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Schriftenreihe - Bundesministerium für Umwelt

1. 10 61 4 1 19 4 a F m E 01 6 114 g 0 01 1 94 gt 2 t 6Kanale 7 Kan le 5Kan le 3 Kan le T 0 001 061 2 E 7 F S 5 0 0001 0 19 3 z 1E 005 0 06 5 I F 1E 006 0 02 1E 007 M 0 01 Lidiji 2 2 g O E 2 a E 3 w z F oO z Betreiber Bild 2 2 18 Anteile der unterschiedlichen Betreiber am Messpunkt T BOTS 1 Zusammenfassend l sst sich feststellen dass die Sendeleistung einer Anlage zwar prinzipiell einen Einfluss auf die ortsbezogene Immission hat Offensichtlich ist jedoch entscheidender wie die Lage des Messpunktes zur Anlage ist wie die Sendeantennen ausgerichtet sind welche Antennen mit welchem Downtilt eingesetzt werden und in welchem Frequenzbereich die Anlage arbeitet Insofern l sst sich bei einer Aufr stung einer bestehenden Anlage nicht pauschal von einer entsprechenden Vervielfachung der Immission ausgehen Die Erh hung der Immission kann sowohl unter als auch beradditiv ausfallen Au erdem ist bei gr eren Abst nden von der Antenne und dem Vorhandensein von Reflexionen die Immission fre quenzabh ngig Frequenzen des GSM 900 Bandes liefern tendenziell h here Immissionen als die des GSM 1800 Bandes Bezugnehmend auf den vorangegangenen Abschnitt hat offen sichtlich die Orientierung des Messpunktes zur Hauptstrahlrichtung einen wesentlich gr e ren Einfluss auf die Immission als die reine Sendeleistung Ein weiterer Einflussfaktor der direkt m
2. UU lateraler A Bild 2 2 3 Durchlaufen der Nebenzipfel beim Entfernen von der Basisstation In Bild 2 2 3 ist die Seitenansicht noch einmal vergr ert dargestellt Auch ein Betrachter der sich diesmal auf gleicher H he d h lateral von der Basisstation entfernt wird keine gleich m ige Abnahme der Immission erfahren Er wird vielmehr die Bereiche der Nebenzipfel und Seite 31 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung der dazwischenliegenden Bereiche schwacher Immission Einz ge durchlaufen so dass die Immission in Abh ngigkeit vom lateralen Abstand sehr stark schwanken wird Erst ab der Entfernung wo der Betrachter n den Bereich der schr g nach unten gerichteten Hauptstrahl richtung gelangt ist bei einer weiteren Vergr erung des Abstands mit einer gleichm igen Abnahme der Immission zu rechnen 10 en 1 0 1 0 0 xe m 3 0 001 7 3 3 0 0001 oe 4E 005 1E 006 1 10 100 1000 10000 Abstand d m Bild 2 2 4 Verlauf der Leistungsflussdichte in Abh ngigkeit vom lateralen Abstand Parametersatz 1 Diese prinzipiellen berlegungen sind in Bild 2 2 4 numerisch simuliert Mit einem einfachen Freiraum Wellenausbreitungsmodell das u a von der RegTP zur Erstellung der Standortbe scheinigung verwendet wird wurde die Immission im Umfeld einer f r den GSM 1800 Frequenzbereich verbreitet eingesetzten Mobilfunkantenne berechnet Aus Gr nden der Vereinfac
3. 0 61 3 E J 7 F lt F J a i 5 0 0001 0 19 1E 005 0 06 Messpunkt Bild 2 1 3 Messergebnisse der Messreihe IMST 3 Obwohl nur etwa 50 der Messpunkte auf max male Anlagenauslastung extrapoliert wurde sind die Messergebnisse trotzdem mit denen der anderen Messreihen vergleichbar Dort wo nicht extrapoliert wurde erfolgte eine zeitliche Maximierung Maxhold innerhalb eines mehrminutigen Betrachtungszeitraums sowie eine Summation aller Einzelimmissionen Wie unter 2 1 6 ausf hrlich erl utert kann dies zu einer bersch tzung f hren die sich teilweise mit der nicht durchgef hrten Hochrechnung kompensiert Bild 4 3 1 zeigt dass die Unter schiede beider Verfahren oftmals gering ausfallen 2 1 4 Messreihe Nurnberg Die Messreihe N rnberg beruht auf Messungen des EM Institutes Regensburg Prof Wu schek Hier wurden in den Jahren 2002 und 2003 verschiedene Messungen in der Umgebung von Mobilfunk Sendeanlagen im Stadtgebiet von N rnberg durchgef hrt und dokumentiert WUSCH 02 WUSCH 03 _1 Bei der Festlegung der Messpunkte wurde versucht vorrangig extreme Immissionssituationen zu untersuchen andererseits aber auch Konstellationen zu ber cksichtigen die in St dten h ufig anzutreffen sind bzw die in der ffentlichen Diskussi on immer wieder besonders kritisch diskutiert werden Die Messpunkte befanden sich sowohl innerhalb von Geb uden als auch m Freien Als Besonderheit ist hier zu nennen
4. 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 2001 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 Suppleme
5. 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 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 Kanalbandbreit
6. Die Ergebnisse zeigen dass eine deutliche Abh ngigkeit von der Ausrichtung zur Anlage besteht 10 26 BImSchV GSM 1800 61 4 wyA ey4e spje4 49S114913 Leistungsflussdichte W m 2 T HF6 1 T HF6 2 T HF6 3 T HF6 4 Messpunkt Bild 2 2 22 Winkelabhangigkeit der Immission am Beispiel T HF6 2 2 7 D mpfung durch Geb ude und andere Sichthindernisse Die Untersuchung des Problems der D mpfung durch Geb ude und andere Sichthindernisse ist vielschichtig In bereinstimmung mit Bild 2 2 23 umfasst dieser Themenkomplex die folgenden Fragestellungen Bild 2 2 23 Verschiedene Aspekte der D mpfung durch Geb ude Seite 52 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung ly L sst sich im Geb ude auf dem die Anlage steht eine Hohenabhangigkeit der Immission uber der Geschosshohe feststellen Was fur eine Rolle spielen Reflexionen an benachbar ten Geb uden Wie gro sind die Immissionen im Geb ude auf dem die Sendeanlage steht im Vergleich zu den Immissionen in benachbarten Geb uden und an Au enmesspunkten Wie gro ist insbesondere die Immission in der obersten Etage Stichwort Leuchtturmeffekt oder Regenschirmeffekt Dies hat direkte Auswirkungen auf die oft diskutierte Fragestel lung ob es bez glich der Immissionsminimierung in einem besonders sch tzenswerten Geb ude sensibler Ort g nstiger ist die Sendeanlage auf o
7. Die Notwendigkeit einer Vorschrift f r eine detaillierte Messdurchf hrung erw chst aus der Notwendigkeit an einem r umlich ausgedehnten Messort das Maximum der Immission zu bestimmen da gerade in Innenr umen die Immission rtlich sehr stark schwanken kann Erfolgt die Messwertaufnahme lediglich an einem festen Punkt sind Unterbewertungen der Immission von mehreren Gr enordnungen m glich Wohingegen die meisten der untersuchten Arbeiten auf das Problem einer Maximierung der Immission nur ansatzweise oder berhaupt nicht eingehen sind vor allem in BUWAL 01 BUWAL 02 COR 02 mit der Schwenkmethode der Drehmethode und der Punktrasterme thode bzw einer Kombination aus Schwenk und Punktrastermethode sehr detaillierte Vor schl ge bez glich einer praktischen Messdurchf hrung enthalten Prinzipiell sind die vorgestellten Verfahren sowohl f r die Messung mit Breitbandsonden als auch mit Spektrumanalysatoren geeignet Ausf hrlich werden m folgenden die Methoden f r die Messungen mit Spektrumanalysatoren diskutiert 3 4 5 1 Frequenzselektives Messverfahren Die Messung erfolgt im wesentlichen so dass mit der Antenne ein zu untersuchendes Raum volumen abgetastet wird Der Spektrumanalysator ist auf die Betriebsart Maxhold einzustel len Hierbei werden die im Spektrum angezeigten Immissionen nur dann aktualisiert wenn bei der Messung ein gr erer Wert festgestellt wurde als bei den bislang abgespeicherten Daten Bei al
8. Mit ver nderter Leistung ndert sich am prinzipiellen Verhalten der Kurve aus Bild 2 2 4 nichts die Kurven werden einfach parallel nach oben steigende Leistung bzw unten s n kende Leistung verschoben Hier spiegelt sich die Proportionalitat zwischen Sendeleistung Ps und Leistungsflussdichte S wider d h bei steigender Gesamtleistung der Sendeanlage erh ht sich die ortsbezogene Immission entsprechend Zur Orientierung sind wieder die f r Deutschland g ltigen Grenzwerte der 26 BImSchV sowie die Schweizer Vorsorgewerte f r Orte mit empfindlicher Nutzung angegeben Seite 42 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Bild 2 2 15 Legende 20 W Sendeleistung 26 Bim SchV GSM 1800 50 W Sendeleistung 10 100 W Sendeleistung 61 4 26 Bim SchV GSM 900 5W Sendeleistung _ 1 19 4 E S 4 len P 502 25 u oe 6 44 NO TANIA N Schweizer AGW GSM 900 2 0 01 SA 1 94 t I 3 0 001 0 61 p 5 gt 0 0001 0 19 gt 1E 005 0 06 T 1E 006 0 02 1E 007 0 01 1 10 100 1000 10000 Abstand d m Verlauf der Immission in Abh ngigkeit vom lateralen Abstand Parametersatz 1 bei Variation der Sendeleistung wyA ey1e Spje4 ayas p913 Seite 43 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Eine Fragestellung bei der Untersuchung des Einflussfaktors Sendeleistung ist jedoch ob es realistisch ist pau
9. gt keine Sichtverbindung Physical Optics eng gt Physikalische Optik Physical Theory of Diffraction eng gt Physikalische Beugungstheo rie Resolution bandwidth engl gt Auflosungsbandbreite Regulierungsbeh rde fur Telekommunikation und Post Frequenzbereich bei frequenzselektiven Messgeraten Endfrequenz Anfangsfrequenz Traffic Channel engl gt Gespr chs bzw Nutzkanal Universal Mobile Telecommunications System eng gt Universelles Mobiltelekommunikationssystem Uniform Theory of Diffraction eng gt Verallgemeinerte geometri sche Beugungstheorie Video bandwidth engl gt Videobandbreite Seite 77 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Verzeichnis h ufig verwendeter Symbole b Geb udeabstand d Entfernung f Frequenz h H he r Abstand W Stra enbreite D Maximale geometrische Ausdehnung einer Antenne Dg Beugungsdampfung E Elektrische Feldstarke H Magnetische Feldstarke P Leistung S elektrische Leistungsflussdichte U elektrische Spannung Zr Feldwellenwiderstand des freien Raumes A Freiraum Wellenl nge Entwicklung von Mess und Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Exposition der Bev lkerung durch elektromagnetische Felder in der Umgebung von Mobilfunk Basisstationen Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Seite 3 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Kurzfassung
10. Hier wird ein anderer Effekt vermutet der be1 der Diskussion um unterschiedliche Antennen typen ebenso wie die korrekte Ber cksichtigung aller m glicher Einfallsrichtungen 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 vertik
11. MR Bundesministerium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit SCHRIFTENREIHE REAKTORSICHERHEIT UND STRAHLENSCHUTZ EE E ENTWICKLUNG VON MESS UND BERECHNUNGSVERFAHREN ZUR ERMITTLUNG DER EXPOSITION DER BEVOLKERUNG DURCH ELEKTROMAGNETISCHE FELDER IN DER UMGEBUNG VON MOBILFUNK BASISSTATIONEN BMU 2005 658 ENERGIE a WIR STEUERN UM AUF ERHEUERBARE ENERGIEN BMU 2005 658 entwicklung von Mess und Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Exposition der Bevolkerung durch elektromagnetische Felder in der Umgebung von Mobilfunk Basisstationen Institut f r Mobil und Satellitenfunktechnik Carl Friedrich Gau Stra e 2 47475 Kamp Lintfort IMPRESSUM Dieser Band enth lt einen Abschlussbericht ber ein vom Bundesministerium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit BMU gef rdertes Vorhaben Verantwortlich f r den Inhalt sind allein die Autoren Das BMU bernimmt keine Gewahr fur die Richtigkeit die Genauigkeit und Vollst ndigkeit der Angaben sowie die Beachtung privater Rechte Dritter Der Eigent mer beh lt sich alle Rechte an der weiteren Nutzung oder Vervielf ltigung des Berichts vor Der Bericht gibt die Auffassung und Meinung des Auftragnehmers wieder und muss nicht mit der des BMU bereinstimmen Herausgeber Bundesministerium f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit Referat RS 2 Postfach 12 06 29 53048 Bonn ISSN 1612 6386 Erscheinungsjahr 2005 Seite 3 von 1
12. a210 au en 1410 T GT44 ___Eiickhofiftrafe G tersloh Boden ja ca280 au en 8110 T DET5 2 _ SaganerStra e Detmold 20G ja s0 inen 4210 nein unter der Anlage S0 S0 T DETS 3 Saganer StraBe Detmold 11 OG nein unter der Anlage 1 0 10 T DETS 4 Saganer Stra e Detmold unter der Anlage 3 1 10 ja a ja ja j ja gt 4 ja a j el i T W11 Sternenberg Wuppertal Boden direktanHSA au en 8 110 nei 10 T W 2 1 Konrad Adenauer Stra e Wuppertal c c c ca T HF 6 2 Amselweg Herford 5 6 10 a a a T W 2 2 Konrad Adenauer Stra e Wuppertal c c T DETS5 5 Saganer Stra e Detmold unter der Anlage 1 0 10 n 1 8 10 Seite A16 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 4 ja ja ja a gt ja ja 3 ja ja ja ilw a 5 ja ja 4 ein ein ja T NE 5 1 Am Hasenberg Neuss unter der Anlage 5 7 10 unter der Anlage 8 2 10 T ERK6 1 Rankestra e Erkrath ro BEE BEE C Ooa T NE52 Am Hasenberg Neuss 60G ja T NE53 Am Hasenberg Neuss 30G ja unterderAnlage innen 8 3 10 T 0G ja pia o ia ee a nein nein T ERK6 2 Rankestra e Erkrath T ERK6 3 Rankestra e Erkrath 2 8 10 T ERK6 4 Rankestra e Erkrath inne 0 S E C T ME 74 Bahnstra e Mettmann Boden ja 100 au en 22 10 teilw 02200 au en 1 7 10 te n n
13. rtliche Schwankungen auch in der Querrich tung zu beobachten In vertikaler Richtung ist wieder der Einfluss des Fensters sichtbar Die horizontale L ngsverteilung hat sich grundlegend ge ndert Ursache ist die komplizierte berlagerung beider einfallender Wellen so dass hier eine einfache Vorhersage der komple xen Feldverl ufe fast unm glich erscheint In der Realit t wird sich je nach Sichtbarkeit der Anlage und Reflexionsbedingungen in der Umgebung ein noch komplizierteres Interferenz bild einstellen In vorliegenden Berechnungen geht es jedoch pr m r darum einen grundle genden berblick bez glich der Gr e und Schwankungsh ufigkeit der Immission zu gewin nen Bild 3 1 9 zeigt die Verteilung f r das Au enszenario mit direkter Sicht zum Sender ohne reflektierende Objekten n unmittelbarer N he Die H he der Antenne wurde mit 5 25 m hier so gew hlt dass sich der Empfangsbereich innerhalb der Hauptstrahlrichtung der Antenne befindet Seite 77 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung sie dates EEE E las atlas EO EET E wavueadenauduck E E E A Geometrie Horizontal quer Horizontal laengs vertikal Normierte elektrische Feldstarke dB Bild 3 1 9 Fadingverteilung auf drei senkrechten Achsen Parametersatz 2 Szenario Au enbereich mit direkter Sicht zur Antenne keine reflektierenden Objekte Bemerkenswert sind hier die folgenden Punkte In horiz
14. 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 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 Basissta
15. 0105 Ea D111 B D11 2 D11 6 E D11 7 aT D11 3 A D11 5 D12 3 D12 4 D12 5 D14 2 oo zw wo lt o a aa Messergebnisse der Messreihe IMST 2 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 wa 418 Sp1 94 eyas 19913 wA 418 Sp194 eyas 1 9913 Seite 20 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 2 1 3 Messreihe IMST 3 Auch die in der Messreihe IMST 3 vorgestellten Daten beruhen auf eigenen Messungen Die Messpunkte befanden sich mehrheitlich in direkter N he zu Basisstationen BS Innen und Au enmesspunkte s nd in den Messungen enthalten Die Messpunkte wurden mehrheitlich nicht nach dem Gesichtspunkt max mal zu erwartender Immissionen ausgew hlt Ausnahme V14 1 Vielmehr standen hier Anfragen besorgter Burger 1m Vordergrund die in direkter N he zu einer Basisstation wohnen und an ihrer pers nlichen Immissionssituation interessiert waren Insofern ist die Messreihe JMST 3 repr sentativ fur die Immissionsverteilung im Umfeld der Basisstationen ohne spezielle Suche nach Orten mit maximaler Immission Die Messunsicherheit betrug ca 3 dB Sie wurde nicht auf die Messergebnisse aufgeschlagen In Bild 2 1 3 sind die gemessenen Immissionen dargestellt Bei den Messungen wurden alle relevanten Immissionen auch umliegender Mobilfunkanlagen erfasst wohingegen der Anteil der Hauptsendeanlage nicht getrennt ausgewiesen wurde Somi
16. 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 und 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 Basisstationsan
17. Ans tze gibt zum Vergleich mit den Grenzwerten nicht den Maximalwert der gemessenen Immission sondern einen Mittelwert zu erfassen Begr ndet wird dies damit dass einige Personenschutznormen z B ICNIRP 98 die abgeleiteten Grenzwerte als ber den gesam ten menschlichen K rper r umlich gemittelte Werte definieren Obwohl nicht explizit er wahnt mittelt dieses Verfahren nat rlich die aufgrund der oben gezeigten starken rtlichen Amplitudenschwankungen real existierenden hohen Immissionsspitzen weg und ergibt somit ein moderateres Bild der Immissionssituation vor Ort Dies st s cherlich aus Netzbetreiber sicht positiv muss aber in jedem Fall durch die jeweilige nationale Personenschutznorm gedeckt sein Als Mittelungsgeometrien werden in den diesbez glichen Untersuchungen 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 BOR 02 LEH 03 Bild 3 2 1 zeigt einige der vorge schlagenen Geometrien 0 35 m 0 40 m Mittelpunkt Mittelpunkt Mittelpunkt 1 25 m D 1 25 m 0 50 m Kopfbereich 150 180 cm 0 4 m a lt _ _ gt h 1 75m i i 36 10 cm Torsobereich 120 150 cm h 1 5m i einbereich 80 cm i B 80 120 n 10 20 cm h 0 75 m 10 cm Bild 3 2 1 Verschiedene vorgesc
18. BOCH 03 3 BOR 98 BOR 02 CEPT 02 EMPIRE ICNIRP 98 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 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 M Baldauf A Herschlein und W Wiesbeck Exposition in Penthaus wohnungen verursacht durch Mobilfunkbasisstationen Frequenz vol 57 S 104 111 2003 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 E
19. 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 hrend 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
20. Das Messverfahren muss reproduzierbare Ergebnisse liefern d h die Messergebnisse sollten bei Messungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten bzw durch 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
21. Li Leda Finite Differenzen Methode FDM Die Finite Differenzen Methode basiert ebenfalls auf der L sung der Maxwellschen Glei chungen in ihrer Differentialform Jedoch startet der Ansatz mit der Naherung der r umlichen Ableitungen durch endliche Differenzen Dies f hrt zu einem Gleichungssystem in dem die Unbekannten die elektromagnetischen Gr en an den Punkten eines Gitters darstellen Die FDM erfordert die Diskretisierung des Berechnungsgebietes in ein regelm iges Gitter was einige Einschr nkungen hinsichtlich der modellierbaren Geometrien mit sich bringt Die Struktur des entstehenden Gleichungssystems erlaubt die Anwendung optimierter Algorith men zur Losung und Speicherung 232 23 Finite Differenzen im Zeitbereich Finite Difference Time Domain FDTD Die Anwendung der Methode der finiten Differenzen im Zeitbereich ist weit verbreitet Die Maxwellschen Gleichungen werden hier direkt in Raum und Zeit diskretisiert Jedem Volu menelement werden elektrische Materialparameter zugeordnet Durch L sen der Differential gleichungen im Zeitbereich werden die elektrischen und magnetischen Feldst rken in jedem Volumenelement zu jedem betrachteten Zeitpunkt mit hoher Genauigkeit bestimmt Da auch bei FDTD das gesamte Berechnungsgebiet n den drei Raumrichtungen diskretisiert werden muss wobei die Schrittweite h chstens ein Zehntel der untersuchten Wellenl nge betragen darf ergibt sich eine sehr gro e Anzahl von zu berechnenden Unbeka
22. S 2 5 3 ausdr cken blicherweise existieren f r die Definition des Fernfeldes verschiedene Absch tzungen in Abh ngigkeit der Entfernung r Bei Abst nden r mit u 2 5 4 IR Seite 42 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren k nnen beim Hertzschen Dipol die radialen Komponenten gegen ber den senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der abgestrahlten Welle stehenden Feldkomponenten vernachl ssigt 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
23. 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 oftmals 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 3 3 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
24. Wellenl nge h ufiger als bei 900 MHz Au erdem erscheinen die Einbr che zwischen den Wellenbergen bei GSM 900 tiefer als be1 GSM 1800 Seite 71 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Bild 3 1 2 Untersuchtes Indoorszenario mit folgenden Materialien Grau Stein rot Holz gelb Metall Legend sub 1l f dump 50000e 009 00 dB 91 dB 93 dB 09 dB 42 dB 99 dB 92 dB 39 dB 87 dB 76 dB 00 dB Bild 3 1 3 Verteilung der elektrischen Feldst rke in der Tischebene einfallende Welle bei 1800 MHz Seite 72 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Legend sub 1 f dump dbx par 9 Yru Yru Yrm Yru 3 Trn 4 i 0 N V m 5 N O sie my mh Se my mh 10 my mh my Th E Rer uvu 50 Bild 3 1 4 Verteilung der elektrischen Feldstarke in der Tischebene einfallende Welle bei 900 MHz 151 x Legend sub l f dump dbx par 9 00000e 006 Vim Vim Vin Vim Vim Vin nym i s nym i 600 nVn 500 nVm 942 nVn Bild 3 1 5 Verteilung der elektrischen Feldst rke in der Tischebene einfallende Welle bei 900 MHz Anwesenheit einer Person im Raum wei er Block In Bild 3 1 5 ist zus tzlich die Anwesenheit einer Person simuliert wei er Block Materialpa rameter von Muskelgewebe Dadurch ver ndert sich das Feldbild nicht nur im Bereich der Person sondern bis etwa zur
25. 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 geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 3 8 Fl chendeckendes Kataster Die Realisierung eines fl chendeckenden 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 M glichkeiten So k nnten 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 Berechnungssoftwar
26. 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 gemessenen 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 Origin r 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 cksich
27. dass der Verfasser dieser Messreihe die Standorte in einzelne Kategorien z B nach Lage im Umfeld von sensiblen Orten nach Mehrfachnutzungen oder nach geringen H henunterschieden usw untergliedert hat Die Messunsicherheit bei den Messungen wurde mit 3 dB angegeben In den referenzierten Untersuchungen wurde die Messunsicherheit auf die Ergebnisse aufge schlagen Um die Daten mit den anderen Messreihen dieses Kapitels vergleichbar zu machen sind die weiter unten dargestellten Daten wieder um die Messunsicherheit verringert worden d h es sind die reinen Messdaten angegeben Seite 22 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Lage der Messpunkte vorrangig extrem exponierte Orte in direkter Umgebung der BS auch typische Szenarien Extrapolation auf max Anlagenauslastung MU auf Ergebnisse aufgeschlagen urspr nglich ja hier aber wieder abgerechnet Tabelle 2 1 4 Administrative Daten und statistische Auswertung der Messreihe N rnberg Bei dieser Messreihe f llt auf dass die Werte im Vergleich zu den anderen Messreihen fast durchweg h her sind Da die Messverfahren weitgehend identisch sind ist eine m gliche Ursache in der Wahl der Messpunkt zu vermuten 10 26 BImSchV GSM 1800 E 26 BImSchV GSM 900 61 4 re 1 19 4 m C a amp D M a 0 1 Schweizer AGW GSM 1800 614 Bi EEE BE EB EEE BE BE EB BE BB BEN H BEBEB EB BE BE BE BEE BEE EB BE EB BEN H HEEB
28. de er We ee Bee r ee Eg FFFrFrFrFrerr FFFFFFFFFrFrFrrrFrrFbrrrrr Messpunkt 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 Schweizer AGW GSM 1800 Schweizer AGW GSM 900 rT Pier Ill WA 3 4 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 ercrrdii uuaSI SSSTEFTFTVSESEHSTTGCGCSHCS5H KK KK AN NN SS SSH FD KW 655 SOoNN NN mmmmmmmmm aamar rbrrFrctrecrbrecbrbriul I I X WWW Wu x X uw Wi 20 POO OOM ME mH rrr TSS SS SS 5508 OCS SEND ZUSS yss SS PEER PRP RP RP PP PP PE EO OA OG EEE EER ER EE FF FF AAEE EERE FREU Wu rererere ee br ee Fr Messpunkt Messergebnisse der Messreihe T V 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 wa 418 Sp1 94 eyas 19913 wa 418 Sp1 4 eyas 19913 Die Messwerte sind vergleichbar mit denen der Messreihe IMST 3 Offensichtlich liegt dies an der Wahl vergleichbarer Messpunkte d h ohne prim re Auswahl von extrem exponierten Punkten Seite 25 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 2 1 6 Messreihe Baden W rttemberg Im Oktober 2001 wurde im Auftrag des Ministeriums f r Umwelt und Verkehr Baden Wurttemberg eine umfangreiche Messkampagne gestartet deren Zweck es war genauere Informationen ber die Immissionssituation durch hochfrequente elektromagnetische Felder zu erhalten An diesem Projekt beteiligt waren die Firma botronic GmbH Stuttgart sow
29. 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 ude 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
