten f r eine Einzellizenz 12 000 3 3 4 Quickplan QuickPlan ist eine Planungssoftware fur terrestrische zellulare Netzwerke und wurde von TeS Teleinformatica e Sistemi s r l QP 04 entwickelt Die in dieser Studie verwendete Versi on 1 3 6 basiert auf dem strahlenoptischen Modell Alle fur die Berechnung relevanten Informationen Antennentypen Gebaude Koordinaten Materialien usw werden in einer Oracle Datenbank abgelegt die 1m Programm integriert ist Durch diese Struktur bedingt hat der Anwender bei jedem Start der Software Zugriff auf alle Daten die er bereits in die Datenbank eingegeben hat Au erdem ist noch an zu merken dass auch mehrere Simulationen von unterschiedlichen Senderstandorten gleichzeitig durchgef hrt werden k nnen ohne das Programm daf r noch mals starten zu m ssen Als Vorraussetzungen sind folgende Angaben gemacht Prozessor Pentium I 233 MHz Arbeitsspeicher 384 MB Grafikkarte Aufl sung mit mindestens 16 Mio Farben Freier Festplattenplatz 150 MB Betriebssystem Microsoft Windows Kosten f r eine Einzellizenz 5 000 Version 1 3 6 Kosten f r
203. n rechts LEH 03 24 Messpunkte auf der vertikalen Ach se alle 10 cm und auf den horizontalen sten alle 5 cm Auf die M glichkeiten und Begrenzungen von Mittelungen wird im Abschnitt 2 5 6 7 n her eingegangen 2 5 6 3 Korrekte Erfassung der Polarisation Basisstationsantennen senden ihre Signale blicherweise linear polarisiert ab Bei der Schwenkmethode wird die linear polarisierte Empfangsantenne manuell auf das Maximum orientiert d h in Richtung des Polarisationsvektors Auch bei der Punktrastermethode mit einer sequenziellen Orientierung der Empfangsantenne in drei orthogonale Richtungen erfolgt bei entsprechender geometrischer Aufaddierung der drei Komponentenrichtungen die Erfassung des Feldes korrekt Bei der Drehmethode werden nur die Polarisationen H V 45 und 45 abgefahren aber nicht weiter verkn pft sondern das Maximum aus allen Polarisati onsrichtungen gebildet Trotz der urspr nglich linearen Polarisation kann es doch durch bestimmte Wellenausbrei tungsph nomene Beugung Reflexion Streuung dazu kommen dass am Immissionsort eine elliptische Polarisation vorliegt Hierbei l uft die Spitze des E Feld Verktors auf einem Seite 57 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Ellipsoid der mit drei Hauptachsen beschrieben werden kann Es ist hierbei die Frage ob sich Unterschiede in der korrekten Erfassung des maximalen Effektivwertes des elektrischen Feldstarkevek
204. n und verifizierten Messverfahren etabliert Trotzdem bestehen erste Messerfahrungen im Messen von UMTS Immissionen an realen Anlagen Hierbei sind zwei Trends erkennbar l Die Messung erfolgt vergleichbar mit GSM Anlagen frequenzselektiv Damit ist eine Unterscheidung der vier Netzbetreiber im Spektrum m glich jedoch keine Unterschei dung unterschiedlicher Anlagen des selben Betreibers Mit den n Abschnitt 2 5 5 be schriebenen Parametern wird die Immission im UMTS Kanal ausgemessen Auch bei UMTS gibt es einige Signalisierungskan le die unabh ngig vom Datenverkehr st ndig eine Immission verursachen Im Sinne einer worst case Absch tzung wird die zu einem Zeitpunkt gemessene Gesamtimmission nur als diejenige interpretiert die von der Signali sierung erzeugt wird Der Anteil der permanent vorhandenen Signalisierungsleistung ist von den Netzbetreibern zu erfragen Nach Empfehlungen des UMTS Gremiums 3GPP 3rd Generation Partnership Project betr gt sie etwa 3 4 W COST 281 WUSCH 04 In Kenntnis der Maximalleistung pro Kanal kann eine worst case Abschatzung auf maximale Anlagenauslastung erfolgen Seite 74 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Dieses Vorgehen wird die real vorliegende Immissionssituation mehr oder weniger deut lich bersch tzen da e kein Datenverkehr angenommen wird e die Immissionen umliegender Anlagen des selben Betreibers als Immissionen der Hauptsendeanlage
205. n zu untersuchenden Frequenzbereich abgestimmte Empfangsantenne e HF Kabel zum Verbinden der Antenne mit dem Spektrumanalysator e ggf Speicherkarten zum Abspeichern der aufgenommenen Spektren Bild 2 5 1 zeigt die ben tigten Ger te Bild 2 5 1 Durchf hrung einer frequenzselektiven Messung mit Spektrumanalysator und Empfangsanten ne links und Detaildarstellung eines Ergebnisses auf dem Spektrumanalysator rechts Mit der Antenne wird dem elektromagnetischen Strahlungsfeld Energie entnommen und ber das Kabel dem Spektrumanalysator zugeleitet Mit diesem wird die Empfangsleistung spekt ral aufgespaltet d h es wird bestimmt wie gro die gemessenen Immissionen bei welcher Frequenz sind Technisch wird diese Aufspaltung 1m Spektrumanalysator so realisiert dass im gesamten eingestellten Frequenzbereich ein Filter mit einer bestimmten Bandbreite Aufl sungsband breite RBW den Frequenzbereich durchl uft Bei jeder Frequenz wird derjenige Beitrag der durch das Filter umfasst wird als Anzeigewert dargestellt Messungen mit dem Spektrumana lysator verlangen Kenntnisse der Signalcharakteristika der zu messenden Immission sowie ein Verstandnis der grundlegenden Funktionsweise eines Spektrumanalysators Werden Messpa rameter falsch gew hlt k nnen damit die Immissionen wesentlich fehlbewertet werden Selbstverstandlich muss der Spektrumanalysator bzw Messempfanger fur den zu untersu chenden Frequenzbereich geeignet sein Fur vorl
206. nausdehnung die um den Faktor Wurzel 2 gr er ist als bei vielen GSM 1800 Antennen Die Wellenl nge ist bei 900 MHz um den Faktor 2 gr er als bei 1800 MHz Da in Gleichung 2 5 6 die geometrische Ausdehnung quadratisch die Wellenl nge aber nur linear eingeht ndert s ch am Verh ltnis n chts In den meisten Messsituationen ist der Mindestabstand von 21 m bei typischen Sicherheitsab st nden von etwa 10 m ohnehin gegeben so dass man hier von Fernfeldbedingungen ausge hen kann Das bedeutet dass zur korrekten Erfassung der elektromagnetischen Immissionen die Erfassung lediglich der elektrischen Feldkomponente hinreichend ist da s ch daraus die elektrische Leistungsflussdichte ableiten l sst Nur bei wenigen Situationen ist die Notwendigkeit gegeben in k rzeren Abst nden von der Antenne zu messen Nach Gleichung 2 5 6 w ren dann die Komponenten des elektrischen und magnetischen Feldes getrennt zu erfassen Allerdings ist kritisch zu hinterfragen ob das Fernfeld f r diesen Messzweck tats chlich aus der Forderung einer entfernungsunabhangigen Strahlungscharakteristik der Antenne bzw dem Vorliegen von ebenen Wellenbedingungen definiert werden muss Hinreichend ist vielmehr derjenige Abstand von der Antenne an dem E und H ber Zro miteinander verkn pft sind Zur Ermittlung dieses Abstands wurde mit einer speziellen Nahfeld Feldsondentechnik DASY Dosimetric Assessment System mit isotropen Nahfeldsonden Schmid amp Partner
207. nd die Ergebnisse von EFC 400 und Quickplan nahezu mit dem gemessenen Wert bereinstimmen sind bersch tzen EMF Visual und Wireless Insite die Immissionssituation deutlich 140 130 120 110 100 90 80 70 60 Elektrische Feldstaerke dB uV m 50 essung EFC 400EMF Visual Insite Quickplan Fieldview Bild 3 6 47 Vergleich der Simulations bzw Messwerte f r den Basisstationsstandort Hochstra e 57 Krefeld m Vergleichsgebiet HSR 1 LoS Die Ergebnisse f r die Konfiguration 2 werden im folgenden diskutiert Hierbei liegt das Vergleichsgebiet in der r ckw rtigen Richtung des untersuchten Antennensektors Es werden nicht alle Simulationsergebnisse der einzelnen Programme separat vorgestellt sondern lediglich die Immission im Vergleichsgebiet gezeigt Eine gro e Schwierigkeit diese Werte direkt miteinander zu vergleichen liegt dar n dass die Antennendiagramm auf der der Hauptstrahlrichtung entgegen gesetzten Seite sehr unter schiedlich sind So kann bei EMF Visual diese aufgrund der Antennenmodellierung nicht wie bei den anderen Programmen aufgef llt werden Hinzukommend haben die vorherigen Simulationen gezeigt dass auch das Programm Quickplan in der Version 1 3 6 auf der riick w rtigen Seite einen Interpolationsfehler der dreidimensionalen Abstrahlcharakteristik aufweist Es liegen die berechneten Immissionen zwar alle mehr oder weniger im Bereich der gemesse nen aber ein Schlussfolgerung i
208. ne Zeitlang fortgesetzt werden Die Untersuchungen sind sehr aufw ndig sowie zeit und kostenintensiv und nehmen bereits die Form von Grundlagenforschung an Es muss eine Vielzahl von reprasentativen Expositionsszenarien gebildet werden mehrere Beispielorte pro Szenario festgelegt werden und an diesen Orten eine m glichst feine punktweise kleinskalige im Zentimeterbereich Abtastung der Feldst rken vorgenommen werden Es entsteht eine F lle von Datenmaterial das dann auf die Sinnhaftigkeit von verschiedenen m glichst einfachen dabe aber doch den menschlichen K rper nachbildenden Mittelungsgeometrien zu berpr fen ist Nach dem oben Gesagten ist aber zu erwarten dass eine einfache und f r alle Expositionssze narien einheitliche optimale Geometrie schwer zu finden sein wird da die Feldverh ltnisse in realen Umgebungen u erst komplex sind Das gilt insbesondere auch f r den Fall dass sich z B bei mehrkanaligen Anlagen oder Standortmehrfachnutzung Felder unterschiedlicher Frequenzen zu einem komplexen Gesamtverlauf berlagern und somit eine Frequenzabhan gigkeit in die Verteilung der Immission einbringen Deswegen wird auch unter dem Aspekt von Aufwand und Interpretation der 26 BImSchV bez glich der Mittelung eingesch tzt dass derzeit die Maximalwertermittlung der sinnvollste Weg zur mess und berechnungstechni schen Expositionsermittlung ist 2 5 6 8 Fazit Mit der Schwenkmethode der Drehmethode und der Punktrasterm
209. nen Bundesamt fur Umwelt Wald und Landschaft BUWAL und Bundesamt f r Metrologie und Akkreditierung METAS Bern 2002 Revised ECC Recommendation 02 04 Measuring Non ionising Elec tromagnetic Radiation 9 kHz 300 GHz Edition October 2003 Europaisches Forschungsprojekt COST 281 Arbeitsgruppe Base Station Emission Monitoring www cost281 org Narda Safety Test Solutions GmbH und FGEU GmbH EFC 400 Magnetic and Electric Field Calculation Telecommunication Power Lines and Stations Benutzerhandbuch Berlin 2003 Internetseite der Software EMF Visual www antennessa com Internetseite der Software Empire www empire de EN 50360 Produktnorm zum Nachweis der Ubereinstimmung von Mobil telefonen mit den Basisgrenzwerten hinsichtlich der Sicherheit von Perso nen in elektromagnetischen Feldern 300 MHz bis 3 GHz CENELEC Norm Br ssel Juli 2001 Internetseite der Software Feko www feko co za Seite 183 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren FV 04 GIL 01 GUM HAI 04 ICNIRP 98 KAT KEL KRA 03 KVR LAI 04 LEH 03 NEU 03 Fieldview Software der EM Institut GmbH CarlstraBe 5 93049 Regens burg Francisco Gil Ana R Claro Jos M Ferreira Carlos Pardelinha Luis M Correija 4 3D Interpolation Method for Base Station Antenna Radiation Patterns IEEE Antennas and Propagation Magazine vol 43 No 2 April 200
210. nen gemessen werden k nnen die je nach Frequenz bereich bez glich der elektrischen Leistungsflussdichte um mindestens 8 Gr enordnungen in den Mobilfunkfrequenzbereichen auch bis 10 Gr enordnungen unter den Grenzwerten der 26 BImSchV liegen BOR 96 In Zusammenhang mit ihrer Frequenzselektivit t sind sie daher bevorzugt f r die Detailmessungen einzusetzen Den Vorteilen der frequenzselektiven Verfahren Frequenzselektivit t Empfindlichkeit steht ein deutlicher Nachteil gegen ber Frequenzselektive Messungen s nd ungleich aufw ndiger als breitbandige Messungen Das betrifft sowohl die finanzielle Seite des Messequipments die Messdurchf hrung sowie das know how der mit der Messung Beauftragten berblicks messungen oder das Absuchen gro er Areale auf Maximalwerte mit dem frequenzselektiven Verfahren stellen beispielsweise einen betr chtlichen Aufwand dar der oftmals nicht prakti kabel st Dem gegen ber s nd Breitbandsonden handlich schnell und unkompliziert einsetz bar Seit kurzem g bt es eine neue Generation von tragbaren handlichen Spektrumanalysatoren auf dem Markt die die Vorteile von Breitbandsonden Handlichkeit sotrope Sonde mit denen von Spektrumanalysatoren Frequenzselektivit t Empfindlichkeit miteinander verbin den sollen Dies scheint vom Ansatz her eine interessante Alternative zu sein wobei sich diese Ger te noch in der Praxis bew hren m ssen Hier soll noch eine Problematik erw hnt werden
211. nen vorgestellt Seite 113 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 6 1 Vorbetrachtungen zu den Berechnungen und den Softwarepaketen 3 6 1 1 Betrachtungen f r die Berechnung innerhalb von Geb uden In diesem Abschnitt werden zun chst die Einfl sse von M beln und Personen die sich innerhalb eines Raumes befinden auf die Immissionsverteilung n her untersucht Die hierzu notwendigen Berechnungen wurden mit dem Programm Empire durchgef hrt In Bild 3 6 1 ist der Aufbau des untersuchten Indoorszenarios in der Aufsicht und in Bild 3 6 2 in einer schr gen dreidimensionalen Ansicht zu sehen Tisch mit Metallbeinen Holzschrank Einzelne Positionen l f r die Person y id Holzt r n 5 4 a eo _ Metallschrank Betonwand Bild 3 6 1 Aufbau und Konfiguration des untersuchten Indoorszenarios Bild 3 6 2 Untersuchtes Indoorszenario mit folgenden Materialien Grau Beton rot Holz gelb Metall Als Mobiliar werden drei Schranke 2x Holz 1x Metall ein Tisch mit Metallbeinen und eine Holzt r verwendet Die Person wurde durch einen Block angen hert der die elektrischen Eigenschaften von Muskelgewebe aufweist Dieser wurde nacheinander an verschiedenen Positionen im Raum platziert siehe Bild 3 6 1 Auf der linken Seite vgl hierzu Bild 3 6 2 Seite 114 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren befindet sich
212. ng von Basisstati Oberfl chenbe onsbeitr gen rechnung Aufspalten des Simulationsraumes einzelne Dateien Ja Ja Ja Nein Datenbank basiert Tabelle 3 7 4 Vergleich der Anforderungen bez glich eines fl chendeckenden Katasters in Bezug auf das Berechnungsprogramm Aus dieser Aufstellung ist zu sehen dass bez glich der berechnungstechnischen Realisierung eines fl chendeckenden Katasters das Programm Quickplan Vorteile gegen ber den anderen Programmen aufweist Gerade der datenbankbasierte Aufbau der Software stellt f r die Umsetzung eine gro e Vereinfachung dar Auf der anderen Seite ist aber die Einschr nkung der Oberfl chenberechnung zu sehen da hierbei nur der st rkste empfangene Strahl ber ck sichtigt wird 3 8 4 Genauigkeit Die Genauigkeit der Berechnung hangt 1m allgemeinen von der Genauigkeit der Eingabepa rameter ab In dieser Studie hat sich gezeigt dass eine gute Ubereinstimmung zwischen der durch verschiedene Softwarepakete prognostizierten Immission und der tatsachlich gemesse nen genau dann existiert wenn eine LoS Konfiguration vorliegt Dagegen wird bei nur indirekter Sicht zur Antenne die Immission durch Freiraumausbreitung 3 dB stark uber bewertet wohingegen auf Strahlenoptik basierende Programme bessere Ergebnisse liefern die tatsachliche Immission aber auch unterschatzt werden kann In diesem Zusammenhang ist aber zu beachten dass es nicht sinnvoll ist siehe Ab schnitt 3 6 1
