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Subj: Gleichwellenfunk 1.Teil
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Chris, OE5CBP suchte eine Beschreibung des Gleichwellenfunks.
Hier habe ich einen guten Text gefunden.
Allerdings fehlen in Packet die Zeichnungen und Bilder.
Wer dies vollständig sehen möchte findet es bei:

http://www.funkmeldesystem.de/bos-funk.php

Hier der Text (1.Teil)


Facharbeit
Gleichwellenfunk


	Christoph Kosian	 	

Gliederung und Inhaltsverzeichnis

Einleitung									3
2.	Definition Radiowellen							4
2.1	Ausbreitungseigenschaften					5
3. 	Einsender-Systeme								6
3.1.	Empfänger- /Senderdiversity					7
4.	Gleichwellenfunksysteme							8
4.1	Technische Realisation GWF					12
5.	Anlage									16
							22

1. Einleitung
Der Gebrauch flexibler und unabhängiger Kommunikationsmittel erweist sich in der heutigen Zeit als immer wichtiger. Modernes Hilfsmittel für nicht drahtgebundene Kommunikation ist die Hochfrequenztechnik. Sie ermöglich die Überbrückung weiter Strecken mit einem kompakten oft tragbaren Gerät, dem Funkgerät. Funk ist die Bezeichnung für drahtlose Übermittlung von Kommunikation. Diese drahtlose Übermittlung bietet Vorteile gegenüber den drahtgebundenen Fernmeldemitteln, wie dem Fernsprecher oder dem Fernschreiber, die nicht ohne weiteres über natürliche Hindernisse wie Wasserflächen genutzt werden können. 
Die Übertragung der Informationen mittels Funk geschieht mit Hilfe von Radiowellen. Drahtlos ist die Verwendung dieser Art der Kommunikation deshalb, weil keine Verbindungsleitung zwischen Aussender und Empfänger besteht. Die Funktechnik bedient sich der Radiowelle die keine explizite Leitung o.ä. benötigt. Eine für die Erzeugung und Verarbeitung von Radiowellen gefertigte Anlage besteht immer aus einer elektrischen Sende- und Empfangsanlage, der Spannungsversorgung, der Modulationszuführung (z.B. Mikrofon, Morsetaste, Videokamera), einer Modulations- und Demodulationseinrichtung und einer Antenne.
Wir wollen uns mit dem Problem der Versorgung eines bestimmten vorgegebenen Gebietes mit einer Funkanlage beschäftigen die es möglich macht, den Teilnehmern dieses Funknetzes sich untereinander, unabhängig von deren Standort im Gelände, zu verständigen.
Die Funkversorgung solcher meist sehr großen Gebiete mit nur einem Sender erweist oft als sehr schwierig und unzureichend. 
Ein Lösungsansatz für diese Problem ist die Verwendung von sogenannte Gleichwellenfunkanlagen. Sie ermöglichen ein großes Gebiet mit unter Umständen schwierigen topographischen Gegebenheiten mit einem Funknetz zu versorgen.
Anwendungen der Gleichwellenfunktechnik sind zahlreich zu finden. So wird dieses System meist in Funknetzen der BOS (Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) verwendet, aber in dem Bereich des neuen digitalen Hörrundfunks (DAB = Digital Audio Broadcasting) findet die Gleichwellentechnik ihre Anwendung.
2.	Definition Radiowellen 
In der Nachrichtentechnik wird eine Vielzahl von elektromagnetischen Radiowellen verwandt, die sich in ihren Ausbreitungseigenschaften unterscheiden, in ihrer physikalischen Grundform jedoch alle gleich sind. Jeder Leiter an dem eine Spannung angelegt wird, wird von einem elektrischem Feld umgeben, jeder stromdurchflossener Leiter wird von einem Magnetfeld umgeben. So sind elektrisches und magnetisches Feld untrennbar miteinander verknüpft, man spricht vom Elektromagnetismus.
Eine elektromagnetische Welle, kurz Radiowelle, ist eine Welle die sich ständig wiederholt und sich im freien Raum ungehindert ausbreitet. Zu Vergleichen ist der Schwingungsvorgang mit einem Gegenstand der in eine ruhige Wasserfläche fällt und so eine Wellenbewegung auslöst. Von der Ruhelage steigt der Verlauf der Welle bis zu einem positiven Höchstwert und fällt dann wieder über den Ruhepunkt hinaus bis zu einem negativem Höchstwert und erreicht danach wieder die Nulllinie. Dieser Vorgang wird innerhalb einer Wellenlänge vollzogen, so sind also Wellentäler und Wellenberge eine Wellenlänge voneinander entfernt. Die Wellenlänge wird mit dem griechischem Buchstaben 1l = Lambda bezeichnet und hat als Einheit 1m = Meter.  Die Spanne von dem positivem oder negativen Höchstwert zum Nullpunkt bezeichnet man als Amplitude oder in der technischen Anwendung auch Schwingungsweite oder Hub.