30. 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 Singulare 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 erh
31. folgen An diesem Ort ist eine Feinmessung mit Spektrumanalysator bzw Messempfanger Effektivwertanzeige und Empfangsantenne durchzuf hren Hierbei sind alle Immissio nen aufzunehmen die weniger als 60 dB unter dem Grenzwert liegen Dazu ist das Spekt rum mit einer passenden Auflosungsbandbreite abzutasten Die Antenne ist dabei in Sen derrichtung auszurichten und zu drehen der Spektrumanalysator ist in der Betriebsart Maxhold zu betreiben Aus den Messwerten wird mit den Antennenfaktoren und der Kabeldampfung die elektrische oder magnetische Feldst rke berechnet Die Ermittlung des r umlichen Feldst rkevektors erfolgt entweder ber die Messung mit einer dipolarti gen Antenne in den drei orthogonalen Raumrichtungen und anschlie ender Bildung der Resultierenden oder sofern der Hauptanteil der Immission von einer Quelle stammt un ter der Verwendung von Richtantennen nach folgendem Verfahren Die Antenne wird be z gl ch Richtung und Polarisation auf den Sender ausgerichtet Danach ist ein 360 Hori zontalscan durchzuf hren und anschlie end in der Richtung des Maximum ein Vertikal scan Dieses Vorgehen wird an anderen Messpunkten wiederholt Abschlie end hat eine r umliche Mittelung der Messwerte ber 9 Messpunkte zu erfolgen Dabei s nd allerdings nur diejenigen Messwerte zu ber cksichtigen die weniger als 40 dB vom Grenzwert ent fernt sind Sofern der Mittelwert dicht am Grenzwert st muss n der Auswertung nicht nur der M
32. nd D mpfung tritt auf wenn eine Funkwelle auf ein Hindernis trifft welches f r elektromag netische Strahlung nur teilweise durchl ssig ist Die im Hindernis absorbierte Energie wird in W rme umgewandelt Trifft eine 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 absorbieren elektromagnetische Energie Der Absorptionsgrad ist abh ngig von den elektrischen Materialeigenschaften der Dicke und dem inneren Aufbau des Hindernisses Seite 9 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Reflexion tritt auf wenn eine Funkwelle auf ein glattes Hindernis trifft welches sehr gro gegen ber hrer Wellenl nge st z B H userw nde Der Reflexionsgrad st abh ngig von den elektrischen Materialeigenschaften der Oberfl chenrauhigkeit des Hindernisses und dem Einfallswinkel der Funkwelle Streuung tritt auf wenn eine Funkwelle auf ein Hindernis tr fft welches kleiner als oder vergleichbar gro mit ihrer Wellenl nge ist z B Laub Laternenpf hle Verkehrsschilder Wellen werden auch an rauen bzw ungleichm igen Oberfl chen gestreut Die Natur des Ph nomens st hnlich der Reflexion mit der Ausnahme dass die einfallende Funkwelle n nicht eine sondern in viele Richtungen zur ckgeworfen wird Streuung ist abh ngig von den elektris
33. 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 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 platz
34. um die Messwerte m gl chst gut zu approximieren Die Physik spielt bei diesen Verfahren keine bzw wenn berhaupt eine untergeordnete Rolle Semi empirische Verfahren verwen den einfache theoretische Ans tze w e z B d e Absch tzung der Beugungsd mpfung durch Multiple knife edge Modelle oder die Zweistrahltheorie in Kombination mit empirischen Korrekturen Damit ist zwar n begrenztem Ma e eine Ber cksichtigung der realen Ausbrei tungsumgebung d h von Gel ndeh he oder Bebauung m glich jedoch werden die vielfalti gen M glichkeiten einer strahlenoptischen oder feldtheoretischen L sung nicht erreicht Seite 13 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 2 3 1 Empirische und semi empirische Modelle 2 3 1 1 Empirische Ausbreitungsmodelle Die Prognose von Empfangsleistung und Funkfeldd mpfung wird bei nur unzureichender Information bez glich der Umgebung vielfach mit Hilfe empirischer Modelle durchgef hrt Mit einer Ausnahme s nd diese Verfahren allerdings nicht n der Lage d e Beugungsd mp fung bei der Ausbreitung ber Hindernisse hinweg abzusch tzen Daher sind sie nur f r eine mehr oder weniger flache Umgebung zu gebrauchen Zur Einbeziehung der Beugung lassen sich diese empirischen Modelle z B mit den Multiple knife edge Modellen von Epstein u Peterson EPS 53 Deygout DEY 66 DEY 91 oder Giovaneli GIO 84 koppeln Durch die Verschmelzung von deterministischen Ans tze
35. und mittlerem Abstandsbereich von der Antenne jedoch nach unten und gleichzeitig nach rechts Die Rechtsverschiebung ist damit erklarbar dass ein bestimmter Abstrahlwinkel der Antenne bei gr erem H henunterschied erst in einem gr eren Abstand von der Antenne erreicht wird Durch den gr eren Abstand ist auch die Immission kleiner da unter Freiraumbedin gungen die Leistungsflussdichte m Fernfeld quadratisch mit der Entfernung von der Antenne abn mmt Bild 2 2 11 zeigt deutlich dass bei geringen H henunterschieden z B 1 m die Werte der ortsbezogenen mmission stark steigen und sogar die Schweizer Anlagengrenzwer te deutlich berschritten werden k nnen Davon s nd solche Immissionsorte z B innerhalb von Wohnungen betroffen die sich in Hauptstrahlrichtung auf fast derselben H he wie die Sendeantenne befinden und relativ dicht einige Meter an ihr angrenzen Bei gro en Entfer nungen von der Antenne einige Hundert Meter spielt die H hendifferenz keine Rolle mehr da man dort die Sendeantenne unabh ngig von ihrer H he unter nahezu demselben Winkel sieht und die Hauptstrahlung ber diesen Winkelbereich nahezu konstant ist Deswegen m nden die Immissionskurven ineinander e n Anmerkung Letztere Aussage gilt in der Realit t nicht f r innerst dtisches Gebiet ohne direkte Sicht zur Sendeanlage Hier steigt die ortsbezogene Immission bei Erh hung der Sendeantenne aus wellenausbreitungstechnischen Gr nden an da die Antenn
36. werden diese getrennt behandelt Die Erl uterungen in diesem Kapitel beziehen sich primar auf Basisstationen des GSM Mobilfunksystems Sendeanlagen des neuen UMTS Standards befinden s ch derzeit gerade m Aufbau an einigen Orten sind sie bereits im Probebetrieb Obschon bei den im ersten Kapitel vorgestellten Messungen UMTS Anlagen bereits in die Erfassung eingegangen sind ist der derzeitige Probebetrieb ohne standardgem e Nutzer bez glich der zeitlichen Schwankun gen nicht repr sentativ f r den sp teren Normalbetrieb Deswegen werden UMTS Anlagen in diesem Kapitel vorerst ausgeklammert definitive Aussagen hierzu sind erst m glich wenn das UMTS Netz m Normalbetrieb arbeitet und dementsprechende Erfahrungen gesammelt werden konnten 4 1 Zeitliche Schwankungen seitens der Basisstation 4 1 1 Einkanalige Basisstationen Unter einkanaligen Basisstationen werden in diesem Abschnitt Anlagen verstanden die pro Sektor nur ber einen Kanal verf gen Dies ist bei GSM Anlagen der sogenannte Sende Kontrollkanal BCCH Broadcast Control Channel Der BCCH sendet e konstant mit maximaler Leistung und e mit voll belegten Zeitschlitzen auch wenn kein Gespr ch ber diesen Kanal l uft Er bestimmt durch sein permanentes Vorhandensein die minimale Immission der Funkzelle Aufgrund des permanenten Sendebetriebs mit maximaler Leistung sind hier prinzipiell kurzzeitige Schwankungen der Sendeleistung nicht zu erwarten Laut Aussagen der N
37. wo erfahrungsgem die Immission nicht maximal ist Die Messunsicherheit betrug ca 3 dB Sie wurde nicht auf die Messergebnisse aufgeschlagen Messreihe Lage der Messpunkte repr sentative Orte in direkter Umgebung der BS oftmals besonders hoch exponierte Punkte aber teilweise auch sensible Orte Extrapolation auf max Anlagenauslastung Tabelle 2 1 2 Administrative Daten und statistische Auswertung der Messreihe IMST 2 Seite 19 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 10 en 1 T g a o 2001 p 3 gt 0 001 3 173 gt 0 0001 1E 005 10 1 o1 2 Kan o 2001 72 5 a gt 0 001 E 73 D 0 0001 1E 005 Bild 2 1 2 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 Legende E Hauptsendeanlage E Mobilfunk gesamt Schweizer AGW GSM 1800 Schweizer AGW GSM 900 os N N TTA en N m NT N HHH G O CO N n NA A Ss cos os os as as as os oa 5 26 BImSchV GSM 1800 rT EEE E 032 aeaee 033 aaee Tm v5 e D3 1 D7 2 D7 3 D3 1 D8 2 D8 3 D8 4 Messpunkt 26 BImSchV GSM 900 Legende i E Hauptsendeanlage E Mobilfunk gesamt Schweizer AGW GSM 1800 Schweizer AGW GSM 900 1 EEr N N AN lt m A A Messpunkt D9 1 ERA au DZ D9 2 m D9 3 094 m D9 5 D9 6 eee D10 1 a D10 2 m 13 lo D10 4 a
38. wobei als Parameter der Downtilt der Antenne variiert wird Auswertung F r gr ere Downtilts verschieben sich die Kurven nach links und die ortsbezogenen Immis sionspegel werden gr er Interessanterweise steigt die 1m Bereich der Hauptstrahlung liegende ortsbezogene Immission starker an als die 1m Bereich der Nebenzipfel liegende Auch fur moderate Sendeleistungen 20 W kann es bei realistischen Downtilts schon zur berschreitung der Schweizer Anlagengrenzwerte kommen Die Kurven m nden f r gro e Abst nde von der Antenne nicht ineinander ein da man dort in einem Winkelbereich des Elevationsdiagramms ist wo sich die Abstrahlung sehr stark bei minimaler Winkeldifferenz ndert Fur 8 Downtilt wird f r gro e Abst nde bereits der erste Nebenzipfel ber dem Horizont erreicht deswegen steigt die Kurve wieder an Eine messtechnische berpr fung dieses theoretisch abgeleiteten Einflusses ist in der Praxis nur schwer m glich Aufgrund der Vielzahl der eingesetzten Antennentypen und Downtilts w ren einerseits eine Vielzahl von Messungen notwendig um eine repr sentative Auswahl von unterschiedlichen Konfigurationen zu erfassen und belastbare Daten zu gewinnen Andererseits st durch den m Vergleich zum Einflussfaktor H henunterschied geringeren Einfluss des Downtilts zu erwarten dass messtechnisch nachweisbare Effekte v llig von anderen Einflussfaktoren wie z B der Lage des Messpunktes verdeckt werden Eine indirek te me
39. 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 Langenausdehnung 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 E
40. 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 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 eessssssessssssssssnnnnnesssssssssssnneee 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 Hochstra e 1 3 47443 Moers ccseessssssnnnnnnnnessssssnssssnneee 130 Basisstationsstandort Hombergerstrape 162 47441 Moers wscccccccssssssssssscees
41. 13m 1 m ber Z mmerboden H he Basisstation Outdoor H he Immissionsort Outdoor Lateraler Abstand Basisstation Immissionsort 50 m Antenne K 741324 X Pol meachanischer Downtilt Indoor mechanischer Downtilt Outdoor D m 4 Frequenz 1767 5 MHz Berechnungsverfahren Strahlenoptik Tabelle 3 1 1 Beschreibung der Parameter f r Parametersatz 2 Bild 3 1 7 zeigt die Berechnungsergebnisse f r das Szenario Innenraum mit freier Sicht zur Antenne Die Sendeenergie f llt senkrecht durch das 50 cm ber dem Boden beginnende Fenster in den Raum ein vgl z B mit Bild 3 1 3 Der Nullpunkt der drei Auswerteachsen befindet sich in 1 m Hohe ber dem Fu boden vertikale Achse 2 m vom Fenster entfernt im Rauminneren L ngsachse mittig zwischen den Seitenw nden Querachse Seite 75 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Geometrie Horizontal quer Horizontal laengs vertikal Normierte elektrische Feldst rke dB Bild 3 1 7 Fadingverteilung auf drei senkrechten Achsen Parametersatz 2 Szenario Innenraum mit direkter Sicht zur Antenne In bereinstimmung mit Bild 3 1 3 sind hervorgerufen durch die senkecht zur Einfallsrich tung der Welle stehende rechte Zimmerwand die Feldst rkeschwankungen in L ngsrichtung am st rksten was die H ufigkeit und die Amplitude betrifft In vertikaler Richtung sind relevante Feldwerte erst ab einer Zimmerhohe vo
42. 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 W nde Stein mit einer Dicke von 20 cm angenommen Diese Konfiguration weist einen D mpfungsfaktor von ca 1 8 dB auf In Bild 3 6 68 st das Ergebnis zu sehen Es ist deutlich die Vergleichsebene 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 Unte
43. 4 1 2 zu sehenden B ume und es regnete zeitweise Trotz dieser die Mehrwegeausbreitungsbedingungen m glicherweise beeinflussenden Fakto ren ist die Immission vergleichsweise konstant ber Nacht ist die Schwankungsbreite geringer als am Tage dies ist auf nicht vorhandenen Autoverkehr auf der Stra e zur ckzuf h ren Trotz gro er Entfernung von der Basisstation Wechsel der Witterungsverh ltnisse und Autoverkehr liegen die Schwankungen der Immission im Bereich von 2 dB w hrend der Nacht sogar unter 1 dB hnliche Schwankungen wie in NEU 03 konnten nicht beobachtet werden 4 1 2 Mehrkanalige Basisstationen Im Gegensatz zu den einkanaligen Basisstationen kommt bei mehrkanaligen Anlagen ein Ph nomen hinzu dass anlagenseitig sehr wohl die abgestrahlte Leistung beeinflusst Die Leistungsregelung Die Leistungsregelung sorgt daf r dass ab dem zweiten Kanal e nur dann gesendet wird wenn Gespr che zu bertragen sind e in Gespr chspausen 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 Verbindungsqualit t zwischen Handy und Basisstation intelligente Leistungsrege lung UMTS Anlagen verf gen ebenfalls ber eine Leistungsregelung hier liegen aber aufgrund des derzeitigen Probebetriebs der Anlagen noch keine
44. 99 cb 662 000 wV m 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 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 a 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 eine
45. A 34189 Sp194 9498114913 1E 005 0 06 TITIN TT TTT TT TTT TT TTT TT TTT TT TTT 1E 006 ttt N ER ER EN 1110 02 1 10 100 1000 Abstand d m Bild 2 2 6 Ergebnisse der Messung an einer Anlage im Wohngebiet Aufgrund der Tatsache dass die verwendete Antenne im Nebenzipfelbereich nur einen dominanten Nebenzipfel aufwies sind die Schwankungen m Entfernungsbereich vor der Hauptstrahlrichtung 1 m bis ca 30 m diesmal n cht stark ausgepr gt Durch den starken Downtilt und die niedrigere Installation beginnt die Hauptstrahlrichtung schon in ca 45 m Entfernung von der Antenne Sehr gut ist der gleichm ige Abfall der Leistungsflussdichte f r gr ere Entfernungen zu erkennen Der Abfall ist etwa proportional mit d wobei d der laterale Abstand st Seite 34 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 10 26 BImSchV GSM 1800 E 26 BImSchV GSM 900 A Sg gt h gt 0 1 Pa xo gt 0 01 Om 80m 160m 240 m 0 001 0 0001 1E 005 oO ez w A y483Sp194 aydsi4 49 9 Leistungsflussdichte W m 2 _ o W1 1 W1 2 T T T W1 3 T W1 4 Messpunkt Bild 2 2 7 Entfernungsabhangigkeit der Immission am Beispiel T W 1 Als letztes Beispiel ist in Bild 2 2 7 das Ergebnis einer Au enmessung in der Umgebung der dargestellten Anlage gezeigt Die M
46. Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e eindeutige Nummerierung des Berichtes e eindeutige Bezeichnung der gemessenen Anlage 2 3 8 2 Gegenstand der Messung 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 Kalibrie
47. Allerdings bleibt der Mast an sich w hrend der Messung an einem festen Ort W hrend es n der MV 20 darum geht die rtliche Feldverteilung frequenzselektiv zu messen und den Abstand zu den Grenzwerten zu ermitteln soll die Anwendung der MV 21 lediglich den Nachweis erbringen ob der Grenzwert erreicht oder wesentlich unterschritten ist Die Messung erfolgt hier nicht frequenzselektiv sondern mit breitbandigen Sonden Der Messort wird in Teilbereiche unterteilt die von 1 2 m bis 1 8 m Hohe abgetastet werden Ausnahme andere typische Aufenthaltsbereiche von Personen Es werden ebenso Probleme eines Mindestabstands des Messger tes zu leitenden Teilen als auch Feldverzerrungen durch den Messenden angesprochen Auch n der MV 22 geht es pr m r um eine Absch tzung ob der Grenzwert wesentlich unterschritten oder erreicht wird Die MV 22 bezieht s ch aber speziell auf Messungen n Wohnungen und anderen R umen Die Vorgehensweise ist entsprechend der MV 21 mit der Ausnahme dass die Messantennen mittels einer Antennenhalterung n der Hand gehalten werden d rfen Die RegTP MA EMF 03 ist obwohl nicht explizit erw hnt primar f r die Messung im Freien entwickelt F r die Messungen ist ein Spektrumanalysator mit einer passenden Breitbandan tenne einzusetzen Hervorzuheben ist hier dass in Abh ngigkeit vom zu untersuchenden Frequenzbereich konkrete Einstellparameter des Spektrumanalysators angegeben werden Die Seite 37 von 77 zum Zw
48. 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 mulationsergebnis 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 i 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 f r 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 dBu V m entsprechen Bild 3 6 17 Simulationsergebnis f r das Programm Wireless Insite Auch hier best tigt sich wieder dass ein Farbvergleich und somit ein Vergleich der Immissi onsverteilung zwische
49. 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 dann 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 w ren 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 Schw
50. Aus Bild 2 2 21 wird deutlich dass es je nach horizontaler Ausrichtung des Immissionsortes bez glich der Sendestation Unterschiede in der Immission geben wird Wohingegen die Immission dann maximal ist wenn eine der Antennen voll auf den Immissionsort ausgerichtet ist O 120 oder 240 wird die Immission dann geringer sein wenn sich der Immissionsort in dem Uberlappungsbereich zwischen zwei Sektoren befindet 60 180 oder 300 Zwar berlagern sich in diesem Uberlappungsbereich die Abstrahlungen beider benachbarter Antennen zu einer resultierenden Abstrahlung jedoch ist diese n diesem Beispiel immer noch deutlich kleiner als n Sektormitte Werden Antennen mit breiterer Az mutcharakteristik oder gar Rundstrahlcharakteristik eingesetzt ist der Pegeleinbruch im berlappungsbereich zweier Sektoren nicht mehr so deutlich oder gar nicht mehr ausgepr gt Wird hingegen eine Anlage mit nur zwei Sektoren betrieben dann ist auf der abgewandten Seite mit deutlich geringeren Immissionen zu rechnen Ein Beispiel f r den Einfluss der horizontalen Ausrichtung des Messpunktes zur Anlage ist n Bild 2 2 22 dargestellt Hier wurden Messungen bei unterschiedlichen Positionen um eine Seite 51 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Anlage durchgef hrt Alle Messpunkte befanden sich auf einem Kreis um die Anlage mit dem Radius 200 m d h bei gleichem Abstand von der Anlage Variiert wurde die Winkelposition
51. 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 Verursacher 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
52. 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 Vergleich 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 S
53. Berechnungsverfahren Mobilfunk AbKurzungsverzeichnS a DD Verzeichnis h ufig verwendeter Symbole sssssssssuuesssssssnnnnnsssnnnnnnunnnne 7 7 Seite 6 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 1 Einleitung 1 1 Zielsetzung des Forschungsvorhabens Der vorliegende Zwischenbericht ist Bestandteil des Forschungsvorhabens Entwicklung von Mess und Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Exposition der Bev lkerung durch elektromagnetische Felder n der Umgebung von Funksendeanlagen des Bundesamtes f r Strahlenschutz 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 oder Fernsehsender von einer weite ren Betrachtung n dieser Studie ausgeklammert Weiterhin unber cksichtigt bleiben die Immissionen durch die Mobilfunk Endger te d h die Handys f r GSM oder UMTS F r den Strahlenschutz ist es dabei dringlicher denn je verl ssliche Daten ber die tats
54. 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 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 st 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
55. 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 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
56. 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 atiowelees 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 een eier 31 Seite 12 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 23 02 Eli Cher AuUWaNd een 60 22 00 Repioduzlerbakeiluns une T T A T 6l 2 5 6 7 M glichkeiten und Grenzen der Mittelung i eecccscsseeeeceeceeeeeeeeeeaaeaeeeeeeees 62 23 08 az 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
57. Eignung und Genauigkeit der Mess und Berechnungsverfahren gezogen Abschlie end erfolgt wie bei den Messverfahren eine Diskussion 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 nne
58. Fading bezeichnete Effekt tritt dann auf wenn die Funkwellen von der Basisstation zum Empfange rort aufgrund von Reflexionen ber mehrere Ausbreitungspfade gelangen und die einzelnen Teilwellen dabei interferieren In Abh ngigkeit vom Ort treten dabei unterschiedliche Gang unterschiede der Teilwellen auf so dass die daraus resultierende konstruktive oder destruktive berlagerung zu rtlich kleinskaligen Schwankungen im Zentimeterbereich f hren kann Seite 83 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Die H ufigkeit der Schwankungen ist besonders gro in derjenigen Richtung in der ein Hindernis z B eine Wand oder der Boden senkrecht von der Funkwelle getroffen wird Die Schwankungsamplitude kann dabei mehr als 20 dB Faktor 100 bez glich der Leistungsfluss dichte umfassen Numerisch wurden einige Basisszenarien untersucht um ein Verst ndnis ber die Gr en ordnung und die dem Fading zugrunde liegenden Wirkungsmechanismen zu erlangen In der Real t t f hrt vor allem das Vorhandensein von multiplen Reflexionsstellen z B m inner st dtischen Bereich ohne direkte Sicht zur Sendeantenne d h ohne dominanten Ausbrei tungspfad zu deutlichen Verkomplizierungen der Interferenzbilder Allerdings ist hier auch zu beachten dass bei Anlagen mit mehreren Mobilfunksystemen GSM 900 GSM 1800 UMTS eine Abschw chung der Schwankungsamplitude zu erwarten ist da sich die Interfe renzbilder der einzelnen F
59. 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 Anz Objekte 33 zoom zoom ET eit Disko bai Maus Akt OK New L schen 3ds aw T kein ii bei Maus Aktion F a 1 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
60. Lintfort 1996 C Bornkessel M Neikes und A Schramm Untersuchung der Immissi onen durch Mobilfunk Basisstationen IMST Report Kamp Lintfort 2002 C Bornkessel M Neikes und A Schramm Messverfahren zur Ermitt lung der Immissionen durch Mobilfunk Basisstationen IMST Report Kamp Lintfort 2002 Messempfehlung f r GSM Basisstationen Entwurf vom 20 M rz 2001 Bundesamt f r Umwelt Wald und Landschaft BUWAL und Bundesamt f r Metrologie und Akkreditierung METAS Bern 2001 Mobilfunk Basisstationen GSM Messempfehlung Bundesamt f r Umwelt Wald und Landschaft BUWAL und Bundesamt f r Metrologie und Akkreditierung METAS Bern 2002 Mobilfunk und WLL Basisstationen Vollzugsempfehlung zur NISV Bundesamt f r Umwelt Wald und Landwirtschaft BUWAL Bern 2002 Draft CEPT ERC Recommendation xxx Measuring Non ionising Radiation 9 kHz 300 GHz PT22 rad Ol 26 rev 2 Maisons Alfort 2002 D J Cichon T K rner und W Wiesbeck Modellierung der Wellen ausbreitung in urbanem Gel nde Frequenz vol 47 S 2 11 1993 D J Cichon Strahlenoptische Modellierung der Wellenausbreitung in urbanen Mikro und Pikofunkzellen Dissertation Universit t Karlsruhe ISSN 0942 2935 Band 8 1994 D C Cox R R Murray und A W Norris Antenna Height Dependence of 800 MHz Attenuation Measured in Houses IEEE Trans on Vehicular Technology Vol 34 Nr 2 S 108 115 1985 Seite 68 von 7
61. 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 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
62. 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 Abschlussberichtes 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 Polarisatio