213. ng wurde auf gleicher H he 1 5 m eine kopolarisierte Empfangsantenne aufgestellt im Hintergrund von Bild 2 5 3 links bzw n Bild 2 5 3 rechts Als Empfangsantenne wurde wahlweise eine logar thmisch periodische Empfangsantenne als auch eine bikonische Empfangsantenne verwendet Die dabei speziell eingesetzten Antennen logar thmisch periodische Antenne Schwarzbeck USLP 9142 bikonische Antenne Schwarzbeck VUBA 9117 geh ren zur typischen Ausstat tung bei Immissionsmessungen an Mobilfunk Basisstationen Die Empfangsantenne wurde an einen Spektrumanalysator au erhalb der Kammer angeschlossen Als Referenzwert diente der Wert der sich bei leerer Kammer d h ohne Anwesenheit einer Messperson ergab An schlie end begab sich eine Messperson in den Raum und bewegte sich auf der Linie Sendean tenne Empfangsantenne von hinten aus ca 3 0 m Entfernung direkt auf die Empfangsantenne zu Somit konnte die Beeinflussung der Messergebnisse durch den Messenden bei unter schiedlichen Abst nden zur Empfangsantenne untersucht werden Seite 33 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren E a 5 eS E u E fs yEy P ii SSf5 Spada 5 5 i L A IE ann HH aT hy a J i i i 7 ie CeeEL Ty wi NSU a un mm menge se ew a j Sas Kin i STIER 7 y ES er BE wse pF mar Tce ENN gt 12 Fa T ee ra e ne ean ere i Saal fe eee e TETEE ff ip R u a I um I t bil
214. ngen m glich Seite 60 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Messwert dBuV m Maximalwert Mittelwert 1 6 11 16 21 Nummer der Dreipunktreihe Legende 87 5 BEREIT Maximalwert Mittelwert annufpennnnnnneanannnnnnsnnnnunnnunnnunnnnnnnnnnsdanntngnnnnnnnnnnunnnsnnnsnnnnnnnnnnnnnnunnnunnsunnunnnnsnnnsnefpeoffonnnnnn le e E E E E una munnnnunuunnunnnenuunnnnnnnnunnnunnnnnnunnuffe uns O EE TITTET T TTT Peeters fe Apunnunnnnnnnnnnnnnnunnnnnnnnnnfannnnnnnnnnunnnnnnnunnnnngf annnnnnnnnnunnnunnnnunnnnnnannunnnnnnnnnnunnduugmanhnn nun CCD ETETETT TETEE TTEA E EEE TETEE Cocco Qe Re Ze gee E TRE E PEAY EE SB A E ree CET E T A Sey Settee SEE SIP ee Ee eee A ait ULL LLL EEE Gite eee See ee Messwert dBuV m 11 16 21 Nummer der Dreipunktreihe Bild 2 5 16 Mittel und Maximalwerte f r die Messungen mit Punkrastermethode nach Geometrie Bild 2 5 15 Es wurden 21 Punktreihen mit drei bereinander stehenden Punkten gebildet Sze nar o mit direkter Sicht oben und ohne Sicht unten zur Basisstationsantenne 2 3 0 5 Zeitlicher Aufwand Die drei Messverfahren unterscheiden sich bez glich hres Aufwands teilweise betr chtlich Be den m vorigen Abschnitt vorgestellten eigenen Messungen wurden etwa folgende Zeiten ben tigt Die Zeiten gelten pro Messort d h f r die vollst ndige Untersuchung des gesamten Messvolumens Seite 61 von 187 des Abs
215. niger als 55 vom Messwert 1 Messpunkt 1 6 Durchschnittlicher Unterschiedsfaktor Messwert Berech nung 0 40 d h ca 8 dB Tabelle 3 6 16 Vergleich von Messung und Berechnung mit der Methode Freiraumausbreitung 3 dB aus WUSCH 03 2 Wird hingegen gefordert dass die Prognose m glichst gut den tats chlichen Wert wieder spiegelt sollte auf alle F lle die Geb uded mpfung in der Berechnung ber ck sichtigt werden Hierbei ist aber zu beachten dass mit einer wesentlich komplizierteren Modellierung gerechnet werden muss Auf Strahlenoptik bas erende Programme mit der zus tzlichen Ber cksichtigung von Reflexion Streuung und Beugung geben in der Re gel im Vergleich zu einer Messung den genausten Prognosewert wieder unter Um st nden muss aber auch mit einer Untersch tzung der Immission gerechnet werden 3 Wird bez glich einer Grenzwert berpr fung mittels der konservativen Methode Frei raumausbreitung 3 dB der Grenzwert berschritten besteht folgende M glichkeit Mittels einer Berechnung mit Ber cksichtigung von D mpfung Beugung Reflexion und Streuung an Geb uden in einem Gebiet werden diejenigen Areale bestimmt in de nen mit der maximalen Immission zu rechnen st Hier sollten anschlie end aufgrund der Tatsache dass durch dieses Verfahren auch Untersch tzungen der tats chlichen Immission m glich sind berpr fende Messungen durchgef hrt werden vgl auch BAK 02 Die Vorhersage dieser zu
216. nkel Grad Bild 3 4 8 Vergleich des Abstrahldiagramms aus der Messung mit den Daten aus dem MSI File Es ist deutlich zu erkennen dass die Amplitude der Abstrahlcharakteristik geringf gig ver ndert sind Diese nderungen sind neben den produktionsbedingten Unterschieden auch auf die Art und Weise der oben durchgef hrten Messung nicht im Fernfeld zur ckzuf hren Auf der anderen Seite entsprechen die Positionen der Nebenzipfel im Winkelbereich von 60 bis 60 Grad aus dem gemessenen Abstrahlverhalten aber denen des Fernfeldes so dass einige generelle Aussagen getroffen werden k nnen In Bild 3 4 9 sind die Messergebnisse f r den vertikalen Schnitt der Abstrahlcharakteristik f r die Mobilfunkantenne mit der Bezeichnung K 742 212 f r den Downlink des GSM 1800 Systems im Frequenzbereich von 1805 MHz bis 1880 MHz dargestellt I ces nn ee er ER PP ee Ann pea En me en ETEY 15 me ee eee ee ee ee 1805 MHz fe EE 1855 MHz nm 1880 MHz x 2 Sen 2 x x lt r X 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Winkel Grad Bild 3 4 9 Frequenzabh ngigkeit der Mobilfunkantenne K 742 212 m GSM 1800 Frequenzbereich f r den Downlink In Bild 3 4 9 ist eine Abh ngigkeit der Abstrahlcharakteristik bez glich der Frequenz zu sehen Die Amplitude ndert sich drastisch bei einigen Winkeln z B 55 um mehr als Se
217. nktberechnung Hierbei m ssen aber wie in Abschnitt 3 6 beschrie ben au erhalb des Programms die einzelnen einfallenden elektrischen Feldst rken addiert werden Ab der Version 2 0 von Quickplan ist dieses auch innerhalb der Software m glich In diesem Zusammenhang ist f r die Grenzwert berpr fung bzw Ermittlung der maximalen Feldstarke in einem Areal zu beachten dass die Receiverantennen nur einzeln platziert werden k nnen wodurch der Aufwand je nach Gr e des zu untersuchenden Gebiets und Dichte der einzelnen Empfangsantennen stark ansteigen kann F r das Softwarepaket Quickplan ist zusammenfassend folgende Vorgehensweise zu empfeh len Zun chst wird die sogenannte Oberfl chenberechnung durchgef hrt In den Bereichen in denen hierbei die gr te Immission berechnet wurde werden dann mittels Verteilung und Seite 171 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren anschlie ender Berechnung von Testpunkten die genauen elektrischen Feldst rkewerte bestimmt Hierbei ist wie oben bereits beschrieben zu beachten dass die Verteilung von Testpunkten mitunter sehr aufw ndig werden kann da jeder einzelne Testpunkt separat eingeben werden muss Eine kombinierte Berechnung der Beitr ge mehrerer Basisstationen ist mit Quickplan in der Oberfl chenberechnung m glich Bei der genaueren Testpunktvarian te ist dieses nicht ber cksichtigt Das Programm beinhaltet die Frequenzbereiche f r GSM 900 GSM
218. nn etwa 0 001 Mannjahre Seite 86 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e Bei einem Gitterraster von 2 x 2 km vergleichbar Baden W rttemberg waren f r ganz Deutschland 89 250 Messpunkte zu vermessen was einem Aufwand von 90 Mannjahren entspricht e Wird das Raster auf 1 x 1 km verkleinert sind f r die 357 000 Messpunkte 357 Mann jahre erforderlich e Bei einem Abstand der Bas sstationen in Innenstadten von wenigen Hundert Metern scheint selbst ein Raster von 1 x 1 km viel zu grob Ein entsprechend angepasstes Ras ter von 100 x 100 m ergibt 35 700 000 Messpunkte mit einem Personalaufwand von 35 700 Mannjahren Diese Zahlen zeigen dass ein fl chendeckendes Kataster f r Deutschland mit einem fein maschigen Gitter einen Aufwand ergibt der nicht mehr darstellbar ist Die katasterm ige Erfassung von begrenzten Gebieten St dte oder Bundesl nder ist unter Verwendung e1 ner vergleichsweise groben Gitterweite mit den genannten Einschr nkungen m glich Damit werden in der Regel aber keine Maximalwerte sondern eher Durchschnittswerte erfasst Bei einem Gitter mit einer Maschenweite im Bereich von mehreren Hundert Me tern kann die kleinskalige und gro skalige rtliche Schwankung der Immissionen im di rekten Umfeld der Basisstation allerdings nicht ad quat erfasst werden Im Sinne eines Umweltmonitorings haben diese Methoden jedoch durchaus ihre Berechtigung Seite 87 von 1
219. nne vor einem Betonmast 3 Basisstationsantenne auf einem Aufzugsschacht der innen metallisch verkleidet ist Zus tzlich verl uft auf dem Betondach ein metallischer Fu weg 4 Basisstationsantenne an einer Hauskante mit dahinterliegendem Aufzugsschacht Die Simulationsergebnisse sind in Bild 3 4 17 dargestellt Hier ist analog zu den vorherigen Ergebnissen das vertikale Fernfeld Antennendiagramm der jeweiligen Konfiguration zu sehen Seite 107 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 90 Konfiguration an 1 Freiraum nn 2 BS vor Betonmast Ey 3 BS mittig auf Aufzugsschacht 135 lt Pr eg gt Se 2 4 BS auf Hausecke K er 30 m i 70 60 50 40 30 20 10 180 peep ee SS ann u GORE SO ee aaa air a Ka Aa 0 ath Bild 3 4 17 Vergleich der Abstrahlcharakteristiken zwischen den verschiedenen Konfigurationen Wie auch schon bei den Simulationen mit Feko wird die Hauptstrahlrichtung der exempla risch modellierten Mobilfunkantenne durch die hier betrachteten Konfigurationen nicht beeinflusst Allerdings ist in den Nebenzipfeln ein deutlicher Einfluss der Montageumgebung zu erkennen der sich nicht nur in einer Amplituden nderung sondern auch in einer Ver schiebung der Lage auswirken kann z B Konfiguration 3 in Bild 3 4 15 3 4 4 Fazit Im vorliegenden Abschnitt wurde der Einfluss von verschiedenen Parametern auf die Ab
220. nstra e 12 44137 DOrtmund 0 0cceccceees 150 Basisstationsstandort Zum Niepmannshof 5 47475 Kamp Lintfort 156 Basisstationsstandort Inrather Strafe 146 47803 Krefeld cccccccccsssssssssccees 161 Auswertung der Berechnungsergebnisse cccccccccrrsssssssccccccccccsssssssscccccccsccccees 164 Beurteilung der Programme und Zusammenfassung ccccccccccceeeecceeees 168 Empire und E echo eros E ns eesti ened aecteasotee en ete aww 168 Wireless Insekten 169 CQUU CT GM EEIE AE ee okie AE A E A 170 EME Visual err R EE E TE EA ETE R 171 LECA aoa a a aa aaa a 172 I N re TEE N E IEEE OE T AEE A AE A A A 173 Flachendeckendes Kataster o ccsccccccccscccssccsssassccccseosscscsesseosecesessssccaccsessocccseseosse 176 D tenverfupbarkeu a u 2 eier 176 Aktualisierung au ass a 177 Anforderungen an das eingesetzte Berechnungsve rr fanren cccccccccrrrsssees 177 GeHAntekelt a nissen nissen 178 Seite 14 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 8 5 Aufwandsabsch tzung asus EI 178 3 8 6 PAI AEAEE EEE RAE EE A A 179 Danksagsune suis a 180 E teraturver zeichnen 181 Abkurzungsverzeichnis a u 222 202er 186 Verzeichnis h ufig verwendeter Symbole ssssssss00000s0ssssnnunnsssssssssceee 187 Anhang Vorgaben f r eine Messnorm ssssosssssessssssssssssssnnnnnnsssssnsnnnsne Al1 A6 1 TW CCK REE E AAEE E E EE E E E N T EE T Al 2 Geltuinssbereich ua a Al
221. nt procedure has a large influence on the measurement results Here first of all the question has to be discussed onto whether the exposure maximum or an averaged value over a volume has to be determined With sweeping method rotation method and raster method three practically tested methods are available All methods lead to the same results if performed carefully and under identical conditions Concerning time effort the raster method is most time consuming the sweeping method is the fastest one With rotation method and raster method space problems may occur The spread of the results concerning measurements by different laboratories is comparable Especially the spread of the expensive raster method is not better than for the easier sweeping method Here it must be taken into account that the raster method alone provides an averaging inside a measurement volume A thorough investigation however shows that an optimal average geometry strongly depends on exposure scenario and no general geometry can be found By reducing the number of raster points to practical values the sensitivity of the averaging result to exposure scenario and type as well as location of the averaging geometry rises Therefore the sweeping method 1s regarded to be the best suited for the present measurement problem Reproducibility of the sweeping method at successive measurements tends to be very good assuming a very carefully operation of the sweeping proced
222. nter Verwendung eines Antennenpositionierers Nachteilig in der Praxis ist jedoch dass ein Kompromiss zwischen Abtastgenauigkeit und Messaufwand gefunden werden muss Kleine Drehradien vermindern die Gefahr dass Feldst rkemaxima die innerhalb des umfassten Messzylinders liegen ubersehen werden Allerdings kann dadurch das Messvolumen so klein werden dass es nicht zum Auffinden des Immissionsmaximums in einem Innenraum ausreicht Der Drehvorgang ist dann an mehreren Orten im Raum zu wiederholen Bei gr eren Drehradien kehren sich die Verh ltnisse entsprechend um Die Einhaltung von Mindestabstanden zu W nden bzw zum Mobiliar kann dazu f hren dass entweder Mobiliar entfernt werden muss oder Raumbe reiche ausgespart werden m ssen und ggf manuell nachgemessen werden m ssen Die Automatisierung ergibt dar ber hinaus in der Praxis keine Zeitvorteile Eine Mittelung ist nur eingeschr nkt z B ber die verschiedenen H hen m glich 2 5 6 2 3 Punktrastermethode Bei der Punktrastermethode wird das Messvolumen mit der Messantenne in einem fixen Punktraster abgetastet F r die Rasterung gibt es mehrere Vorschl ge Nach BUWAL 01 k nnen z B drei Messh hen 0 75 m 1 25 m und 1 75 m jeweils mindestens 20 Rasterpunkte vermessen werden Andere Vorschl ge gehen sowohl von kleineren Punktzahlen als auch von deutlich gr eren mit komplizierteren Geometrien aus siehe unten Es ist eine dipolart ge Empfangsantenne zu verwenden und di
223. nutze machen kann Eine GSM Basisstation sendet in der Regel auf mehreren fest zugeordneten Frequenzen Jede Frequenz bildet einen physikalischen Kanal Fur jeden Sektor bzw jede Funkzelle der Basisstation gibt es einen Kanal der standig e konstant mit maximaler Leistung sendet und e bei dem alle Zeitschlitze belegt sind auch wenn kein Gespr ch ber diesen Kanal l uft Dieser sog BCCH Broadcast Control Channel Sende Kontrollkanal hat u a verschiedene Steuerungsfunktionen hinsichtlich der augenblicklichen Position der Mobilstation Local Area Code Netzwerkbetreiber Zugriffsparameter Liste der benachbarten Zellen usw Der BCCH bestimmt durch sein permanentes Vorhandensein die minimale in einer Funkzelle m gliche Immission Zus tzlich zum BCCH k nnen ein oder mehrere sog Nutz oder Gespr chskan le TCH Traffic Channel hinzukommen ber die vorwiegend nur Gespr che bertragen werden Diese zeichnen sich dadurch aus dass im Gegensatz zum BCCH e nur dann gesendet wird wenn Gespr che zu bertragen sind e in Gesprachspausen das Sendesignal ausgetastet wird sofern DTX Discontinuous Transmission aktiviert e nur in denjenigen Zeitschlitzen gesendet wird in denen ein Gespr ch l uft und e die Sendeleistung von Zeitschlitz zu Zeitschlitz unterschiedlich sein kann entsprechend der Verbindungsqualitat zwischen Handy und Basisstation intelligente Leistungsrege lung Vor allem die TCH sind daf r verantwortlic
