Die Bedeutung der Fresnel-Zone liegt darin, dass sie frei von Hindernissen gehalten werden muss, um eine gute Signalqualität zu gewährleisten. Wenn Hindernisse die Fresnel-Zone stören, kommt es zu Signaldämpfung und möglicherweise zu Übertragungsfehlern. Die Fresnel-Zone verengt sich mit zunehmender Signalfrequenz und zunehmendem Abstand zwischen den Antennen.

Bestimmung der Fresnel-Zone

Um die Fresnel-Zone in einer drahtlosen Verbindung zu bestimmen, werden Berechnungen durchgeführt, die die Wellenlänge des übertragenen Signals und den Abstand zwischen den Antennen berücksichtigen. Nachfolgend finden Sie eine allgemeine Erläuterung zur Berechnung der Fresnel-Zone:

1. Bestimmen Sie die Frequenz und Wellenlänge

Kennt die Frequenz des übertragenen Signals, die normalerweise in der Spezifikation der drahtlosen Ausrüstung angegeben ist. Aus der Frequenz lässt sich die Wellenlänge nach folgender Formel berechnen:

Wellenlänge (λ) = Lichtgeschwindigkeit (c) / Frequenz (f)

2. Berechnen Sie den Radius der Fresnel-Zone

Der Radius der Fresnel-Zone an einem Punkt entlang des Signalpfads kann mit der folgenden Formel berechnet werden:

r = (n * λ * d) / D

Wo:

• • „r“ ist der Radius der Fresnel-Zone an diesem Punkt.
  • „n“ ist ein Faktor, der von der Art der Fresnel-Zone (oben oder unten) abhängt.
  • „λ“ ist die Wellenlänge des Signals.
  • „d“ ist der Abstand zwischen den Antennen.
  • „D“ ist der Abstand vom Punkt zur Empfangsantenne (wobei D = d1 + d2, wobei d1 der Abstand vom Punkt zur Sendeantenne und d2 der Abstand vom Punkt zur Empfangsantenne ist).

3. Berechnen Sie den Prozentsatz der Fresnel-Zone ohne Hindernisse

Ziel ist es, sicherzustellen, dass mindestens 60 % der Fresnel-Zone frei von Hindernissen sind, um Signalstörungen zu minimieren. Dies kann erreicht werden, indem die kreisförmige Fläche der Fresnel-Zone berechnet und die hindernisfreie Fläche innerhalb dieser Zone überprüft wird. Wenn die hindernisfreie Fläche weniger als 60 % beträgt, müssen zusätzliche Maßnahmen ergriffen werden, wie z. B. die Verlegung von Antennen oder die Höhenanpassung von Masten, um die Verbindungsqualität zu verbessern.

Es ist wichtig zu beachten, dass in der Praxis zusätzliche Faktoren wie atmosphärische Dämpfung, das Vorhandensein unerklärter Hindernisse und andere Effekte die Signalausbreitung beeinflussen können.

Daher ist es ratsam, spezifische Ausbreitungsstudien durchzuführen und Simulationstools für eine genauere Planung der Fresnel-Zone in einer drahtlosen Verbindung zu verwenden.

Beispiele für die Berechnung der Fresnel-Zone

Beispiel 1

Angenommen, wir haben eine drahtlose Verbindung zwischen einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne und möchten den Radius der Fresnel-Zone an einem Punkt auf ihrem Weg berechnen. Betrachten wir die folgenden Daten:

• Signalfrequenz: 2.4 GHz (2400 MHz)
• Abstand zwischen den Antennen: 1 km (1000 Meter)
• Entfernung vom Punkt zur Empfangsantenne: 500 Meter

Schritt 1: Berechnen Sie die Wellenlänge.

Die Wellenlänge kann mit der Formel ermittelt werden:

Wellenlänge (λ) = Lichtgeschwindigkeit (c) / Frequenz (f)

Die Lichtgeschwindigkeit beträgt etwa 3 x 10^8 Meter pro Sekunde.

λ = (3 x 10^8 m/s) / (2400 x 10^6 Hz) ≈ 0.125 Meter ≈ 12.5 cm

Schritt 2: Berechnen Sie den Radius der Fresnel-Zone.

Mit der Formel:

r = (n * λ * d) / D.