63. Mobilfunkanlagen bis zu einer Entfernung von 200 m so dass hier die Stationsdichte nur im Rahmen der Anteile durch benachbarte Stationen eingehen kann Nach den bislang untersuchten Einflussfaktoren sind vor allem solche Einflussfaktoren wie die Lage des Immissionsortes zur Basisstation H he Ausrichtung Entfernung sowie technische Anlagedaten Leistung Ausrichtung Antennen Downtilt usw entscheidend Da die Lage eines Immissionsortes zur Basisstation in st dtischem und au erst dtischen Bereich durchaus vergleichbar sein kann bleiben als Faktoren f r m gliche Unterschiede in den Immissionen die Anlagendaten Bei innerst dti schen Anlagen sind oft mehrere Kan le pro Netzbetreiber Kapazitatsaspekt vorhanden als im au erst dtischen Bereich wo in erster Linie eine Netzabdeckung erreicht werden soll Seite 63 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Au erdem wird im innerst dtischen Bereich fter mit gr eren Downtiltwinkeln operiert als auf dem Land Im folgenden wird anhand der messtechnischen Daten untersucht ob sich diese Unterschiede in den Messwerten wiederfinden Dazu werden die Messwerte der Messreihen IMST 1 und 2 in die drei Klassen e Grofstadtinnenbereich e Stadtbereich e Kleinstadt l ndlicher Bereich untergliedert Die Ergebnisse sind in den Bildern 2 2 33a bis c dargestellt Klare Unterschiede sind hier schwer auszumachen Aber es gibt in der Tat Tendenzen dahingehend dass in
64. 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 einfachsten 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 Berechnu
65. 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 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
66. Simulation die Verteilung der elektrischen Feldstarke in einem Innenraum in den durch das linke Fenster eine ebene Welle der Frequenz 900 MHz 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 mY um 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 un
67. 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 des Geb udes f r die Betrachtung entfernt wurde um die Empfangsan tennen s chtbar zu machen Die Grenzen des farbigen Verteilung der Immission s nd w eder 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 F r 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
68. T r grundlegend Seite 73 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Noch komplexer wird die Feldverteilung wenn nicht wie hier betrachtet nur eine Frequenz dominiert sondern wenn gleichzeitig Immissionen verschiedener Frequenzen pr sent sind Dies k nnen unterschiedliche Frequenzen innerhalb eines Frequenzbandes sein z B ver schiedene Sende Kontrollkan le BCCH und Transportkan le TCH aber auch Kan le der verschiedenen Frequenzb nder GSM 900 GSM 1800 und UMTS Durch dieses multifre quenzielle Szenario d rfte auch eine Abschw chung von Interferenzerscheinungen zu beo bachten sein Diese Vermutung wird weiter unten exemplarisch untersucht Speziell f r UMTS wird n OLI 03 unter gewissen Voraussetzungen eine Minimierung der rtlichen Schwankungen beschrieben ein messtechnischer Nachweis steht aber noch aus Die vorangegangenen Beispiele konzentrierten sich auf eine Untersuchung der kleinskaligen Schwankungen n einem bestimmten Expositionsszenario d h Innenraum mit direkter Sicht zur Basisstation Im folgenden soll untersucht werden ob es grunds tzliche Unterschiede in der Gr e der Immissionsschwankungen in verschiedenen Expositionsszenarien gibt Es ist hierbei nicht m glich und auch nicht n tig s mtliche real existierende Szenarien nachzubil den Deswegen sollen hier nur einige wichtige Basisszenarien exemplarisch untersucht werden Es sind dies l Innenraum mit direkter Sicht zur S
69. 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 hinzuge 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 E n 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 2 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 V
70. Untersuchung der Immissionsverteilung 1m Umfeld der Anlage werden hier auch Durchschnittswerte bzw repr sentative Szenarien anstelle von 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
71. Verfahren auch primar f r Laboranwendungen z B EMV oder Antennenmesstechnik in k nstlichen reflexionsarmen Umgebungen oder Anwendungen unter definierten Randbedingungen entwickelt und validiert worden Speziell f r den Mobil funkbereich besteht gro er Kl rungsbedarf Problematisch sind hier zum Beispiel die erhebli chen zeitlichen und rtlichen Schwankungen der Feldverteilung die ein geeignetes Messver fahren und eine spezielle Methodik hinsichtlich der Messdurchf hrung erfordern Verlassli che gut definierte und genormte Verfahren zur Erfassung der tats chlichen Immissionen denen die Bev lkerung durch Mobilfunk Basisstationen ausgesetzt ist 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 Ube
72. Vorliegender Zwischenbericht bezieht s ch auf das Arbeitspaket 2 des Forschungsvorhabens Entwicklung von Mess und Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Exposition der Bev lkerung durch elektromagnetische Felder in der Umgebung von Mobilfunk Basisstatio nen des Bundesamtes f r Strahlenschutz Im Sinne einer Analyse wird exemplarisch die Immissionsverteilung an einer Vielzahl von unterschiedlichen fur die verschiedenen Mobil funknetze typischen Basisstationen untersucht um daraus typische Feldverteilungen abzulei ten Insbesondere wird dabei unterschieden wie sich die Immission zeitlich sowie groprau mig und kleinskalig rtlich verteilt Die aus den Untersuchungen abgeleiteten Erkenntnisse liefern wichtige Anhaltspunkte hinsichtlich der m dritten Arbeitspaket zu entwickelnden Mess und Berechnungsverfahren zur Ermittlung der maximalen realen Exposition durch Mobilfunk Basisstationen die relevant bez glich einer Grenzwertkontrolle ist Bez glich der gro r umigen rtlichen Verteilung der Immissionen wurden eigene Messungen durchgef hrt sowie Ergebnisse anderer auf diesem Gebiet tatiger Institutionen in die Untersu chungen einbezogen sofern sie bestimmte Qualitatsanforderungen bez glich Messdurchf h rung und Messauswertung erf llen Damit wird eine bestm gliche Vergleichbarkeit der Messergebnisse gesichert F r die eigenen Messungen wurden die untersuchten Standorte nicht wahllos ausgesucht sondern danach eine m glichst br
73. Werte entsprechend hochzu rechnen Das zu entwickelnde Messverfahren muss deswegen n der Lage sein innerhalb einer rtlich kleinskalig schwankenden Feldverteilung 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 M
74. 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 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 Mo
75. al GTD Terrain Reflection Model Applied to ILS Glide Scope EEE Trans Aerosp Electr Syst vol 18 S 11 20 1982 Seite 71 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk LUE 84 LUE 84a LUE 88 LUE 89 MAT 95 MCN 90 MIL 49 MIL 62 NISV NRPB R321 OKU 68 ORT 99 prEN 50383 prEN 50xxx R J Luebbers Finite Conductivity Uniform GTD Versus Knife Edge Diffraction in Prediction of Propagation Path Loss IEEE Trans Ant Prop vol 32 S 70 76 1984 R J Luebbers Propagation Prediction for Hilly Terrain Using GTD Wedge Diffraction IEEE Trans Ant Prop vol 32 S 951 955 1984 R J Luebbers Comparison of Lossy Wedge Diffraction Coefficients with Application to Mixed Path Propagation Loss Prediction IEEE Trans Ant Prop vol 36 S 1031 1034 1988 R J Luebbers 4 Heuristic UTD Slope Diffraction Coefficient for Rough Lossy Wedges IEEE Trans Ant Prop vol 37 S 206 211 1989 C Mattiello Electromagnetic Field Studies in Urban Environments with a Higher Order Parabolic Equation Proc Int Conf Ant Prop ICAP S 355 358 1995 D A McNamara C W I Pistorius und J A G Malherbe Introduction to Uniform Geometrical Theory of Diffraction Artech House ISBN 0 89006 301 X 1990 G Millington Ground Wave Propagation over an Inhomogeneous Smooth Earth Proc IEE vol 96 S 53 64 1949 G Millingto
76. 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 These 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 de
77. 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 irrelevant Der somit fiir das Umfeld gew hlte Entfernungsbereich umfasst diejenigen Gebiete in denen der Erfahrung nach das Interesse der Bev lkerung an der vorliegenden Immissionssituation am gr ten ist 1 3 Einordnung des vorliegenden Zwischenberichtes Der vorliegende Zwischenbericht bezieht sich auf das Arbeitspaket 1 des Forschungsvorha bens Im Sinne einer Bestandsaufnahme wird innerhalb dieses Arbeitspaketes der derzeitige Stand der Technik auf dem Gebiet der theoretischen Verfahren Berechnungsverfahren und der praktischen Verfahren Messverfahren zur Bestimmung der Immission im Umfeld der Mobilfunk Basisstationen ermittelt Es wird insbesondere di
78. 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 testeten 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 Immissionssitua
79. bzw geschlossen werden konnte Welche Auswirkungen dies auf die Messungen hatte wird im folgenden gezeigt Bild 4 2 1 Untersuchter Laborbereich mit geschlossener und ge ffneter Schirmkammert r ohne direkte Sicht zur Basisstation Wiederum wurde nur die Immission durch den zeitlich konstanten BCCH GSM 900 gemessen um die Ergebnisse nicht mit den anlagebedingten tageszeitlichen Schwankungen zu berlagern Die Messwertaufnahme erfolgte in Abst nden von einer Minute Seite 92 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 90 89 Bi N SR i l ss m i 4 Schirmkammertur offen Elektrische Feldstarke dBuV m oo oO 70 16 00 20 00 00 00 04 00 08 00 12 00 Uhrzeit Bild 4 2 2 Langzeitmessung der Immission in der Laborumgebung nach Bild 4 2 1 Schirmkammert r tags ber permanent ge ffnet Bild 4 2 2 zeigt eine 22 Stunden Messung bei der von ca 16 Uhr bis 19 Uhr des ersten Tages und ab 10 Uhr des Folgetages die Schirmkammert r offen stand W hrend der Nachtstunden ist die Immissionsschwankungsbreite relativ gering ca 1 dB Dieses Ergebnis entspricht demjenigen von Bild 4 1 3 freie Sicht und unterstreicht die zeitliche Konstanz des BCCH W hrend der Tagstunden ist die Schwankungsbreite enorm Die Schwankungen werden verursacht durch e das ffnen der Schirmkammert r ab ca 10 Uhr e vor dem Geb ude vorbeifahrende Fahrzeuge e Bewegung von Person
80. 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 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 Feldverteilung 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 ta
81. d ert worden Speziell f r den Mobilfunkbereich besteht gro er Kl rungsbedarf Problematisch sind hier zum Beispiel die erheblichen 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 den
82. dem Empf nger werden 1m Originalmodell von Epstein u Peter son nicht explizit ber cksichtigt Seite 18 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 23 4 2 2 Deygout Modell Das Modell nach Deygout DEY 66 DEY 91 ist rekursiv Zun chst wird das Haupthinder nis und die zugeh rige Beugungsd mpfung ermittelt Das Haupthindernis ist dabei jenes f r das bei Ber cksichtigung nur einer einzigen Halbebene zwischen Sender und Empf nger die gr te Beugungsd mpfung resultieren w rde Zur Beugungsd mpfung f r das Haupthindernis wird die Beugungsd mpfung f r d e weiteren Teilstrecken hinzuaddiert Dieses Vorgehen wurde die Beugungsd mpfung erheblich bersch tzen weshalb Korrekturterme f r Hinder nisse auf sekund ren Teilstrecken wieder abgezogen werden Das Modell von Deygout l sst sich schrittweise in mehreren Ebenen anwenden wobei in der Regel vier Ebenen v llig ausreichen 2 3 1 2 3 Giovaneli Modell Das Modell nach Giovaneli GIO 84 ist wie das Deygout Modell rekursiv verwendet jedoch eine davon abweichende Methode um das bersch tzen der Beugungsd mpfung zu korrigie ren Fur eine Strecke mit zwei Halbebenen nach Bild 2 2 wird zunachst wiederum die Aus wirkung des Haupthindernisses ermittelt Allerdings wird nicht der wirkliche Ort des Emp f ngers sondern ein davon abweichender Ort verwendet Zur Ermittlung der Beugungsdamp fung wird daher auch die effektive H he des Ha
83. der Anteil der Haupt sendeanlage einbezogen Damit wird der Anteil umliegender Basisstationen der in Einzelf l len gleich oder sogar gr er als derjenige der Hauptbasisstation sein kann isoliert An den Messpunkten die sich im selben Geb ude der Anlage befinden wurde der Abstand gesch tzt Bild 2 2 1 zeigt das Ergebnis 10 61 4 T 1 19 4 m a g 0 1 5 614 8 E D 3 i a pa x o e o o o a 001 1 o Pa 1 94 o gt o D D u p sf e 2 ja o i gt 0 001 e of Fe 00 e ee 0615 s n Coo ee ro lt 0 0001 e 0 19 e e oo yo J u amp a 1E 005 _ 0 06 3 10 30 100 300 Abstand r m Bild 2 2 1 Verteilung der Messpunkte der Reihen IMST 1 und 2 als Funktion des radialen Abstands Aus Bild 2 2 1 ist erkennbar dass es offensichtlich nicht gerechtfertigt ist im f r vorliegende Untersuchungen relevanten Entfernungsbereich bis 200 m um die Basisstation den Abstand als ma gebliches Kriterium f r eine Einsch tzung der Immissionssituation zu verwenden Bei allen untersuchten Abst nden ist nahezu die gleiche Streubreite von Immissionswerten zu finden Diese h er dargestellte wichtige Erkenntnis begr ndet sich aus der besonderen Abstrahlcha rakteristik der Mobilfunkantennen Diese strahlen ihre Energie nicht isotrop d h nicht gleichm ig in alle Raumrichtungen ab Es han
84. der Schwenkmethode wesentlich kleiner als 3 dB sein da die zirkulare Polarisation bei Mobilfunk Basisstationen ein sehr unwahrscheinlicher Spezialfall ist 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 Punktraster
85. 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 denen 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 u
86. des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 2 3 3 1 Aufl sungsbandbreite Die Bandbreite des Filters mit dem das zu untersuchende 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 30
87. 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 Simulationsparameter 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 S mulationsergebnis mit dem Programm EMF Visual Seite
88. 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 oder Fernsehsender von einer weite ren Betrachtung n dieser Studie ausgeklammert Weiterhin unber cksichtigt bleiben die Immissionen durch die Mobilfunk Endger te d h die 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 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 cas
89. die Ausf hrungen in Abschnitt 4 4 des 2 Zwischenberichtes zu diesem For schungsprojekt BOR 04 2 2 Ergebnisse der Analyse der Immissionsverteilung 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 l 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
90. durchgef hrt Aus den drei Ebenen mit je 21 Punkte werden 21 Punktreihen mit drei bereinander liegenden Punkten extrahiert und sowohl die jeweiligen Maximalwerte 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 t
91. erfolgt eine Beschr nkung auf das unmittelbare Umfeld der Station d h ab Sicherheitsabstand bis etwa 200 m von der Station Seite 13 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Die Messwerte geben Aufschluss ber typ sch auftretende Immissionswerte und dienen als Datenbas s f r die anschlie ende Untersuchung der die Immission an einem festen Ort bestimmenden Einflussfaktoren 2 1 Ergebnisse von Messreihen 2 1 0 Grundlegende Anforderungen an die ber cksichtigten Messreihen In den folgenden Abschnitten werden eigene Messungen sowie ffentlich verf gbare Mes sungen anderer auf diesem Gebiet t t ger Institutionen pr sentiert Laut Aufgabenbeschrei bung f r vorliegendes Forschungsprojekt waren insbesondere Erfahrungen und Ergebnisse der Monitoringprojekte einzelner Bundesl nder sowie der RegTP einzubeziehen Vor allem in den eigenen Messreihen wurden die untersuchten Standorte nicht wahllos ausgesucht sondern danach eine moglichst breite Vielfalt unterschiedlicher Basisstationsty pen und Expositionsszenarien zu erfassen Aufgrund der Tatsache dass fur Immissionsmessungen 1m Umfeld von Mobilfunkstationen noch kein allgemein verbindlicher Standard besteht werden diese Messungen teilweise nach stark unterschiedlichen Mess und Auswertemethoden durchgefuhrt Damit die Messwerte wenigstens ansatzweise vergleichbar sind und in den nachfolgenden Untersuchungen Ber ck sichtigung finden k nnen m ssen die M
92. existieren erste vielversprechende Ans tze F r n here Infor mationen hierzu wird auf den Abschlussbericht zum dritten Arbeitspaket dieses Forschungs vorhabens der sich mit den konkreten Messverfahren auseinandersetzt verwiesen Ein Beispiel f r typische Gr enunterschiede zwischen Momentanimmissionen und den Immissionen bei maximaler Anlagenauslastung ist in Bild 4 3 1 exemplarisch dargestellt aus WUSCH 03 _ 2 Die blauen Balken bezeichnen die Immission Prozent vom Feldst rke grenzwert einer Augenblicksmessung am Messpunkt bei der innerhalb einer Maxhold Messung alle Immissionen leistungsm ig aufaddiert wurden hier sogar teilweise berbe wertung durch Frequency Hopping Die orangen Balken bezeichnen die auf maximale Anlagenauslastung hochgerechneten Immissionen unter korrekter Einbeziehung des Frequen cy Hopping Seite 94 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung EHochgerechnet auf genehmigte Kanalzahl E Livemessung Prozent vom Grenzwert me VY9 amp AN SD QD a PW OM or SP ON GO OD DH Messpunkt Nr Bild 4 3 1 Unterschied zwischen den Ergebnissen einer Momentanmessung Livemessung und dem Zustand bei maximaler Anlagenauslastung hochgerechnet auf genehmigte Kanalzahl aus WUSCH 03 2 Bei einkanaligen Anlagen hingegen ist die Immission allein durch den nach Erfahrung der Verfasser sehr konstanten B
93. extrahiert die sich mit gro er Sicherheit in oder nahe der Hauptstrahlrichtung der Antenne befinden Bild 2 2 13 zeigt das Ergebnis Diesmal tr tt die Aussage klar und deutlich zutage Im Ver gleich zu den Gesamtergebnissen der Messreihen IMST und IMST 2 erfahren diejenigen Seite 39 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Punkte die in oder nahe der Hauptstrahlrichtung liegen die h chsten Immissionen Alle in Bild 2 2 13 gezeigten Immissionen liegen deutlich uber dem Durchschnitt Leistungsflussdichte W m2 Bild 2 2 12 Leistungsflussdichte W m 2 Bild 2 2 13 10 1 0 1 e e a e 0 01 T3 j ene g Ma m o 0 001 z aa P s m E ee 0 0001 gt e F ji e 1E 005 EN NA DEN REG RE REN KR tT ee ee ee E 0 10 15 20 25 30 35 40 10 26 BImSchV GSM 1800 Hohendifferenz Ah m 26 BImSchV GSM 900 0 1 0 01 0 001 0 0001 1E 005 AC 2 3 Schweizer AGW GSM 1800 BN 2 4 DO 2 3 KR 2 5 OB 2 1 o N c e n ne a m Messpunkt D5 4 D5 5 D8 2 D8 4 D12 1 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 Verteilung der Messpunkte der Reihen IMST I und 2 als Funktion der Hohendifferenz 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 w A ex1e Spje4 ayas 1y913 wa 418 Sp1 94 ayas 19913 Extrakti
94. f r den Nahbereich um den Sender lt 10 km nicht m glich 2 3 1 1 2 Log distance Path loss Modell Auch f r den st dtischen Bereich gibt es rein empirische Modelle bei denen au er einer groben Charakterisierung z B Vorstadt Stadtzentrum keinerlei Informationen zur Bebau ung verarbeitet werden k nnen Sie nehmen lediglich eine gewisse Entfernungs und Fre quenzabh ngigkeit an und verarbeiten die Antennenh hen bestenfalls durch empirische Korrekturen F r eine vorgegebene Tr gerfrequenz und feste Antennenh hen wird vielfach von einer exponentiellen Entfernungsabh ngigkeit ausgegangen wobei der Exponent in Abh ngigkeit von der Grobcharakterisierung des Gel ndes gew hlt wird F r den Exponenten gilt bei idealer Freiraumausbreitung 2 und f r die Zweistrahltheorie jenseits des Breakpunkts 4 Durch Auswertung statistischer Ergebnisse resultieren f r die urbane Ausbreitung Exponen ten zwischen 2 7 und 3 5 falls eine S chtverbindung besteht und 3 5 sofern keine Sichtver bindung besteht RAP 96 Der wirkliche Nutzen dieser Modelle ist jedoch gering Sie sollten bestenfalls f r erste berschl gige Betrachtungen verwendet werden Das hier f r die urbane Ausbreitungsmodellierung vorgestellte Konzept ist vielfach auch bei der Modellierung der Wellenausbreitung in Geb uden zu finden Vereinfachte Modelle dieser Klasse werden zur Zeit bereits 1m Bereich der Immissionsbe rechnung eingesetzt z B das Verfahren der deutschen
95. 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 Ferner 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 ur
96. 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 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 f r 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
97. 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 Abstrahldiagramm 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 n 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 synthetis
98. 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 gebildet 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
99. igen Abst nden zu wiederholen Kalibrierung bedeutet e bei Breitbandmessgeraten Spektrumanalysatoren und Messempfangern Zuordnung zwischen 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 frequenzabhangigen 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 Einige Normempfehlungen sprechen von mindestens einer Kalibrierung pro Jahr bzw sogar von zus tzlichen berpr fungen vor jedem Messprojekt 3 4 3 4 Nahfeld Fernfeld Problematik Ein wichtiger Aspekt bei der Messung ist die Frage inwieweit 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 Hierf r definieren die nationalen und internationalen Normen unterschiedliche Kriterien Oftmals wird gefordert zur Erfassung von lediglich einer der beiden Komponenten E oder H mindestens die Entfernung r 3 1 Fernf
100. immissionen 1m Mobilfunkbereich sofern dies die Aufgabenstellung ist auch die Frequenz und Kanalinformationen dieser Anlagen von Interesse Beim Einholen der Betreiberinformation muss 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 durchf hrbar 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 gro wie die durch den BCCH werden Somit wird zur Ermittlung der maximal m glichen Leistungsflussdichte 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 Sekt
101. ist das Mess volumen gen gend langsam zur Ermittlung des Feldst rke Maximums abzutasten Eine Kombination von Schwenkmethode und Punktrastermethode ist in der Untersuchung Immissionen in Salzburg COR 02 enthalten Hierbei wurden zur berpr fung der Salz burger Grenzwerte n der Stadt Salzburg durch das Schweizerische Bundesamt f r Kommu nikation BAKOM im Auftrag der Eidgen ssischen Kommunikationskommission Com Com f r verschiedene durch Los ermittelte Anlagen zuerst die drei am meisten exponierten Orte n der Umgebung der Anlage mit einem strahlenoptischen Programm berechnet und dann an diesen Stellen eine Feinmessung durchgef hrt Die Messungen erfolgten n drei Durch g ngen Zuerst wurde mit einer Breitbandsonde der Raumbereich mit den gr ten Immissio nen ermittelt Danach wurde mit der Schwenkmethode unter Verwendung frequenzselektiven Seite 42 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Messequipments diejenigen beiden Punkt 1m Messvolumen bestimmt an denen die Immiss on durch den st rksten Kontrollkanal der Anlage vor Ort 1 x GSM 900 1 x GSM 1800 maximal war In einem dritten Schritt wurde an diesen Punkten mit einer vom FZ Seibers dorf entwickelten Messtechnik kleine breitbandige dipolartige Feldsonden punktgenau die Feldstarke in den drei Raumrichtungen ermittelt und zu einer Resultierenden zusammenge fasst Die Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung
102. kenn zeichnet den Referenzwert der mangels einer absoluten Referenz als Mittelwert aller frequenzselektiven Messungen am jeweiligen Messort nach El 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 logar thmisch periodischen Antennen Hier soll eher der Vergleich zwischen Messung mit dipolartigen Antennen bikonische Antenne oder Dipolantenne und der logar thmisch periodischen Antenne m Vordergrund stehen Die oben abgeleitete Ver
103. 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 ist hier aus den vorher genannten Gr nden nur schwer m g lich Seite 150 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren AO ee ee 120 GO EEE Fe u EEE 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 m Umkreis der Mobilfunksendeanlage weisen eine wesentlich gr ere H he auf als die Montageh he der Antenne In dieser
104. 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 i 310000 310020 310040 310060 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