224. nvoll Softwarepakete zu verwenden in denen diese Abstrahlcharakteristik direkt eingelesen werden kann Das Einbinden des synthetisierten Abstrahlverhaltens der zu simulierenden Antenne gilt nur f r eine Fernfeldbetrachtung vgl hierzu Formel 2 5 6 aus dem Abschnitt 2 5 4 Nahfeld Fernfeld Problematik 3 5 Simulationsparameter Im folgenden Abschnitt wird n her auf die einzelnen Eingabeparameter f r die Berechnung eingegangen Diese gliedern sich grob in zwei Bereiche Hier sind zum einen die Geodaten zu nennen die sich in die Geb udedaten und die H hendaten unterteilen Demgegen ber stehen die spezifischen Daten der Mobilfunkbasisstation wie z B Antennenart horizontale Ausrich tung Downtilt Anzahl der Kan le usw 3 5 1 Geodaten Fur die Geb udedaten werden prinzipiell die Lange die Breite und die H he ben tigt Der vollst ndige Grundriss der Geb ude ist entweder Satellitenbildern oder den Geobasisdaten des Liegenschaftskatasters zu entnehmen Beispielsweise sind in NRW ca 80 der Fl che digital erfasst Der Datenbestand insgesamt enth lt ca 3 7 Mio Hauptgeb ude und ungef hr die gleiche Anzahl an Nebengeb uden Die Geobasisdaten des Liegenschaftskatasters werden bei den Katasterbeh rden der Kreise und kreisfreien St dte gef hrt und k nnen zentral f r NRW ber das Geodatenzentrum beim Landesvermessungsamt bestellt werden Dar ber hinaus existiert ein Geb udereferenzserver der ca 3 7 Mio Geb ude mit Geb ude
225. on auf Strahlenoptik basierenden Programmen existiert wurden aus diesem Bereich drei Softwarepakete ausgewahlt Die in dieser Studie angewendeten Programme werden nach unserer Recherche am meisten verwendet Sie sind kommerziell zu erwerben und verf gen ber einen hohen Bekanntheitsgrad So wurde zum Beispiel das Programm EFC 400 n BMBF 04 und Quickplan in BAK 02 eingesetzt In der folgenden Tabelle sind die unter suchten Programme zusammengefasst Programm Verfahren Methode Hersteller EFC 400 Freiraumausbreitung mit Geaudedampfung FGEU Berlin www fgeu de EMF Visual strahlenoptisch Antennessa www antennessa com Wireless Insite strahlenoptisch Remcom www remcom com __ Empire felatheoretisch FDTD IMST www imst de www Feko co za Quickplan__ strahlenoptisch Tabelle 3 3 1 bersicht ber die verwendeten Softwarepakete F r die einzelnen Programme wurden die relevanten Informationen ber Vorraussetzungen f r die Hardware und das jeweilige Verfahren aus den Handb chern extrahiert die m folgen den beschrieben werden Alle vorgestellten Softwarepakete k nnen mit g ngigen auf Win dows basierenden Betriebssystemen betrieben werden F r Empire und Feko sind auch Installationen unter Linux m glich Dar ber hinaus wurden die Softwarepakete m Hinblick auf zu beachtende Details bei der Anwendung z B Eingabe der S mulationsparameter analysiert Die hierbei erhaltenen Unterschiede zwischen den einzelnen Programmen un
226. on worst case Situationen gew hlt Es erfolgt nicht generell eine Bestimmung aller Quellen Vorliegende Aufgabenstellung stellt eine Kombination aller vier Kategorien dar Laut Aufga benstellung muss das Messverfahren zwingend zur berpr fung der Grenzwerte geeignet sein Kategorie 1 Dies impliziert nach den gesetzlichen Bestimmungen der 26 BImSchV 26 BImSchV automatisch eine Betrachtung des maximalen Betriebszustandes der Mobilfunk Sendeanlage Seite 19 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Allerdings soll das Verfahren nicht nur eine Aussage Grenzwert berschritten oder Grenz wert eingehalten treffen sondern muss auch n der Lage sein d e Immissionen m Umfeld der Anlage Sicherheitsabstand bis etwa 200 m an beliebigen Orten zuverl ssig zu bestim men Kategorie 2 3 und 4 Eine Motivation f r das vorliegende Forschungsprojekt stellt sicherlich auch eine Erweite rung der Wissensbasis ber die Gr e Verteilung und Erfassbarkeit der elektromagnetischen Immissionen dar die letztlich auch einer Risikokommunikation und bewertung dient Kate gorie und 4 Allerdings soll auch hier 1m Gegensatz zu Messungen fur epidemiologische Fragestellungen primar der Grenzwert berpr fungsaspekt m Vordergrund stehen vergleiche hierzu auch die Ausf hrungen in Abschnitt 4 4 des 2 Zwischenberichtes zu diesem For schungsprojekt BOR 04 2 2 Ergebnisse der Analyse der Imm
227. or Ort sondern auch weiter entfernte Anlagen Eine Unterscheidung der Beitrage unterschiedlicher Anlagen wird nur durch eine Frequenzselektivitat der Messung gegeben sein Grenzwert berpr fung Das Verfahren muss in der Lage sein verl ssliche Messwerte zu liefern die direkt mit den normativen Grenzwerten verglichen werden konnen Hierzu sind insbesondere die in der 26 BImSchV festgelegten Bedingungen bez glich Erfassung G ltigkeit und Interpretation der Grenzwerte zu beachten Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung Das Verfahren muss es erm glichen vom gemessenen Momentanwert der Immission auf den Wert bei maximaler Anlagenaus lastung extrapolieren zu k nnen Laut der f r Deutschland relevanten Grenzwerte die n der 26 BImSchV niedergelegt sind sind die Immissionen bei h chster betrieblicher An lagenauslastung zu betrachten Praktikabilit t Das Messverfahren muss praktikabel und n cht nur f r den Einsatz unter Laborbedingungen geeignet sein Besonders ber cksichtigt werden muss der Umstand dass die relevanten Messpunkte sich zum berwiegenden Teil innerhalb von Wohnungen und nicht nur m Freien befinden Bez glich der Praktikabilitat m ssen auch Aufwandsbe trachtungen ber cksichtigt werden Eine Messung die an einem Messort mehrere Stunden in Anspruch n mmt kann nicht mehr als praktikabel bezeichnet werden Die Bezahlbar keit der Messung ist ebenso Voraussetzung wie eine m glichst geringe zeitlic
228. ora o o Empf nger Faktorb do o Empf nger Kabel Absolutkalibrierung Jooo oo oo Kabel Interpolation o d Antenne Absolutkalibrierung Interpolation o o o Fehlanpassung Antenne Empf nger Kabel Antennentyp Umgebung ME Probennahme Reproduzierbarkeit Tabelle 6 1 Aufstellung des Messunsicherheitsbudgets e Endergebnis Das Ergebnis der Messung st kurz und pr gnant darzulegen
229. ormvorgabeaspekten die M g lichkeiten und Grenzen von Mittelungstechniken diskutiert werden Wie bereits in BOR 04 ausgef hrt sind zu dieser Thematik z B in LEH 03 NEU 03 umfangreiche Untersuchungen durchgef hrt worden d e folgende Fragen kl ren sollten e Ist das Mittelungsergebnis f r ein festes Expositionsszenario von der Mittelungsgeometrie abh ngig Wie gro ist die Spanne zwischen gr tem und kleinstem erfassten Wert inner halb einer Geometrie Seite 63 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e Was ist die optimale Anzahl der Punkte innerhalb einer Mittelungsgeometrie Hierbei wurden auch Geometrien untersucht die deutlich feiner gerastert waren als die in Bild 2 5 14 dargestellten e Welche Mittelungsgeometrie ergibt die geringste Abweichung des ermittelten Mittelwer tes vom wahren Mittelwert eines Bewertungsvolumens Hier wurden gr ere Raumbe reiche fein abgetastet und verschiedene Mittelungsgeometrien durch diese Punktwolke hindurchgeschoben Dabei wurde auch erfasst wie gro die Schwankungsbreite ein und derselben Mittelungsgeometrie an verschiedenen Positionen innerhalb der Punktwolke sind Neben den in Bild 2 5 14 dargestellten Geometrien kamen auch andere Geometrien z B horizontale und vertikale Linien Ebenen und W rfel zum Einsatz Bei diesen Untersuchungen wurde festgestellt dass f r ein und dasselbe Messvolumen die Mittelwerte sehr stark
230. ptotischen Verfahren f r hohe Frequenzen wie die Physikalische Optik PO und die allgemeine Beugungstheorie UTD machen FEKO zu einem Hybridpro gramm FEK 04 Als Vorraussetzungen werden vom Hersteller folgende Parameter angege ben e Prozessor Intel oder AMD e Arbeitsspeicher ist von der Anzahl der zu l senden Gleichungen und damit vom Problem abh ngig e Grafik GUI nur f r Windows verf gbar e Betriebssystem Microsoft Windows Linux e Kosten f r eine Einzellizenz 17 000 3 4 Detailbetrachtung der Mobilfunkantennen In diesem Kap tel werden die Antennen der Mobilfunkbasisstationen detailliert analysiert Sie sind das Element durch das die Verteilung der Immission seitens der Basisstation bestimmt wird Um Fehler in der Simulation direkt an diesem Punkt schon vermeiden zu k nnen ist es Seite 94 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren daher wichtig die genaue Abstrahlcharakteristik und ihre Einflussfaktoren zu kennen Auf dieser Grundlage ist es auch m glich Vereinfachungen bez glich einer Berechnung zu finden Daher wird die Abh ngigkeit der Abstrahlcharakteristik von folgenden Einflussfaktoren untersucht Elektrischer Downtilt Frequenzabhangigkeit Montageumgebung Die Abstrahlcharakteristiken von einer Vielzahl von verwendeten Antennen werden von den Antennenherstellern zur Verf gung gestellt Diese beinhalten jedoch nicht das dreidimensio nale A
231. quenz Frequenzspan im Verh ltnis zur Aufl sungsbandbreite besteht die Gefahr einer inkorrekten Frequenzangabe der gemessenen Immission Grund hierf r ist dass die Messwertanzeige und ausgabe bei Spektrumanalysatoren durch die Pixelaufl sung der LCD Bildschirme begrenzt ist blich s nd Ger te mit 401 oder 801 Pixeln f r die Frequenzachse bei modernen Ger ten k nnen weitaus mehr Pixel vorhanden sein Eine inkorrekte Frequenzangabe f hrt zwar nicht zu einer Unterbewertung der gemessenen Immissionen kann aber die Zuordnung von Immissionen zu ihren Quellen oder eine Kanalzuordnung speziell f r GSM Mobilfunkimmissionen erschwe ren Als grober Richtwert f r den Frequenzspan sollte folgende Einstellung gew hlt werden Frequenzspan lt RBW Anzahl der P xel der Frequenzachse 2 5 8 Seite 48 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren blicherweise sind die Funktionen Wahl des Frequenzspans wie auch die Wahl von Aufl sungsbandbreite Videobandbreite und Sweep Time automatisch gekoppelt Auto Couple Zumindest bei der Wahl der oben beschriebenen Einstellungen f r die Auflosungsbandbreite muss diese Funktion jedoch deaktiviert werden so dass hier auch f r den Span eine m gliche Fehlerquelle besteht Die Start und Stopfrequenzen sind entsprechend den Downlink Frequenzen der Basisstations antennen zu wahlen d h sie umfassen vollstandig den Frequenzbereich der laut Frequenz zuw
232. r So wendet die RegTP f r die Bestimmung des Sicherheitsabstandes unterschiedliche Berechnun gen an wenn z B drei Antennen auf einem Mast oder ber eine Dachfl che verteilt montiert sind In diesem Zusammenhang ist eine Angabe der Betreiber z B aus den Standortantr gen genauer Es werden aber noch weitere Parameter f r eine Simulation ben tigt In diesem Fall ist die Mithilfe der Betreiber unumg nglich Da die Mobilfunkbetreiber nicht generell den gesamten Winkelbereich f r den elektrischen Downtilt der Antenne beantragen wird f r die Synthese der Abstrahlcharakteristik aus vorherigem Abschnitt diese Information von den Netzbetreiber ben tigt Ferner k nnen diese Auskunft ber die Antennenart die Anzahl der Kan le die genaue Betriebsfrequenz die Sendeleistung der Verst rker und die Kabelverluste geben so dass keine Berechnung aus den Daten der Standortbescheinigung vorzunehmen ist 3 6 Anwendung der Softwarepakete auf reale Konfigurationen Im folgenden Abschnitt werden die Programme auf reale Szenarien angewendet In diesem Zusammenhang werden Erfahrungen im Umgang mit den Softwarepaketen gesammelt erforderliche Rechenleistung Grenzwert berpr fung Anwendungsbereich usw auf die sp ter detailliert eingegangen wird Dar ber hinaus werden die simulierten Ergebnisse mit Messergebnissen aus denselben Szenarien verglichen Es werden die drei strahlenoptischen Softwarepakete EMF Visual Wireless Insite und Quickplan sowie
233. r Exposition im Raum sowie durch die Hochrechnung auf den maximalen Anlagenzustand worst case Szenarien angesetzt die eine durchschnittliche raum und zeitgemittelte Exposition 1m menschlichen K rper weit bersch tzen Seite 83 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 2 5 8 10 Ergebnis Das Endergebnis der Messung d h eine Aussage bez glich der auf maximale Anlagenauslas tung hochgerechneten Messwerte und hre Relation zu den Grenzwerten ist kurz und pr g nant darzustellen 2 6 Katasterans tze Im Zusammenhang mit den Immissionen durch Mobilfunk Bas sstationen werden oftmals berlegungen bez glich einer messtechnischen Realisierung eines fl chendeckenden Katas ters ge u ert Hier soll vergleichbar z B mit dem bestehenden Netz von Monitoren zur berwachung der Luftreinheit ein vergleichbares Netz von Messstellen errichtet werden die ber eine Zentralstelle miteinander verbunden sind und ihre Ergebnisse f r jedermann transparent z B im Internet zur Verf gung stellen Vor allem folgende Faktoren s nd es d e ein solches Monitoring attrakt v machen e Im Gegensatz zu den zeitdiskreten Werten einer Momentanmessung oder einer Ma ximalangabe lebt die Immissionslinie d h der zeitliche Verlauf der aufgenommenen Immissionen Auslastungsabh ngige Schwankungen schlagen s ch direkt auf den Verlauf der Immissionslinie nieder und sind sichtbar e Singular
234. r Mobilfunkantenne und daraus resultierend auch der Hauptkeule durch eine schr ge Montage gemeint Auf der anderen Seite gibt es den elektrischen Downtilt Hierbei wird die Abw rtsneigung der Hauptkeule durch die elektrische Ansteuerung erzielt Motivation f r diese Untersuchung ist ob es f r eine Berechnung als Vereinfachung sinnvoll ist generell alle vorhandenen Downtilts als mechanisch anzusehen Auf diese Weise k nnte die Abstrahlcharakteristik f r einen elektrischen Downtilt von 0 einmal in das Programm eingebunden und f r den jeweiligen Anwendungsfall einfach mechanisch gedreht werden Seite 95 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren In den folgenden zwei Bildern sind nur Veranschaulichung der vertikale und der horizontale Schnitt einer typischen Abstrahlcharakteristik zu sehen Der griine Kasten symbolisiert hierbei die Orientierung der Basisstationsantenne Bild 3 4 1 Bild 3 4 2 Sn eee 150 140 30 20 10 BO perepere ec A A te KA as r E My sol x w Pi XK ot ct Vertikaler Schnitt der dreidimensionalen Abstrahlcharakteristik der Antenne K 735 147 Elevationsdiagramm 180 90 Horizontaler Schnitt der dreidimensionalen Abstrahlcharakteristik der Antenne K 735 147 Azimutdiagramm Seite 96 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Um die Abhangigkeit vom elektrischen Downtilt na
235. rch unterschiedliche Messinstitutionen nicht zu weit differieren da sonst das Vertrauen in die Korrektheit der ermittelten Werte nicht mehr gegeben ist 11 Dokumentation Die Dokumentation der Ergebnisse hat so zu erfolgen dass eine Nach vollziehbarkeit der Messungen f r Fachpersonal gew hrleistet ist 12 Qualifizierung des Messpersonals W nschenswert w re es ein Messverfahren derart zu finden das nicht nur durch hochqualifiziertes Fachpersonal 1m Bereich Hochfrequenz messtechnik sondern auch durch Kontroll und berwachungsorgane z B Umweltbe h rden Strahlenschutzbeh rden usw durchf hrbar ist Allerdings ist hierbei aufgrund der sehr komplexen und nicht trivialen Problemstellung der Hochfrequenzmesstechnik mit Einschr nkungen zu rechnen 2 4 Vorgaben der 26 BImSchV Laut Aufgabenstellung soll das Messverfahren zur berpr fung der Grenzwerte geeignet sein Das bedeutet dass insbesondere die in der relevanten Personenschutznorm festgelegten Bedingungen bez glich Erfassung G ltigkeit und Interpretation der Grenzwerte zu beachten sind Die f r Deutschland relevanten Grenzwerte sind in der 26 Verordnung zur Durchf hrung des Bundes Immissionsschutzgesetzes Verordnung ber elektromagnetische Felder 26 BImSchV vom 16 Dezember 1996 26 BImSchV festgelegt Die 26 BImSchV ist auf Mobilfunk Basisstationen voll anwendbar Im folgenden sind diejenigen Anforderungen aus der 26 BImSchV sowie aus den LAI Hinwe
