GLAntenne - Visualisierung von HCM-Antennenrichtdiagrammen

Grundlagen

Während der Planung von Mobilfunk-Sendestationen ist es wichtig, die bei vorgegebener Sendeleistung zu erwartende Abdeckung im Voraus zu ermitteln. Es existieren eine Reihe von Verfahren, um die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen bei gegebenen Sendeparametern und vorgegebener Umgebung zu berechnen. Sie basieren auf unterschiedlichen mathematischen Modellen, und liefern so unter Umständen recht unterschiedliche Resultate bei der Vorhersage ("Prädiktion") der am Empfangspunkt erwarteten Feldstärke.
Auch staatlichen Stellen müssen sich bei der Beantragung der Sendestationen mit diesen Details befassen. Hier in Deutschland ist die BNetzA (Bundesnetzagentur, vormalig RegTP "Regulierungsbehörde für Telekommunikation und Post") für solche Fragen zuständig. Sie prüft bei der Beantragung von Sendestationen durch Mobilfunkbetreiber, ob sich die Höhe der Feldstärke im Rahmen der zulässigen Grenzwerte bewegt. Insbesondere sind diese Feldstärkeangaben bei grenznahen Sendestationen wichtig, um die Zuteilung von Frequenzbändern bei Ländergrenzen-überschreitenden Sendegebieten zu koordinieren.

Um dem Dilemma von nicht direkt vergleichbaren Rechenergebnissen beizukommen, und eine einheitliche Basis zur Vergleichbarkeit der Prädiktionsergebnisse zu schaffen, setzten sich vor einigen Jahren die zuständigen Verwaltungen der europäischen Länder zusammen, und einigten sich auf ein einheitliches Verfahren. Im sogenannten "Vienna Agreement" (VA-99) wurde beschlossen, für die Berechnung von durch geplante Mobilfunkstationen zu erwartenden Feldstärken den "HCM-Algorithmus" (Harmonized Calculation Method) zu verwenden. Zu Details der Historie siehe auch die Auflistung aller bis zum Jahr 2001 abgeschlossenen Teilverträge. In der "Berliner Vereinbarung" im Jahr 2003 schließlich wurden die derzeit gültigen Regeln zur Berechnung von Feldstärken der diversen Frequenzbänder und Übertragungsverfahren festgelegt. Der HCM-Algorithmus liegt als Referenzimplementierung in der Programmiersprache FORTRAN vor und wird von Zeit zu Zeit bei neu gefundenen Fehlern in aktualisierten Versionen veröffentlicht.

HCM

Bestandteil der HCM-Festlegung sind auch definierte Datenvorgaben der für die Berechnung verwendeten Höhendaten (Topologie), Morphologiedaten und der Grenzzüge, die die Ländergrenzen beschreiben. Basis einer Prädiktionsrechnung ist jeweils das sogenannte "HF-Profil" der Sendestation. Dieses umfasst sämtliche zur Berechnung benötigten Angaben wie die Position der Sendestation, die verwendeten Übertragungsfrequenz, die Ausrichtung der Antenne und einige weitere Angaben mehr. Ein wichtiger Parameter dieses Profils ist die Beschreibung der Antennen-Richtcharakteristik, die angibt, wie die Sendeleistung über die Senderichtungen hinweg verteilt ist. Die Richtcharakteristik wird laut der HCM-Festlegung definiert durch zwei siebenstellige Zeichenketten, welche die horizontale bzw. vertikale Ausbreitungscharakteristik beschreiben.

GLAntenne

Das Programm "GLAntenne", von dem hier ein Bildschirmfoto abgebildet ist, verwendet die Graphiklibrary OpenGL zur Visualisierung der dreidimensionalen Antennen-Richtcharakteristik. Die Graphik zeigt den richtungsabhängigen Antennengewinn, der aus dem über den in HCM definierten Algorithmus zur Berechnung der Antennendämpfung abgeleitet wird:

GLAntenne

Über den gezeigten Konfigurationsdialog kann eine beliebige Kombination der nach VA99 zulässigen horizontalen und vertikalen Antennentypen ausgewählt werden. Die graphische Anzeige wird bei Änderungen sofort aufgrund der beiden Antennenpatterns (rot=horizontal, grün=vertikal) aktualisiert. Die Gitternetzdarstellung des kombinierten Antennendiagramms ist mittels der über OpenGL bereitgestellten Möglichkeiten mit einer schattierten Oberfläche überzogen und verwirklicht so eine Darstellung ohne verdeckten Kanten. Es ist möglich, die Graphik mittels der Cursortasten in beliebige Richtungen zu drehen, um das Diagramm eingehend von allen Seiten zu betrachten.

Das Programm besteht aus einer einzigen ausführbaren Datei, und kann aus dem Archiv GLAntenne.zip heraus extrahiert werden.
Mac OS Cocoa-Version: GLAntenne-MacOS.zip

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