105. mit einem der Ver fahren zur Beugungsberechnung auch auf h geliges oder st dtisches Gel nde erweitert Zur Verbesserung der Vorhersage werden dann noch geeignete wiederum meist rein empirische Korrekturfaktoren definiert um f r den Fehler zwischen Rechnung und Messung einen m glichst verschwindenden Mittelwert und eine kleine Standardabweichung zu erhalten Seite 19 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Wie rein empirische Modelle sind auch semi empirische Modelle nur bedingt dazu in der Lage Bebauungsdaten detailliert in eine Analyse einzubeziehen Dennoch werden zur Zeit f r die Planung von Funksystemen und insbesondere auch von Mobilfunksystemen primar Modelle eben dieser Klasse eingesetzt Dies st vor allem n der Einfachheit semi empirischer Verfahren und dem geringen Aufwand bez glich Rechenzeit und Speicherplatz begr ndet Aufgrund ihrer abstrakten Modellierung der Gel ndestruktur bzw durch die Einf hrung von empirischen Korrekturfaktoren besitzen diese Modelle nur eine eingeschr nkte G ltigkeit bez glich Frequenz Topographie und Morphographie 2 3 1 3 1 COST Walfisch Ikegami Modell Um Bebauungsdaten besser ber cksichtigen zu k nnen wurden diverse Modelle entwickelt die gemittelte Werte f r Geb udeh he Stra enschluchtbreite und oder Geb udeabstand verarbeiten COS 90 COS 91 IKE 84 WAL 88 Damit ist zwar noch immer keine Modellie rung der realen Umgebung m
106. 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 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 Beitr ge mehrerer Basisstatio nen mit Wireless Insite Version 1 4 4 n cht m glich ist Das Programm beinhaltet die Frequenzbereiche f r GSM 900 GSM 1800 und UMTS und ist f r den Fernfeldbereich geeignet Es k nnen alle relevanten Umgebungen l ndliche Gebiete Vor und Innenst dte berechnet werden Auch die Berechnung der Feldst rken nnerhalb 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 Grundverst
107. mit frequenzselektiven Ger ten sind definierte Angaben zu internen Ger teeinstellungen enthalten Au erdem ist ein Mindestab stand des Messgerates zu Objekten im Raum bzw Personen vorgegeben Es ist kein Verfah ren zur Suche des Maximalwertes beschrieben sondern es wird an einem vorgegebenen Ort gemessen Dies l sst sich mit dem prim ren Einsatzgebiet in unmittelbarer N he der Anlage zur berpr fung des Sicherheitsabstandes begr nden Erw hnenswert ist dass hnlich wie in ANFR DR 15 mehrere Messpunkte aufzunehmen sind und die Feldstarke ber ein vorge gebenes Gitterraster zu mitteln ist Diese Mittelung ist jedoch nur zugelassen sofern die Messwerte an allen Gitterpunkten unter dem Grenzwert liegen Eine Extrapolation auf maxi male Anlagenauslastung ist explizit nur bei den Berechnungsverfahren erw hnt Schlie lich existiert mit der Draft CEPT ERC Recommendation Measuring non ionising radiation CEPT 02 ein Normungsvorhaben das die verschiedenen europaischen Messver fahren fur elektromagnetische Immissionen 1m Frequenzbereich 9 kHz bis 300 GHz verein heitlichen soll Die Messempfehlung ist zwar nicht speziell auf Mobilfunk Basisstationen fixiert enth lt aber in einem Unterkapitel spezielle Anweisungen u a fur Mobilfunk Auch dieser Entwurf ist in wesentlichen Punkten sehr hnlich zum franzosischen Messprotokoll ANFR DR 15 So sind alleinige Messungen von E oder H schon bei Abst nden von einer Wellenlange vom Sender er
108. ngig und nicht generell vorausbestimm bar Eine unterschiedliche Beeinflussung beider Antennentypen erfolgt n realen Umgebungen nicht nur durch den 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 Pegelschwankun
109. nur die Immission des ersten Kanals BCCH der ohne Leistungsregelung arbeitet ber cksichtigt Seite 33 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Der prinzipielle Verlauf der Leistungsflussdichte ber der Entfernung wie ihn z B Bild 2 2 4 theoretisch vorgibt findet sich in der Realit t wieder Auf dem Weg ist bis zu einem Bereich von etwa 100 m sehr gut der Einfluss der Nebenzipfel der zu einem unruhigen Verlauf der Immission f hrt zu sehen Danach beginnt die Hauptstrahlrichtung ab ca 170 m nimmt die Immission gleichm ig ab Als zweites Beispiel wurden in einem Vorg ngerprojekt KUN 01 wenn auch unter anderer Zielsetzung hnliche Untersuchungen in innerst dtischem Gel nde durchgef hrt wobei hier die Immissionen ber einen gr eren Abstand von der Quelle aufgenommen wurden Eine mobilfunk hnliche Antenne wurde dabe auf ein Geb ude von etwa 12 m H he montiert Die Antenne hatte eine sehr breite ffnung in der Elevation 27 Dies kann als bliche Mobil funkantenne mit einem sehr starken Downtilt aufgefasst werden hierdurch w re ein weiteres Vorr cken des Hauptstrahlrichtungsbereiches hin zu kleineren Abst nden zu erwarten Bild 2 2 6 links zeigt einen Blick von der Sendeantenne entlang der gemessenen Route Entlang der Route war die Antenne jeweils sichtbar 19 4 0 1 6 14 0 01 1 94 0 001 lt 0 61 0 0001 0 19 Leistungsflussdichte W m2 w
110. nur durch die Aussen dungen der BCCH Kan le bestimmt zu sein Starke Schwankungen gibt es in dieser Ru hezeit nicht siehe Abschnitt 4 1 1 zur Konstanz der BCCH Kan le e Insgesamt sind die Immissionen zwischen 10 Uhr vormittags und 22 Uhr abends auf einem wesentlich h heren Niveau Die h chsten Immissionen wurden n der Zeit zwi schen 16 Uhr und 18 Uhr am Nachmittag gemessen In der gesamten Zeit zwischen 10 Uhr und 22 Uhr schwankt die Immission zeitlich sehr stark was auf eine aktive Leis tungsregelung und unter Umst nden auch auf Fadingeffekte hinweist Seite 89 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Feldst rke V m 12 00 16 00 20 00 0 00 4 00 8 00 12 00 Uhrzeit Bild 4 1 5 Ergebnis einer 24 Stunden Messung an einem fixen Messpunkt in der Umgebung einer mehrkanaligen Anlage Dar ber hinaus ist es auch interessant die Immission ber einen noch l ngeren Zeitpunkt als 24 Stunden zu untersuchen so z B ber eine gesamte Woche Auch hierf r werden im folgenden eigene Messergebnisse pr sentiert Im Umfeld einer mehrkanaligen Anlage wurde wiederum ein isotropes Breitbandmessger t aufgestellt Durch vorherige frequenzselektive Messungen wurde sichergestellt dass die Gesamtimmission am Messpunkt von der nahegele genen Mobilfunkanlage dominiert wurde Hierbei wurde alle zwei Minuten ein Messwert aufgenommen Die Messungen wur
111. nur durch eine Frequenzselektivit t der Messung gegeben sein Grenzwert berpr fung Das Verfahren muss n der Lage se n verl ssliche Messwerte zu liefern die direkt mit den normativen Grenzwerten verglichen werden k nnen Hierzu sind die in der jeweiligen Personenschutznorm festgelegten Bedingungen bez glich Erfas sung G ltigkeit und Interpretation der Grenzwerte zu beachten Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung Das Verfahren muss es erm glichen vom gemessenen Momentanwert der Immission auf denjenigen Wert be1 maximaler Anla genauslastung extrapolieren zu k nnen Laut relevanter deutscher Grenzwerte die n der 26 BImSchV 26 BImSchV niedergelegt sind sind die Immissionen bei h chster be trieblicher Anlagenauslastung 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 n cht nur m Freien befinden Bez glich der Praktikabilit t 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 seitens der durchf hrenden Messinstitution ist ebenso Voraussetzung wie eine m glichst geringe zeitliche St rung der Anwohner am Messort Maximalwerts
112. 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 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
113. 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 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 Freiraumw
114. 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 Abschlussberichtes 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 f
115. 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 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
116. zur ckzuf hren Messungen an typischen im Umfeld von Basisstationen auftretenden Szenarien mit besonderer Ber cksichtigung von sogenannten sensiblen Orten ergeben meist geringere Immissionsmesswerte als Messreihen bei denen die Suche nach Extremalwerten f r die Immission 1m Vordergrund steht Insofern ist es nicht verwunderlich dass auch zu Vergleichszwecken herangezogene Messreihen anderer auf diesem Gebiet t t ger Institutio nen trotz vergleichbarer Messmethodik stark voneinander differierende Messwerte erbringen Auch innerhalb ein und derselben Messreihe ist die Schwankungsbreite der Immissionsmess ergebnisse sehr hoch Dies st Veranlassung eingehend die Einflussfaktoren zu studieren die die Immission im Umfeld von Basisstationen bestimmen Folgende Einflussfaktoren getrennt nach anlagenbezogenen und immissionsortbezogenen Faktoren spielen eine entscheidende Rolle Einflussfaktoren seitens der Mobilfunkanlage e insgesamte Sendeleistung der Anlage Anzahl der Netzbetreiber Anzahl der Kan le Sendeleistung pro Kanal Verkehrsaufkommen bei mehrkanaligen Anlagen e H he der Sendeanlage ber Grund e verwendete Antennentypen e Downtilt der Antennen e horizontale Ausrichtung der Antennen Einflussfaktoren seitens des Immissionsortes e radialer oder lateraler Abstand zur Sendeanlage e H he des Empf ngerortes ber Grund bzw H henunterschied zur Sendeanlage e horizontale Ausrichtung zur Anlage e Vor
117. 0 oben rechts CEPT 04 unten links SICTA 01 76 Messpunkte auf den Schnittpunkten der Linien mit den Kreisen sowie im Zentrum der Kreise unten 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 beschr
118. 0 kHz f llt in der Regel gering aus Grund Die Messfilter sind keine Rechteckfilter sondern Gaussfilter das GSM Signal ist ebenfalls kein Rechtecksignal Die Qualit 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 H
119. 01 Leistungsflussdichte W m 2 w A ey1e Spja4 oyas 99913 0 0001 1E 005 BI2 1 BI2 2 BI2 3 Messpunkt Bild 2 2 14 Hohenabhangigkeit der Immission am Beispiel BI2 In Bild 2 2 14 befinden sich die Immissionsorte in unterschiedlichen Geschossen im Geb ude das der gezeigten Mobilfunkanlage gegentiberliegt Das 12 OG liegt hohenbezogen offen sichtlich schon weit ber der Hauptstrahlrichtung so dass im 7 OG eine gr ere Immission vorhanden ist als im 12 OG Im Erdgeschoss dagegen ist die Immission deutlich niedriger Alle Messpunkte lagen auf derselben Geb udeseite n einer Flucht bereinander und hatten direkte Sicht zur Sendeanlage Auch in Bild 2 2 10 sind die Immissionsorte in ein und demselben Geb ude bereinander liegend in verschiedenen Stockwerken angeordnet Hier ist bedeutsam dass im Erdgeschoss eine h here Immission gemessen wurde als m 5 OG Dies kann dadurch begr ndet se n dass das 5 OG au erhalb der Hauptstrahlrichtung liegt und das EG von einer Nebenstrahlrichtung erfasst wird Zusammenfassend kann festgestellt werden dass der H henunterschied eine weitaus gr ere Rolle f r die Gr e der Immission spielt als beispielsweise der Abstand zur Anlage In Zusammenhang mit den noch weiter unten folgenden Untersuchungen muss konstatiert werden dass die sich aus dem H henunterschied abgeleitete Orientierung zur Hauptstrahl Seite 41 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immiss
120. 1 YEK 91 Aufgrund der Notwendigkeit auch transmittierte Strahlen zu ber ck Seite 26 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk sichtigen wird die Suche der Ausbreitungswege aber sehr komplex in SOB 97 finden sich S mulationsdauern von 6 h pro Etage Es scheint au erdem fraglich ob ein solch detailliertes und deshalb u erst aufw ndiges Vorgehen berhaupt Sinn macht da z B die ver nderliche Inneneinrichtung der R ume deutlichen Einfluss auf die Feldst rkeverteilung hat DCF 97 aber kaum in eine Simulation einbezogen werden kann Meist werden daher einfach die ber Transmission durch W nde oder durch Kantenbeugung in das Geb ude eintretenden Strahlen mit empirisch ermittelten Eindringverlusten Penetration loss f r Au en und Innenw nde reduziert und so der Empfangspegel im Geb udeinneren abgeschatzt SPE 95 DEJ 01 Die Eindringverluste liegen abhangig von der Frequenz den Wandparametern und dem Einfalls winkel der Teilwelle zwischen ca 5 dB und 30 dB COS 99 In einem anderen Ansatz wird das Innere des Gebaudes als homogenes Medium mit einer bestimmten langenabhangigen Dampfung welche an das jeweilige Gebaude durch Messun gen angepasst werden muss LAF 90 KEN 90 betrachtet In der Regel wird also nur der direkte Ausbreitungsweg durch das Gebaude untersucht Auswirkungen der Bauweise der Anordnung der Raume und die Beschaffenheit der Wande flieBen nicht in die Modell
121. 138 Basisstationsstandort Hochstra e 57 47798 Krefeld ccccssssssccccccccsssssssssccees 144 Basisstationsstandort Katharinenstra e 12 44137 Dortmund ccceerereeesessseeeee 150 Basisstationsstandort Zum Niepmannshof 5 47475 Kamp Lintfort 156 Basisstationsstandort Inrather Strape 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
122. 23 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 Hersteller 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 Fu punkt des Pfeils entspricht hierbei
123. 4 2 3 2 2 4 Integralgleichungsmethode Integral Equations IE nneeenen 25 23 23 IRAI OITS EO E A Ae een eee ee eee REDE ee 25 2 33 Out 10 1ndoor Modelle 2 2 25 2 4 Beurteilung der Eignung der verschiedenen Verfahren ccccccssees 26 2 4 1 Zu erwartende Genauigkeiten cesesessssnnnnsnnnnnesssssnnnnnnnnnnnnssssnnnnnnnnnnsssssnnnssnnnnnnnnnnen 26 2 4 2 Voraussetzungen f r die Anwendung analytischer Modelle cccccccccceeseees 28 Seite 4 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 2 4 3 2 5 3 3 1 3 1 1 3 1 2 3 2 3 3 3 3 1 3 3 2 3 3 3 3 3 4 3 4 3 4 1 3 4 2 3 4 3 3 4 3 1 3 4 3 2 3 4 3 3 3 4 3 4 3 4 4 3 4 5 3 4 5 1 3 4 5 2 3 4 5 3 3 4 6 3 4 6 1 3 4 6 2 3 4 6 2 1 3 4 6 2 2 3 4 6 2 3 3 4 7 3 5 4 Grenzen der analytischen Modellierung cccccccrrsssscccccccrrssssssssccccccccccccsssscccosees 28 BAM ENR TE EEE EN ER RUE NEE REN UER FE A A A PEN EA 29 Messverfahren im Mobilfunkbereich sssssssssssssssssssssssssseeee 31 Einleitune suisses 31 Grunds tzliche Einteilung von Messaufgabenstellungen cccccccccssssssssccccoeees 31 Vorgehensweise bei der Untersuchung der Messverfanren ccsscssssccccccceees 32 Anforderungen an Messverfahren cccssscccsssssssssssssccccccsessssssscccessseeeees 32 berblick ber die Normungssituation cccsccccsssssscssssssecssssssesssscsesseessees 34 Einletuns nn
124. 4 1 Richardstra e D sseldorf 1 5 10 D 14 2 Richardstra e D sseldorf 1 410 Seite A8 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Messreihe IMST 3 i Sicht Entfernung zur Immission Mobilfunk Messpunkt Ort H he zur HSA HSA m Innen Au en gesamt W m ne a innen 1010 Pes fo Wien Boden ja cn 25 au en S Pes Wien Boden ja ca 50 au en 1310 Du I Dusbug 3 06 20 imen 2010 DU Dusbug 30G 30 1 imen 800 Coi itt woo erage imen ans o b D sscdrf G ja 30 imen S110 A Q oO Seite A9 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung VIA Nussoch LOG ja 70 innen 1310 V141 Saarlouis Dach vor den Antennen Dach ja as au en 5010 Aus Datenschutzgr nden erfolgt keine detaillierte Angabe des Messortes Seite A10 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Messreihe N rnberg WUSCH 02 WUSCH 03_1 S cht Entfernung zur Immission Mobilfunk Messpunkt Ort H he zur HSA HSA m Innen Au en gesamt W m Fischbacher Hauptstra e N rnberg Boden ja keineAngabe au en 7410 N02 1b Fischbacher Hauptstra e Nimberg ja keineAngabe innen 5010 N021c Fischbacher Hauptstra e N rnberg Boden ja keineAngabe au en 8410 N022a Paniersplatz N rnberg ja keineAngabe innen 1810 N0226 Schwanh u e
125. 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 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 einze
126. 5 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 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 a a a 0 Grad M M M 4 Grad 8 Grad veriec sists E E S aN EEE 1 EO E fees eceeee pesecesdesstescsesenseeensenneghasesseseaseeensesnteenfessteeeaeeennesnnesnassfeseeaserenseens 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 Abh ngigkeit des elektrischen Downtilts sehr stark Als erstes offensichtliches Faz t kann an dieser Stelle festgehalten werden dass bez glich eine
127. 68 f r Frequenzen oberhalb von 1 5 GHz ausgewertet Das hierauf basierende Modell wird als COST Hata Modell bezeichnet Dessen G ltigkeitsbereich ist gegeben durch Frequenz 1500 2000 MHz Entfernung 1 20 km H he der Basisstationsantenne 30 200 m H he der Mobilstationsantenne Tabelle 2 3 G ltigkeitsbereich des COST Hata Modells Ebenso w e beim Okumura Hata Modell s nd nur BS Antennenh hen gr er als 30 m zuge lassen weshalb eine Anwendung auf Mikro Zellen meist nicht m glich ist F r Makro Zellen in urbaner Umgebung ergibt sich analog zum urspr nglichen Modell ebenfalls eine Basis Seite 16 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk d mpfung und eine Korrektur zur Ber cksichtigung der MS Antennenh he F r Gro stadt zentren wird jedoch eine zus tzliche D mpfung addiert um den mittleren Fehler gegen ber den Messungen zu reduzieren F r die Grenzen des Modells wie z B die Nichtber cksichti gung aller lokalen Effekte gelten die Aussagen des vorhergehenden Kapitels sinngem Innerhalb von Ballungszentren zur Bereitstellung einer ausreichend hohen Kapazit t d h zur Versorgung einer gro en Zahl von Teilnehmern auf einer relativ kleinen Fl che m ssen kleine Radien f r die Versorgungsgebiete einzelner Basisstationen gew hlt werden lt 1 km Deshalb ist eine Anwendung des Okumura Hata oder des COST Hata Modells nicht m g lich auch deshalb weil die
128. 7 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 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 Efvim 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 sichtba
129. 7 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk COR 02 COS 90 COS 91 COS 99 COS 00 CTE 23 2002 DCF 97 DEJ 01 DEL 93 DEY 66 DEY 91 DOT 00 EMF 03 EPS 53 FCC 97 Coray Kr henb hl Riederer Stoll Neubauer und Szentkuti mmissi onen in Salzburg Studie im Auftrag der Eidgen ssischen Kommunikati onskommission ComCom 2002 COST 231 Urban Transmission Loss Models for Mobile Radio in the 900 and 1800 MHz Bands Revision 2 COST 231 TD 90 119 1990 COST 231 Urban Transmission Loss Models for Mobile Radio in the 900 and 1800 MHz Bands COST 231 TD 91 73 1991 COST 231 Digital Mobile Radio towards Future Generation Systems Final Report European Commission EUR 18957 1999 COST 244bis Mobile Telecommunication Base Stations Exposure to Electromagnetic Fields Report of a Short Term Mission within COST 244bis 2000 ORDEN CTE 23 2002 de 11 de enero por la que se establecen condiciones para la presentacion de determinados estudios y certificaciones por operadores des sercicios de radiocomunicaciones Ministerio de ciencia y tecnologia Spanien 11 01 2002 V Degli Esposti C Carciofi M Frullone und G Riva Sensitivity of Ray Tracing Indoor Field Predictions to Environment Modelling COST 259 TD 97 049 1997 Y L C de Jong Measurement and Modelling of Radiowave Propagation in Urban Microcells PhD The
130. 87 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Zusammenfassung Ziel des Forschungsvorhabens ist es Mess und Berechnungsverfahren 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
131. 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 bei 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 Me
132. 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 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
133. BImSchV ist auf Mobilfunk Basisstationen voll anwendbar Im folgenden sind diejenigen Anforderungen aus der 26 BImSchV sowie aus den LAI Hinweisen 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 Feldst rke 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 fr
134. Bandbreite der 1m relevanten Abstandsbereich von Basisstationen auftretenden typischen und extremalen Immissionswerte Der kleinste n den vorgestellten Messreihen festgestellte Immissionswert betr gt 0 00000004 W m entsprechend 0 004 V m der gr te Wert ist 0 28 W m entsprechend 10 3 V m Die Grenzwerte der deutschen 26 BImSchV werden grunds tzlich mit teilweise erheblichen Faktoren unterschritten die zur Orientierung angesetzten Schweizer Anlagengrenzwerte k nnen durchaus an einigen wenigen Stellen erreicht oder sogar berschritten werden Aufgrund der offensichtlich starken Abh ngigkeit der Ergebnisse von der Wahl der Mess punkte zwischen und innerhalb der unterschiedlichen Messreihen wird es nicht f r sinnvoll erachtet einen Mittelwert und weitere statistische Werte ber alle Messreihen zu ermitteln In den Messreihen IMST 1 N rnberg und T V wurden stellenweise auch Immissionen von UMTS Stationen erfasst Diese wurden mit einem Faktor auf maximale Anlagenauslastung extrapoliert der sich aus dem Verh ltnis zwischen Maximalleistung der UMTS Anlage und Leistung der permanent vorhandenen Signalisierungskan le ergibt Die Immissionen wiesen hnliche Gr enordnungen und Schwankungsbreiten auf wie die Immissionen durch GSM Basisstationen Da s e somit n cht auff llig waren werden s e n den nachfolgenden Untersu chungen der Einflussfaktoren nicht gesondert behandelt Dar ber hinaus soll eine detaillierte Betrachtung der
135. 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 Antenne 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
136. CCH bestimmt Ausnahmen bilden lediglich Anlagenver nderun gen durch die Netzbetreiber im Rahmen von Netzoptimierungen diese k nnen aber m Rahmen der Messung vom Betreiber erfragt und entsprechend ber cksichtigt werden Anlagenseitig k nnen auch zuk nftig eingesetzte dynamische Ver nderungen des Downtilt winkels sowie der Einsatz von adapt ven Antennen zu einer zeitlich stark wechselnden Immissionssituation f hren Es existieren zur Zeit noch keine Erfassungsmethoden die die dadurch verursachten Immissionsschwankungen geeignet ber cksichtigen Hierzu ist in den n chsten Jahren Forschungsbedarf absehbar Ausbreitungswegbezogene zeitliche Immissionsschwankungen werden von sich ver ndernden Eigenschaften des Ausbreitungsweges verursacht Hier sind vor allem dann gro e Schwan kungen zu erwarten wenn die Energie von der Basisstation zum Immissionsort nicht nur ber einen dominierenden Pfad sondern ber mehrere gleichberechtigte Ausbreitungspfade gelangt Ver ndern sich Reflexions oder Transmissionsstellen zeitlich sich bewegende Personen oder Gegenst nde auch Witterungseinfl sse wie windbewegte B ume oder Wech sel der Reflexionseigenschaften einer Stra e bei Regen dann ver ndern sich die Intensit ten und Phasenlagen der einzelnen Teilwellen Es handelt sich hierbei prinzipiell um eine zeitli che Ver nderung des schon m vorigen Kapitel untersuchten Interferenzbildes Fast Fading Deswegen ist hier zur exakten Ber cksich
137. CCH und TCH bekannt s nd kann eine Zuordnung der m Spektrum gemessenen Immissionen auf die unterschiedlichen Kan le der Station en erfolgen In ANFR DR 15 wird sofern keine Angaben vom Netzbetreiber vorliegen eine Absch tzung typischer Kanalzahlen von GSM Mobilfunkanlagen n Abh ngigkeit von der Bev lkerungsdichte der Umgebung n der die Anlage installiert wird gegeben Diese Absch tzung sollte jedoch nur in Ausnahmef llen verwendet werden da damit die tats chlich maximal m gliche Immission ber oder unter sch tzt werden kann Einige Arbeiten weisen auch auf den Spezialfall des Frequency Hopping hin Das Fre quenzsprungverfahren bezeichnet eine Betriebsart bei der die Basisstation die Sendefre quenz eines physikalischen Kanals von Zeitschlitz zu Zeitschlitz ndert Mit dieser Technik werden St rungen minimiert Hierbei k nnen mehr Frequenzen verwendet werden als physikalische Kan le zur Verf gung stehen Um die damit verbundene Gefahr einer berbe wertung der Immissionen zu reduzieren muss in der Auswertung nicht die Maximalzahl der verwendeten Frequenzen sondern die der maximal vorhandenen physikalischen Kan le zugrunde gelegt werden Auch hier sind die Daten uber die Sendeanlage vom Netzbetreiber vonn ten 3 4 6 2 2 Vorgehen bei UMTS Anlagen Fur das derzeit im Aufbau befindliche UMTS System ist eine Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung ebenso wichtig wie bei GSM da auch hier das Sendesignal de
138. 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 und 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 bez glich der Phase Der Geb udeeinfluss kann ber die Angabe einen globalen D mpfungsfaktors 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 Vor