236. rde die Anzahl der Quader reduziert Die folgenden Simulationsergebnisse beziehen sich auf eine maximale Anzahl von 15 Geb uden die 1m Umkreis der zu untersuchenden Vergleichsgebiete lagen Hierdurch konnte die Re chenzeit auf ca 1 Stunde reduziert werden Aus diesem Grund wurden fur beide Vergleichs gebiete separate Simulationen durchgef hrt In Bild 3 6 24 bzw Bild 3 6 25 sind die Resultate dieser Berechnungen zu sehen 140 00 136 53 m me _ Br ee im Bild 3 6 24 Simulationsergebnis f r das Programm EMF Visual Vergleichsgebiet 1 nLoS Seite 134 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren TUrTTITE a TI Fs wn me i Tn a ton d bed tad Dede A Bild 3 6 25 S mulationsergebnis f r das Programm EMF Visual Vergleichsgebiet 2 LoS Die Berechnungsergebnisse von Wireless Insite sind in Bild 3 6 26 zu sehen Im Vergleichs gebiet 1 wurde ein Empfangspunkt ausgew hlt dessen unterschiedliche Empfangspfade zu sehen s nd Die Grenzen des Farbschemas entsprechen ebenfalls 140 bzw 50 dBuV Bild 3 6 26 S mulationsergebnis f r das Programm Wireless Insite Abschlie end zu dem hier betrachteten Basisstationsstandort sind in den n chsten beiden Bildern die Simulationsergebnisse dargestellt die mit der Software Quickplan berechnet wurden Seite 135 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Fid dBuv m
237. rdoberfl che durch eine in einem regelm igen Gitter angeordnete in Lage und H he georeferenzierte Punktmenge die durch Strukturelemente z B Gel ndekanten Gerippelinien markante Gel ndepunkte erg nzt werden kann Die Gitterweite betr gt bei diesem Modell hoher Aufl sung 10 m bis 20 m Die H hengenauigkeit liegt gel ndetypabh ngig bei 0 5 m bis 1 m Der Preis f r Daten aus dem digitalen Gel ndemodell 5 bel uft sich pro Quadratkilometer auf 30 3 5 2 Standortparameter der Mobilfunksendeanlage Die f r die Simulation notwendigen Parameter der Mobilfunksendeanlage sind begrenzt der Standortbescheinigung StOB zu entnehmen In Bild 3 5 1 ist eine typische StOB zu sehen y ii ii tins A ae a Seat at uller ngaseh rge f r Tgiekommuntantion und Post Anlage zur Standortbescheinigung Standortbescheinigungsnummer Ausstellungsdatum Am Senderstandart Strefe Gemerkung Haus Hr Flur Fiarst ck PLZ Ort Bereich Gesamtstandort wurden folgende Funkanlagen hinsichtlich der Einhaltung der Grenzwerte nach 3 BEMFYV betrachtet und entsprechende systembezogene Sicherheitsabst nde festgelegt Neu Installierte Funkanlagen Hawpistran 7 j vertikaler h Sicharhellsab h 5 fd Funkanlage Sendeantennen ee richtung saa TBR Sicherheits Nr keninzeichnung In Matar HSER in histir abstand inGrad In Meter 7 MTS csm 27 2 Bild 3 5 1 Standortparameter in der Standortbesc
238. reich Videobandbreite und Sweep Time m ssen korrekt auf das zu analysierende Mobilfunksignal eingestellt werden da sonst signifikante Fehlbewertungen der Immission m glich sind Leider sind die Defaulteinstellungen der Messger te f r vorliegende Aufgabenstellung nicht durchg ngig anwendbar Deswegen werden die wichtigsten Grundeinstellungen definiert und in einer Tabelle zusammengefasst Neben der Einstellung der Messparameter hat vor allem die Messdurchf hrung einen gro en Einfluss auf das Messergebnis Hier ist vor allem zu diskutieren ob an einem Messort das Maximum der Immission oder der Mittelwert in einem Messvolumen ermittelt werden soll Mit der Schwenkmethode der Drehmethode und der Punktrastermethode stehen drei praxis erprobte taugliche Methodiken zur Verf gung Alle drei Verfahren liefern unter gleichen Randbedingungen bei sorgf ltiger Durchf hrung dentische Ergebnisse Bez glich des zeitlichen Aufwandes ist die Punktrastermethode am aufw ndigsten und die Schwenkmethode am schnellsten Bei Punktrastermethode und Drehmethode k nnen sich je nach Messort Platzprobleme ergeben Die Streuung der Ergebnisse der dre1 Methoden bei Messung durch unterschiedliche Labore ist vergleichbar Insbesondere ist die Streuung der relativ aufwandi gen Drehmethode und Punktrastermethode nicht besser als bei der einfacher durchzuf hren den Schwenkmethode Allerdings ist die Punktrastermethode die einzige die eine Mittelung innerhalb eines
239. reich vgl hierzu Bild 3 4 18 Abstrahlkonfiguration Be 0 Grad N Maximum mit Auffullung 4 ae 27 a Bild 3 4 18 Synthese einer neuen Abstrahlcharakteristik zur Kompensation der oben beschriebenen Einflussfaktoren Seite 109 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Ferner ist an dieser Stelle folgendes zur Integration der Basisstationsantennen n feldtheoreti schen bzw Hybrid Softwarepaketen festzuhalten Fur eine Simulation ist es erforderlich den genauen Antennenaufbau zu kennen Hierzu geh ren die Lage Gr e Abst nde usw der einzelnen Dipole zueinander und deren genaue Speisung um die elektrischen Downtilts nachbilden zu k nnen Generell st es nat rlich m glich eine Bas sstationsantenne genau zu simulieren Hierbei wird aber nur ein bestimmter Betriebszustand wieder gespiegelt Dar ber hinaus st an dieser Stelle der erhebliche Aufwand der Datenbeschaffung es existieren weit ber 100 Mobilfunksendeantennen allein von der Firma Kathrein und der damit verbundenen Modellierung zu beachten Ein Import einer synthetisierten Abstrahlcharakteristik nach dem oben beschriebenen Verfahren H llkurve und damit die M glichkeit mehrere variierende Betriebszust nde einer Basisstation mit nur einer Berechnung in einem feldtheoretischen bzw hybriden Softwarepaket simulieren zu k nnen ist aber nicht m glich Hierf r ist es sin
240. rende Programme liefern insgesamt bessere Ergebnisse Hierbei st aber zu beachten dass die tats chliche Immission unter Seite 174 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Umst nden auch untersch tzt werden kann Ein Ma fur die Fehlbewertung ist sicherlich auch abh ngig von den eingesetzten Materialparametern f r Geb ude So hat z B die Berechnung f r das Szenario 6 siehe Abschnitt 3 6 6 gezeigt dass die Annahme von einfachem Fenster glas eine deutliche rechentechnische bersch tzung zur Folge hatte F r eine genaue Simula tion m ssen demnach nicht nur detaillierte Geb udeangaben sondern auch die verwendeten Materialien vorliegen Hierbei ist aber auch zu beachten dass n den einzelnen untersuchten Programmen selbst bei denselben Baustoffen Unterschiede in den Materialparametern auftre ten siehe Abschnitt 3 6 1 4 Im Sinne einer Worst Case Absch tzung sollte demzufolge mit Freiraumausbreitung inklusive eines Zuschlages von 3 dB gerechnet werden was gegen ber den strahlenoptischen feldtheo retischen und den Programmen die die Geb uded mpfung ber cksichtigen den Vorteil einer wesentlich einfacheren Modellierung bietet Dar ber hinaus ist in diesem Zusammenhang festzuhalten dass eine Integration des syntheti sierten Antennendiagramms in EMF Visual nicht m glich ist so dass hier jeweils nur ein m glicher Betriebszustand der Mobilfunksendeanlage simuliert werden kann
241. results are clear and easily understood for the customer For experts all technical and administrative information has to be provided that the measurements the raw results and the post processing is comprehensible A uncertainty budget has to be estab lished which takes into account equipment based an method based uncertainties It 1s argued that the uncertainty is NOT added to the measurement results All results of the here presented investigations are summarised in a proposal for a cellular base station specific measurement standard Calculation methods for the determination of the public exposure due to electromagnetic fields in the vicinity of cellular base stations can roughly be divided into field theoretical ray optical free space based propagation and hybrid methods As such software packages contain often more than 10 men years of development work only commercial software was used for this study concluding all above defined groups The cellular radio antenna 1s that element from the point of a base stations that determines the distribution of the nuisance In this context the downtilt angle influences the radiation pattern in direction of the main loop and the side loops rapidly It has to be stressed out that the downtilt angle represents no fixed but n the context of network optimisation mutable parame ter more and more remote controlled As a simulation should result in a long lasting predic tion and not represent a snap sho
242. rte fur den Basisstationsstandort Hombergerstra Be 162 Moers im Vergleichsgebiet 1 LoS Analog zu der obigen Darstellung sind in Bild 3 6 39 die Ergebnisse f r das Vergleichsgebiet 2 zu sehen Hier herrschte keine direkte Sicht zur sendenden Antenne Auch hier ist erkenn bar dass die Programme die auf Freiraumausbreitung beruhen den gemessenen Immissions wert deutlich uberschatzen 140 130 120 110 Elektrische Feldstaerke dB uV m Messung EFC 400EMF Visual Insite Quickplan Fieldview Bild 3 6 39 Vergleich der Simulations bzw Messwerte f r den Basisstationsstandort Homberger Stra Be 162 Moers im Vergleichsgebiet 2 nLoS Seite 144 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 6 5 Basisstationsstandort Hochstra e 57 47798 Krefeld Die folgende betrachtete Basisstation befindet sich in der HochstraBe 57 in Krefeld Die Mobilfunksendeantenne ist an einem Mast auf dem h chsten Geb ude in der n heren Umge bung angebracht Im Unterschied zu den vorher betrachteten Szenarien befindet sich dieses im Innenstadtbereich Hier sind die Geb udeh hen insgesamt gr er und die Bebauung ist sehr dicht Das Satellitenbild und die Basisstation in Seitenansicht sind in Bild 3 6 40 zu sehen Das Vergleichsgebiet liegt bei dieser Simulation auf einem Platz der von H usern hnlicher H he umgeben ist Bild 3 6 40 Mobilfunksendeanlage Hochstra e 57 47798 Kref
243. rteilung zuverl ssig das Immissionsmaximum zu finden und dar ber hinaus eine Extrapolation der gemessenen Augenblickswerte auf max male Anlagen auslastung zu erm glichen Schon hier wird deutlich dass die Messwertaufnahme lediglich an einem ortsfesten Messpunkt mit einem nicht mehr tolerierbaren Fehler behaftet sein kann und als Messverfahren zumindest f r vorliegende Aufgabenstellung ausscheidet Die Eignung f r andere Messaufgaben z B im Rahmen von kontinuierlichen Immissionsmonitorings oder bei Personendosimetern bleibt davon unber hrt dies soll jedoch nicht primarer Untersuchungs gegenstand vorliegenden Projektes sein Dar ber hinaus muss das Messverfahren hohen Anforderungen bez glich Empfindlichkeit Separierung unterschiedlicher Anlagen als Voraussetzung f r eine exakte Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung Praktikabilitat Genauigkeit und Reproduzierbarkeit gen gen Immissionsmessungen sind prinzipiell mit breitbandigen und frequenzselektiven Messger ten m glich Breitbandsonden haben Einschr nkungen n Bezug auf Frequenzselektivit t und Empfindlichkeit sind aber aufgrund ihrer Handlichkeit sehr gut dazu geeignet Orte mit maximaler Immission im Umfeld der Anlage vorzuselektieren Die Feinmessung erfolgt mit frequenzselektiven Spektrumanalysatoren bzw Messempf ngern sowie entsprechend geeigneten Empfangsantennen Als Antennen k nnen mit logarithmisch periodischen Antennen einerseits sowie bikonischen Antennen
244. rties Read only Short desenptior erse Neradtans Forest Inl eal ij Theta jan nnan ripi Pemma Data hipe Tree parameters unbe Frequency Dependent leat pare 0 0500 Danch conduchway 0 3300 Leaf thickness in Tha Branch static ponnitiraty a0 0000 Leaf dert Pan nnnn Leal conducts 10 2900 Leaf ande 1 0 0000 Leaf static permitted 26 0000 Lest ange 180 0000 U branch radus 10 0130 eroon one e202 penta a Effective permiktiviiy V 0276 i anos en gt e T Effective pemn ttnvity HI 1 0773 i 0 0097 nn ine sr Attenuation V dB mf 0 8350 T an F fo Attenuati 1 BA E Biali ange 2 S0 0000 ESS ER SS ee u Hecalculate Coo u ned Cancel Anp Bild 3 6 10 Biophysikalische Eigenschaften der Vegetation in Wireless Insite ab Version 2 0 In den folgenden Berechnungen wird bei EFC 400 ein globaler D mpfungsfaktor von 3 dB f r die Geb ude verwendet Dieser ist in der Software voreingestellt Dar ber hinaus ent spricht er in etwa dem Steinmaterial bei EMF Visual und kommt im Vergleich mit den anderen Baumaterialien am ehesten der Forderung einer Worst Case Berechnung nach wonach die Immission nicht untersch tzt werden darf 3 6 1 5 Basisstationsparameter Es k nnen mit den im folgenden untersuchten Softwarepaketen Szenarien behandelt werden bei denen mehrere Antennen an einem Standort konzentriert sind Ein wichtiger Basisstati onsparameter ist hierbei die Abstrahlcharakteristik der verw
245. s Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Dar ber hinaus bezieht sich wie oben bereits angesprochen die Montagehohe auf die Anten nenunterkante Hier muss je nach Simulationsprogramm noch die Antennenh he variiert werden Zusammenfassend kann an dieser Stelle festgehalten werden dass sich durch die Art und Weise der Modellierung sowohl der dreidimensionalen Simulationsumgebung als auch be den Antennenabstrahldiagrammen Unterschiede zwischen den einzelnen Programmen erge ben und daher damit zu rechnen ist dass diese sich auch in differierenden Berechnungsergeb nissen niederschlagen 3 6 1 6 Darstellung der Simulationsergebnisse Der folgende Abschnitt beschaftigt sich mit der Darstellung der Simulationsergebnisse in den einzelnen Simulationsprogrammen Hier wird nur ein kurzer Uberblick tiber die Unterschiede zwischen den einzelnen Softwarepaketen gegeben Im Detail werden die verschiedenen Aspekte in den nachsten Abschnitten beschrieben In den Messungen wurde als Einheit f r die Immission die elektrische Feldstarke n der Einheit dBuV m gew hlt F r einen direkten Vergleich der Berechnungsergebnisse sowohl zu den Messungen als auch der Softwarepakete untereinander w re es w nschenswert diese auch in dBuV m zu erhalten Die Software EFC 400 ermoglicht die Ergebnisdarstellung als elektrische bzw magnetische Feldstarke als Leistungsflussdichte sowie als Prozent der Grenzwerte die in
246. s ber cksichtigt werden dass durch die Netz betreiber n regelm igen Abst nden sog Frequenzplanwechsel vorgenommen werden Dies bedeutet dass aus versorgungstechnischen Gr nden die Frequenzbelegung der Kan le von Zeit zu Zeit wechselt Insofern muss das Einholen der Betreiberinformation immer unter Nennung des konkreten Messdatums erfolgen Die detaillierten Frequenzinformationen s nd nicht n der Standortbescheinigung der RegTP enthalten Seite 70 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Mit der Kenntnis der Frequenzen der BCCH und TCH ist eine Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung folgerichtig durchfuhrbar Setzt man voraus dass die TCH mit maximal derselben Leistung wie die BCCH gesendet werden kann am Messpunkt die Immission jedes einzelnen TCH theoretisch maximal so groB wie die durch den BCCH werden Somit wird zur Ermittlung der maximal moglichen Leistungsflussdichte fur jeden Sektor e die durch den BCCH erzeugte Leistungsflussdichte identifiziert und mit der Anzahl der m glichen Kan le BCCH TCH multipliziert e im Spektrum die Immissionen durch die TCH herausgestrichen Dieses Vorgehen ergibt die maximal m gliche Leistungsflussdichte 1m betrachteten Sektor Mit den anderen Sektoren der Anlage ist gleicherma en zu verfahren Die maximale Gesamt leistungsflussdichte durch die komplette Anlage ergibt sich durch Summierung der maxima len Leistungsflussdichten der ein