 Einheit verwendet man Hertz (zu Ehren des deutschen Physikers Heinrich Hertz), abgekürzt Hz. Die Formel zur Ermittlung der Frequenz lautet:  	 
Die Ausbreitungsgeschwindigkeit   der elektromagnetischen Welle entspricht im Die Ausbreitungsgeschwindigkeit   der elektromagnetischen Welle entspricht im freien Raum mit   der Lichtgeschwindigkeit. Zwischen Wellenlänge   und der Frequenz   besteht ein fester Zusammenhang: 	 
Radiowellen über 30 kHz (Hochfrequenz = HF) können sich durch Wechselwirkung zwischen elektrischen und magnetischem Feld frei im Raum ausbreiten und erzeugen dabei eine Feldstärke E, deren Maßeinheit Mikrovolt pro Meter   ist.

2.1.	Ausbreitungseigenschaften

Die Feldstärke eines Senders am Empfangsort ist abhängig
von der Strahlungsleistung   in Watt
von der Sendeantennenhöhe   in m
von der überbrückten Entfernung (Reichweite) r in km
Dem Empfänger wird am Empfangsort eine Spannung von der Empfangsantenne zugeführt die sicht aus der Feldstärke ergibt. Für den Zusammenhang zwischen Strahlungsleistung   und Empfangsfeldstärke E in Bodennähe gilt folgende Formel:
 
Verdoppelt man die Sendehöhe, so verdoppelt sich auch die Empfangsfeldstärke. Um eine Verdopplung der Empfangsfeldstärke mit Hilfe der Sendeleistung erreichen so ist die um das 16fache zu erhöhen. Bei einem sehr hohem Standort der Sendeantenne (etwa das 10fache der umgebenden Bebauung) wächst die Feldstärke nur noch mit der zweiten Wurzel aus der Strahlungsleistung.
 
Der Einfluss der Sendeleistung auf die Feldstärke am Empfangsort ist also entsprechend gering.

Funkwellen im Meterwellenbereich haben quasioptische Eigenschaften, also dem Licht ähnlich. Meterwellen breiten sich in homogener Luft geradlinig aus, jedoch in Luftschichten mit unterschiedlichen Temperatur-, Feuchtigkeits- und Druckverhältnissen, krümmt sich die Welle leicht zur Eroberfläche. Der Wirkungsradius bleibt jedoch begrenzt. Durch die lichtähnlichen Ausbreitungseigenschaften können Meterwellen reflektiert, an scharfen Kanten gebeugt und an Gegenständen absorbiert werden. Reflexion und Absorption bestimmen die Ausbreitung der Wellen im Alltag. Die geradlinige Ausbreitung die Meterwellen macht eine Nutzung vornehmlich für den Nahverkehr möglich. Berge und Häuserschluchten absorbieren zwar direkte Strahlen, jedoch machen reflektierten Wellen eine Versorgung meistens ausreichend möglich.
Durch Reflexion an verschiedenen Flächen überlagern sich Wellenfronten. Dadurch entstehen kleine Zonen in denen sich die Wellen entweder verstärken oder auslöschen. Diesen Vorgang nennt man Interferenz (=Überlagerung). Zonen mit gegensätzlicher Wirkung liegen jeweils eine halbe Wellenlänge entfernt, Zonen mit gleicher Auswirkung jeweils eine Wellenlänge.