139. Der Beurteilungswert wird letztlich mit dem Anlagengrenzwert verglichen Bei der Messung werden frequenzselektive Spektrumanalysatoren bzw Messempf nger bevorzugt Eine Messung mit Breitbandmessger ten mit isotropen Sonden ist zu Orientie rungszwecken erlaubt Wenn der bei der Breitbandmessung ermittelte und unter worst case Bedingungen extrapolierte man geht davon aus dass nur der Kontrollkanal BCCH akt v war Messwert unter dem Anlagengrenzwert liegt gilt die Anlage als den Bestimmungen entspre chend andernfalls ist eine Feinmessung mit frequenzselektiven Ger ten durchzuf hren Die Messungen sind dann mit einem Peak Detektor und einer Aufl sungsbandbreite von vor zugsweise 300 kHz durchzuf hren Der Entwurf der Messempfehlung definierte bez glich der rtlichen Maximumsuche bei frequenzselektiver Messung drei unterschiedliche Verfahren l Bei der Schwenkmethode wird das ganze Messvolumen mit einer handgef hrten Messan tenne abgetastet wobei gleichzeitig die Vorzugsrichtung und die Polarisationsrichtung 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 Bei dieser Methode resultiert ein Max hold Spektrum aus dem f r jeden Kontrollkanal d e zugeh rige Feldst rke abgelesen und f r die Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung verwendet werden kann 2 B
140. Diese Anforderungen werden im Kapitel 3 2 definiert Basis f r die nachfolgende bersicht ber existierende Mobilfunk Messverfahren bilden Normen Empfehlungen oder Entw rfe die ansatzweise im nationalen und internationalen Rahmen existieren Kapitel 3 3 2 widmet sich mit diesbez glich vorhandenen Regularien in Deutschland Da hier jedoch entsprechende Normen und Verfahren eher unspezifisch s nd und speziell den Mobilfunkbereich nicht ausreichend ber cksichtigen werden in Kapitel 3 3 3 einige internationale Arbeiten vorgestellt die einen repr sentativen Querschnitt ber vorhan dene Verfahren darstellen Da viele der recherchierten Messverfahren in wesentlichen Punkten sehr hnlich sind werden in Kapitel 3 3 nur die Kernaussagen der jeweiligen nationalen und internationalen Ans tze in Kurzform herausgearbeitet Kapitel 3 4 enth lt dann eine detaillierte Darstellung und Bewer tung der einzelnen Teilaspekte der Messverfahren Messtechnik Messdurchf hrung Auswer tung usw In Abschnitt 3 5 erfolgt d e Beurteilung der Eignung der vorhandenen Verfahren im Hinblick auf die in 3 2 definierten Anforderungen 3 2 Anforderungen an Messverfahren An ein Messverfahren zur korrekten Ermittlung der von Mobilfunk Basisstationen ausgehen den Immissionen sind folgende Anforderungen zu stellen Manche Anforderungen sind eng miteinander verkn pft d h sie k nnen nicht unabh ngig voneinander erf llt werden andere s nd gegenl ufig 1 H
141. EE Trans Ant Propagat vol 32 S 297 301 1984 M Hata Empirical Formula for Propagation Loss in Land Mobile Services IEEE Trans Veh Tech vol 29 S 317 325 1980 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 IEEE Std C95 1 1999 Edition JEEE Standard for Safety Levels with Respect to Human Exposure to Radio Frequency Electromagnetic Fields 3 kHz to 300 GHz IEEE New York USA 1999 IEEE Std C95 3 1991 EEE Recommended Practice for the Measurement of Potentially Hazardous Electromagnetic Fields RF and Microwave IEEE New York USA 1992 F Ikegami S Yoshida T Takeuchi und M Umehira Propagation Factors Controlling Mean Field Strength on Urban Streets IEEE Trans Ant Propagat vol 32 S 822 829 1984 Implementation Report on the Council Recommendation Limiting the Public Exposure to Electromagnetic Fields 0 Hz to 300 GHz Report der EU Kommission 2002 ITU Rec 370 7 Propagation in Non lonized Media VHF and UHF Propagation Curves for the Frequency Range from 30 MHz to 1000 MHz Geneva 1995 F Ikegami T Takeuchi und S Yoshida Theoretical Prediction of Mean Field Strength for Urban Mobile Radio IEEE Trans AP vol 39 S 299 ff 1991 R Jakoby U Liebenow Modelling of Radiowave Propagation in Micro cells Proc 9 Int Conf Antennas Propa
142. Electrotechnique frz gt Europai sches Komitee f r elektrotechnische Normung 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 COST Walfisch Ikegam Discontinuous Transmission engl gt Sprachaustastung in Sprechpau sen Equivalent Isotropically Radiated Power engl Aquivalente isotro pe Strahlungsleistung Finite Differenzen Methode Finite Difference Time Domain eng gt Finite Differenzen im Zeitbe reich Finite Elemente Methode Geometrical Optics eng gt Geometrische Optik Global System for Mobile Communications eng gt Globales System f r Mobilkommunikation Geometrical Theory of Diffraction eng gt Geometrische Beugungs theorie Integral Equations Method eng gt Integralgleichungsmethode International Telecommunications Union eng Internationale Fernmeldeunion Line of Sight eng gt Sichtverbindung Method of Equivalent Currents eng gt Methode der aquivalenten Strome Seite 76 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk METAS MoM MS NLOS PO PTD RBW RegIP Span TCH UMTS UTD VBW Bundesamt f r Metrologie und Akkreditierung Schweiz Method of Moments eng gt Momentenmethode Mobilstation Non Line of Sight eng
143. Empfindlichkeit und Frequenzselektivi tat aus so dass sie vorrangig f r Fein bzw Detailmessungen eingesetzt werden Wichtig vor allem bei Messungen in Innenr umen ist eine geeignete Methodik zur Ermittlung des rtlichen Max mums da die Immission dort rtlich sehr stark schwanken kann Hierf r gibt es mit der Schwenkmethode der Drehmethode und der Punktrastermethode verschiedene Ans tze d e bez glich Aufwand Genauigkeit und Reproduzierbarkeit noch n her zu untersu chen sind Ebenso ist die Fragestellung einer Mittelung von punktweise aufgenommenen Immissionswerten ber den menschlichen K rper repr sentierende Fl chen oder Volumina noch zu diskutieren Offen aufgrund fehlender Erfahrungen ist weiterhin die Behandlung von Messungen an UMTS Stationen unter Ber cksichtigung einer exakten Extrapolation der gemessenen Momentanwerte auf maximale Anlagenauslastung Seite 66 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Literaturverzeichnis 0848 1 26 BImSchV 99 519 EG AHS 01 ALE 82 AMC 89 ANFR DR 15 ARC 98 ASS 71 BAS 02 BCP 00 BEMFV DIN VDE 0848 1 Sicherheit in elektrischen magnetischen und elektro magnetischen Feldern Teil 1 Definitionen Mess und Berechnungsver fahren VDE Verlag Berlin August 2000 26 BImSchV Sechsundzwanzigste Verordnung zur Durchf hrung des Bundes Immissionsschutzgesetzes Verordnung ber elektromagneti
144. 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 zu 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 50 gt 100 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 Elvi 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 st
145. 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 Messunsicherheit 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 d
146. 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 lediglich 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
147. Forschungsprojektes des Bundesamts f r Strah lenschutz 2 5 5 3 Frequenzbereich Bei Wahl eines sehr gro en Frequenzspans Stopfrequenz Startfrequenz 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 s
148. G EG T LEV7 1 An St Andreas Leverkusen 19 10 T LEV7 2 An St Andreas Leverkusen unter der Anlage 3 210 G T BGL6 1 Herkenrather Stra e Bergisch Gladbach EG G nein unter der Anlage EG nein ein oa T BGL6 2 Schulstra e Bergisch Gladbach 2 0G nein ca80 inen 2110 Ooa nein EG mein T LEV73 An St Andreas Leverkusen EG T LEV7 4 Thomas von Aquin Stra e Leverkusen 20G ja ca60 inen 2610 T LEV7 5 Thomas von Aquin Stra e Leverkusen 40G ja ca60 inen 6710 T LEV7 6 ___Gregor Mendel Stra e Leverkusen 40G ja T LEV7 7 Dechant Fein Stra e Leverkusen 3 06 ja TBIII AmPfaracker Bielefeld 8 0G nein unterderAnlage innen 7 110 T BI12 Meier ZwEissen Weg Bielefeld Boden ja ea 120 au en 1210 T BIL3 Meier ZwEissen Weg Bielefeld Boden ja ca200 au en L610 ET BEE nein nein nein i ia nein unter der Anlage 1 8 10 unter der Anlage 1 8 10 unter der Anlage 5 7 10 8 8 7 T PB 3 3 6 2 10 d nein i nein nein ja i nein ja ja ja ja nein f ja l ja ja ja l nein i nein nein ja i nein j 28 10 Seite A15 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung T GT41 _ Eickhoffstra e G tersloh Boden ja cu 70 au en 1410 T GT42 _ Eickhoffstra e G tersloh Boden ja ca 140 au en 8810 T GT43 __ Eickhoffstra e G tersloh Boden ja
149. H he der Basisstation vielfach kleiner als 30 m ber Grund ist Au erdem ist es auch f r die Feldstarkeberechnung in St dten bei denen die BS Antennenh he eine Anwendung des Okumura Hata bzw des COST Hata Modells m Prinzip zul sst h ufig sinnvoller Verfahren zu verwenden welche den Ausbreitungseffekten innerhalb von bebauten Gebieten besser Rechnung tragen 2 3 1 2 Einfache Beugungsmodelle Da die Beugung elektromagnetischer Wellen an Hindernissen Topographie Bebauung ein wichtiger Ausbreitungsmechanismus ist wurden in der Vergangenheit eine Vielzahl einfacher Verfahren zur Berechnung der Beugungsd mpfung entwickelt Nahezu alle basieren auf der Knife edge Beugung Bei diesen einfachen Verfahren zur Berechnung der Beugungsdamp fung wird das Pfadprofil d h der Verlauf der Geb udeh hen zwischen Sender und Empfan ger durch eine endliche Zahl von Ersatzhindernissen ersetzt siehe Bild 2 1 und danach fur diese Anordnung der Ersatzhindernisse die Beugungsd mpfung ermittelt Qp2 Qp1 i T BS L R MS oder MS oder BS ses ees a f Zylinder als Ersatzhindernisse Erde mit effektivem Erdradius z B 8500km absorbierende Halbebenen als Ersatzhindernisse Bild 2 1 Gel ndeprofil zwischen Sender und Empf nger und Ersatzhindernisse Halbebenen f r Multiple knife edge Modelle Zylinder f r Cascaded cylinder Modelle Seite 17 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk N
150. HEHESE amp EE J en Schweizer AGW GSM 900 Q _ EEE EEE EEE EEE EEE EEE EN EHEHEHE BEE B BB BB BE BB BE BB BB BB BE EB BEE BR EB BE EB BE BB BE ee eee EE to E 2 L 7 T D D oa 001 1 94 2 N J Q 5 E 7 o T L j A 0 001 0 61 C J m p kml 0 0001 UA 0 19 1E 005 0 06 oo GO 020 0 00D 2 SET AN IAMS YTTNHOOOORKRN DO OOo NNANILTINNOOOnNN Nom9209 Te ANG TS BCS ERRN ACSW TANGLE HHESONEN SASS SOOoOO0O000090000900900 00 00 0O0WWNOOO9O09000000 00900090 ZZ zn 222222222222222222229922222222222222222 ss Messpunkt Bild 2 1 4 Messergebnisse der Messreihe Nurnberg Seite 23 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 2 1 5 Messreihe T V Die Messreihe T V beruht auf Messungen der Firma EMV Services GmbH einem Tochter unternehmen des T V Nord Die Messungen wurden im Jahr 2003 durchgef hrt Die IMST GmbH war be der Konzipierung und Auswertung der Messungen beteiligt Die Auswahl der Messpunkte erfolgte einerseits unter dem Aspekt m glichst viele unter schiedliche Szenarien in direkter N he der Basisstation einzubeziehen wobei teilweise auch Punkte mit einer zu erwartenden besonders hohen Immission ausgew hlt wurden Anderer seits wurden auch zahlreiche Messungen an sogenannten sensiblen Orten durchgef hrt die meist nicht zu den vergleichsweise stark exponierten Orten geh ren Insofern stellt die Messpunktauswahl hier ein breites Spektrum unterschiedlicher Szenarien u
151. Hierf r gibt Bild 2 2 10 ein messtechnisches Beispiel Offensichtlich befindet sich der Messpunkt m 5 OG nicht direkt in Hauptstrahlrichtung daf r aber der Messpunkt im EG direkt n einem Nebenzipfel Es f llt auf dass die Immission im EG h her ist als im 1 OG Hierbei ist zwar einschr nkend zu beachten dass es sich beim Messpunkt m 1 OG im Gegensatz zum Messpunkt im EG um einen Innenmesspunkt handelt Allerdings existiert mit T DN3 1 ein von der Ausrichtung zur Sendeanlage vergleichbarer Innenmesspunkt der nur eine geringf gig niedrigere Immission aufweist als der Au enmesspunkt T DN3 2 s ehe Bild 2 1 5 oder Anhang Der Einbruch im 1 OG l sst sich nicht allein durch die Innenlage des Messpunktes erkl ren sondern ist vermutlich auch durch die Lage dieses Messpunktes n einem Einzug des Sendeantennendia gramms begr ndet Au erhalb dieses Einzugs in Richtung des n chsten Nabenzipfels wird die Immission wieder st rker und bersteigt im EG sogar die Immission im 5 OG 10 3 61 4 1 19 4 0 1 6 14 5 OG 1 OG EG 0 01 1 94 0 001 Leistungsflussdichte W m 2 w A 418 Sp194 ay9s 19913 0 0001 1E 005 T DN3 2 T DN3 3 T DN3 4 Messpunkt Bild 2 2 10 H henabh ngigkeit der Immission am Beispiel T DN3 2 3 4 In Bild 2 2 11 soll mit dem bereits oben erw hnten Freiraumwellenausbreitungsmodell untersucht werden wie sich der prinzipielle Verlauf der ortsbezogenen Immis
152. Im Freiraum breitet sich eine ideale Funkwelle vom Sender gleichm ig und geradlinig in alle Richtungen und ohne jede Beeinflussung durch die Umgebung aus Dadurch verteilt sich die Sendeleistung mit zunehmendem Abstand zum Sender ber immer gr ere Kugelober Fl chen man spricht von der bertragungs oder Freiraumd mpfung zwischen Sender und Empf nger In realen Funksystemen ist die Wellenausbreitung sehr viel komplizierter Es ist normalerweise mit einer Zusatzd mpfung durch die Umgebungseinfl sse zu rechnen d h die Freiraumd mpfung ist eine Art Mindestd mpfung die alleine durch den r umlichen Abstand zwischen Sender und Empf nger hervorgerufen wird Nur in sehr seltenen Fallen sind auch Feldst rken ber dem Freiraumwert m glich In realem Gel nde werden Funkwellen auf folgende unterschiedliche Art und Weise abge lenkt bzw abgeschw cht Abschattung tritt auf wenn die Verbindungslinie zwischen Sender und Empf nger durch ein Hindernis unterbrochen wird Bereiche m Funkschatten eines Hindernisses erreicht elektromagnetische Energie nur indirekt z B ber Reflexionen an anderen Hindernissen Beugung tritt auf wenn die Verbindungslinie zwischen Sender und Empf nger durch eine scharfe Kante z B von Hausw nden oder d chern unterbrochen wird Eine einfallende Funkwelle wird um die Kante herumgebeugt d h die Welle ndert ihre Richtung und erreicht Bereiche welche ohne Kantenbeugung vom Hindernis abgeschattet s
153. Immissionen von UMTS Anlagen unter besonderer Ber cksichtigung von geeigneten Messverfahren n einem gesonderten BfS Forschungsvorhaben erfolgen Seite 28 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 2 2 Einflussfaktoren f r die Gr e der Immission Fur die Gr e der ortsbezogenen Immission d h der an einem festen Ort vorliegenden Immission gibt es bestimmte Einflussfaktoren die entweder nur von der Sendeanlage oder nur vom Empf ngerort oder von beiden bestimmt werden Es sind dies vor allem Einflussfaktoren seitens der Mobilfunkanlage e insgesamte Sendeleistung der Anlage Anzahl der Netzbetreiber Anzahl der Kan le Sendeleistung pro Kanal e H he der Sendeanlage ber Grund e verwendete Antennentypen e Downtilt der Antennen d h Abwartsneigung e horizontale Ausrichtung der Antennen Einflussfaktoren seitens des Immissionsortes e radialer oder lateraler Abstand zur Sendeanlage e H he des Empf ngerortes ber Grund bzw H henunterschied zur Sendeanlage e horizontale Ausrichtung zur Anlage e Vorhandensein von d mpfenden Hindernissen Sichtbarkeit der Anlage Im folgenden werden diese Einflussfaktoren detailliert untersucht Dabe wird so vorgegan gen dass zuerst die prinzipielle Auswirkung des Einflussfaktors erkl rt wird Anhand eines einfachen Wellenausbreitungsmodells wird anschlie end eine Simulation der ortsbezogenen Immission n Abh ngigkeit vom Einflussfaktor durchge
154. M glichkeiten zu derer messtechni schen Erfassung vor Es ist aber abzusehen dass die Leistungsregelung bei UMTS in Ver gleich zu GSM wesentlich schneller und feiner abgestuft arbeitet Bild 4 1 4 zeigt einen charakteristischen Ausschnitt eines Basisstationssignals ber der Zeit aufgel st in den 8 Zeitschlitzen Bei Kanal 1 BCCH wird als Sendeleistung in allen 8 Zeitschlitzen die maximal m gliche Sendeleistung pro Frequenzkanal abgestrahlt unabh ngig davon ob und wie viele Teilnehmer in diesem Kanal telefonieren und wie weit sie von der Basisstation entfernt sind Bei Kanal 1 sind die Zeitschlitze 2 7 f r mobile Teilnehmer belegbar die ersten beiden sind f r Signalisierungszwecke reserviert Seite 88 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 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 4 1 4 Funktionsweise der GSM Leistungsregelung als Abh ngigkeit der normierten Sendeleistung der Basisstation ber der Zeitschlitznummer Kanal 1 links Kanal 2 und Folgekan le rechts Ab Kanal 2 ist das abgestrahlte Sendesignal abh ngig von der Zahl der Telefonierenden und ihrem Abstand zur Basisstation Die Abstandsabh ngigkeit ist in der Real t t eher eine Abh ngigkeit von der Qualit t der Funkverbindung d h
155. M Signalen ergaben dass korrekte Einstellungen vorausgesetzt die Abweichungen zwischen beiden Detektorentypen bei einem GSM BCCH Signal unter 0 5 dB liegen 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
156. MS wird ein Korrekturterm abh ngig von der Art der Umgebung Kleinstadt oder Gro stadt gew hlt Zus tzlich zur Gel ndeklasse urban kennt das Okumura Hata Modell d e Klassen suburban z B Dorf und l ndlich offen z B Wiese oder Acker F r diese Klassen ergibt s ch die isotrope Funkfeldd mpfung aus der Basisdampfung durch Hinzuf gen von konstanten und frequenzabhangigen Korrekturen Die gegen ber der Freiraumausbreitung und Zweistrahltheorie im Mittel erh hten D mp fungswerte resultieren daraus dass stets Hindernisse die Ausbreitung behindern was zus tz liche Verluste hervorruft Da diese Effekte nur pauschal ber cksichtigt werden ergeben sich in den zahlreichen Fallen in denen das Gel nde vom angenommenen Normgel nde abweicht gro e Fehler Die mit wachsender Entfernung monoton steigende Funkfeldd mpfung ver nachlassigt alle lokalen Effekte wie z B Abschattung oder Reflexion Eine derartige mono ton steigende Funkfelddampfung entspricht n aller Regel nicht der Realitat Das empirische Okumura Hata Modell liefert bestenfalls einen ersten Anhaltspunkt 2 3 1 1 4 COST Hata Modell COS 99 Das Okumura Hata Modell st beschr nkt auf Frequenzen zwischen 150 MHz und 1500 MHz Daher ist die Planung von z B GSM 1800 oder UMTS Systemen nicht m glich Im Rahmen der europ ischen Forschungskooperation COST European Cooperation in the Field of Scientific and Technical Research wurden deshalb die Messungen von Okumura OKU
157. Mess und Berechnungsverfahren elemente geleitet und ber eine hochohmige Ableitung der Auswerte bzw Anzeigeeinheit zugef hrt Sonden unterscheiden sich 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 v
158. 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 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 Fate 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
159. Messpunkte einbezogen die bez glich hres H henunterschiedes alle in der Hauptstrahlrichtung der Sendeanlage liegen freie Sicht zum Sender haben und in einem Entfernungsbereich von 45 m bis 150 m liegen Bild 2 2 17 zeigt das Ergebnis 10 61 4 T 194 m E 2 g P 0 1 6 14 6 gt tz D 3s ie amp pL 7 0 01 e o 1 94 5 e O 5 a SE 5 x 0 001 z 0 61 3 5 lt i 3 9 0 0001 0 19 1E 005 4 etfs BER L RE Eons oem BE 0 06 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Anzahl der Kanale Bild 2 2 17 Verteilung der in Hauptstrahlrichtung liegenden Messpunkte der Reihen MST I und 2 als Funktion der Anzahl der Kan le Auch hier kann keine klare Abh ngigkeit der Immission von der reinen Anzahl der Sendeka n le festgestellt werden Ein Beispiel f r die leistungsm ige Zusammensetzung der Immissionen an einem festen Messpunkt zeigt Bild 2 2 18 Hier sind die Beitr ge der unterschiedlichen Netzbetreiber zur Gesamtimmission aufgetragen Es wird deutlich dass die Immissionen nicht mit der Anzahl der Kan le korreliert zu sein scheint Hohe Kanalzahlen erzeugen nicht automatisch die h chsten Immissionen Im Beispiel von Bild 2 2 18 tritt noch eine andere Besonderheit auf die oftmals bei weiter von der Anlage entfernten Messpunkten festgestellt wird Die Immissi onen durch die GSM 1800 Netze ist trotz vergleichbarer Ka
160. 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 Verkehrsaufkommen 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 instrumentbed
161. Praktikabilit t Aufwand gering bis moderat Preis der Messger te moderat hoch bis sehr hoch Preis der Messger te sehr hoch Messaufwand gering Messaufwand hoch Praktikabilit t Messung hoch Messequipment f r Innen und Au eneinsatz moderat Messequipment f r Innen und Au eneinsatz nicht im Labor sondern geeignet Umstellung von Mobiliar nicht zwingend geeignet gewisse Einschr nkungen durch Witterung beim vor Ort erforderlich Au eneinsatz Umstellung von Mobiliar nicht zwingend erforderlich Genauigkeit vergleichbar Qualifizierung des Mess gering keine gro e Erfahrung des Messpersonals hoch gro e Messerfahrung des Personals notwendig personals notwendig Eignung f r berblicks gering hoher Messaufwand messungen Eignung f r Fein sering fehlende Frequenzselektivit t und Empfindlich hoch messungen keit Isotrope Messung m glich ja mit isotroper Sonde nur mit hohem Aufwand sequentielle Messung n allen drei Raumrichtungen mit dipolartiger Antenne Tabelle 3 1 Vergleich der grundlegenden Messverfahren Breitbandig gegen ber frequenzselektiv Seite 63 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Verfahren zur Maximalwertsuche Kriterium Schwenkmethode Drehmethode Punktrastermethode Punktrastermethode mit anschlie ender Mittelung Grenzwert berpr fung abh ngig davon ob in der entsprechenden Personenschutznorm als Beurteilungsgr e die M
162. Punktwolke durchgeschoben Dabei wurde auch erfasst wie gro die Schwankungsbreite ein und derselben Mittelungsgeometrie an verschiedenen Positionen innerhalb der Punktwolke sind Neben den in Bild 3 2 1 dargestellten Geometrien kamen auch andere Geometrien z B horizontale und vertikale Linien Ebenen und W rfel zum Einsatz Als Ergebnis wurde bislang festgestellt dass auch f r ein und denselben Messort die gemes senen Mittelwerte sehr stark von der verwendeten Mittelwertgeometrie abh ngen Dies ist dadurch erkl rbar dass einige Mittelungsgeometrien ihre Punkte primar in vertikaler Rich tung verteilen wohingegen andere auch eine relevante horizontale Ausdehnung haben Es ist nun wie im vorangegangenen Abschnitt gezeigt stark vom Expositionsszenario abh ngig wie sich die Energie in vertikaler Richtung und in horizontaler Raumrichtung verteilt Durch unterschiedliche Geometrien kann sich nicht nur der resultierende Mittelwert sondern auch die H ufigkeitsverteilung der an den Gitterpunkten der Geometrie erfassten Feldstar ken grundlegend verandern Bild 3 2 2 entnommen aus LEH 03 zeigt die Haufigkeitsver teilung der elektrischen Feldstarke f r zwei unterschiedliche Geometrien an ein und demsel ben Messort Geometrie 3 besteht dabei aus 3 horizontal ubereinander angeordneten kreis formigen Ebenen mit je 22 5 cm Punkteanstand 63 Punkte insgesamt Geometrie 5 ist das in Bild 3 2 1 unten links dargestellte SICTA 01 Mod
163. 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 zwei 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
164. 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 Regulierungsbeh 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 Mobilfunkbetreib
165. RegTP zur Standortbescheinigung sowie die Schweizer Berechnungsmethode BUWAL 02a Die Berechnung der Feldstarken erfolgt unter Annahme von Fernfeldbedingungen und Freiraumausbreitung und ggf einer Geb uded mpfung Ein kommerzielles Produkt n diesem Bereich ist das Programm WinField entwickelt von der Firma FGEU n Berlin 2 3 1 1 3 Okumura Hata Modell Das Okumura Hata Modell ist ebenfalls ein Berechnungsverfahren das auf der Auswertung umfangreicher Messungen hier f r die Frequenzen zwischen 200 MHz und 2 GHz basiert OKU 68 Fur diese Messwerte wurden von Hata HAT 80 f r den Teilfrequenzbereich bis 1500 MHz N herungsgleichungen zur Berechnung der isotropen Funkfeldd mpfung angege ben allerdings wie auch die Messungen von Okumura nur f r vertikale Polarisation Die N herungsgleichungen ben tigen lediglich folgende vier Parameter die Frequenz die Entfer nung und die Antennenh hen Das Okumura Hata Modell darf dabei allerdings nur innerhalb der folgenden Grenzen angewendet werden Seite 15 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Frequenz 150 1500 MHz Entfernung 1 20 km H he der Bas sstationsantenne 30 200 m H he der Mobilstationsantenne Tabelle 2 2 G ltigkeitsbereich des Okumura Hata Modells Ausgegangen wird beim Okumura Hata Modell von einer Basisdampfung f r urbanes Gebiet ber quas ebenem Gel nde Zur Ber cksichtigung der Antennenh he der
