Funktechnik - Grundbegriffe

Polarisation

Die Polarisation ist die Richtung in der sich die Schwingungen des elektrischen Feldes ausbreiten. Man unterscheidet zwischen vertikaler und horizontaler Polarisation.
Bei der vertikalen Polarisation schwingt die Welle von oben nach unten. Bei der horizontalen Polarisation schwingt die Welle von links nach rechts. Die Richtung der Polarisation ist durch die Richtung der elektrischen Feldlinien vorgegeben.

Richtcharakteristik

Die Richtcharakteristik wird auch als Abstrahlcharakteristik bezeichnet. Dabei wird die Eigenschaft der Antenne dargestellt, wohin sich die Wellen ausbreiten. Meist wählt man einen Schnitt durch das horizontale oder vertikale Strahlungsdiagramm. Bei der vertikalen Polarisation spricht man von der magnetischen Feldkomponente (H-Ebene). Bei der horizontalen Polarisation spricht man von der elektrischen Feldkomponente (E-Ebene). Bei komplexen Antennen mit vertikaler und horizontaler Polarisation wählt man eine räumliche Darstellung

Reflexionen / Reflektionen

Reflektionen sind Störfaktoren bei der Funkübertragung. Sie entstehen dann, wenn Funksignale auf Hindernisse treffen und von dort in eine andere Richtung reflektiert werden. Das bedeutet, dass die elektromagnetischen Wellen an manchen Oberflächen abgelenkt oder zurückgeworfen werden.
Bei Reflektionen spricht man auch von Funkechos, die als abgeschwächtes Signal mehrfach auf unterschiedlichen Wegen zum Empfänger gelangen. Im Regelfall sind Reflektionen unerwünscht. Durch sie werden Interferenzen und Polarisationsdrehungen ausgelöst. Dadurch wird die Funkübertragung von Daten schwer umsetzbar und kompliziert.
Doch es gibt durchaus Funkanwendungen, wo Reflektionen erwünscht sind. Wenn Sender und Empfänger keine Sichtverbindung haben, dann können Reflektionen dabei helfen, längere Strecken zu überbrücken. Bereits ein großes Gebäude kann als Reflektor dienen. Am besten eigenen sich Häuser mit glatten und leitenden Flächen.
Ein anderer Effekt, der durch Reflektionen ausgelöst werden kann, ist die Polarisationsdrehung. Normalerweise haben Sender und Empfänger die gleiche Polarisation. Entweder vertikal oder horizontal. Da Polarisationsdrehungen von Funksignalen im Außenbereich praktisch normal sind, werden hier Antennen mit zirkularer Polarisation eingesetzt.

Interferenz

Von Interferenzen spricht man dann, wenn es aufgrund von Reflektionen zu einer Verstärkung kommt, durch die andere Signale überlagert werden. Diesen Effekt bezeichnet man als Interferenz.
Im ungünstigsten Fall, wenn sich das Ursprungssignal und die Kopie überlagern, löschen sie sich gegenseitig aus. Das ist dann der Fall, wenn zwischen dem Hauptsignal und einem Echo eine halbe Wellenlänge Laufzeitunterschied liegt.
Interferenzen variieren je nach Ort und Frequenz sehr stark.

Spektrale Effizienz

Die spektrale Effizienz ist die Datenrate, die sich je Hz Frequenzbandbreite erzielen lässt. Sie wird in Bit/s/Hz angegeben. Je höher die spektrale Effizienz, um so effektiver werden die Frequenzen genutzt.
Eine höhere Datenrate in Mobilfunknetzen und Mobilfunksystemen lässt sich nur durch die Steigerung der spektralen Effizienz erreichen. Denn die Frequenzen sind auf Jahre hinaus eine feste Größe und lassen sich nicht beliebig erweitern.

Die Verbesserung der spektralen Effizienz erreicht man durch den Einsatz besserer Funkverfahren, die Erweiterung des Funkspektrums und durch die Verdichtung der Funkzellen durch mehr und kleinere Zellen.
In der Praxis erreicht LTE eine spektrale Effizienz von 15 Bit/s/Hz, was schon fast das theoretische Maximum ist. Um darüberhinaus eine höhere spektrale Effizienz zu erreichen, wird mit höheren Codierraten und Modulationen gearbeitet. Das gelingt aber nur mit einem hohen Signal-Rausch-Abstand in der Nähe von Basisstationen. Zwischen den Datenraten in der Zellmitte und an den Außenrändern der Funkzelle klafft eine große Lücke.