3. Ein-Sender-Systeme
Eine Funkversorgung mit nur einem Sender erweist sich immer als Kompromiss zwischen einer guten Funkversorgung und den Überreichweiten. Erhöht man also die Sendeleistung und/oder die Antennenhöhe so erhöht sich der Abstand der zum nächsten Sender auf dem die gleiche Frequenz wirtschaftlich genutzt werden kann. Auch erhöht sich die benötigte Energie die von einem Sender aufgebracht werden muss, um auch Empfänger, die sich in schwierigem Gelände befinden, zu erreichen, da ein beträchtlicher Teil der Energie durch Abschattung und Reflexion verloren geht. Treffen zwei Wellenzüge (ein direkter und ein reflektierter Strahl) auf einen Empfänger, so erfolgt dort eine vektorielle Addition. Gleiche Feldstärke vorrausgesetzt erfolgt so eine zeitweise Verstärkung (Auffülleffekt) bzw. Auslöschung. Bei unterschiedlicher Stärke wird durch die Interferenz nur eine Abschwächung wahrgenommen.


  Abbildung 3-1 Zeitabhängige Schwankung der Feldstärke an einem Ort im Ein-Sender-Funkfeld	  Abbildung 3-2 Ortsabhängigkeit der Feldstärke Dämpfungsverlaufe im Funkfeld	

3.1. Empfänger- / Senderdiversity

Häufig wird in schwierig zu versorgenden Gebieten Sender- und Empfängerdiversity angewandt. Empfängerdiversity bezeichnet das Aufstellen mehrerer Antennen an niedrige Standorten um Störungen von Teilnehmern anderer Funkverkehrskreise auf  die Empfänger zu vermeiden. Beim Senderdiversity werden mehrere niedrig angebrachte Sender verwandt um das zu versorgende Gebiet besser zu versorgen und Überreichweiten zu minimieren.
Das Verhältnis von Nutzfläche zur Störfläche, der Funkversorgungsgrad
 
nähert sich, je nach topografischen Verhältnissen, optimalen Werten.
Häufig findet man solche Funknetze in sogenannter Gleichkanaltechnik. Kennzeichen dieses Systems sind mehrerer ortsfester Funkanlagen auf einem Kanal, deren Sendebereiche sich nicht oder vernachlässigbar überlappen, wobei sich der Frequenzversatz der einzelnen Sender zueinander im Rahmen der nach Technischen-Richtlinien zugelassenen Toleranzen bewegen darf. Natürlich ist diese Methode
4. Gleichwellenfunksysteme
Im Betrieb einer Gleichwellenfunkanlage werden Sender und Empfänger im Diversity Verfahren benutzt die sich in ihren einzelnen Sendebereichen gewollt überlappen. So lässt sich ein Gebiet auch mit schwierigen topografischen Gegebenheiten mit ausreichender Senderzahl und guten Standorten fast vollständig ausleuchten. Trotzdem müssen auch hier Kompromisse eingegangen werden. Insbesondre die Gleichwellenfunksysteme sind in ihren physikalischen Eigenschaften nicht einfach zu planen.
Zentrales Element für die Funktion einer Gleichwelle ist der sogenannte FM-Unterdrückungseffekt - auch "capture-effect" genannt . Der FM-Unterdrückungseffekt sorgt dafür, dass an Orten wo der Unterschied der Feldstärke zweier Sender mehr als ca. 6dB ist, der schwächer einfallende Sender vollständig unterdrückt wird. Damit ist auch in den Überlappungsbereichen einer Gleichwelle in diesen Zonen eine vollkommen einwandfreie Funkversorgung möglich. Leider schwankt die Grenze dieser Zone ständig. Die Ausmaße dieser Zone von Feldstärkedifferenzen von <6dB betragen im flachen Land ca. 1/3 und bei Ausbreitung im Stadtgebiet ca. 1/6 des Senderabstands.
 