166. Schwankungen untersuchten Interferenzbildes Fast Fading Deswegen ist hier zur exakten Ber cksichtigung dieser Effekte 1m Sinne einer Extremalwertsuche das dort empfohlene Verfahren d h die volumen bezogene Maximalwertsuche unter Verwendung einer zeitlichen Maxhold Funktion des Messwertaufnahmeger tes einzusetzen Seite 8 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Inhaltsverzeichnis SEE ZU AS SUNG E E A E EN E E E 3 1 Em keit nS sia E S 10 1 1 Zielsetzung des Forschungsvorhabens ssssseecccsssssececocoosssssececosossssseeeesssssso 10 1 2 Hintergrund des Forschungsvorhabens ssssssececoocssssscccccocosssesecesosssssssceesoso 10 1 3 Einordnung des vorliegenden Zwischenberichtes eeeeooossssssecccoossssssseeesoo 11 2 Gro skalige r umliche Verteilung der Immission 000 12 2 1 Ergebnisse von Messreihen a uu uueeuannan eu 13 2 1 0 Grundlegende Anforderungen an die ber cksichtigten Messreihen sss 13 2 1 1 Messreihe LUS T Locis irnn E E aa 14 21 2 Messtreihe IMST 2 2 2020 ei 18 2 1 3 Messreihe IMST 3 air 20 2 1 4 MessreiheNurnbero zunu aneeRbBeashialne 21 2 145 Messreahe TUV username 23 2 1 6 Messreihe Baden Wirttemberg ccccccccccccccccccccsssssssscssssssssssccsccccccccesscceeeesssees 25 2 1 7 Auswertung der Messteihen ua 27 2 2 Einflussfaktoren f r die Gr e der Immission sssosssssssssssssssssssssnnnnnns 28 2 2 4 Abstand zur Mobil funk anlase
167. 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 Einziger 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
168. V7 1 T LEV7 5 T LEV7 4 Messpunkt Bild 2 2 24 Gemessene Immissionen am Standort T LEV7 Seite 53 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Leistungsflussdichte W m 2 wyA oyaeIspIo4 ayasupyel3 DO3 2 DO3 3 DO3 4 Messpunkt Bild 2 2 25 Verteilung der Immissionen ber der Geschosstiefe am Standort DO3 Von dieser Verteilung gibt es in der Regel nur dann Ausnahmen wenn in der unmittelbaren N he ein etwa gleich hohes Objekt z B ein benachbartes Hochhaus steht An diesem k nnen Reflexionen auftreten die die gleichm ige Abnahme der Immission mit abnehmender Geschossh he unterbrechen und in mittelhohen Geschossen wieder zu einem Ansteigen der Immission f hren Bild 2 2 26 zeigt so einen Fall Im 7 OG steigen die Immissionen an wohingegen im Erdgeschoss die Immissionen am niedrigsten sind Leistungsflussdichte W m 2 wyA oy ejsp o4 ayos upe 3 BI3 1 BI3 2 BI3 3 Messpunkt Bild 2 2 26 Erh hung der Immission in der Geb udemitte durch Reflexion am Nachbarhochhaus Das benachbarte Hochhaus ist links dargestellt und verf gt auch ber eine Sendeanlage deren An teil hier aber ausgeklammert wird Seite 54 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 2 2 7 2 Innen und Aupenmesspunkte Leuchtturmeffekt Oftmals wird behauptet dass die Immission im selben Geb ude auf dem die Anlage steht vor allem im obersten Stockw
169. 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 Betrachtungen 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 Aufwa
170. Vergleich von Mobilfunkimmissionen zu DECT Immissionen Messreihe IMST 1 Auch hier ist das Verhaltnis von der konkreten Situation vor Ort abhangig d h von der Sichtbarkeit des Messpunktes zur nachsten Basisstation bzw zum nachsten DECT Telefon Es ist jedoch eine Tatsache dass ein in der Wohnung betriebenes DECT Telefon am Ort der Seite 67 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Messung auch wenn dieser s ch n einem anderen Z mmer befindet vergleichbare oder sogar h here Immissionen hervorrufen kann wie eine Basisstation die sich auf einem Nach bargeb ude befindet 2 3 Zusammenfassung Die Immissionen m Umfeld der Basisstationen werden blicherweise als elektrische Feld st rke oder Leistungsflussdichte gemessen da eine Ermittlung der spezifischen Absorptions rate als Bas sgr e viel zu aufw ndig ist und h chstens zu Arbeitsschutzzwecken Anwendung findet Die Messergebnisse der Immission an unterschiedlichen Messpunkten m direkten Umfeld von Mobilfunk Basisstationen unterliegen einer gro en Streubreite Der niedrigste in ver schiedenen Messreihen ermittelte Immissionswert betr gt 0 00000004 W m der h chste 0 28 W m Selbst verschiedene Messreihen die die Verfasser nach ein und demselben Mess verfahren durchgef hrt haben differieren bez glich der gefundenen Maximal und Mittelwer te der Immission sehr stark Dies ist primar auf die unterschiedlichen Intentionen von Mes sungen
171. 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 Konfiguration 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 im 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 Sen
172. _BiidingenstraBe D sseldorf Boden ja a95 au en 1310 D85 __NachtigalistraBe D sseldorf 3 06 ja ca70 imen 2810 D91 Schwerin Stra e D sseldorf Boden ja a95 au en 8 710 D92 __Kaiserswerther Stra e D sseldorf 3 06 ja ca140 inen 4110 D94 __ Kaiserswerther Stra e D sseldorf 3 06 ja ia 11 103 Kleverstra e D sseldorf 3 5 8 10 Kleverstra e D sseldorf 1 410 D105 Am Geisterberg 93 D sseldorf 1 06 ja ca170 imen 5810 Dit Bender Stra e D sseldorf 1 06 ja a55 inen 2610 D112 BenderStra e D sseldorf 1 06 nein ca 60 inen L610 D113 Metzkauser Stra e D sseldorf EG ja a50 inen 2010 oj o 30 imen f 70100 0G ja 0G ja oa D 11 5 Metzkauser Stra e D sseldorf 0 LOG 42 10 D 11 6 Bender Stra e D sseldorf 1 OG D 11 7 Bender Stra e D sseldorf 2 4 10 D 12 1 Alt Niederkassel D sseldorf L2 10 E 4 gt 4 D96 i D 10 1 H lsmeyer Stra e D sseldorf Boden ja a170 au en 6 8 10 D 102 Am Mergelsberg D sseldorf ca 1350 1 1107 4 4 4 2 D 12 2 Alt Niederkassel D sseldorf EG ja 25 innen 2810 R 7 x 7 l a x m l fr D ja D ja R m l ja Di j 2 nein D ja Di a A R a Seite A7 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung D 13 2 S dallee D sseldorf 2 4 10 D 1
173. achfolgend wird das prinzipielle Vorgehen fur die vielfach verwendeten Knife edge Modelle nach Epstein u Peterson EPS 53 Deygout DEY 66 DEY 91 und Giovanel GIO 84 erl utert Die f r diese Modelle ben tigten Geometrieparameter sind in Bild 2 2 f r die Beugung an zwei Halbebenen skizziert On Epstein Pelerson A adel i Dey pent Modeli Giovannei Model gt Are Bild 2 2 Geometrie f r die Multiple knife edge Modelle nach Epstein u Peterson EPS 53 Deygout DEY 66 DEY 91 und Giovaneli GIO 84 am Beispiel der Beugung an zwei absorbieren den Halbebenen ZS bezel Epstein Peterson Modell Das Modell nach Epstein u Peterson EPS 53 ersetzt den gesamten Ausbreitungspfad nach Bild 2 2 durch eine Sequenz von Teilpfaden welche jeweils eine einzelne Halbebene enthal ten Der Gesamt bertragungsfaktor ergibt sich f r dieses Modell einfach aus dem Produkt der einzelnen Ubertragungsfaktoren Das Epstein Peterson Modell verwendet keinerlei Korrektur zur Reduzierung der vielfach sehr gro en Fehler Zur Darstellung wird meist die Beugungs dampfung Dp d h das Betragsverhaltnis der Feldst rke ohne und mit Hindernissen verwen det Bei der Berechnung wird davon ausgegangen dass die horizontalen Entfernungen sehr viel gr er sind als die H hen der Halbebenen Nebenhindernisse zwischen den Haupthinder nissen d h Hindernisse unterhalb der jeweiligen Verbindungslinie zwischen den Haupthin dernissen dem Sender und
174. aler 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 Entfernung 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 ErFrerrrr Pr 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 S
175. allem an der Reihe MST wieder eine pauschale Aussage dahingehend schwer f llt dass an Messpunkten mit S cht zur Anlage generell h here Immissionen als an solchen ohne freie Sicht vorliegen w rden kann man diese Aussage an den verschiedenen Einzelmessungen um ein und die selbe Anlage sehr oft beobachten Beispiele sind die Mess punkte AC1 AC2 BIl BI3 BNI usw wo diese Aussage sehr wohl zutrifft Bei der Mess reihe IMST 2 gilt die Aussage sogar nahezu pauschal Trotzdem gibt es auch hier einige bemerkenswerte Ausnahmen z B W1 oder D13 was zum gro en Teil auf eine ung nstige Lage der Messpunkte ohne Sicht vor allem bez glich H henunterschied zur ckzuf hren ist Seite 58 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 10 1 T g a 2001 p 3 gt 0 001 3 173 gt 0 0001 1E 005 10 1 o1 g ol em 00 72 5 a gt 0 001 3 73 D 1 0 0001 1E 005 Bild 2 2 30a 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 Legende E Freie Sicht E keine freie Sicht Schweizer AGW GSM 1800 Schweizer AGW GSM 900 TTY E i I ih IN N9TNYTVIOTNTNITNITNITNTNAOTODTNATTNAYIDTNAITNAS eu n nnnnanop9o9r m SNnuNNIIIdTTNNNNN NT NUNNNNINNN OOOOOOOOOOOmRTmMmMmmmmmm 222 zzzzzzZzzzo00000000000 OS tele Anmmmmmmmmannnnanannannn Messpunkt 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 Legende i E Freie Sicht E kein
176. 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 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 s nd abh ngig von der konkreten Aufgabenstellung zu w hlen Oftmals s nd 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
177. andnis 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 Art 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 fun
178. ankung 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 187 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 Eins
179. antennen m ssen f r den zu untersuchenden Frequenzbereich geeignet sein Als Empfangsantennen f r den durch Mobilfunk Basisstationsantennen abgedeckten Frequenzbereich 900 MHz bis 2 3 GHz kommen prinzipiell Richtantennen w e z B logar thmisch periodische Antennen oder auch dipolartige Antennen mit schwacher Richtwirkung wie z B bikonische Antennen in Frage Richtantennen haben den Vorteil dass die Beeinflussung durch den Messenden nicht so stark ist wie bei Antennen mit schwacher Richtwirkung Daf r gestaltet sich hier die Maximalwert suche der Immission etwas aufw ndiger Au erdem ist streng genommen nur mit dipolartigen Antennen eine Bestimmung Lage des Feldvektors m Raum aus aufeinanderfolgenden Mes sungen in den drei orthogonalen Raumkomponenten wie z B f r die Punktrastermethode BUWAL 01 SICTA 02 gefordert m glich Seite 50 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 3 4 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 h
180. ariieren 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 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 direkt
181. as Kin i STIER 7 y ES er BE wse pF mar Tce ENN gt 12 Fa T ee ra e a ee e Saal fe eee e TETEE ff ip R u a I um I t bil j MA alae re 4 7 sitik 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 Mes
182. as Fading nicht mehr klar zutage treten und nicht getrennt voneinander untersucht werden k nnen Gleicherma en verh lt es sich bez glich einer berlagerung von Einzelwellen unterschiedli cher Frequenzen Die berlagerung kann zu Feldbildern f hren die eine separate Interpreta tion der einzelnen Wirkmechanismen nicht mehr zulassen Trotzdem wird solch eine berla gerung verschiedener Frequenzen wie oben bereits angesprochen bez glich des resultieren den Gesamtfeldes zu einer Abschw chung der Schwankungsamplitude und u U auch der Seite 78 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Schwankungsh ufigkeit f hren Dies ist in Bild 3 1 10 f r die schon in Bild 3 1 7 berechnete Anordnung gezeigt d h das Innenraumszenario mit direkter S cht zur Antenne Hier ist der Welle bei 1767 5 MHz eine Welle bei 902 5 MHz Sendeleistung der Bas sstation 10 W berlagert worden Bild 3 1 10 zeigt nur die horizontalen L ngskomponenten gr n in Bild 3 1 7 bei den beiden Einzelfrequenzen und f r die berlagerung Durch die berlage rung beider Felder rote Kurve werden die tiefen Einbr che bei der 900 MHz Frequenz von bis zu 14 dB auf maximal 8 dB abgeschw cht Die Abschw chung w rde noch gravie render ausfallen und zu einem wesentlich unregelm igen Interferenzmuster f hren wenn sich die beiden Frequenzen nicht um nahezu den ganzzahligen Faktor 2 unterscheiden w r den sondern um einen gebrochenen Fakt
183. ass 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 rkster 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
184. astung Obwohl die vorgestellten Messreihen bez glich der Mess und Auswertemethodik sehr hnlich sind gibt es zwischen den Messreihen erhebliche Unterschiede Es kann prinzipiell nicht ausgeschlossen werden dass einige Messdetails zum Teil zu den Abweichungen beitra gen Ein weitaus bedeutsamerer Grund f r die Unterschiede wird jedoch in der Wahl der Messpunkte gesehen die der jeweiligen Messreihe zugrunde liegen Denn interessanterweise sind z B die Reihen MST I und 2 mit der Reihe N rnberg vergleichbar wohingegen die Messreihe IMST 3 eher mit der Reihe TUV vergleichbar ist Dabei sind aber die Reihen IMST 1 3 alle von derselben Institution nach derselben Technik durchgef hrt worden so dass n der Tat die Messpunktwahl die Hauptursache der weit streuenden Ergebnisse darstellt Unabh ngig davon sind aber auch bei den Messungen innerhalb einer Messreihe betr chtliche Schwankungen zwischen dem h chsten und dem tiefsten Wert festgestellt worden und dies obwohl sich alle Messpunkte n unmittelbarer Nahe Sicherheitsabstand bis ca 200 m von der Basisstation entfernt befinden Die Schwankungsbreite innerhalb einer Messreihe kann teilweise den Faktor 100 000 bez glich der elektrischen Leistungsflussdichte erreichen Die Gr nde f r diese starken Unterschiede trotz vergleichbarem Entfernungsbereich werden m Kapitel 2 2 n her untersucht Insgesamt liefern die im vorliegenden Kapitel angegebenen Werte einen guten berblick ber die
185. atoren geeignet Ausf hrlich werden im folgenden die Methoden f r die Messung mit dem Spektrumanalysator diskutiert 2 5 6 2 Vorstellung und Bewertung 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 Ort
186. atz von logar thmisch periodischen Antennen empfohlen werden muss Bikonische bzw Dipolantennen haben dann ihre Berechtigung wenn f r den Einsatz von Mittelungstechniken 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
187. atzfahigkeit zur Erstellung einen fl chendeckenden Katasters 3 2 Wellenausbreitungsmodelle Wie bereits 1m Zwischenbericht zu vorliegendem Forschungsvorhaben Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 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 abh ngig von den elektrischen Materialeigenschaften der Dicke und dem inne
188. 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 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
189. 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 ckrechenbar 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 gesammel
190. auch in unmittelbarer Nahe zu Mobilfunkanlagen die Immis sionen durch andere HF Sendeanlagen dominieren und Mobilfunkimmissionen nur mit wenigen Prozent zur Gesamtimmission an einem Messpunkt beitragen Sicherlich ist es richtig dass vor allem Rundfunk und Fernsehsender im Kilowatt oder sogar Megawattbereich arbeiten wohingegen Mobilfunkanlagen max mal einige Zehn Watt ab strahlen Es bleibt jedoch zu untersuchen wie sich das Verh ltnis nicht fl chengemittelt sondern direkt in der Umgebung einer Mobilfunkstation darstellt Hierzu wurden in der Messreihe IMST 1 frequenzselektive Messungen in einem gr eren Frequenzbereich durchgef hrt wobei die untere Frequenzgrenze 10 kHz war Bild 2 2 34 zeigt das Ergebnis f r diejenigen Messpunkte an denen neben Mobilfunkimmissionen auch andere Immissionen gemessen wurden Die eingezeichneten Grenzwerte beziehen sich nur auf den Mobilfunkfrequenzbereich 26 BImSchV GSM 1800 m 26 BImSchV GSM 900 Legende 61 4 i E Mobilfunk Hauptsendeanlage 1 E Andere externe HF Immissionen 19 4 a Schweizer AGW GSM 1800 6 14 th 1 EEE 0 01 1 94 0 001 0 61 Leistungsflussdichte W m wA 418 Sp1 4 49S1174913 0 0001 0 19 1E 005 0 06 AND ENDEN MEN EEE TEE N DER AND E ToO seem Nn 9 MO Soe ERONNEENSA ANAAO SC hannmanmnazzzeggomaangsummanssss Messpunkt Bild 2 2 34 Vergleich von Mobilfunkimmissionen zu anderen externen HF Immissionen Re
191. auf einem Stativ d h ohne Beeinflussung durch den Messenden Aus den Messwerten wird der zeitliche Mittelwert gebildet Falls die Station nicht mit maximaler Auslastung betrieben wurde hat eine Extrapolation zu erfolgen Spezielle Ausfthrungsvor schriften hierzu fehlen jedoch Sofern die extrapolierten Messwerte um mehr als 6 dB unter dem Grenzwert oder unter der Empfindlichkeitsschwelle der Messger te liegen gilt die Station als den Bestimmungen entsprechend Andernfalls haben Messungen nach Phase 2 oder 3 zu erfolgen In Phase 2 sind als Messger te frequenzselektive Spektrumanalysatoren oder Messempfanger mit Effektivwertanzeige sowie geeignete Empfangsantennen und Kabel mit bekannten Eigenschaften zu verwenden Die Messungen erfolgen im Frequenzbereich 9 kHz bis 3 GHz m glichst im Fernfeld wobei hierunter bei Frequenzen unter 1 GHz ein Abstand von mindestens drei Wellenl ngen vom Sender zu verstehen ist Der Messende muss f r jede als signifikant erkannte spektrale Immissionskomponente den gefundenen Pegel als Funktion von Orientierung und Polar sation der Empfangsantenne maximieren Genauere Angaben ber die Durchf hrung der Maximierung sind nicht enthalten Alle maximierten Spektralanteile werden mit den Antennenfaktoren und den Kabeld mpfungen in direkt mit den Grenzwerten vergleichbare Messwerte umgerechnet E H oder S und sofern sie weniger als 40 dB unter Seite 43 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechn
192. aussetzungen allerdings soweit reduzieren dass eine feldtheoretische L sung auch f r die Praxis interessant wird Ohne vereinfachende Annahmen ist eine feldtheoretische L sung heute nur dann m glich wenn das betrachtete Volumen bezogen auf die verwendete Wellenl nge recht klein st Dies st bei nicht zu hohen Frequenzen innerhalb von Geb uden der Fall H ufig gen gt es jedoch bereits alle relevanten bertragungswege zwischen Sender und Empf nger zu suchen und deren Zusammenwirken zu analysieren Hierzu muss davon ausge gangen werden dass die Ausbreitungsmechanismen getrennt voneinander betrachtet werden k nnen Dies ist nur der Fall sofern die Abmessungen aller Hindernisse deutlich gr er als die Wellenl nge sind Die Felder k nnen dann in Analogie zur Optik in Form von Strahlen beschrieben werden Auf diesen Annahmen basierende strahlenoptische Modelle lassen sich fur die Ausbreitung in l ndlichen und urbanen Gebieten sowie zur Ausbreitungsmodellierung innerhalb von Geb uden einsetzen Vielen Anwendern sind aber auch die gegen ber feldtheoretischen Verfahren bereits deutlich einfacheren und erheblich schnelleren strahlenoptischen Modelle noch zu aufwendig weshalb trotz der immensen Steigerung der verf gbaren Rechenleistung auch heute noch sog empiri sche und semi empirische Verfahren berwiegen Rein empirische Verfahren basieren auf der statistischen Auswertung vieler Messungen und der Wahl geeigneter N herungsfunktionen
193. axima der einzelnen Fre quenzen ausbilden hat die Punktrastermethode gegen ber den anderen Methoden Vorteile ber Erfahrungen bez glich Aufwand und Reproduzierbarkeit liegen aufgrund der Aktualit t der drei Verfahren nur wenige Erfahrungen vor Im allgemeinen wird z B in WUSCH 02 BOR 02a die Schwenkmethode als die am schnellsten durchf hrbare Methode bezeichnet SICTA 01 arbeitet die Punktrastermethode mit anschlie ender Mittelung als die am repro duzierbarste Methode heraus Neben dem hohen Messaufwand ist hierbei jedoch zu ber ck sichtigen inwieweit It geltender Normen solch eine Mittelung berhaupt zul ssig ist 3 4 3 2 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 im 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 s ch auf den Messwert an einem festen Ort einzupendeln 2 Der Messwert ist erst dann abzulesen wenn die Sonde fest an einem Messpunkt positio niert ist und sich auf den Immissionswert eingependelt hat W hrend einer Bewegung des Ger tes 1m Feld werden oft physikalisch nicht tats chlich vorhandene berh hte Werte angezeigt Vor allem wegen des zweiten Grundes ist eine kontinui
194. aximalwerte oder die rtlich gemittelten Werte zu verwenden sind Falls Mittelwerte gefordert ist nur Punktrastermethode mit anschlie en der Mittelung geeignet Praktikabilit t zeitlicher gering moderat hoch oder sehr hoch in hoch oder sehr hoch in Aufwand Abh ngigkeit von der Abh ngigkeit von der Anzahl der Rasterpunkte Anzahl der Rasterpunkte Genauigkeit hier liegen keine belastbaren Angaben vor Reproduzierbarkeit hier liegen keine belastbaren Angaben vor Tabelle 3 2 Vergleich der unterschiedlichen Verfahren zur Ermittlung der maximalen Immission in einem vorgegebenen Volumen Seite 64 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 4 Zusammenfassung In vorliegendem Zwischenbericht wird im Sinne einer Bestandsaufnahme der derzeitige Stand der Technik auf dem Gebiet der theoretischen Verfahren Berechnungsverfahren und der praktischen Verfahren Messverfahren zur Bestimmung der Immission m Umfeld von Mobilfunk Basisstationen ermittelt Berechnungsverfahren f r elektromagnetische Felder n der Umgebung von Sendeanlagen wurden primar im Hinblick auf die Planung von Funksystemen zur Ermittlung des Ausbrei tungsverhaltens elektromagnetischer Wellen entwickelt Deren Einsatzbereich reicht von der Planung der Fl chenversorgung vielfach als Coverage bezeichnet ber d e Absch tzung der Frequenzselektivitat des Funkkanals durch Mehrwegeausbreitung bis hin zur Analyse d
195. b udeabstand b Stra enbreite w Bild 2 3 Definition der statistischen Beschreibungsgr en beim COST Walfisch Ikegami Modell Das COST WI Modell unterscheidet zwischen dem Fall dass zwischen BS und MS eine Sichtverbindung besteht LOS Line of sight und dem Fall dass die direkte Verbindungslinie durch Hindernisse blockiert wird NLOS Non line of sight F r LOS mit BS und MS innerhalb einer Stra enschlucht Street canyon wird eine sehr einfache empirische Gleichung verwendet die auf Messungen beruht Die relativ langsame Abnahme mit der Entfernung resultiert aus Wellenleitereffekten innerhalb von StraBenschluchten die durch Mehrfachrefle xionen an den begrenzenden Hausw nden beschrieben werden k nnen Im COST WI Modell setzt sich die Funkfeldd mpfung f r NLOS keine Sichtverbindung aus der Grund bertra gungsd mpfung einer Zusatzd mpfung f r die Beugung ber die Geb ude hinweg Multiple screen diffraction und einer D mpfung f r die Ausbreitung zwischen der letzten beugenden Kante und der MS innerhalb einer Stra enschlucht Roof top to street diffraction and scatter loss zusammen Fur die Kopplung der Welle in die Stra enschlucht hinein in der sich der mobile Teilnehmer befindet wird eine empirische N herung verwendet welche auf der mittleren Stra enbreite und der Orientierung der Stra e gegen ber der Ausbreitungsrichtung basiert Bei der detaillierten Behandlung der Beugung an mehreren Halbebenen ergibt sich analog zu
196. beh rde f r Telekommunikation und Post RegTP bzw das fr here Bundesamt f r Post und Telekom munikation BAPT f r hre bundesweiten EMVU Messaktionen 1992 1996 97 und 1999 2000 eigene Messvorschriften entwickelt die quas d e Vorgaben der DIN VDE 0848 Teil 1 in konkrete und anwendbare Handlungsanweisungen bersetzen Die daf r entwickel ten Messvorschriften BAPT 212 MV 20 22 WEI 00 s nd mittlerweile n cht mehr aktuell gegenw rtig befindet sich eine neue Messvorschrift RegTP MA EMF 03 EMF 03 in der Abstimmungsphase Die zu untersuchenden Frequenzbereiche erstrecken sich von 9 kHz bis teilweise 26 5 GHz und umfassen somit neben Mobilfunk Sendeanlagen auch andere Hoch frequenzsender In der BAPT 212 MV 20 wird zur Messung ein Spektrumanalysator favorisiert d h die Messung erfolgt frequenzselektiv Lediglich be1 sehr hohen Eingangspegeln wird aus Grun den der Ubersteuerungsgefahr des Analysators eine Fortsetzung der Messung mit einer nicht frequenzselektiven Breitbandsonde verlangt Die Messungen erfolgen im Freien bevorzugt ffentliche Stra en und Pl tze und werden mittels dipolartiger Antennen durchgef hrt die auf einem Stahlkurbelmast montiert sind der w hrend der Messung h henverstellt wird Es wird in horizontaler und vertikaler Polarisation gemessen wobei die Antennen in der horizon talen Ebene um 360 gedreht w rd Die Drehung bzw H henverstellung der Antenne hat eine Maximalwertsuche der Immission zum Ziel