247. s den zugeh rigen Samples die Leistung Das Ergebnis entspricht der Signalleistung innerhalb des durch das Pixel dargestellten Frequenzbereichs Mit dem Bezugswiderstand des Analysator ergibt sich der zeitliche Effektivwert der Signal Eingangsspannung Fur detaillierte Informationen sei auf RAU 00 verwiesen Laut Vorgaben der 26 BImSchV stellen die Grenzwerte zeitliche Effektivwerte dar Des wegen w re prinzipiell ein Effektivwert bzw RMS Detektor am Spektrumsanalysator zu w hlen Dieser Detektortyp findet sich allerdings wie oben beschrieben vorrangig in Ger ten der neuen Generation Die Messung der Immissionen von GSM Bas sstationen basiert w e weiter unten noch ausf hrlich erl utert wird auf einer Vermessung der Immissionen durch die BCCH Kan le mit anschlie ender Hochrechnung auf den maximalen Anlagenzustand Das BCCH Signal weist wie Bild 2 5 11 darstellt keine Leistungsregelung auf und ist von vergleichsweise kurzen Einbrichen zwischen den Zeitschlitzen abgesehen zeitlich konstant Insofern wird Seite 47 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren hier ein in der Regel auf den Effektivwert eines Sinussignals geeichter Max Peak Detektor nahezu die selben Werte anzeigen wie ein RMS Detektor Eigene berpr fung an realen GSM Signalen ergaben dass korrekte Einstellungen vorausgesetzt die Abweichungen zwischen beiden Detektorentypen bei einem GSM BCCH Signal unter 0 5 dB li
248. s die Simulationsergebnisse die empfangenen Leistun gen der einzelnen Receiverantennen sind Es ist demnach au erhalb des Programms eine Umrechnung nach Formel 3 6 1 und 3 6 2 n tig um die quivalente elektrische Feldst rke zu erhalten Eine direkte Grenzwertuberprufung ist also nicht m glich Die Receiverantennen k nnen zum Beispiel als ein zweidimensionales Gitter oder auf einer Strecke verteilt werden Die H he ber Grund und der Abstand der Antennen auf der Strecke oder auf dem Gitter k nnen separat angegeben werden Hierdurch ist eine schnelle Verteilung von einer gro en Anzahl von Receiverantennen m glich Indem dieses Gitter oder die Strecke auf ein bestimmtes Areal begrenzt werden ist auch die Ermittlung der maximalen Feldst rke in diesem Gebiet m glich Um ein fl chendeckendes dreidimensionales Bild einer Immissi onslage zu berechnen m ssen im gesamten Simulationsraum Receiverantennen verteilt werden Je nach Abstand dieser Antennen und Dimension des Berechnungsraumes ist mit einer gro en Anzahl von Receiverantennen und damit auch mit einem gro en Rechenaufwand zu rechnen f r 1000 Receiverantennen im Innenstadtbereich ist eine Rechenzeit von ca 2 Stunde notig H erf r erscheint es sinnvoll zuerst eine grobe Berechnung mit einem gro en Abstand der Receiverantennen zu w hlen um Bereiche mit einer hohen Immission zu bestimmen Daran anschlie end k nnen diese ermittelten Bereiche mit einer h heren Genau igkeit
249. s200m o o Anwendungsbereieh S fLindicneGebiete o o o l o o e fg fg ig Inhaus Systematische Fehler vom Programm Keine Beugungs Streueffekte Fernfelddiagramm a von Nur Modellierung von H usern mit Herstellerdaten recheckigem Grundriss Nur EIN Betriebszustand simulierbar siehe Abschnitt 3 4 Bedienungsfreundlichkeit Grunds tzliche Kenntnisse notwendig Grunds tzliche Kenntnisse notwendig Grunds tzliche Kenntnisse notwendig Grunds tzliche Kenntnisse notwendig auch f r erdbezogene Koordinatensyste me Eingabedaten o o S S S O H nendten S o S o o O Geb uden S o S o y e O Antennendiagramm Import MSI Format niee Er SE e o a o a O a Erforderliche Rechenleistung und B ro PC B ro PC B ro PC B ro PC Speicherbedarf Rechenzeit abh ngig von Aufl sung Rechenzeit stark abh ngig von Anzahl Rechenzeit abh ngig von der Anzahl der Rechenzeit bei Oberfl chenberechnung bei simulierten Szenarien bei 0 2m der H user bei simulierten Szenarien bis Empfangsantennen bei simulierten haupts chlich abh ngig von der Fl che bei Aufl sung maximal 1 Stunde zu 8 Tagen Szenarien maximal 1 Stunde simulierten Szenarien maximal 10 min bei Testpoint Berechnung abh ngig von der Anzahl wenige Minuten f r 20 Testpunkte Minimal m gliche Aufl sung Tabelle 3 7 3 berblick ber die in der Studie betrachteten Softwarepakete Seite 176 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung
250. saufkommen vorhanden ist e Aktuelle Immission Hier erfolgt eine Hochrechnung der Immissionen auf den aktuellen Ausbauzustand der Anlage e Maximale Immission Die Hochrechnung erfolgt auf Basis der bei der RegTP maximal beantragten Anlagenkonfiguration F r den Vergleich mit den Grenzwerten ist allein die maximale Immission entscheidend 2 3 8 8 Grenzwerte und Vergleich zu den Messwerten Sofern ein Grenzwertvergleich Gegenstand des Messprojektes ist sind die zur Beurteilung der Messergebnisse angesetzten Grenzwerte darzustellen und ggf zu erl utern Anschlie end sind die Messwerte mit den Grenzwerten zu vergleichen Die Messergebnisse sind dabei sowohl absolut als auch n Relation zu den Grenzwerten anzugeben z B als Ma der Grenzwertunterschreitung oder als Grad der Grenzwertausschopfung 2 5 8 9 Messunsicherheit Jedes Messergebnis ist mit einer Messunsicherheit behaftet Diese Messunsicherheit muss durch das Messlabor bestimmt werden und ist m Pr fbericht anzugeben Die gesamte Messunsicherheit setzt sich aus zwei Beitr gen zusammen Seite 78 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e Messunsicherheit der Messeinrichtung Hier werden alle instrumentbedingten Unsicher heiten zusammengefasst also z B Messunsicherheiten des Messgerates und von Zulei tungskabeln bzw Antennen e Methodenbedingte Unsicherheit Diese umfasst die Unsicherheit der
251. sbeh rde f r Telekommunikation und Post Reg TP MV 09 EMF 3 Messvorschrift f r bundesweite EMVU Messreihen der vorhan denen Umgebungsfeldst rken Ausgabe Februar 2003 RegTP Bonn 28 02 2003 Radio Network Analyzer R amp S TSMU Data sheet Ver 03 00 May 2004 in Verbindung mit Software RFEX www rohde schwarz com Portables System f r EMVU Messungen R amp S TS EMF Datenblatt Ausgabe 0203 www rohde schwarz com H Ryser Vergleichsmessung an Mobilfunk Basisstationen METAS Bericht 2002 256 472 Bern Wabern 2002 Die auszugsweise Darstel lung von einzelnen Messergebnissen und Grafiken in vorliegendem Bericht erfolgt mit ausdr cklicher Genehmigung des Verfassers Software D Sat5 T M Sch ller Stellungnahme auf den gemeinsamen Fragenkatalog zur ffentlichen Anh rung Mobilfunk Deutscher Bundestag Ausschuss f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit Berlin 02 07 2001 SICTA Ermittlung der Immissionen und berpr fung der NISV Grenzwerte bei Mobilfunknetzen Vorschlag der 4 Mobilfunkbetreiber zum BUWAL Entwurf vom 20 M rz 2001 Schweiz Bern 2001 Internetseite der Software Wireless Insite www remcom com M Wuschek Feldst rkemessungen in der Umgebung von GSM Mobilfunkbasisstationen EMV 2002 10 Fachmesse und Kongress f r Elektromagnetische Vertr glichkeit VDE Verlag Berlin Offenbach S 683 692 2002 M Wuschek Ergebnisbericht ber die Messungen elektromagnetischer Felder in
252. schen den ausgegebenen Werten des Messgerates z B 6 8 zu einer durch ein Be zugsnormal dargestellten Gr e z B 1 V m e bei Empfangsantennen Bestimmung von frequenzabh ngigen Gewinn bzw Antennen faktoren e bei Zuleitungskabeln Bestimmung der frequenzabh ngigen Dampfungsfaktoren Das Kalibrierintervall richtet sich nach der Art und Historie des Messgerates bzw Hilfsmit tels der Benutzungshaufigkeit und der Einsatzumgebung Sicherlich werden die verwendeten Ger tschaften bei Vorortmessungen st rker belastet als unter Laborbedingungen Ein Kalib rierintervall von zwei Jahren sollte deswegen nicht unterschritten werden Fur Komponenten die einer besonders starken u eren Belastung ausgesetzt sind z B Kabel wegen Trittbescha digungen sind k rzere berpr fungsintervalle anzuraten Eine praxiserprobte Vorgehensweise ist es auch zwischen den Kalibrierterminen Verifikatio nen der gesamten Messkette Antenne Kabel Messger t durchzuf hren und zu dokumentie ren Hiermit werden alle Glieder der Messkette auf hre Einsatzbereitschaft h n untersucht Eine Verk rzung der Zeit zwischen den Kal brierungen durch diese Verifizierung hat zwei Vorteile e Zeigt sich w hrend der Kalibrierung dass die Messger te fehlerhaft sind so ist der Einfluss des Fehlers auf die vorangegangenen Messungen zu untersuchen Zeigt bel spielsweise der Spektrumanalysator falsche Amplitudenwerte an so m ssen die Ergebnis se der vorangeg
253. sierten Dipolpaaren mit einer metallischen R ckwand allerdings mit anderen geometrischen Abst nden Abschlie end wurden die folgenden vier verschiedenen Szenarien separat untersucht und die zugeh rige Abstrahlcharakteristik berechnet Freiraum Basisstationsantenne vor einem Betonmast vgl Bild 3 4 15 2 Basisstationsantenne an einem metallischen Mast auf einem Aufzugsschacht der innen metallisch verkleidet ist Zus tzlich verl uft auf dem Betondach ein metallischer Fu weg vgl Bild 3 4 15 3 Basisstationsantenne an einem metallischen Mast an einer Hauskante platziert Ein Aufzugschacht mit metallischer Innenverkleidung befindet sich auf der r ckw rtigen Seite vgl Bild 3 4 15 4 Seite 106 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Bild 3 4 15 Drei verschiedene Simulationskonfigurationen die mit EMPIRE berechnet wurden 2 Basisstationsantenne vor einem Betonmast 3 Basisstationsantenne auf einem Aufzugsschacht der innen metallisch verkleidet ist Zus tzlich verl uft auf dem Betondach ein metallischer Fu weg 4 Basisstationsantenne an einer Hauskante Ein Aufzugschacht mit metallischer Innenverkleidung befindet sich auf der r ckw rtigen Seite Im folgenden Bild Bild 3 4 16 sind die den oben entsprechenden Konfigurationen in einer realen Umgebung zu sehen Bild 3 4 16 Drei verschiedene reale Montageumgebungen 2 Basisstationsante
254. simulieren Da es sich bei den m n chsten Abschnitt beschriebenen Messungen aber auch um die Aufnahme eines Betriebszustandes handelt kann EMF Visual auch zu einem Vergleich mit den erhaltenen Messwerten herangezogen werden F r die Simulationen auf die im n chsten Kapitel n her eingegangen wird wurden die Antennen aus der Datenbank von EMF Visual verwendet Da diese w e oben bereits be schrieben aus Unit Cells aufgebaut s nd existiert kein vergleichbares Fernfelddiagramm der Abstrahlung Um dieses dennoch vergleichen zu k nnen wurde eine Abstrahlcharakteristik aus einer Simulation gewonnen Hierzu wurden die Leistungsflussdichtewerte auf einer Kreisbahn m Az mutschnitt der Mobilfunkbasisstation berechnet und auf den hierbei st rks ten auftretenden Wert normiert Der Vergleich zwischen dem hieraus erhaltenen Abstrahldia gramm der Charakteristik aus den Herstellerdaten und dem neu synthetisierten Diagramm ist in Bild 3 6 12 zu sehen Auff llig ist hierbei dass sich die Abstrahlcharakteristiken zwischen Hersteller und simulierter Antenne bei einigen Winkeln deutlich unterscheiden Seite 123 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren In diesem Zusammenhang ist zu beachten dass sich die Unterschiede n der Abstrahlcharak teristik der Antennen in den einzelnen Softwarepakten auch in einen Unterschied bei den Berechnungsergebnissen niederschlagen k nnen Antennendiagramm Herste
255. sparameter Die Ergebnisse der einzelnen Softwarepakete werden im folgenden analog zu den vorange gangenen Beispielen vorgestellt In Bild 3 6 66 sind zwei separate Darstellungen zu sehen Auf der linken Seite ist dreidimen sionale Modellierung mit dem Programm EFC 400 und auf der rechten Seite die dazugeh ri gen Resultate Die einzelnen Decken wurden mit einer jeweiligen D mpfung von 3 dB angesetzt Bild 3 6 66 Modellierungsumgebung und Simulationsergebnis EFC 400 Die berechneten Ergebnisse von EMF Visual sind in den folgenden zwei Teilbildern zu sehen Auf der linken Seite ist die dreidimensionale Modellierung dargestellt Um auch die Immissionsverteilung innerhalb des Geb udes sichtbar zu machen wird zur Veranschauli chung die Vorderseite des betrachteten Hauses weggenommen Zu beachten ist hierbei dass die einzelnen Decken aus Steinmaterial mit einer D mpfung von 2 3 dB modelliert wurden Leider ist kein Material mit einer D mpfung von 3 dB in EMF Visual integriert ergleichsgebiet Bild 3 6 67 Modellierung und Simulationsergebnis mit dem Programm EMF Visual Seite 163 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Bei der Simulation mit dem Programm Wireless Insite wurde als Material f r die Decken und Wande Stein mit einer Dicke von 20cm angenommen Diese Konfiguration weist einen Dampfungsfaktor von ca 1 8 dB auf In Bild 3 6 68 ist das Ergebnis zu sehen Es ist deutlich die V
256. st 2 5 6 4 Genauigkeit Um die Genauigkeit der einzelnen Verfahren beurteilen zu k nnen wurden Vergleichsmes sungen an zwei unterschiedlichen Konfigurationen durchgefuhrt Es wurde sowohl ein Messort gew hlt bei dem direkte Sicht zur Sendeantenne bestand ein dominanter Ausbrei tungspfad als auch ein Messort ohne Sicht zur Basisstationen Mehrwegeausbreitung mehrere unter Umst nden gleichgro e Teilimmissionen Gemessen wurde ein BCCH Kontrollkanal be1 GSM 900 Fur die Punktrastermethode wurde ein Raster nach Bild 2 5 15 gewahlt Im linken Teil ist eine Aufsicht ber das gew hlte Punktraster einer Ebene dargestellt Die Maschenweite betr gt 25 cm und wurde so gew hlt dass sie in keinem ganzzahl gen Verh ltnis zur halben Wellenl nge des zu messenden Signals steht Die aus 21 Einzelpunkten bestehende Ebene bildet einen Kreis nach so dass bei der Anwendung der Drehmethode eine optimale Ver gleichbarkeit beider Messvolumina gew hrleistet ist Gemessen wurde in drei Ebenen die sich in 0 75 m 1 25 m und 1 75 m ber dem Fu boden befinden Bild 2 5 15 rechts Seite 58 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e oe oe 6 25cm 1 0 m gt Bild 2 5 15 Wahl des Punktrasters Draufsicht links und Anordnung der Ebenen im Raum rechts Das durch das Punktraster aufgespannte Volumen in etwa ein Kreiszylinder von 1 m Durch
257. st hier aus den vorher genannten Gr nden nur schwer m g lich Seite 150 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Ce ee 130 GO EEE Fe u se cs BEE Elektrische Feldstaerke dB LV m Messung EFC 400 EMF Visual Insite Quickplan Fieldview Bild 3 6 48 Vergleich der Simulations bzw Messwerte f r den Basisstationsstandort Hochstra e 57 Krefeld im Vergleichsgebiet HSR 2 LoS 3 6 6 Basisstationsstandort Katharinenstra e 12 44137 Dortmund Bei der nachsten untersuchten Standortkonfiguration handelt es sich um eine sogenannte Mikrozelle Das Versorgungsgebiet umfasst hierbei nicht mehr als ein paar hundert Meter Wie in Bild 3 6 49 zu sehen ist die Mobilfunkantenne an einer Hauswand angebracht Bild 3 6 49 Mobilfunksendeanlage Kathar nenstra e 12 47137 Dortmund Seite 151 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Die Geb ude im Umkreis der Mobilfunksendeanlage weisen eine wesentlich gr ere H he auf als die Montageh he der Antenne In dieser Studie werden hier zwei Vergleichsgebiete n her untersucht Das erste ist nur wenige Meter von der Sendeanlage entfernt Hier wird eine gute bereinstimmung der Immissionsberechnungen mit der Messung erwartet da es einen dominierenden Ausbreitungspfad gibt Analog zum ersten liegt auch das zweite Vergleichs gebiet in direkter Sicht zur Sendeantenne Ein