Abbildung 4-1 Ausdehnung des Überlappungsgebietes (auf flachem Land)
In Gebieten in denen der "capture-effect" noch nicht greift also der Unterschied der Feldstärken <6dB ist, überlagern sich beide Wellen derart, dass sehr harte Phasensprünge entstehen, diese werden jedoch bei zunehmender Phasendifferenz der Träger geringer. Diese Phänomen übersteuert die Empfänger-Elektronik derart, dass Störgeräusche einsetzen, man spricht vom Klirrfaktor.
Anfängliche wurde die einzelnen Sender exakt synchronisiert, diese führte jedoch zu ortsfesten Funklöchern. Dies ist für mobile Empfänger nicht weiter schlimm, da die Minima und Maxima einfach durchfahren werden können, für ortsfeste Empfänger kann sich dieses Phänomen jedoch als Problem herausstellen. Wendet man jedoch einen geringen Frequenzversatz von 2 bis 5Hz an, wandern die Minima und Maxima. Da jedoch eine gewisse Feldstärkenschwankung immer gegeben ist, verwischen die Extreme. Bei Drei-Sender-Anlangen sind kaum reine Minima und Maxima zu beobachten. Im praktischen Betrieb ist ein möglichst kleiner Frequenzversatz zu wählen, der absolut stabil gehalten werden muss, damit z.B. Datentelegramme zuverlässig übertragen werden können, da hier die Minima einen ausreichenden Abstand haben um das gesamte Telegramm zu übertragen. Dies ist wichtig da, die Rauschsperre eines Empfängers genügend lange offen bleibt um die Auswertung zu garantieren. Eine höhere Frequenzablage führt somit auch zu erhöhten Gleichwellenstörungen.
Die Phasendrehung eines NF-Signals im Funkfeld berechnet sich nach folgender Formel:
 
Je weiter sich also ein Empfänger aus der Mitte zweier Sender entfernt, umso stärker nehmen die Störungen zu durch die Laufzeitunterschiede zu.
Die Zonen in denen der "capture-effect" noch nicht wirkt - auch Zwischensendergebiet genannt -, darf wegen der Laufzeitunterschiede nicht größer als 15km breit sein. Nimmt man an, das das Gebiet ohne "capture-effect" etwa 1/3 des Senderabstands beträgt, kommt man auf einen maximalen Senderabstand von 45km, im Praxisbetrieb haben sich auch 50km bewährt, zur Datentelegrammübertragung ist jedoch ein Abstand von <30km zu empfehlen. Also ist der Abstand der einzelnen Gleichwellensendern immer möglichst klein zu wählen, in Städten ist der schnellere Feldstärkenverlust entsprechend hierdurch auszugleichen. Die Sendeleistung der einzelnen Sendern sollte jedoch immer gleich sein um da dies bei Laufzeitausgleichen berücksichtigt werden müsste.
4.1. Technische Realisation GWF 
(Feuerwehr-Gleichwelle MK)