197. ben roter Pfeil so wird man in gewisser Weise die Nebenzipfel in Bild 2 2 8 durchwan dern Hierbei st damit zu rechnen dass m obersten Stockwerk mit einer vergleichsweise hohen Immission zu rechnen ist da man sich hier nahe der Hauptstrahlrichtung der Anten ne befindet Seite 35 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung q WHT Bild 2 2 8 Durchlaufen der Nebenzipfel be1 Erhohung des Immissionsortes Diese Hohenabnahme der Immission ber der Geschosstiefe l sst sich messtechnisch in Bild 2 2 9 nachvollziehen Hierbei wurden bei den rot markierten Messpunkten nur die Immissi onsanteile der auf dem Nachbargeb ude installierten Basisstation ber cksichtigt Alle Mess punkte befinden sich in der zur Basisstation zugewandten Geb udeseite 40 26 BImSchV GSM 1800 61 4 1 19 4 a m 0 1 6 14 a a a g 0 01 1 94 5 E T 3 0 001 0 61 2 3 5 re S 0 0001 I E lt 1E 005 OG 3 S 1E 006 0 02 1E 007 0 01 mi mi u z z z F F Messpunkt Bild 2 2 9 Hohenabhangigkeit der Immission am Beispiel T NE5 Seite 36 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Nach Bild 2 2 8 kann es jedoch auch m glich sein dass ein mittlerer Geschossbereich des der Anlage gegen berliegenden Geb udes s ch gerade n einem Einzug befindet wohingegen die unteren Geschosse von einer Nebenstrahlrichtung erfasst werden
198. ben 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 zu sehen Seite 158 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren IE 0 01 002 005 040 0 050 10 20 50 100 y Pasit E twin a ian m etn an i Position 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
199. bilfunkbasisstationen zu berechnen Der fur die hier betrachtete Aufgabenstellung ben tigte Simulationsraum steht bei Hybridverfahren zwar zur Verf gung aber der 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
200. bschirmmaterialien 2 Auflage Neubiberg 2003 prEN 50400 Draft Basic Standard for the Calculation and Measurement of Electromagnetic Fields Related to Human Exposure from Radio Base Stations and Fixed Terminal Stations for Wireless Telecommunication Systems 110 MHz 40 GHz When Put into Service Draft basic standard CENELEC TC 106X February 2003 T M Schuller Stellungnahme auf den gemeinsamen Fragenkatalog zur ffentlichen Anh rung Mobilfunk Deutscher Bundestag Ausschuss f r Umwelt Naturschutz und Reaktorsicherheit Berlin 02 07 2001 Seite 99 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung SICTA 01 T V 03 1 T V 03 2 T V 03 3 T V 03 4 WUSCH 02 WUSCH 03 1 WUSCH 03 2 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 E Sauer und J Plambeck mmissionsschutz Messungen Mobilfunk in Nordrhein Westfalen Gro raum Essen Messbericht und gutachterliche Stellungnahme Nr 03 3111 3 1 Hamburg 20 10 2003 E Sauer und H Meisel mmissionsschutz Messungen Mobilfunk in Nordrhein Westfalen Gro raum K ln Messbericht und gutachterliche Stellungnahme Nr 03 3111 3 2 Hamburg 20 10 2003 E Sauer und H Meisel mmissionsschutz Messungen Mobilfunk in Nordrhein Westfalen Grofraum Bielefeld Messbericht und guta
201. bung der Sendeantenne auf die Abstrahlung zulassen 2 3 Wellenausbreitungsmodelle F r die Planung von Funksystemen wurden Modelle zur Ermittlung des Ausbreitungsverhal tens elektromagnetischer Wellen entwickelt Deren Einsatzbereich reicht von der Planung der Fl chenversorgung vielfach als Coverage bezeichnet ber die Absch tzung der Frequenzse lektivitat des Funkkanals durch Mehrwegeausbreitung bis hin zur Analyse der Interferenzen im Netz Die Modelle treffen Aussagen e uber die mittlere Empfangsleistung als auch e uber das zeitvariante und frequenzselektive Verhalten des Funkkanals von denen jedoch nur die Empfangsleistung fur die hier vorliegende Aufgabenstellung interessiert Aus der Empfangsleistung kann unter der Kenntnis der Empfangsantenne auf die Leistungsdichte zuruckgeschlossen werden Die Umgebung in der die Ausbreitungsmodelle eingesetzt werden sollen variiert sehr stark Da die relevanten Einflussfaktoren in ausgedehn ten l ndlichen Gebieten in urbanen st dtischen Bereichen und bei der Ausbreitung inner halb von Geb uden Inhaus Indoor erheblich differieren st es bislang noch nicht gelungen ein allumfassendes Modell zu entwickeln Abh ngig vom Frequenzbereich der Ausbrei tungsumgebung Land Stadt Inhaus und dem Verwendungszweck Rundfunk Mobilfunk Richtfunk etc existiert daher eine Vielzahl verschiedener Modelle Im Mobilfunk wird die Umgebung dabei vielfach durch die Begriffe Makro Mikro und Pik
202. cal Model of UHF Propagation in Urban Environments IEEE Trans Ant Prop vol 36 S 1788 1796 1988 P Wei B Gutheil D Gust und P Lei EMVU Messtechnik Vieh weg Verlag Braunschweig Wiesbaden 2000 J F Wagen E Lachat und J Li Performance Evaluation of a Ray Tracing Based Microcellular Coverage Prediction Tool COST 259 TD 97 019 1997 Seite 74 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk WUSCH 02 YEK 91 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 P Yekani C McGillem A Statistical Model for the Factory Radio Channel IEEE Trans Communications Vol 39 Nr 10 S 1445 1453 1991 Seite 75 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Abk rzungsverzeichnis BAKOM BAPT BImSchV BCCH BEM BS BUWAL CENELEC CDMA COST COST WI DTX EIRP FDM FDTD FEM GO GSM GTD IEM ITU LOS MEC Bundesamt f r Kommunikation Schweiz Bundesamt f r Post und Telekommunikation Bundes Immissionsschutzverordnung Broadcast Control Channel engl gt Sende Kontrollkanal Boundary Element Method engl gt Randintegralmethode Bas sstation Bundesamt f r Umwelt Wald und Landwirtschaft Schweiz Comit Europ en de Normalisation
203. ce 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 product standard Ed 3 6 CENELEC TC 106X WG1 MBS September 2002 prEN YYY PR 15349 Basic Standard for the Calculation and Meas urement of Electromagnetic Fields Related to Human Exposure from Radio Base Stations and Fixed Terminal Stations for Wireless Telecom munication Systems 110 MHz 40 GHz When Put into Service Dratt basic standard Ed 3 6 CENELEC TC 106X WGI MBS September 7082 Rappaport Wireless Communications IEEE Press Prentice Hall PTR New Jersey 1996 K Rizk J F Wagen und F Gardiol Two Dimensional Ray Tracing Modeling for Propagation Prediction in Microcellular Environments IEEE Trans Veh Tech vol 46 S 508 518 1997 A W Rudge et al The Handbook of Antenna Design Peter Peregrinus Ltd 1986 T A Russell C W Bostian und T S Rappaport A Deterministic Approach to Predicting Microwave Diffraction by Buildings for Microcel lular Systems IEEE Trans Ant Prop vol 41 S 1640 1649 1993 K Rizk J F Wagen J Li und F Gardiol Lamppost and Panel Scat tering Compared to Building Reflection and Diffraction COST 259 TD 97 033 1997 NORM S 1120 Mikrowellen und Hochfrequenzfelder Zul ssige Ex
204. che Felder 26 Bundes Immissions schutzverordnung LAI Schriftenreihe Bd 22 2000 A Lauer FDTD simulations of Indoor Propagation Proc 44 Veh Technol Conf S 883 886 1994 A Lauer A Bahr J Pamp J Kunisch I Wolff Multi Mode FDTD Simulation of Indoor Propagation Including Antenna Properties VTC 95 Digest IEEE Vehicular Technology Conference 1995 F Layer und H Fr chting A UTD based Model of the Time variant Indoor Radio Channel in the Vicinity of a Human COST 259 TD 99 081 1999 M Lebherz W Wiesbeck H J Blasberg und W Krank Berechnung der Rundfunkversorgung mit Hilfe eines digitalen Gelandemodells Rund funktechnische Mitteilungen RTM vol 33 S 284 291 1989 M Lebherz Wellenausbreitungsmodelle zur Versorgungsplanung im VHF UHF Bereich unter Ber cksichtigung der Mehrwegeausbreitung Dissertation Universit t Karlsruhe Nomos Verlagsgesellschaft Baden Baden 1991 M Lebherz W Wiesbeck und W Krank A Versatile Wave Propaga tion Model for the VHF UHF Range Considering Three Dimensional Terrain IEEE Trans Ant Prop vol 40 S 1121 1131 1992 M F Levy Diffraction Studies in Urban Environment with Wide Angle Parabolic Equation Method Electronics Letters vol 28 S 1491 1492 1992 T Lo J Litva und H Leung A New Approach for Estimating Indoor Radio Propagation Characteristics IEEE Trans Ant Prop Vol 42 Nr 10 S 1369 1376 1994 R J Luebbers et
205. chen Materialeigenschaften der Oberfl chenrauhigkeit des Hindernisses und dem Einfallswinkel der Funkwelle Regen oder Schnee d h der Wassergehalt k nnen Materialeigenschaften und damit das Reflexions Beugungs und D mpfungsverhalten ver ndern 2 1 2 Mehrwegeausbreitung Die Ausbreitung von Funkwellen insbesondere in st dtischen Gebieten ist ein komplexes Ph nomen Eine vom Sender ausgestrahlte Welle breitet sich ber verschiedene Pfade in der nat rlichen Umgebung aus und erreicht den Empf nger u U aus mehreren verschiedenen Richtungen man spricht von Mehrwegeausbreitung Am Empf nger addieren s ch die einzel nen Beitr ge der Teilwellen vektoriell nach Amplitude Phase und Polarisation zu einer Gesamtfeldst rke Diese berlagerung bewirkt eine sehr starke Ver nderlichkeit der resultie renden Feldst rke mit lokalen Maxima und Minima die r umlich nur wenige Wellenl ngen auseinander liegen Dabei k nnen sich Maximal und Minimalwert leicht um den Faktor 100 1000 unterscheiden Dieses Ph nomen wird Schwund engl Fading genannt H ufig ver ndern die die Mehrwegeausbreitung hervorrufenden Inhomogenit ten des Aus breitungsmediums thre Eigenschaften oder ihre r umliche Lage mit der Zeit Die Kombinati on der Teilwellen und damit die resultierende Feldstarke am Beobachtungsort ver ndern sich dann auch mit der Zeit Entlang der Ausbreitungspfade spielen neben der Freiraumausbreitung die bereits erw hnten Ausbrei
206. cherheit 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 freien Raumes N S Co Lichtgeschwindigkeit m Vakuum A Freiraum Wellenl nge Seite Al von A6 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Anhang Vorgaben f r 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
207. cht mehr als praktikabel bezeichnet werden Die Bezahlbar keit der Messung ist ebenso Voraussetzung wie eine m glichst geringe zeitliche 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 n cht bekannte Lage des Feldst rkevektors m Raum zu beachten 8 Ber cksichtigung von zeitlichen Schwankungen Gerade bei Messpunkten d e 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
208. chterliche Stellungnahme Nr 03 3111 3 3 Hamburg 03 11 2003 E Sauer und H Meisel mmissionsschutz Messungen Mobilfunk in Nordrhein Westfalen Grofraum Wuppertal Messbericht und gutachterli che Stellungnahme Nr 03 3111 3 4 Hamburg 12 11 2003 M Wuschek Elektromagnetische Felder in der Umgebung von Mobil funksendeanlagen im Stadtgebiet von N rnberg Messbericht Regensburg 11 03 2002 M Wuschek Ergebnisbericht ber die Messung elektromagnetischer Felder in der Umgebung von Mobilfunksendeanlagen Messbericht Regensburg 14 07 2003 M Wuschek Auswirkung verschiedener Messverfahren auf das Ergebnis von Immissionsmessungen in der Umgebung von GSM Mobilfunk sendeanlagen Untersuchung m Auftrag des bayerischen Landesamtes f r Umweltschutz 1m Rahmen einer Messkampagne in Landshut Niederbay ern Regensburg 2003 Seite 100 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Abk rzungsverzeichnis AGW BImSchV BCCH BS COST DIX GSM LMK LOS MS MU NLOS RegIP SAR SFH TCH UMTS Anlagengrenzwert Bundes Immissionsschutzverordnung Broadcast Control Channel engl gt Sende Kontrollkanal Basisstation 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 Global System f
209. ciccccssiscecsccsvssnntaccsetstessiaestnavecedese Saendscvvessdeeveooncseees 28 222 H henunterschied zur Mobilfunkanlage ssccccccccccccsssssssssssscccccccsssssssscccseees 34 2 2 3 Sendeleistung der Mobilfunkanlage esessessssssnnnssnnnnnssssssnnnssnnnnnssssssnnnssnnnnnnsnnnn 41 2 2 4 Downtilt der Sendeantenne issiissscesiseesieenoosescsnoseos seeen enaisi aah 46 22 Typ der Sendenntenne u a ists 48 2 2 6 Horizontale Austichtune unse 50 DDR D mpfung durch Geb ude und andere Sichthindernissesccessssssseesssssnnnnnnnnnnsene 51 22 7 1 Verteilung der Immissionen ber der Geschosshohe eee 32 Did due Innen und Au enmesspunkte Leuchtturmeffekt uusssssssesseeeeeeeeenn 54 22 1 D mpfung durch Sichthindernisse 00usssssssnnnnnnnnnnsssneeneneneneeneeennnnnnnnn 57 2 2 8 Beitr ge von benachbarten Mobilfunkanlagen sersssssssssnnnnnessssssnnssnnnnnnsnnne 60 2 2 9 ELI L A PEE EN EEEN A A E EA E E O E A E OER E S 61 229 Vergleich der Immissionen in st dtischen und au erst dtischen Bereichen 62 2 2 92 Vergleich der Immissionen durch Mobilfunkanlagen zu anderen HF Immissionen65 2 3 Zusammenfassung zus ash Naike 67 3 Kleinskalige r umliche Verteilung der Immission cccee0 69 Seite 9 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 3 1 Typische kleinskalige Feldverteilungen sssssssssssssssssnnnnnnssssssnnnsnnnnnnn
210. d ausbrei tungswegbezogen sein Anlagenseitige Schwankungen sind primar bei Anlagen zu beobachten die ber mehrere Kan le verf gen und 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 Oo 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 Ausbreitungsw
211. d h die Messungen haben ohne rtliche Maximalwertsuche an einem festen Ort zu erfolgen F r Steh und Sitzarbeitsplatze sind Messebenen vorgegeben es ist jedoch keine rtliche Mittelung der Messwerte durchzuf hren F r den Mobilfunkfrequenzbereich s nd keine speziellen Messangaben enthalten Messinstitutionen In Deutschland existieren zahlreiche Messinstitutionen die im Auftrag von besorgten B r gern B rgerinitiativen Umweltbeh rden Netzbetreibern und Gerichten Immissionsmessun gen in der N he von Mobilfunk Basisstationen durchf hren Aufgrund des Fehlens einer einheitlichen normativen Messvorschrift werden durch die Messinstitutionen eigens entwi ckelte Verfahren verwendet Beispielhaft sollen hier einschl gige Arbeiten der Fachhochschu le Deggendorf WUSCH 02 und der IMST GmbH BOR 02a genannt werden Beide Institu tionen lehnen sich in vielen Punkten an die Messempfehlung fur Mobilfunk Basisstationen GSM des Schweizer Bundesamtes f r Umwelt Wald und Landwirtschaft BUWAL und des Bundesamtes fur Metrologie und Akkreditierung METAS an BUWAL 02 3 3 3 Internationale Ansatze Frankreich In Frankreich gibt es ein System f r regelm ige berpr fungen dergestalt dass die elektro magnetischen Immissionen konform zu den gesetzlichen Anforderungen sind Die Nationale Frequenzbehorde Frankreichs ANFR hat ein sog Messprotokoll erarbeitet das auf den Grenzwerten der Europ ischen Ratsempfehlung aufsetzt 99 519 EG Dies
212. 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 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 vere
213. deleistungsverstarker 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 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 Anlagen
214. delt sich vielmehr um Richtantennen die e vertikal Elevation in einen sehr schmalen Bereich und e horizontal Azimut n einen etwa z B 120 breiten Sektor abstrahlen Zur besseren Veranschaulichung ist in Bild 2 2 2 die Abstrahlung von einer Basisstation mit einem Sektor dargestellt blicherweise werden heutzutage Basisstationen mit drei Sektoren ausgestattet die um 120 versetzt angeordnet sind Die Immissionsanteile berlagern sich dann entsprechend Seite 30 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Bild 2 2 2 Grafische Darstellung der Abstrahlung einer Bas sstation mit einer Sektorantenne Ansicht von der Seite Elevation links und von oben Az mut rechts Wie in Bild 2 2 2 zu sehen ist existieren neben der hier schr g nach rechts unten gerichteten sogenannten Hauptstrahlung noch zahlreiche Nebenstrahlungen Nebenzipfel Die Intensit t der Nebenzipfel st klein relativ zur Hauptstrahlung So hat typischerweise der st rkste Nebenzipfel weniger als 10 der Strahlungsleistung der Hauptstrahlrichtung Trotzdem k nnen die Nebenzipfel wie die n chsten Abschnitte noch zeigen werden signifikant zur Immission beitragen Aufgrund dieser unregelm igen Strahlungscharakteristik sind Punkte die sich im gleichen radialen Abstand von der Basisstation befinden je nach ihrer Ausrichtung bez glich der Haupt oder Nebenstrahlrichtungen unterschiedlich gro en Immis sionen ausgesetzt III HIT
215. den an einem Dienstag um 10 Uhr gestartet und eine Woche sp ter am Dienstag um 10 Uhr beendet Die durchgezogenen Linien auf der Tagesachse kennzeichnen die 0 Uhr Markierungen Der bereits in Bild 4 1 5 gezeigte tageszeitliche Verlauf wird wiederum gut abgebildet Bemerkenswert sind folgende Punkte e Am Samstag und Sonntag ist die h chste Immission m Tagesverlauf kleiner als an den anderen Wochentagen Dies ist insbesondere deswegen bemerkenswert da eine belebte Fu g ngerzone an der N he des Messortes vorbeif hrt wo vor allem m Verlauf des Samstags mit zahlreichen mobilen Nutzern zu rechnen w re Offensichtlich ist dies aber nicht entscheidend die Basisstation wird eher wochentags durch umliegende berufst ti ge Nutzer in den Maximalbetrieb gefahren e Vor allem n der Nacht vom Freitag auf Samstag s nd gegen ber den anderen N chten h here Immissionen messbar Das l sst auf einen vermehrten Handygebrauch n diesem Zeitraum schlie en e Am Montag Vormittag ist ein Sprung in der Immission erkennbar Dies kann begr ndet sein durch einen Aufenthalt von Personen im Raum in dem die Messanlage installiert war Seite 90 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Besprechungsraum Daf r spricht auch der n diesem Zeitraum auftretende besonders niedrige Wert von unter 1 2 V m der sogar tiefer liegt als die Grundimmission durch die BCCH F r den Sprung kommen aber auch eine leichte Po
216. der 0 Richtung N weto a 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 des 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 S mulationsumgebung 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 besch ftigt sich mit der Darstellung der Simulationsergebnisse in den einzelnen Simulationsprogrammen Hier wird nur ein kurzer berblick ber die Unterschiede zwischen den einzelnen Softwarepaketen gegeben Im Detail werden die verschiedenen Aspekte n den n chsten Abschnitten beschrieben In den Messungen wurde als Einheit f r die Immission die elektrische Feldst rke in der Einheit dBuV m gew hlt F
217. der Klasse Gro stadtzentrum die Immissionen im Durchschnitt h her sind Allerdings sind die absoluten Spitzenwerte nicht nennenswert unterschiedlich Das spricht daf r dass wie schon in den vorangegangenen Abschnitten festgestellt die Lage des Messpunktes zur Basisstation das entscheidende Kriterium ist 10 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 61 4 19 4 01 Schweizer AGW GSM 1800 6 14 E EEEE m EEE EEE EEE EEE EHE EEE EHE EEE BE EEE EB EB EB EEE EB EB BEE BE EEE EB BE EB BEE EEE EHE BE BE BE BB BB BEN HG J J S 0 01 1 94 0 61 0 19 0 06 Pas 2 x Bild 2 2 33a Messwerte Mobilfunk gesamt f r die Klasse Gro stadtzentrum Mittelwert 0 015 W m 0 001 wa 418 Sp1 94 ayas 1 9913 0 0001 1E 005 Leistungsflussdichte W m 2 wa ie AC 2 2 AC 2 4 AC 2 5 is AC 2 6 is 12 l 512 2 ll 512 3 M KR 1 1 O KR 1 2 O KR 1 3 ll KR 1 4 O KR 1 l KR 1 KR 1 4 141M KR 1 2 KR 1 KR 1 KR 1 4 l KR 1 4 O KR 1 4 N KR 1 4 KR 1 2 lll KR 1 2 EN KR 1 TS AC 2 3 Messpunkt Seite 64 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 10 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 ri 1 N m L gt Schweizer AGW GSM 1800 0 1 EPR RPE RP RRP RRR RRR Ree Ree ee eee eee BHEB EEE EEE REE E Schweizer AGW GSM 900 EEE BEE RBBB BRR RR EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE EEE
218. 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 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 durch
219. der dreidimensionalen Abstrahlcharakteristik der Antenne K 735 147 Azimutdiagramm Seite 96 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Um die Abh ngigkeit vom elektrischen Downtilt n her untersuchen zu k nnen 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 F r 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 Abst
220. der elektrischen Feldkomponente hinreichend ist 2 5 5 Wahl der Messparameter Bei Messungen mit Breitbandmessgeraten sind die M glichkeiten der Auswahl unterschiedli 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
221. der neben den sensiblen Ort zu stellen L sst sich aus dem Vorgenanntem generell ein Unterschied in der Immission zwischen Innen und Au enmesspunkten ableiten Wie kann die D mpfung durch verschiedene Materialien beurteilt werden Gibt es gene relle Unterschiede n der Immissionen an Messpunkten die freie Sicht haben zu Mess punkten ohne freie Sicht zur Anlage Inwieweit wird auch durch nat rliche Sichthin dernisse wie z B B ume eine D mpfung verursacht Welche Rolle spielen dabei jahres zeitliche Einfl sse z B unterschiedlicher Laubanteil eines Baumes m Sommer und Win ter 2 2 7 1 Verteilung der Immissionen ber der Geschossh he Prinzipiell n mmt die Immission durch eine auf dem selben Geb ude betriebene Anlage in den darunter liegenden Wohnungen mit abnehmender Geschossh he ab Dies ist durch die zunehmende D mpfung durch das Deckenmaterial und durch Mobiliar begr ndet Wohinge gen m obersten Stockwerk nur eine Decke zwischen Sendeanlage und Wohnung liegt s nd es in der Wohnung drei Etagen weiter unten schon vier Decken Die Bilder 2 2 24 und 2 2 25 belegen diese theoretischen Erw gungen in der Praxis Hier ist vorerst nur der Anteil durch die Hauptsendeanlage gezeigt Nachbargeb ude 0 001 im selben Geb ude 4 0G 2 OG 0 0001 4 OG EG 1E 005 Leistungsflussdichte W m wyA 418 Sp194 ayasupyel3 1E 006 1E 007 T LEV7 2 T LEV7 3 T LE
222. destens 1 0 m Durchmesser beschreiben Diese Drehung wird mit vier verschiedenen Polarisationen der Antenne horizontal vertikal 45 45 und auf drei H hen 0 75 m 1 25 m und 1 75 m wiederholt BUWAL 01 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 Hohen konnen 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 geeignete
223. dichte 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 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
224. die Basisstation regelt ihre Sende leistung dahingehend ein dass am Handy eine ausreichende Empfangsleistung vorliegt So kann es in der Praxis vorkommen dass zu einem nahe der BS befindlichen Teilnehmer der innerhalb eines Geb udes telefoniert eine h here Sendeleistung im Zeitschlitz zur Verf gung gestellt z B Zeitschlitz 2 oder 5 wird als zu einem Teilnehmer der sich weiter weg befindet aber freie S cht und damit gute Funkverbindung zum Sender hat z B Zeitschlitz 3 In den Zeitschlitzen 1 und 4 des zweiten Kanals l uft kein Gespr ch hier wird auch keine Leistung gesendet Die Leistungsregelung f hrt zu einer zeitlich schwankenden Immission hier sind deutliche tageszeitliche Unterschiede auszumachen Bild 4 1 5 zeigt als typisches Beispiel f r eine tageszeitliche Schwankung in der N he einer mehrkanaligen Anordnung eine eigene Messung Hier waren drei Netzbetreiber mit 2 bis 3 Sektoren und zwei b s vier Kan len pro Sektor vertreten Die Messwerte wurden mit einem isotropen Breitbandmessgerat durchgef hrt In Abst nden von einer Minute wurde jeweils ein aktueller Messwert aufgenommen und abgespeichert Die Messwerte sind durch einzelne Punkte dargestellt Folgende Trends lassen s ch ablesen e Es kann eine deutliche tageszeitliche Schwankung nachgewiesen werden In der Zeit zwischen etwa 2 Uhr nachts und 6 Uhr morgens ist die Immission auf einem gleichblei bend niedrigen Pegel Sie scheint als eine Art Grundimmission
225. 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 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 Bas sstationen ausgeschlossen werden Unter Umst nden 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 F
226. diesen Vorgaben sind entsprechende Messunsicherheitsbetrachtungen f r die eingesetz ten Messverfahren aufzustellen Bei Breitbandsonden s nd z B folgende Unsicherheitsbeitr ge zu ber cksichtigen BUWAL 02 e Unsicherheit der Kal brierung 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 f r die Antennen Gesagte Zus tzlich ergeben s ch jedoch durch Anschluss des Kabels an Antenn
227. digkeit u erst gering zu w hlen ist Pro Messpunkt s nd durch die sequenzielle Messung der drei Raumkomponenten drei Sweeps abzuwarten bis der Sensor 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 st rker r chtenden logar thmisch periodischen Antennen theoretisch Nachteile Die schwach richtenden bikonischen Antennen bzw Dipolantennen weisen dagegen eine teils extrem starke Beeinflussung des Messenden sowie von Mobiliar oder W nden auf das Mess ergebnis auf Diese Beeinflussungen k nnen so stark sein dass f r vorliegende Untersuchun gen prim r der Eins