258. strahldiagramm entnommen wird gewichtet Dieses geschieht sowohl mit der Vorderseite Seite 122 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Hauptstrahlrichtung als auch mit der R ckseite Zur Veranschaulichung ist die prinzipielle Vorgehensweise in Bild 3 6 11 zu sehen Vertikale Modellierung der 3D Abstrahlcharakteristik Abstrahlcharakteristik Z Z Bild 3 6 11 Dreidimensionale Modellierung der Antennenabstrahlcharakteristik aus dem vertikalen Schnitt Im Gegensatz dazu verwendet EMF Visual eine ganz andere Art der Antennenmodellierung Die Bas sstationsantennen werden in der Software nicht als Punktquellen behandelt sondern werden aus sogenannten Unit Cells zusammen gesetzt In der Datenbank von EMF Visual n der Version 2 0 sind g ngige Mobilfunkantennen der Firma Kathrein enthalten Es ist ferner auch m glich mit Eingabe der vertikalen und horizontalen Strahlungsbreite der Anzahl der Unit Cells und deren Abstand der D mpfung des ersten Nebenzipfels des Front to Back Verh ltnisses der Leistung und der Phase eine Antenne selbst zu synthetisieren Zu beachten st dass generell keine Fernfelddiagramme importiert werden k nnen Dies hat zur Konsequenz dass die in Abschnitt 3 4 vorgestellte H llkurvenn herung nicht angewendet werden kann Es ist demnach mit EMF Visual nur m glich einen Betriebszustand der Mobil funksendeanlage z B fest eingestellter elektrischer Downtilt zu
259. stungsflussdichte Smax gesamt 2 x Leistungsflussdichte durch Sektor 1 BCCH 2 x Leistungsflussdichte durch Sektor 2 BCCH 2 x Leistungsflussdichte durch Sektor 3 BCCH 4 x Leistungsflussdichte durch Sektor 2 BCCH der Nachbarstation 2 5 17 Die Multiplikation der Immissionen durch die BCCH und Aufsummierung darf nur f r den Fall erfolgen dass die Gesamtimmission als Leistungsflussdichte S ausgedr ckt wird Wird die Gesamtimmission als elektrische Feldstarke E ausgedruckt dann wird e die Gesamtimmission eines Sektors durch Multiplikation der Feldstarke des BCCH mit der Quadratwurzel der Kanalzahl dieses Sektors gebildet und e die Gesamtimmissionen der Sektoren geometrisch aufsummiert max gesamt 2 5 18 gt Eina VN In Tabelle 2 5 4 werden die Berechnungen fur die elektrische Feldst rke und die elektrische Leistungsflussdichte am Beispiel von Bild 2 5 19 demonstriert Elektrische Feldst rke E elektrische Leistungsflussdichte S Sektor 1 Sektor 2 Sektor 3 Pac upar Sektor 1 Sektor 2 Sektor 3 Waenga station station Messpegel 82 0 88 4 97 1 74 6 63 8 57 4 48 7 71 2 dBuV m dBuV m dBuV m dBuV m dBW m dBW m dBW m dBW m Messwert linear 0 0126 0 0263 0 0716 0 0054 V m V m V m V m Hochrechnungsfak Wurzel 2 2 tor extrapolierte 0 0178 0 0372 0 1013 0 0107 Immission V m V m V m V m Gesamtimmission 0 1099 V m 3 2 10 W m Tabelle 2 5 4 Berechnungsbeispiel der Extrapolation der Kon
260. sual deutliche Interferenzerscheinungen zu erkennen E 14 0 00 me 136 55 ge 13877 me 123 62 Me 125 99 Ge 113 55 Mme 11240 Mm 104 51 me 93 27 EQ 30 00 Ff dBu Vir Bild 3 6 34 Simulationsergebnis f r das Programm EMF Visual Seite 141 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Analog zu den vorher betrachteten Ergebnissen sind in Bild 3 6 35 die Resultate fur die Simulation mit Wireless Insite dargestellt Es wurde wiederum ein einzelner Punkt herausge nommen f r den die Empfangspfade dargestellt sind Auch hier ist ein Interferenzmuster 1m Farbverlauf zu erkennen Bild 3 6 35 Simulationsergebnis f r das Programm Wireless Insite Auf den folgenden zwei Bildern sind die Ergebnisse die mit Quickplan berechnet wurden zu sehen In Bild 3 6 36 ist die zweidimensionale Darstellungsweise gewahlt Dieser wurde wiederum die Oberflachenberechnung zu Grunde gelegt Bei dieser Variante ist wiederum zu bemerken dass fur den Empfangspunkt nur der starkste Empfangspfad fur die Darstellung ber cksichtigt wird Deswegen sind auch keine Interferenzerscheinungen sichtbar Soogz1l2 rigas E ary a LE gt ir re ve a ain Ht Le PMI MC AAEN AAE ERSTEN A SREE S LERNETSTA BUN ENARTAR ENTERRER Br T 320213 Bild 3 6 36 S mulationsergebnis f r das Programm Quickplan zweidimensional Seite 142 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess
261. szustand bez glich des elektrischen Downtilts und der Frequenz mit einer Simulation berechnet werden Die Aktualisierungserfordernisse einer Berechnung entsprechen demnach mindestens dem gleichen Zyklus wie er im Frequenzplan wechsel vorgesehen ist Hierbei ist die Umstellung der elektrischen Downtilts nicht ber ck sichtigt Wie auch bei den vorher beschriebenen Softwarepakten sollte der Benutzer in der Lage sein zu erkennen ob die berechneten Ergebnisse plausibel sind 3 7 5 EFC 400 Abschlie end folgt eine n here Beschreibung des Programmpakets EFC 400 Wie auch bei EMF Visual ist eine berpr fung der Grenzwerte nach der 26 BImSchV direkt im Programm integriert Die Berechnung erfolgt nur in einer der drei senkrecht aufeinander stehenden Ebenen des dreidimensionalen Raumes die beliebig verschoben werden k nnen vgl hierzu Bild 3 7 1 Die Grenzwert berpr fung bzw Ermittlung der maximalen Feldst rke ist in einer Simulation demnach nur in einer Ebene m glich Bild 3 7 1 Die drei verschiedenen Simulationsebenen in EFC 400 Seite 173 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Die Simulation zum Erhalt eines dreidimensionalen Bildes einer Immissionslage erfordert etliche Simulationen die getrennt voneinander durchgef hrt werden m ssen Das Programm beinhaltet die Frequenzbereiche f r GSM 900 GSM 1800 und UMTS und ist f r den Fern feldbereich geeignet Es k nnen alle relevanten Umg
262. t dass Umrechnungen von dBm in z B dBuV m zur Kontrolle der Grenzwerte n tig s nd Die erforderlichen Eingabedaten Parameter der Mobilfunkanlage Geodaten k nnen n das Programm importiert oder selbst ndig generiert werden Zu beachten ist hierbei die Geb u demodellierung Die Koordinaten der Geb udecken die sowohl n kartesischen UTM oder L nge und Breite angegeben werden k nnen m ssen bekannt sein oder aus dem Satelliten bild oder Katasterplan generiert werden Eine Nachbearbeitung der Geb ude ist m glich Die Rechenleistung und der Speicherbedarf sind wie oben bereits beschrieben eng verkn pft mit der Aufl sung und der Genauigkeit Alle f r diese Studie berechneten Szenarien haben auf dem oben beschriebenen Computer nicht l nger als 1 Stunde gedauert 3 7 3 Quickplan Im folgenden wird das Softwarepaket Quickplan im Hinblick auf die oben genannten Krite rien n her beschrieben Die Simulationsergebnisse k nnen sowohl in elektrischer Feldstarke als auch in empfangener Leistung dargestellt werden so dass eine berpr fung der Grenz werte m glich ist Zu beachten ist dass eine flachige Verteilung der Immission mittels der Oberfl chenberechnung simuliert werden kann Da hierbei aber nur der elektrische Feldst r kewert des st rksten empfangenen Strahls n das Ergebnis einflie t st eine Untersch tzung der tats chlichen Immission m glich Um alle Empfangspfade betrachten zu k nnen gibt es die Methode der Testpu
263. t die zu untersuchende Fl che exakt und eindeutig definiert werden kann Da die Standorte der Bas sstationen in L nge und Breite gegeben sind ist dieses auch als Vereinfachung zum Einbinden der Mobilfunksendeanlagen zu sehen Hinzukommend erscheint es unter anderem bez glich des Rechenaufwandes sinnvoll den S mulationsraum in kleinere Untersuchungsgebiete aufzuspalten Dieses k nnte insofern geschehen dass das Berechnungsgebiet aus einer Basisstation und einem Umkreis von mehreren 100 m besteht n dem alle weiteren enthaltenen Basisstationen mit ber cksichtigt werden Diese Vorgehensweise hat aber zur Konsequenz dass eine Vielzahl von Dateien generiert werden w rden Sie k nnte durch eine datenbankbasierte Berechnung vereinfacht werden Als eine weitere Anforderung ist zu nennen dass das Softwarepaket eine kombinierte Be rechnung von mehreren Basisstationen gestatten muss In der folgenden Tabelle s nd die gerade beschriebenen Anforderungen und die Umsetzung in den einzelnen Programmen im berblick zu sehen Seite 178 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren EFC 400 EMF Visual Wireless Insite Quickplan flachendeckende m ali Both ehr glich Berechnung m glich m glich Verteilung einer m glich Vielzahl von Emp Oberfl chenbe fangsantennen n tig rechung Bus u Asset 3 7 erdbezogenes Nein Nein Koordinatensystem nur kartesisch nur A S Kombinierte Berech BE bei nu
264. t ist bei dieser Methode bei entsprechend geringer Gr e der gemessenen Immissionen lediglich eine Aussage Grenzwert unterschritten m glich Liegt der extrapolierte Wert hingegen ber dem Grenzwert hei t dies aufgrund der fehlenden Spektral bzw Code und Auslastungsin formation nicht automatisch dass der Grenzwert tats chlich berschritten ist Insbesondere ist eine exakte Ermittlung der Immissionsgr e bei maximaler Anlagenauslastung nicht m glich Insofern k nnen Breitbandmessungen hier nur orientierenden Charakter haben 2 5 8 Dokumentation Zur Dokumentation der Messungen ist ein Messbericht anzufertigen Der Messbericht sollte mindestens so aufbereitet sein dass e f r den Auftraggeber das Ergebnis der Messungen klar und verst ndlich dokumentiert ist und e f r Fachleute alle technischen und administrativen Informationen derart enthalten sind dass das Vorgehen bei der Messung die Rohergebnisse und die Auswertung der Messda ten nachvollziehbar s nd Folgende Gliederung hat s ch als geeignet erwiesen 2 5 8 1 Administrative Angaben Hier sind folgende Daten aufzuf hren e Auftraggeber Auftragnehmer mit den entsprechenden Anschriften und Kontaktpersonen e Messzeit Messort beteiligte Personen Seite 76 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e eindeutige Nummerierung des Berichtes e eindeutige Bezeichnung der gemessenen Anlage 2 3 8 2 Gegenstand der M
265. t of the nuisance distribution it 1s reasonable to change the antenna radiation pattern in that way that the operating status over all submitted downtilt angles is considered within one single radiation pattern In addition the directional radio pattern is dependent on frequency As this parameter is often changed in the context of the frequency plan it is also reasonable to adjust the radiation pattern in that way that this dependency is considered Furthermore the installation vicinity of the cellular base station antenna provokes a change of the radiation pattern To simplify the modelling of the scenario and therefore neglect the installation vicinity is also in that way considered as a new radiation pattern 1s synthesized The synthesized antenna radiation pattern represents as a conclusion the dependency of downtilt angle frequency and influence of the installation vicinity In this context its reason able to use simulation software that is capable to import such antenna radiation patterns To model the three dimensional environment of a cellular base station geographic information as the outlines of buildings is needed This information is mainly contained in the landed property register of the register authority of district towns or independent cities In addition the data for this outlines of buildings can be generated out of satellite pictures A great Seite 10 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungs
266. ten typisch 0 2 bei GSM Seite 20 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Anlagenbezogene Faktoren Immissionsortbezogene Faktoren Sendeleistung Hohe Hohe Abstand Antennentyp und Ausrichtung Horizontale Ausrichtung Downtilt Abwartsneigung D mpfung Sichthindernisse Vegetation TELL TLL Bild 2 2 1 Einflussfaktoren fiir die Immission durch Mobilfunk Basisstationen 2 Zus tzlich zu den durch die vorgenannten Einflussfaktoren begr ndeten gro skaligen Schwankungen ist die Immissionsverteilung auch innerhalb kleinerer Volumina im Me terbereich stark unregelm ig Diese so genannten kleinskaligen Schwankungen treten sowohl im Freien als auch innerhalb von Geb uden auf sind aber in Innenr umen we sentlich st rker ausgepr gt Ursache f r diese Schwankungen sind Fast Fading Effekte bei denen die Funkwellen von der Basisstation zum Empf nger aufgrund von Reflexionen ber mehrere Ausbreitungspfade gelangen und die einzelnen Teilwellen dabe interferie ren Die dabei entstehenden konstruktiven oder destruktiven berlagerungen f hren zu rtlichen kleinskaligen Schwankungen 1m Zentimeterbereich die Schwankungsamplitude kann dabei mehr als 20 dB betragen Bild 2 2 2 zeigt beispielhaft als Ergebnis einer nume rischen Simulation die Verteilung der elektrischen Feldstarke in einem Innenraum in den durch das linke Fenster eine ebene Welle der Frequenz 900 MH
267. ter ausgedehnte Region verbleiben 3 Unter Verzicht auf ein paralleles automatisches Monitoring und auf die auslastungsab hangigen Schwankungen kann ein sequenzielles Kataster mit frequenzselektiven Ger ten realisiert werden in dem mit einem oder mehreren Messteams an einem mehr oder weni ger regelm igen Gitter Kurzzeitmessungen durchgef hrt werden k nnen Durch Anwen dung von Maximierungstechniken Schwenkmethode Drehmethode k nnen zumindest die kleinskaligen rtlichen Schwankungen umgangen werden In diese Klasse der Katas termessungen gliedern sich Projekte der bundesweiten EMVU Messreihen der RegTP RegTP ein auch wenn hier die Beitr ge einzelner Emittenten nicht separat ausgewiesen werden Es wird ein Kompromiss bez glich Aufwand und Pr zision der Messung gesucht Wie n der zugeh rigen Messvorschrift RegTP 03 angegeben ist eignet sich das Verfah ren zwar nicht zur vollst ndigen Untersuchung von Senderstandorten 1m Rahmen des Standortbescheinigungsverfahrens ergibt aber trotzdem einen typischen Immissions wert am Messort Ein weiteres Beispiel f r diese Alternative sind Untersuchungen des IMST f r das Lan desumweltamt Essen BOR 01 oder auch die l nderspezifische Messkampagnen in Bay ern und Baden W rttemberg z B BOCH 03 1 bis 3 Hier wurde im Sinne eines Um weltmonitorings die aktuelle Immission am Messort ermittelt Eine Aufgliederung in die Immissionsbeitr ge der unterschiedlichen Verursach
268. tik der Mobilfunkan tenne K 739 665 bei einer Frequenz von 947 MHz und verschiedenen elektrischen Downtilts Da die Intensit t in Hauptstrahlrichtung nach KAT bez glich des elektrischen Downtilts konstant ist k nnen die Abstrahldiagramme direkt miteinander verglichen werden Es ist ein deutlicher Unterschied der Richtcharakteristik im Bereich der Nebenzipfel zu erkennen Diese ndern nicht nur ihre Lage sondern sind auch in der Amplitude unterschiedlich Es hat sich bei weiteren Untersuchungen gezeigt dass dieses Verhalten auch bei anderen Antennen die im GSM 900 System betrieben werden in gleicher Weise auftritt Im folgenden wird die Mobilfunkantenne K 742 234 die im Frequenzbereich f r das GSM 1800 System eingesetzt wird in analoger Weise behandelt siehe Bild 3 4 4 Seite 97 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Bild 3 4 4 normierte Richtcharakteristik dB 0 Se ee ie ER Kraa2aal MI 7 Elektrischer 10 p em ES i one ee ee on 8 Grad 0 0 am I n E aa E m Bee an En a Leere mu Bun Mle in ne Le 90 75 600 45 30 15 0 15 30 45 60 75 90 Winkel Grad Vergleich der auf die Hauptstrahlrichtung normierten Abstrahlcharakteristik der Mobilfunkan tenne K 742 234 bei einer Frequenz von 1855 MHz und verschiedenen elektrischen Downtilts Wie bereits bei der