Ein großer Nutzer der Gleichwellenfunktechnik sind die BOS (Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben) zu denen die Polizei, Feuerwehr, Rettungsdienste, Katastrophenschutzorganisationen gehören. Die BOS sind auf schnelle und zuverlässige Kommunikation angewiesen. Die besonderen Eigenschaften des GWF kommen hier besonders zur Geltung, hohe Verfügbarkeit und Netzausleuchtung sowie die Eigenschaft das "Jeder Jeden hört".
Vor einiger Zeit wurde im Feuerwehr-Betriebskanal im 4m Bereich der Feuerwehr Märkischer Kreis noch auf Gleichkanaltechnik mit zwei Relaisstellen in Iserlohn (Danzturm) und Lüdenscheid (Homert) gesetzt. Hierbei mussten jedoch extreme Funklöcher und Überreichweiten bis in den Kreis Osnabrück in Kauf genommen werden. Infolgedessen wurde auf Gleichwellenfunktechnik umgestellt. Der Feuerwehr-Betriebskanal 470 (76,675MHz im Unterband/Empfänger und 86,475 im Oberband/Sender) wird jetzt mit fünf Relaisnebenstellen betrieben, die ihre Standorte in Lüdenscheid, Iserlohn, Plettenberg, Meinerzhagen und Balve haben. Die Gleichwellenzentrale befindet sich auf der Homert und ist über 70cm Richtfunkstrecken an die einzelnen Relaisnebenstellen angebunden. In der Zentrale werden die einzelnen von den Empfängern aufgenommene Signale auf deren Stärke bewertet und der Kreisleitstelle und den Sendern zugeführt. Dabei übermitteln die Empfänger ständig die Qualität des empfangenen Signal  und das empfangene Signal selber, mit Hilfe eines Zeitschlitzverfahren auf einem Duplexkanal zur Zentrale. Dabei wird die Niederfrequenz durch zeitliche Kompression so gekürzt, dass Lücken für eine Datenübertragung entstehen. Am Ende der Strecke werden die Daten ausgefiltert und die NF durch Expansion lückenlos zusammengeführt. Die Empfangsqualität wird in zwei Bit kodiert und nacheinander von den einzelnen Gleichwellenumsetztern in je einem Datenschlitz gesendet. Hinzu kommt ein drittes Bit, das als Meldebit fungiert. Es zeigt an, dass eine Störmeldung oder ein Notruf vorliegt. Ist das Meldebit von einem Umsetzer gesetzt, fragt die Zentrale mittels Kurztelegramm die Ursache des Meldebits ab. In Richtung zu den Gleichwellenumsetztern werden in jedem Zeitschlitz drei Bit mit der Auswahlinformation für die Empfänger übertragen. Jedes NF-Intervall wird um etwa 17 Prozent komprimiert. In den so gewonnenen  Datenschlitzen werden alle Sender der Funkbrücke nacheinander eingeschaltet und die Information digital übertragen. Alle Gleichwellensender werden mit einem Kurztelegramm ein- und ausgeschaltet. Dieses Kurztelegramm dient gleichzeitig zur Synchronisation und zur Übermittlung anderer Meldungen, zur Überwachung und Fernmessung.
Um eine unnötige Auftastung der Relaisnetzes, etwa durch Überreichweiten, wird zur Auftastung der Tonruf II kurz angewendet (2135Hz für einen Zeitraum von 0,5 bis 2,0 Sekunden). Die Relaisstelle sendet nach einer Mindesttastzeit von 0,5 sec einen Quittungston Tonruf II im Oberband aus. Bleibt das NF Signal nach 5 sec. aus oder wird länger als 3min das Relais offen gehalten, schaltet das Relais automatisch in den Ruhezustand zurück. Diese Auftastung wird BOS-intern als RS1-Enz bezeichnet. Ein Ausnahme bildet jedoch die Kreisleitstelle (übergeordnete-Einsprechmöglichkeit) in Lüdenscheid, sie hat bevorrechtigten Zugriff auf das Relais, der Ausgang der Empfänger ist dauerhaft auf die Abfrageeinrichtung geschaltet, d.h. es muss im Verkehr mit der Kreisleitstelle kein Tonruf angewendet werden, auch fällt der Träger im Gespräch mit der Leitstelle unverzögert ab. Dies hat Vorteile, da einerseits Teilnehmer anderer Funkverkehrskreise nicht Kenntnis von der Betriebsweise des Funkverkehrskreises haben muss und standardisierte Lagemeldungen (Einsatz übernommen, Einsatzort an etc.) in Form von Datentelegrammen übermittelt werden können, ohne den Tonruf anzuwenden, da die Auswerteeinrichtung in der Gleichwellenzentrale integriert ist, andererseits werden so unnötige Belästigungen anderer Funkverkehrskreise durch eigene Überreichweiten gemindert. Auch ist die ungestörte Alarmierung von Einsatzkräften möglich, da die Leitstelle ebenfalls bevorrechtigten Zugang zu den Sendern hat.
 
Fortsetzung folgt


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