Angenommen, wir möchten den Radius der oberen Fresnel-Zone (n = 1) berechnen. In diesem Fall, D = d1 + d2 = 500 Meter (Entfernung zur Empfangsantenne).

r = (1 * 0.125 m * 1000 m) / 500 m ≈ 0.25 Meter ≈ 25 cm

Daher beträgt der Radius der oberen Fresnel-Zone an diesem Verbindungspunkt etwa 0.25 Meter oder 25 cm.

Beispiel 2

Angenommen, wir haben eine drahtlose Verbindung zwischen einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne und möchten den Radius der Fresnel-Zone an einem Punkt auf ihrem Weg berechnen und dabei die Unebenheiten des Geländes auf der Seite der Empfangsantenne berücksichtigen. Betrachten wir die folgenden Daten:

• Signalfrequenz: 5 GHz (5000 MHz)
• Abstand zwischen den Antennen: 2 km (2000 Meter)
• Entfernung vom Punkt zur Empfangsantenne: 500 Meter
• Geländeneigung auf der Seite der Empfangsantenne: 20 Meter

Schritt 1: Berechnen Sie die Wellenlänge.

Mit der Formel:

Wellenlänge (λ) = Lichtgeschwindigkeit (c) / Frequenz (f)

Die Lichtgeschwindigkeit beträgt etwa 3 x 10^8 Meter pro Sekunde.

λ = (3 x 10^8 m/s) / (5000 x 10^6 Hz) ≈ 0.06 Meter ≈ 6 cm

Schritt 2: Berechnen Sie den Radius der Fresnel-Zone.

Mit der Formel:

r = (n * λ * d) / D.

Angenommen, wir möchten den Radius der oberen Fresnel-Zone (n = 1) berechnen. In diesem Fall, D = d1 + d2 + √(h1 * h2), wobei h1 die Neigung des Geländes auf der Seite der Sendeantenne und h2 die Neigung des Geländes auf der Seite der Empfangsantenne ist.

D = 2000 m + 500 m + √(0 * 20 m) ≈ 2500 m

r = (1 * 0.06 m * 2000 m) / 2500 m ≈ 0.048 Meter ≈ 4.8 cm

Daher beträgt der Radius der oberen Fresnel-Zone an diesem Verbindungspunkt unter Berücksichtigung der Unebenheiten des Geländes etwa 0.048 Meter oder 4.8 cm.

Hierbei handelt es sich um vereinfachte Beispiele und die Berechnungen können je nach Verbindungsdetails wie verwendeter Häufigkeit, Entfernungen, Geländeunterschieden und anderen Faktoren variieren.

Um genauere Ergebnisse zu erhalten, empfiehlt es sich, Simulationstools oder Software zu verwenden, die auf die Planung drahtloser Verbindungen spezialisiert sind und die Unebenheiten des Geländes berücksichtigen.

Zusammenfassung

Bei der Implementierung drahtloser Verbindungen ist die Fresnel-Zone ein ellipsoider Bereich um die direkte Sichtlinie zwischen zwei Antennen, die eine drahtlose Kommunikation herstellen. Dieser Bereich trägt dazu bei, den Auswirkungen von Mehrwegeffekten entgegenzuwirken, die auftreten, wenn das Signal aufgrund von Hindernissen auf seinem Weg reflektiert, gebeugt oder gestreut wird.

Die Fresnel-Zone ist in einen oberen und einen unteren Teil unterteilt. Um eine gute Signalqualität zu gewährleisten, ist es wichtig, diesen Bereich frei von Hindernissen zu halten. Wenn Hindernisse die Fresnel-Zone stören, kommt es zu Signaldämpfung und möglichen Übertragungsfehlern.

Die Größe der Fresnel-Zone wird durch Berechnungen bestimmt, die auf der Wellenlänge des übertragenen Signals und dem Abstand zwischen den Antennen basieren. Es ist vorgesehen, dass mindestens 60 % der Fresnel-Zone frei von Hindernissen sind, um eine erhebliche Signalverschlechterung zu vermeiden.

Die Fresnel-Zone ist in dicht besiedelten städtischen Umgebungen oder bei drahtlosen Fernverbindungen wichtig, wo die Wahrscheinlichkeit größer ist, dass auf Hindernisse gestoßen wird. Um eine zuverlässige Verbindung zu gewährleisten, werden Techniken wie die richtige Auswahl der Antennenstandorte, die Anpassung der Turmhöhen und der Einsatz von Simulationstools eingesetzt, um die Fresnel-Zone bei der Implementierung drahtloser Verbindungen zu planen und zu optimieren.