269. tionsergebnis f r das Programm EFC 400 In Bild 3 6 16 ist das Simulationsergebnis das mit dem Softwarepaket EMF Visual berechnet wurde zu sehen 110 00 101 96 74 43 60 00 30 00 E dB Vm my 1 E o m i BE ca Bild 3 6 16 S mulationsergebnis f r das Programm EMF V isual Diese beiden ersten Darstellungen der Simulationsergebnisse zeigen dass ein direkter Ver gleich aus den Bildern schwierig ist Trotz der gleichen Immissionsgrenzen fur die Farbsche Seite 128 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren mata sind die Farben aufgrund von unterschiedlicher Skalierung und Farbwahl nicht iden tisch Im folgenden Bild Bild 3 6 17 sind die Resultate ftir die Simulation mit dem Programm Wireless Insite zu sehen Die Grenzen f r das Farbschemata wurden so bestimmt dass sie wie bei den anderen Programmen auch 140 bzw 50 dBuV m entsprechen Bild 3 6 17 Simulationsergebnis fur das Programm Wireless Insite Auch hier bestatigt sich wieder dass ein Farbvergleich und somit ein Vergleich der Immissi onsverteilung zwischen den Programmen schwierig ist Ferner wird auch ein weiterer Unter schied deutlich Im Bereich der Nebenzipfel sind sowohl bei EMV Visual als auch bei Wireless Insite Differenzen zu EFC 400 zu erkennen Diese s nd einerseits n der anderen Behandlung der Antennenabstrahlcharakteristik der Mobilfunkantenne bei EMF Visual begr ndet andererseits wird d
270. tiowelees 48 293 DW DT ee een 48 23 3 0 SON OCS are ee ee ee ee 49 259 7 USAAISC TASS UU C15 ae A E E AE 50 2 5 6 Messdarch UNUNE ziaes rT E EE A 50 ZP EE E E E E 50 2 5 6 2 Vorstellung und Bewertung der Verfahren ccceeceseeeeeecceceeeeeeeeeeeeseeseeeeeees 51 2 5 6 3 Korrekte Erfassung der Polar sation 2220000000sssseeeessnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnennnenn 56 20 4 CENTERS uaa E E T E E 31 Seite 12 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 23 02 LEC Der Avi w ain een 60 2000 Repioduzlerbakeiluns une wieaie esse esa A T 61 2 5 6 7 M glichkeiten und Grenzen der Mittelung i eecccscsseeeeceeceeeeeeeeeeaaeaeeeeeeees 62 23 08 PAZ E tes cece een 64 25 0 9 Breitbandices Messy criabren ne 65 2 5 7 PETS WTI Sore Sawa cites bun EE E A TEA 66 2 5 7 1 Umrechnung der Messwerte auf Leistungsflussdichten bzw Feldst rken 66 2 5 7 2 Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung Spektrumanalysator 67 2 5 8 Dokumentation ann Biel 75 228 1 Ad mmisirauve Ansaben e nenne deines dein 75 2 9 8 2 Gepest nd Ar NICS SUING ee een 76 2 5 8 3 Daten der untersuchten Mobilfunk Sendeanlage eeeeeeeeeeeens 76 2 3 8 4 Auswahlder Messpunkte nu 2 I DS 76 2385 Merwendele Messprral ae En 76 2 2 8 0 Eingesetztes Messverfahren ann ea a 76 2 9 8 MESSED EDNISSE nee 77 2 5 8 8 Grenzwerte und Vergleich zu den Messwerten
271. tors bei den drei Verfahren ergeben Streng genommen sind nur isotrope Feldmesseinrichtungen be1 denen auch die Phaseninfor mation ausgewertet wird in der Lage beliebige Polarisationen richtig zu erfassen Fur Vorort Immissionsmessungen existieren entsprechende phasenauswertende frequenzselektive Ger te aber noch nicht Auch die bereits oben angesprochenen frequenzselektiven Einrich tungen mit isotroper Sonde realisieren die Isotropie nur dadurch dass die drei orthogonalen Ebenen sequenziell gemessen werden Eine Auswertung der Phase findet nicht statt Bei allgemeiner Lage des Polarisationsellipsoids f hrt die sequenzielle Punktrastermethode im Allgemeinen zu einer leichten bersch tzung der maximalen effektiven Feldst rke wohingegen der Einsatz der Schwenkmethode zu einer Untersch tzung f hrt da hier die Messantenne lediglich entlang der gr ten Hauptachse m Ellipsoid ausgerichtet wird Der Grad der ber bzw Untersch tzung ist von der Form und Lage des Polarisationsellipsoids d h u a von der St rke der Abweichung von der linearen Polar sation abh ngig Im Extrem fall einer ideal zirkularen Polarisation untersch tzt die Schwenkmethode die maximale effektive Feldstarke um 3 dB wohingegen die Punktrastermethode das korrekte Ergebnis anzeigt Im Realfall wird aber der Fehler der Schwenkmethode wesentlich kleiner als 3 dB sein da die zirkulare Polarisation bei Mobilfunk Basisstationen ein sehr unwahrscheinlicher Spezialfall i
272. trachtungen f r jedes Software paket separat vorgestellt 3 7 1 Empire und Feko Zun chst wird kurz auf das feldtheoretische Programm Empire und das Hybridprogramm Feko eingegangen Wie schon in BOR 02 1 beschrieben sind die Programme aufgrund der Bedienungsfreundlichkeit der erforderlichen Eingabedaten und der Rechenleistung sowie Speicherbedarf sehr aufw ndig Beispielsweise ben tigt das Programm Empire f r die Raum simulation mit Person vgl Abschnitt 3 6 1 1 bei einer Frequenz von 900 MHz ca 1 Gbyte Arbeitsspeicher und mehrere Stunden Rechenzeit Hieran wird bereits deutlich dass u a aufgrund des hohen Bedarfs an Arbeitsspeicher Simulationen mit einem feldtheoretischen Programm auf einen kleinen Raum begrenzt s nd und keinesfalls das gesamte Umfeld einer Basisstation ad quat erfasst werden kann Seite 169 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Dar ber hinaus ist die Integration der Basisstationsantennen in einem feldtheoretischen bzw hybriden Softwarepaket schwierig und mit hohem Aufwand verbunden Der genaue Anten nenaufbau bzgl elektrischer und geometrischer Eigenschaften muss hierbei zun chst einmal bekannt sein um anschlie end detailgenau modelliert werden zu k nnen Allein dieser Punkt verlangt ein gro es technisches Know How und viel Erfahrung im Umgang mit den Soft warepaketen Die Eingabe eines Antennendiagramms ist in der Regel nicht m glich Das durch die Mod
273. tudie zuletzt betrachtete Basisstationskonfiguration befindet sich in der Inrather Stra e 146 in Krefeld Die Sendeanlage ist dort direkt auf dem Geb ude n dem die Messung durchgef hrt wurde montiert Eine Aufsicht und die zugeh rige Seitenansicht der Basisstati on sind in Bild 3 6 65 zu sehen Mit HSR ist wie vorher auch die Hauptstrahlrichtung der Sektorantenne gemeint deren BCCH Kanal fur die Berechnung die Basis bildet Bei den Simulationsergebnissen ist wie in dem Beispiel zuvor keine Berechnung mit dem Programm Quickplan zu sehen da eine Berechnung der Immission innerhalb von Geb uden nicht m glich ist Bild 3 6 65 Mobilfunksendeanlage Inrather StraBe 146 47803 Krefeld Der berblick ber das Szenario und die zugeh rigen Parameter sind den folgenden Tabellen zu entnehmen Charakteristik der Basisstation Berechnung der Immission innerhalb eines Geb udes und unterhalb einer Basisstations antenne Sicht zur Abstand zur Basisstation In D Vergleichsgebiet nicht direkt nLoS Tabelle 3 6 14 berblick ber das untersuchte Szenario Seite 162 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Ort Inrather Stra e 146 47803 Krefeld Frequenz HSR Hohe Downtilt Downtilt Antenne und BCCH Leistung am u m mechanisch elektrisch L nge in m Antenneneingang W 21 5 6 fix K 739 662 5 725 2 58 Tabelle 3 6 15 Basisstations und Simulation
274. u den vorherigen Kapiteln Die in den Bildern dargestellte Berechnungsebene befindet sich wieder in einer H he von 2 m ber dem Erdbo den In Bild 3 6 32 und Bild 3 6 33 sind die Simulationsergebnisse f r das Softwarepaket EFC 400 in zweidimensionaler und dreidimensionaler Darstellungsweise zu sehen Ferner sind die Lage der Basisstation die Hauptstrahlrichtung und die Vergleichsgebiete gekenn zeichnet Y Position m ER RNS 000 001 0 02 008 i 020 050 10 20 450 gt 100 af 7 Position m 378 Bild 3 6 32 S mulationsergebnis f r das Programm EFC 400 zweidimensional Seite 140 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Elvim l oo 001 002 005 O10 O20 G60 10 20 560 gt 100 Vergleichs ae Bild 3 6 33 Simulationsergebnis f r das Programm EFC 400 dreidimensional Fur die Simulationsergebnisse von EMF Visual gelten die gleichen Anmerkungen wie in der Berechnung zuvor Hierbei wurde die Simulation jedoch nur einmal durchgef hrt da sich beide Vergleichsgebiete in der gleichen Region befanden Lediglich die weiter entfernten Geb ude stellen nur die Geb udeh llen dar und hatten keinen Einfluss auf die Simulation Im Vergleich zu EFC 400 ist aber deutlich der Unterschied zwischen einem auf Freiraumausbrei tung und einem auf dem strahlenoptischen Modell bas erenden Programm zu erkennen W hrend bei ersterem der Immissionsverlauf eher kontinuierlich ist sind bei EMF Vi
275. ung der Verfahren 2 5 6 2 1 Schwenkmethode Bei der Schwenkmethode wird das ganze Messvolumen mit einer handgef hrten Messantenne abgetastet wobei gleichzeitig die Vorzugsrichtung und die Polarisationsrichtung der Messan tenne variiert werden Der Schwenkbereich erstreckt sich vorrangig bis in ca 1 75 m Hohe W hrend des ganzen Suchvorgangs wird das Spektrum mit der Maxhold Funktion des Messger tes kontinuierlich erfasst Es resultiert ein Maxhold Spektrum aus dem f r jeden Sende Kontrollkanal BCCH die zugeh rige Feldst rke abgelesen und f r die Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung ausgewertet werden kann Die Bewegung der Antenne muss bezogen auf die Sweep Time des Spektrumanalysators langsam erfolgen Seite 52 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Hierbei ist zu beachten dass sich die Immissionen der einzelnen Basisstationen und der einzelnen Kan le im allgemeinen so berlagern dass die Frequenzkan le an unterschiedli chen Punkten im Rastervolumen ihre Maxima haben Mit der Schwenkmethode erh lt man also gewisserma en ein worst case Spektrum da bei der nachfolgenden Auswertung alle rtlich verschiedenen Maxima der einzelnen Frequenzkan le als an einem Punkt vorhanden betrachtet und aufaddiert werden Die Ortsinformation der einzelnen Maxima geht hiermit verloren Ein m gl cher Fehlereinfluss ist aber als gering einzusch tzen da der jeweils auszumessend
276. ung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Eine kombinierte Berechnung der Beitrage mehrerer Basisstationen ist mit EMF Visual m glich Ferner beinhaltet das Programm die Frequenzbereiche f r GSM 900 GSM 1800 und UMTS Es konnen alle relevanten Umgebungen landliche Gebiete Vor und Innenstadte berechnet werden hierbei sei aber nochmals die Einschr nkung n der Geb udeanzahl zu nennen Die Simulation der Feldstarken innerhalb von Geb uden ist mit EMF Visual m g lich Die Berucksichtung der Gelandehohe ist aber nicht vorgesehen Abstrahlcharakteristiken aus Herstellerdaten k nnen in der Form in das Programm integriert werden indem das Abstrahlverhalten der Antenne bestehend aus der vertikalen Strahlungsbreite deren prozentu alem Fehler der Anzahl der Unit Cells vgl Abschnitt 3 3 2 und deren Abstand und der Dampfung des ersten Nebenzipfels angegeben wird Eine Unit Cell wird hierbei durch die horizontale Strahlbreite und dem Front to Back Ratio definiert Die Antennenbehandlung basiert auf einer Antennenmodellierung aus sogenannten Unit Cells zum Beispiel besitzt eine Unit Cell die Abstrahlcharakteristik eines Dipols innerhalb einer Mobilfunkantenne Diese haben den Vorteil dass auch das Nahfeld einer Antenne nachge bildet werden kann G ngige Mobilfunkantennen sind im Programm bereits implementiert Eine Integration einer Antennencharakteristik nach Abschnitt 3 4 5 in das Programm ist nicht m glich Daher kann nur ein Betrieb
277. ung im Raum mit Hilfe bekannter physikalischer Zusammenh nge vollst ndig beschreiben In der Praxis scheitert eine analyti sche oder numerische L sung aber an den komplexen zum Teil nicht ausreichend erfassbaren Parametern Aus diesem Grund sind Berechnungen in der Praxis meist ungenau Es m ssen je nach Anwendungsfall Vereinfachungen gemacht werden die den tats chlichen Immissions wert bersch tzen z B zur Sicherstellung der Einhaltung der Grenzwerte im Rahmen der Standortbescheinigung oder untersch tzen z B zur Sicherstellung der Mindestfeldst rke n einem bestimmten Bereich im Rahmen der Funknetzplanung Seite 16 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Die Hochfrequenzmesstechnik ist prinzipiell ebenfalls gut entwickelt Es stehen zwar fur den gesamten Frequenzbereich grundlegende Messverfahren zur Verfugung die jedoch unspezi fisch bez glich des zu untersuchenden Funkdienstes formuliert und nicht fur ein spezielles Anwendungsgebiet wie etwa fur die Bestimmung von Immissionen durch Mobilfunk Basis stationen in Innenraumen angepasst sind Oftmals sind die Verfahren auch primar fur Labor anwendungen z B EMV oder Antennenmesstechnik in k nstlichen reflexionsarmen Umge bungen oder Anwendungen unter definierten Randbedingungen entwickelt und validiert worden Speziell f r den Mobilfunkbereich besteht gro er Klarungsbedarf Problematisch sind hier zum Beispiel die erheblichen
278. unkte so wie 1m letzteren Falle erst noch zu bestimmen bestehen grunds tz lich folgende M glichkeiten e Uberblicksmessungen Mit einem breitbandigen Feldst rkemessger t k nnen potenzielle Messpunkte vorab berpr ft werden Obwohl mit dem Feldst rkemessger t wie bereits in Kapitel 2 5 1 beschrieben keine Feinmessungen m glich sind eignen sie sich jedoch her vorragend dazu einen berblick ber die vorliegende Immissionsverteilung zu bekom men und diejenigen Orte mit maximaler Immission zu bestimmen die n einem nachfol genden Durchlauf mit dem frequenzselektiven Ger t fein vermessen werden e Orte mit potenziell hoher Immission Aus der Sendertopologie oder aus der Erfahrung des Messpersonals sind diejenigen Orte zu bestimmen an denen mit einer maximalen Immis sion zu rechnen ist Dies ist insbesondere bei Vorhandensein mehrerer Sender bzw bei gr erer Entfernung vom Sender eine nicht tr viale Aufgabe Die in vorliegendem For schungsprojekt durchgef hrte Analyse der Immissionsverteilung BOR 04 liefert aller dings wertvolle Hinweise So sind pr m r Orte aufzusuchen die Seite 28 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren direkte Sicht zur Anlage haben und sich auf gleicher oder geringf gig niedrigerer H he wie die Sendeantennen der Anlage befinden und sich in der Sektormitte einer der Sendeantennen der Anlage befinden und sich in geringem lateralen Abstand zur An
279. unsicherheit auf das Messergebnis kann lediglich aus risikokommunikativen Aspekten erfolgen sofern bei vorliegender sensibler Problematik stets worst case Annahmen kommuniziert werden sollen Sp testens hier wird jedoch die fachlich technische Ebene dieser Fragestellung verlassen und eine politische Dimension erreicht Die Untersuchungen und Empfehlungen des Auftragnehmers solle auf die fachlich technische Ebene beschr nkt bleiben Aus technischer Sicht wird hier daf r pl diert die Messunsicherheiten zwar anzugeben aber bei Unterschreitung einer Schwelle von z B 4 dB nicht auf die Messergebnisse aufzuschla gen Daf r spricht auch die Tatsache dass bei vorliegender Problematik eine Zahl von worst case Annahmen gemacht werden die die tats chliche Exposition und die dadurch im Men schen hervorgerufenen Wirkungen der elektromagnetischen Strahlung stark bersch tzt l Bei der Ableitung der Basisgrenzwerte sind bez glich der thermischen Wirkungen elektromagnetischer Strahlung auf den Menschen Sicherheitsfaktoren ber cksichtigt 2 Bei der Ableitung der Feldst rkegrenzwerte aus den Basisgrenzwerten sind bez glich der Orientierung des Menschen m elektromagnetischen Feldes worst case Annahmen ange setzt die sicherstellen dass bei Einhaltung der Feldst rkegrenzwerte immer auch die Ba s sgrenzwerte eingehalten werden der Umkehrschluss gilt hier nicht 3 Bei der Messung werden insbesondere durch die Suche nach Orten st rkste
280. ure to correctly capture all polar sations and wave propagation directions in the volume The post processing covers the computation of the originally measured power or voltage values into flux densities or field strength values directly comparable with the exposure standard limits Also the measured momentary exposures must be extrapolated to the maxi mal operational state of the station For that at GSM stations the exposure due to the time constant BCCH channels is extracted and connected with the maximal possible number of channels of the station At UMTS two trends can be observed at the moment Here also signalling channels do exist These can be captured with a frequency selective measurement and extrapolated onto the maximal state under the worst case assumption that only signalling Seite 9 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren but no traffic was present during the measurement This procedure will overestimate the maximal exposure if the station is in normal operation with traffic A correct extrapolation is possible if the extrapolation s performed on basis of the P CPICH channel The CPICH exposure can be measured only with code selective equipment This procedure is regarded to be the most promising for standardised exposure measurements around UMTS stations For documentation of the measurements a report has to be drawn up The report have to be at least in this form that the
281. verfahren disadvantage in this context is that information about the height of each building is not available Therefore it has to be estimated Regarding the parameters for the cellular base station for its own it has to be pointed out that desired parameters concerning the calculation are only partly available in the site certifica tion Therefore support from the mobile network operators is mandatory needed in this context A detailed modelling is primarily very extensive regarding indoor scenarios An example demonstrated in this context that the position and respectively the manner of the chattels as well as the movement of persons in fact changes the small scale location and time varying field distribution but the amplitude of the maximum nuisance is extensively constant There fore a detailed modelling of indoor rooms 1s disposable Every investigated software shows according to inclusion of buildings use of materials handling of cellular radio antennas and the presentation of results advantages as well as disadvantages Therefore it is not reasonable to point out one software package of its own that 1s ideal suited for all scenarios and additionally fast and easy to use for everyone Among others field theoretical methods are because of the enormous memory requirements and calculation effort restricted in simulations range and therefore not regarded to be suited to calculate the exposure in the vicinity of cellular base stations T
282. von der verwendeten Mittelungsgeometrie abh ngen Der Grund daf r ist dass einige Mittelungsgeometrien hre Punkte prim r n vertikaler Richtung verteilen wohingegen andere auch eine relevante horizontale Ausdehnung haben Nun ist es jedoch w e n BOR 04 gezeigt sehr vom Expositionsszenario abh ngig wie s ch die Energie in vertikaler Richtung und in horizontaler Raumrichtung verteilt Damit ist eine Abh ngigkeit der optimalen Mittelungsgeometrie vom Expositionsszenario gegeben Nicht nur der Mittelwert sondern auch die H ufigkeitsverteilung der an den Gitterpunkten der Geometrie erfassten Feldstarken kann sich durch unterschiedliche Geometrien grundle gend ver ndern da jede Mittelungsgeometrie quasi jeweils nur einen Ausschnitt aus der wahren r umlichen H ufigkeitsverteilung n einem ausgedehnten Volumen darstellt Die umfangreichen Untersuchungen f hren die Autoren von LEH 03 sogar zu der Vermutung dass die Messgeometrie einen st rkeren Einfluss auf die H ufigkeitsverteilung der Feldst rke hat als unterschiedliche Expositionsszenarien Hinzu kommt dass praktikable Mittelungsgeometrien n der Punktanzahl begrenzt sein m ssen um den Messaufwand n vern nftigen Dimensionen zu halten Insofern m ssen Geometrien gefunden werden die e eine m glichst geringe Punktzahl aufweisen keinesfalls mehr als 10 und e den menschlichen K rper dennoch ausreichend nachbilden um der Aussage n ICNIRP 98
283. wei weiteren Messorten festzustellen die in RYS 02 1m Detail dokumentiert sind Die dortigen Ergebnisse sind in Tabelle 2 5 3 statistisch zusammengefasst wobei die Messresultate auf den Mittelwert aller Messungen am jeweiligen Messortes normiert wurden Seite 59 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Messmethode Anzahl der Messwerte Standardabweichung Punktrastermethode 18 21 mit Extraktion des Maximalwertes Tabelle 2 5 3 Ergebnisse eines Schweizer Vergleichs von unterschiedlichen Messmethoden aus RYS 02 An dieser Art der Auswertung ist deutlich zu erkennen dass die dre1 Methoden vergleichbare Streuungen aufweisen und aus diesem Grund bez glich der Genauigkeit keine eindeutige Pr ferenz f r die eine oder andere Methode begr ndet werden kann hnliche Untersuchungen die zu den selben Ergebnissen gelangen finden sich z B in WUSCH 02 Die oben beschriebenen Untersuchungen am 21 Punkte Raster n drei Ebenen bieten vor allem bei der Punktrastermethode ein interessantes Datenmaterial f r weitere Auswertungen In bereinstimmung mit einer z B von CEPT 04 vorgeschlagenen Mittelungsgeometrie ber drei bereinander stehende Punkte siehe Bild 2 5 14 oben rechts wurde bei der Punkt rastermessungen folgende Auswertung durchgef hrt Aus den drei Ebenen mit je 21 Punkte werden 21 Punktreihen mit drei bereinander liegenden Punkten extrahiert und sowohl die jeweiligen M
284. werden Bez glich der Parameter der Basisstationen ist festzuhalten dass nur ein Teil der f r eine Berechnung benotigten Daten der Standortbescheinigung zu entnehmen sind Deswegen ist eine Unterst tzung der Mobilfunkbetreiber zwingend erforderlich Eine detaillierte Modellierung des Immissionsortes erweist sich vor allem bei Innenraumsze nar en als sehr aufw ndig Anhand eines Beispiels konnte jedoch gezeigt werden dass die Lage bzw die Art des Mobiliars sowie eine Bewegung von Personen zwar das kleinskalig rtlich und zeitlich schwankende Interferenzbild ver ndern die Gr e der mmissionsmaxima aber weitgehend gleich bleibt Deswegen ist eine detaillierte Nachbildung von Innenr umen entbehrlich Alle untersuchten Softwarepakete haben bez glich dem Einbinden von Geb uden den verwendeten Materialien der Behandlung der Mobilfunkantennen und der Darstellung der Ergebnisse Vor und Nachteile Es st deswegen nicht sinnvoll ein Programm anzugeben dass f r alle auftretenden Szenarien optimal geeignet und dar ber hinaus einfach und schnell f r Jedermann bedienbar ist Feldtheoretische Verfahren s nd u a aufgrund des durch den enormen Speicherbedarfs und Rechenaufwands begrenzten Simulationsraum als nicht geeignet anzusehen die Exposition in der Umgebung von Mobilfunkbasisstationen zu berechnen Der fur die hier betrachtete Aufgabenstellung ben tigte Simulationsraum steht bei Hybridverfahren zwar zur Verf gung aber der
285. z einfallt Damit wird die Immissionsverteilung in einem Raum simuliert der direkte Sicht zu einer vor dem Fenster platzierten Sendeantenne hat Der Umstand der kleinskaligen rtlichen Schwankungen muss m Messverfahren geeignet ber cksichtigt werden Schon hier kann abgeleitet wer den dass die Messwertaufnahme an nur einem Raumpunkt n Abh ngigkeit vom konkre ten Ort mit einem nicht mehr tolerierbaren Fehler behaftet sein kann Seite 21 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren _ 10 x Legend sub 1l f dump dbx par 9 00000e 0068 2 146 Vem 0 00 dB 1 332 Vem 0 91 4B 1 718 V m 1 93 dB 1 504 V m 3 09 dB 1 290 Vem 4 42 dB 1 076 Vym 5 99 dB 362 600 mV m 7 92 dE 648 600 m m 10 39 dE 434 600 u7 m 13 87 dB 220 800 u m 19 76 dE 6 788 u m 50 00 dE Einfall ebene Welle Frequenz 900 MHz Bild 2 2 2 Verteilung der elektrischen Feldstarke in einem Innenraum Draufsicht Durch das linke Fenster f llt eine ebene Welle mit der Frequenz 900 MHz ein Rot dargestellt sind Holzschran ke und eine Holztischplatte gelb ein Metallschrank 3 Zus tzlich zu den rtlichen Schwankungen treten auch kleinskalige und gro skalige zeitliche Schwankungen der Immission auf Diese k nnen anlagenbezogen und ausbrei tungswegbezogen sein Anlagenseitige Schwankungen sind primar bei Anlagen zu beobachten die ber mehrere Kan le verf gen un
286. zeitlichen und rtlichen Schwankungen der Feldvertei lung die ein geeignetes Messverfahren und eine spezielle Methodik hinsichtlich der Mess durchf hrung erfordern Verl ssliche gut definierte und genormte Verfahren zur Erfassung der tats chlichen Immissionen denen die Bev lkerung durch Mobilfunk Basisstationen ausgesetzt st existieren derzeit m nationalen und internationalen Rahmen nur ansatzweise Unter dem Begriff Umfeld der Mobilfunk Basisstation soll n diesem Forschungsvorhaben der Bereich au erhalb des durch die Standortbescheinigung festgelegten Sicherheitsabstandes in der Regel einige Meter n Hauptstrahlrichtung der Antenne n andere Richtungen weniger bis zu einer Entfernung von etwa 200 m von der Mobilfunk Basisstation entfernt verstanden werden Der Bereich innerhalb des Sicherheitsabstandes wird ausgeklammert da dieser bereits durch die Standortbescheinigung als jener Bereich klassifiziert worden ist in dem mit einer Uberschreitung der gesetzlichen Grenzwerte zu rechnen ist In diesem Bereich ist ein Zutritt von Personen beschrankt bzw ein Aufenthalt der Allgemeinheit nicht zulassig Eine Uberpriifung der Immissionen in diesem Bereich ist deswegen fiir vorliegendes Forschungs projekt irrelevant Der somit fur das Umfeld gew hlte Entfernungsbereich umfasst diejenigen Gebiete n denen der Erfahrung nach das Interesse der Bev lkerung an der vorliegenden Immissionssituation am gr ten ist 1 3 Einordnung des vorli
287. zelnen Sektoren Mit den Leistungsflussdichten durch benachbarte Stationen ist sofern relevant gleicherma en zu verfahren Somit ergibt s ch f r die maximale Gesamtleistungsflussdichte ee X S max N 23 16 i l Dabei bezeichnet N die Anzahl der Kan le pro Sektor Zelle und n die Zahl der Sektoren n ist nicht auf die Sektorzahl der Hauptsendeanlage begrenzt sondern erstreckt sich auch auf Nebensendeanlagen In Bild 2 5 19 ist dieses Verfahren veranschaulicht c LLL L O OO 2 E o Q 120 25 8 M MM vo M rm Nm 2 N D 2 wm S55 3 8 358 g oO O oO To m 100 ann An 45 8 9 X 5 90 x 55 8 9 O Q O 2 80 658 z 2 70 758 Q 3 Dr 60 jw 85 8 3 50 95 8 1820 1830 1840 1850 Frequenz MHz Bild 2 5 19 Ermittlung der maximalen Gesamtimmission f r das Spektrum aus Bild 2 5 18 Die im Spektrum vorhandenen zweiten Kan le von Sektor 1 und 3 werden eliminiert die Immissionen von den BCCH Kanal der einzelnen Sektoren mit der maximalen Kanalzahl Seite 71 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren in diesem Fall 2 multipliziert und aufsummiert Hinzu kommt die Immission durch die benachbarte Station bei der im vorliegenden Fall nur Sektor 2 messbar ist Sektor 2 verf ge ber maximal 4 Kan le Somit ergibt sich f r die maximale Gesamtimmission in diesem Frequenzbereich maximale Gesamtimmission Lei
288. ziger Unterschied ist nur die Entfernung von gut 50 m In der folgenden Tabelle sind analog zu den bisher betrachteten Szenarien die Parame ter der Basisstationsanlage und des betrachteten BCCHs zu sehen die gleichzeitig auch den Simulationsparametern entsprechen Szenario 2 5 Basisstation an einer Hauswand umgeben von wesentlich hoheren Gebauden Basisstation Basisstation in m Vergleichsgebiet 1 Freier Platz direkt LoS Vergleichsgebiet 2 Freier Platz direkt LoS Tabelle 3 6 10 berblick ber das untersuchte Szenario Ort Katharinenstra e 12 4713 7 Dortmund Downtilt Downtilt Antenne BCCH Leistung am MHz m mechanisch elektrisch Antenneneingang W 945 2 K 738 450 1 89 Watt Tabelle 3 6 11 Basisstations und Simulationsparameter Die Ergebnisse die mit EFC 400 erzielt wurden sind in der zweidimensionalen Darstel lungsweise in Bild 3 6 50 zu sehen Es ist die deutlich zu erkennen dass es sich bei der Sendeantenne nicht um eine gerichtete Antenne handelt sondern dass die Abstrahlung in alle Richtungen auf gleiche Weise geschieht Ferner ist im oberen Bereich der Modellierungsum gebung die Schwierigkeit zu erkennen verwinkelte bzw runde Geb ude zu generieren Dieses kann nur mit einer Verschachtelung geschehen Seite 152 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Y Position m 190 002 005 O10 020 05 Emm IE evs 0 00 0 01
289. zu sehen Seite 158 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren IE 0 01 002 005 O10 0 050 10 20 50 100 y Pasit E twin a ian m etn an i Postion in a7 Bild 3 6 60 Simulationsergebnis mit dem Programm EFC 400 Analog zu der vorherigen Vorstellung der Ergebnisse ist das Vorgehen bei der Software EMF Visual Der Bereich des Vergleichsgebietes wird hier vergr ert dargestellt Hierbei ist darauf zu achten dass die Geb ude hierf r in H he der betrachteten Ebene zur Veranschauli chung der Ergebnisse abgeschnitten wurden Die Simulation wurde so durchgef hrt dass die Geb ude mit horizontalen und vertikalen Ebenen modelliert wurden In Bild 3 6 61 sind zur besseren Darstellung nur noch die Geb udeh llen zu erkennen auf die bereits weiter oben n her eingegangen wurde Im Gegensatz zu den Ergebnissen mit auf Freiraumausbreitung basierenden Verfahren in Bild 3 6 60 sind in Bild 3 6 61 die rtlich kleinskaligen Schwan kungen innerhalb von Geb uden zu sehen E er mn a Bild 3 6 61 Modellierung und Simulationsergebnis mit dem Programm EMF Visual Seite 159 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Abschlie end ist in Bild 3 6 62 die Modellierungsumgebung und das dazugeh rige Simulati onsergebnis von Wireless Insite dargestellt Zu beachten ist dass der aus Glas bestehende Teil der Vorderfront d
290. zustande kommen wohingegen die vor Ort gemessenen Momentanwerte entsprechend niedriger sind Anderer seits sollte ber cksichtigt werden dass f r manche elektrischen Ger te nicht unbedingt eine bei den EMV St rfestigkeitsuntersuchungen auferlegte Amplitudenmodulation der worst case ist sondern diese Ger te z B auf mobilfunktypische Pulsmodulationen empfindlicher reagie ren k nnen Diese St rfestigkeitsproblematik ist somit zumindest im Auge zu behalten wenn vergleichsweise hoch exponierte Messpunkte vorgefunden werden Gegebenenfalls ist auch der Hersteller des entsprechenden Messequipments zu konsultieren 2 5 2 Auswahl der Messpunkte Die Auswahl der Messpunkte richtet sich nach der Frage wie die konkrete Messaufgabenstel lung definiert ist Hierf r gibt es im wesentlichen zwei Ansatzpunkte e Der Messort ist im Vorhinein fest definiert z B ein Arbeitsplatz oder ein Zimmer Unter Umst nden ist hierbei sogar der r umliche Bereich noch weiter eingegrenzt z B auf einen Punkt In diesem Fall braucht der Messort nicht gesondert ausgew hlt zu werden e Der Messort st vor Beginn der Messungen noch nicht definiert sondern erst festzulegen Es soll z B berpr ft werden ob an irgendeiner allgemein zug nglichen Stelle im Um feld einer Mobilfunkanlage die Grenzwerte berschritten werden oder es soll das Maxi mum der Immission m Umfeld der Anlage an allgemeinen Aufenthaltsorten von Personen bestimmt werden Sind die Messp

Abschlussbericht - Deutsches MOBILFUNK Forschungsprogramm

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