228. e 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 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
229. e sichtbarer wird Im folgenden wird untersucht ob sich diese theoretischen berlegungen nicht nur an ausge w hlten Beispielen sondern generell in der Praxis widerspiegeln Hierzu wurden wiederum die Ergebnisse der Messreihen JMST I und IMST 2 genauer analysiert Jeder Messwert wurde als Funktion seines abgesch tzten H henunterschiedes Ah zur Basisstation n ein Diagramm eingetragen Auch hier wurde wiederum nur der Anteil der Hauptsendeanlage betrachtet Au erdem wurden nur diejenigen Punkte betrachtet die direkte Sicht zur Anlage hatten um die Ergebnisse nicht durch D mpfungen an Sichthindernissen zu verf lschen Somit wurden auch Messpunkte die sich im selben Geb ude der Anlage befanden nicht ber cksichtigt Bild 2 2 12 zeigt das Ergebnis Die Punktewolke sieht sehr ungleichm ig aus jedoch kann man schon einen Trend ableiten Die h chsten Immissionswerte finden sich bei geringen H henunterschieden wohingegen die niedrigsten Immissionswerte bei relevanten H henun terschieden von 15 m 25 m auftreten Die Uneinheitlichkeit der Ergebnisse kann dar n begr ndet sein dass die reine H henabh ngigkeit noch keine zuverl ssige Aussage dar ber liefert ob sich ein Messpunkt in Hauptstrahlrichtung befindet oder nicht Dies ist primar vom lateralen Abstand des Messpunktes zur Sendeanlage und vor allem vom Downtilt der Sende antenne abh ngig Deswegen werden m folgenden aus den Messergebnissen diejenigen Messpunkte
230. e Vor und Innenst dte m ssen mit einem Modell berechenbar sein W nschenswert sind auch Aussagen zu Feldst rken innerhalb von Geb uden Systematische Fehler Die Einschr nkungen f r d e Verwendbarkeit aufgrund der jeweiligen Modellannahmen m ssen bekannt und m glichst gering sein Bedienungsfreundlichkeit Das Modell muss durch Personen ohne ingenieurwissenschaftli che Ausbildung bedienbar sein robust gegen ungenaue Eingabedaten sein und die Ergebnisse auf einfache Art und Weise darstellen um schnell eine Aussage hinsichtlich der Grenzwerte treffen zu k nnen Seite 11 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Erforderliche Eingabedaten Das Modell sollte nur solche Daten ben tigen die n entspre chendem Detaillierungsgrad und Qualit t auch verf gbar sind Sonst ist in der Regel mit Einbu en in der Genauigkeit der Simulationsergebnisse zu rechnen Erforderliche Rechenleistung und Speicherbedarf Das Modell muss auf einem B ro PC bei vertretbarer Rechenzeit implementierbar sein Genauigkeit Das Modell soll die Simulationsergebnisse mit m glichst gro er Genauigkeit liefern Aufl sung Die Aufl sung des Modells sollte gen gend fein sein um eine genaue Modellie rung sicherzustellen aber dabei grob genug bleiben um den Rechenaufwand zu begrenzen Ber cksichtigung der Montageumgebung der Sendeantenne Das Modell sollte die Ber cksichtung der Einfl sse der Montageumge
231. e 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 bereinstimmen und die S mulationen einen guten Prognosewert liefern 3 6 8 Basisstationsstandort Inrather Stra e 146 47803 Krefeld Die f r die Studie 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
232. e 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 Umgebungen 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 v
233. e 5 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren konstanten BCCH Sende Kontrollkan le ermittelt und mit der Zahl der maximal 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 Mes
234. e 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 Feldverteilung 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 Die Hochfrequenzmesstechnik ist prinzipiell ebenfalls gut entwickelt Es stehen f r den gesamten Frequenzbereich grundlegende Messverfahren zur Verf gung Diese sind jedoch oftmals nur sehr allgemein einsetzbar und nicht f r ein spezielles Anwendungsgebiet wie Seite 11 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung etwa fur die Bestimmung von Immissionen durch Mobilfunk Basisstationen in Innenr umen angepasst Oftmals sind die
235. e Antenne in drei orthogonale Richtungen ausgerichtet werden muss und somit f r eine mit der Schwenkmethode bzw der Drehmethode vergleich bare Abtastung 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 25 m 0 50 m Kopfbereich 150 180 cm 0 4 m 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 5040
236. e 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 verwendeten 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 Date 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 Date 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
237. e Messpunkte von ihrer Lage zur Sendeantenne wesentlich vergleichbarer sind als die Vielzahl der anderen Messpunkte Trotzdem ist die Schwankungsbreite der Immission erheblich sie betr gt mehr als drei Zehnerpotenzen bez g lich der Leistungsflussdichte Es kann die Vermutung aufgestellt werden dass diese Schwan kungen mit der Anzahl der Kan le der Anlage korreliert Dies wird in Bild 2 2 29 berpr ft Bild 2 2 29 Anzahl der Kan le 10 61 4 T i 19 4 m EO TF gt e 1 6 14 c B r D 9 p i o 00 e 2 194 2 E er gt 0 01 e 0 61 3 s 8 lt 2 i 3 3 00 0 19 bes 1E 005 0 06 0 5 10 15 20 2 30 35 40 Korrelation von Messpunkten 1m obersten Geschoss 1m Geb ude der Anlage und Kanalzahl Seite 57 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Hier ist nun wieder eine recht klare Tendenz zu erkennen Geringe Immissionen finden sich vorrangig bei Anlagen die mit wenigen Kan len best ckt sind Hohe Sendeleistungen verur sachen tendenziell h here Immissionen Allerdings kann auch hier wieder nicht der pauschale Schluss gezogen werden dass hohe Immissionen nur bei hohen Sendeleistungen auftreten Als weitere Ursache fur diese starken Schwankungen der Immission im obersten Stockwerk eines Geb udes mit Anlage werden Abh ngigkeiten vom Deckenmaterial
238. e 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 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
239. e 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 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 Neuba
240. e 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 basierende 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 f r 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 strahlenopt
241. e 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 asymptotischen 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 d e genaue Abstrahlcharakteristik und hre 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 Fre
242. e ein so dass nur anhand eines einzigen Pfades Aussagen tber die Mehrwegeausbreitung getroffen werden Die empirischen Modelle brauchen allerdings aufgrund der starken Vereinfachungen wenig Rechenzeit und Speicherplatz 2 4 Beurteilung der Eignung der verschiedenen Verfahren 2 4 1 Zu erwartende Genauigkeiten F r alle Modelle die zum Zwecke der Funknetzplanung entwickelt wurden gilt gemeinhin eine Vorhersagegenauigkeit von 6 dB als ausreichend COS 99 Dar ber hinaus liefern diese Modelle in der Regel Vorhersagen ber Mittelwerte innerhalb eines bestimmten Gebietes da die feinr umige Struktur des Feldes f r die Funknetzplanung nicht von Bedeutung ist D h das S mulationsergebnis entspricht einer Prognose f r den ber eine gewisse Zeit und oder einen gewissen Raumbereich gemittelten Wert Lokal sowohl zeitlich als auch r umlich kann die Empfangsleistung gr er oder auch kleiner als dieser Mittelwert sein In der Literatur finden sich zahlreiche Vergleiche zwischen gemessenen und mit verschiede nen Modellen vorhergesagten Feldstarken Mittlerer Fehler Standardabwe dB chung dB Strahlenoptisch KUR 93 Epstein Peterson KUR 93 Okumura Hata KUR 93 Integralgleichung KUR 93 Tabelle 2 5 Vergleich Messung Modell fur landlichen Bereich Seite 27 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Mittlerer Fehler Standardabweichung dB dB Strahlenoptisch WLL 97 Okum
243. e 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 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
244. e freie Sicht Schweizer AGW GSM 1800 Schweizer AGW GSM 900 rT EEE mm Fe ee ee ae T E AN E O E Oe T A T N Oe NS ANLE A See ete AO eee TO Se STETETNANSTEKTSTTANNNN SE SESE STrTANNNE ENN SS See SSUONNNNNN ADANDODODODOALLLLLLLLLHNHNNHNHHHNHMMNMNNZ COKE KE KC NNNNONNNNMANRRSSSSSSSSSSssss Messpunkt Einteilung der Messpunkte der Messreihe JMST I nach Sichtbedingungen 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 wA Byae sp 94 ayas 1 9913 wA eyseyspja4 9498114913 Seite 59 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 26 BImSchV GSM 1800 10 T 61 4 __26 BlmSchV GSM 900 Legende i E Freie Sicht 1 E keine freie Sicht 19 4 o 8 0 1 N 6 14 D g E Schweizer AGW GSM 900 a Huunnunnunnnunnannannannunnuunnunnunnannunnunnnunnunnunnunnnunnunuunnune gt TI D a 0 01 z 1 94 z J cf 7 0 001 0 61 3 E i 2 5 0 0001 HHH 0 19 cong HHLA I RIIE 0 06 NOCNY FTN FOC NMEN ENM FTO EC NMFTOEC NTO ONE NMT OSF NEN EEE EE EErEE ee a a soors Qqgqggqgdgdnda Messpunkt Bild 2 2 30b Einteilung der Messpunkte der Messreihe IMST 2 nach Sichtbedingungen Sichthindernisse zwischen Immissionsort und Sendeantenne k nnen Geb ude W nde oder auch Vegetation sein D mpfungsmessungen dieser Objekte sind vor allem innerhalb von Innenr ume
245. e 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 Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Eine kombinierte Berechnung der Beitr ge 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 sogenannt
246. e und Spektrumanaly sator Fehlanpassungen d e ebenfalls ber cksichtigt werden m ssen Eine Beschreibung zum speziellen Vorgehen ist z B in BUWAL 02 enthalten F r eine typische Messausr stung hier 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 n 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 Dementspr
247. eantennen der Anlage befinden und s ch n der Sektormitte einer der Sendeantennen der Anlage befinden und sich in geringem lateralen Abstand zur Anlage befinden Mit Hilfe numerischer Simulationen siehe Kapitel 3 gibt es ebenfalls die M glichkeit 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 Allgemei
248. eblichen 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 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 l Als Messpunkte werden sog Sensible Orte gew hlt d h Punkte innerhalb von Kinderg r 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
249. echend 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 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 Leistungsfluss
250. eee eee eee BEE BE eee L xe oa 0 01 72 J 5 J J 5 J 0 001 per KL S 0 0001 EN Teen TN are Na Na Ea nen n Ne PL hae a DAP TN APOT NO TOONS NN TOENN hie N OO Gs Bn annie Oe or nies Sez voo OO addaa e eerren Se TT om OF 22200000009 aa EEE GENDO SS222222 gt 0 00 Chaaaaaaada OO GAaaaa Messpunkt Bild 2 2 33b Messwerte Mobilfunk gesamt f r die Klasse Stadt Mittelwert 0 0037 W m 10 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 z r 1 N J oi Schweizer AGW GSM 1800 7 2 J Schweizer AGW GSM 900 gt c Ba nl 2 ag nd nd a DS a ine 2 L oa 0 01 N O c 0 001 5 Per A Bu iii lal 1E 005 N 9 N N N N o O N N 9 lt q N N N N N N N 22858 5 FF FERRER BBE FE Messpunkt 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 wa Oy1e Spja4 ayas 19913 wyA Byae spI94 49S1134913 Bild 2 2 33c Messwerte Mobilfunk gesamt f r die Klasse Kleinstadt Land Mittelwert 0 0056 W m Seite 65 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 2 2 9 2 Vergleich der Immissionen durch Mobilfunkanlagen zu anderen HF Immissionen Eine interessante Fragestellung ist diejenige nach dem Verh ltnis der Mobilfunkimmissionen zu den Immissionen anderer HF Quellen also z B von Rundfunk oder Fernsehsendern Hierbei wird oft behauptet dass
251. eeigneter Mess und Berechnungsverfahren Messpunkten mit den dazugeh rigen Berechnungen nach der hier betrachteten Methode sind in folgender Tabelle zu sehen F r den Vergleich herangezogen 63 Messpunkte Gute bereinstimmung zwischen Messung und Berechnung 8 Messpunkte 12 7 Berechnete Feldst rke mehr als das 1 45 fache vom Messwert 54 Messpunkte 85 7 Berechnete Feldst rke weniger 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
252. egbezogene zeitliche Schwankungen werden durch sich zeitlich veran dernde Eigenschaften des Ausbreitungsweges verursacht z B sich bewegende 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 Mes
253. egen nicht exakt herausgerechnetem Frequency Hopping kompensiert Frequency Hopping ist eine Frequenzsprung Technik die derzeit verbreitet von T Mobile und Vodafone eingesetzt wird und zur Interferenzminimierung dient Beim sogenannten Synthesizer Fre quency Hopping SFH sind mehr Frequenzen in der Luft als physikalische Kan le vorhan den sind Erfolgt die Messaufnahme wie im vorliegenden Fall mit einem Spektrumanalysator im Maxhold Betrieb wird jede gefundene Frequenz im Spektrum als Einzelimmission gewertet obwohl sie u U vom selben physikalischen Kanal stammt Insofern ist hier die M glichkeit einer Uberbewertung der Immissionen gegeben die aber wie oben erw hnt teilweise mit der Unterbewertung durch die nicht erfolgte Hochrechnung auf maximale Anlagenauslastung kompensiert wird BOCH 03 1 Auf alle Messergebnisse wurde eine Messunsicherheit von 3 dB aufgeschlagen diese wird aber in unten stehender Tabelle wieder herausgerechnet Im folgenden wird stellvertretend eine Grafik bez glich der Mobilfunkimmissionen aus dem Gro raum Stuttgart vorgestellt BOCH 03 1 BOCH 03 2 BOCH 03 3 Die Immission ist als Prozentsatz vom Feldst rkegrenzwert dargestellt In der Grafik st die Messunsicherheit auf die Messergebnissee aufgeschlagen Seite 26 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Lage der Messpunkte katasterartig auf Raster 2 km x 2 km Maximumsuche Ja vergleichbar mit Drehmethode allerdings auf ei
254. egriert 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 mindestensbis200m o o Anwendungsbereieh S fLindicneGebiete o o o l o o e Id 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
255. ei der Drehmethode wird die Messantenne auf einer kreisf rmigen Bahn um einen Drehpunkt bewegt Dabe soll der Mittelpunkt der Antenne einen Kreis von mindestens 1 0 m Durchmesser beschreiben Diese Drehung wird mit vier verschiedenen Polarisatio nen der Antenne horizontal vertikal 45 45 und auf drei H hen 0 75 m 1 25 m und 1 75 m wiederholt W hrend des ganzen Vorgangs wird das Spektrum mit der Maxhold Funktion des Messger tes kontinuierlich erfasst Die Spektren f r die einzelnen Polarisa tionen und Messh hen k nnen separat abgespeichert werden Die Extrapolation auf ma ximale Anlagenauslastung erfolgt in dem f r jeden Kontrollkanal BCCH der h chste ge messene Feldst rkewert eingesetzt wird Die Werte der verschiedenen Polarisationen wer den m Gegensatz zur Punktrastermethode nicht zu einer Resultierenden verkn pft 3 Bei der Punktrastermethode wird das Messvolumen mit der Messantenne in einem fixen Punktraster abgetastet Es w rd vorgeschlagen auf drei Messh hen 0 75 m 1 25 m und 1 75 m jeweils mindestens 20 Rasterpunkte zu messen Es ist eine dipolartige Empfangs antenne zu verwenden und diese nacheinander in die drei orthogonalen Raumrichtungen zu orientieren Die Messwerte werden f r jeden Kontrollkanal BCCH geometrisch auf summiert und zu einer Resultierenden verkn pft Ma gebend f r die Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung ist auch hier der maximale im Raster gemessene Wert f r jeden Kontroll
256. eicher 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 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 m
257. eigt das Ergebnis Seite 62 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren ee NEUE SEEN EEE E Mm 90 gt nn en ee Me en t z 88 en Me ee ne ee nn ea dle ee N 7 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 BEN 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 Einzelmessu
258. ein ca10 imen 3110 ey Dan D lS co io SIES EE an S Ww W 2 122 N W Us Ww NO O O O oa 109 09 Sor Or c S S n TIR IR ge o 09 O O O HA e r UNIATA e e e e o Je aR o o o D o D WIW O o SD IB 5 o I B B DD Io e S ollo QIS Q Q Q et O O O S p S NIJO SiS e D so O O O SP io IB Fel lO lnN p p ee wo A A 4 8 10 ja D022 Wipfelweg Dortmund EG ja f ca40 au en 18010 D023 Markhege Dortmund EG ja f ca 80 imen 7010 es Q rediez t A 5 Seite A3 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Seite A4 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Else Lasker Sch ler Stra e HSA Hauptsendeanlage Seite A5 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Messreihe IMST 2 Messpunkt Ort H he zur HSA HSA m Innen Au en gesamt W m p44 EmstLemmer Stra e D sseldot 2 06 ja ca210 imen 750 D51 Eiskellerstra e D sseldorf Boden ja ca80 au en 6010 a neime pa je an ma wo Q jas DIEP gt ID Ti o Seite A6 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Morper Stra e D sseldorf Morper Stra e D sseldorf 3 9 10 Nachtigallstra e D sseldorf G oi o aen 38010 pia cass imen 70 D84 __
259. 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 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
260. 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 sinnvoll 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 Neb
261. eistung der Anlage Anzahl der Netzbetreiber Anzahl der Kan le Sendeleistung pro Kanal Verkehrsaufkommen e H he der Sendeanlage ber Grund e verwendete Antennentypen c Seite 4 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung e Downtilt der Antennen e horizontale Ausrichtung der Antennen Einflussfaktoren seitens des Immissionsortes e radialer oder lateraler Abstand zur Sendeanlage e H he des Empf ngerortes ber Grund bzw H henunterschied zur Sendeanlage e horizontale Ausrichtung zur Anlage e Vorhandensein von d mpfenden Hindernissen Sichtbarkeit der Anlage Eine eingehende Untersuchung dieser Faktoren zeigt dass ihr Zusammenwirken sehr kom plex ist Eine isolierte Betrachtung einzelner Einflussfaktoren f hrt in der Regel zu nicht generell g ltigen Verpauschalisierungen So spielt zum Beispiel der Faktor Entfernung d h rad aler oder lateraler Abstand von der Basisstation im hier untersuchten Entfernungsbereich vom Sicherheitsabstand bis ca 200 m nicht die entscheidende Rolle da ein Durchlaufen der Nebenzipfel der Antenne zu einer rtlich stark schwankenden aber nicht gleichm ig abnehmenden Immission f hrt Auch die insgesamte Sendeleistung eines Standortes z B repr sentiert durch die Anzahl der Netz betreiber bei Mehrfachnutzung und durch die Anzahl der Kan le pro Betreiber spielt sicher lich eine Rolle jedoch nicht die dominierende Nach Auswertung der vorliegenden M
262. eit bestehen unterschiedliche Ans t ze H er muss grunds tzlich entschieden werden e ob die Messunsicherheit zum gemessenen Wert addiert wird Verrechnung zu Lasten der Betreiber BUWAL 01 COR 02 oder sofern z B eine maximale Messunsicherheit nicht berschritten wird diese nicht extra vorgehalten werden muss typisches Verfahren in der EMV Messtechnik jetzt auch in BUWAL 02 implementiert e nur die geratebedingte oder auch die verfahrensbedingte Messunsicherheit prinzipielles Messverfahren Einfluss des Messenden Reproduzierbarkeit usw einbezogen wird 3 5 Eignung der verschiedenen Messverfahren In den Tabellen 3 1 und 3 2 wird die Eignung der vorgestellten Messverfahren gegen ber den in Kapitel 3 2 definierten Anforderungen zusammengefasst Dabei erfolgt eine Untergliede rung in die Punkte Grunds tzliches Messverfahren und Messdurchf hrung Verfahren zur Maximalwertsuche Aus einer Ubersicht vorhandener Verfahren wird ersichtlich dass fiir vorliegende Aufgaben stellung eine Kombination von Breitband und frequenzselektiven Messungen sinnvoll ist Breitbandmessungen haben vor allem Vorteile hinsichtlich Messaufwand und Qualifizierung des Personals und sind deswegen vorrangig zu Uberblickszwecken bzw eingeschr nkt auch f r worst case Absch tzungen anwendbar Der Hauptschwerpunkt der Messungen liegt allerdings bei frequenzselektiven Verfahren mit Spektrumanalysator bzw Messempf nger Diese Verfahren weisen Vorteile
263. eite 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 Winkel 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 Wink
264. eite Vielfalt unterschiedlicher Bas sstationstypen und Expositionsszenarien zu erfassen Als Ergebnis wurde festgestellt dass die Immissionen an unterschiedlichen Messpunkten im direkten Umfeld von Mobilfunk Basisstationen einer gro en Streubreite unterliegen Der n edrigste n verschiedenen Messreihen ermittelte Immissionswert betrug 0 00000004 W m der h chste 0 28 W m Nicht nur die Messreihen verschiedener Institutionen untereinander sondern auch diverse Messreihen die die Verfasser mit ein und demselben Messverfahren durchgef hrt haben differieren bez glich der gefundenen Maximal und Mittelwerte der Immission sehr stark Dies ist primar auf die unterschiedlichen Intentionen von Messungen zur ckzuf hren Messungen an typischen im Umfeld von Basisstationen auftretenden Szena r en mit besonderer Ber cksichtigung von sogenannten sensiblen Orten ergeben meist geringere Immissionsmesswerte als Messreihen bei denen die spezielle Suche nach Extre malwerten f r die Immission 1m Vordergrund steht Auch innerhalb ein und derselben Messreihe ist die Schwankungsbreite der Immissionsmess ergebnisse sehr hoch Dies st Veranlassung eingehend die Einflussfaktoren zu studieren die die Immission im Umfeld von Basisstationen bestimmen Folgende Einflussfaktoren getrennt nach anlagenbezogenen und immissionsortbezogenen Faktoren spielen eine entscheidende Rolle Einflussfaktoren seitens der Mobilfunkanlage e insgesamte Sendel
265. eitschlitz unterschiedlich sein kann entsprechend der Verbindungsqualitat zwischen Handy und Basisstation intelligente Leistungsrege lung Vor allem die TCH sind daf r verantwortlich 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 S
266. eitungspfade gelangen und die einzelnen Teilwellen dabei interfe rieren In Abh ngigkeit vom Ort treten dabei unterschiedliche Gangunterschiede der Teilwel len auf so dass die daraus resultierende konstruktive oder destruktive berlagerung zu rtlich kleinskaligen Schwankungen im Zentimeterbereich f hren kann Die H ufigkeit der Schwankungen ist besonders gro in derjenigen Richtung in der ein Hindernis z B eine Wand oder der Boden senkrecht von der Funkwelle getroffen wird Die Schwankungsamplitude kann dabei mehr als 20 dB Faktor 100 bez glich der Leistungsfluss dichte betragen Numerisch wurden einige Basisszenarien untersucht um ein Verst ndnis ber die Gr en ordnung und die dem Fading zugrunde liegenden Wirkungsmechanismen zu erlangen In der Realit t f hrt vor allem das Vorhandensein von multiplen Reflexionsstellen z B im inner st dtischen Bereich ohne direkte Sicht zur Sendeantenne d h ohne dominanten Ausbrei tungspfad zu deutlichen Verkomplizierungen der Interferenzbilder Allerdings st hier auch zu beachten dass bei Anlagen mit mehreren Mobilfunksystemen GSM 900 GSM 1800 UMTS eine Abschw chung der Schwankungsamplitude zu erwarten ist da s ch die Interfe renzbilder der einzelnen Frequenzen berlagern und somit Extremalwerte z B tiefe Einbru che abgemildert werden k nnen Eine messtechnische berpr fung anhand eines Scanner systems best tigt die rechentechnisch abgeleiteten Ergebnisse bez glic
267. ektor 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 le 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
268. ektor 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 ude 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 L nge 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 W
269. el 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 Seite 102 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 10 dB Ferner verschiebt sich die Lage der Nebenmaxima mit einhergehender geringf giger nderung ihrer Amplitude Es ist davon auszugehen dass diese nderungen in vergleichbarer Weise auch m Fernfeld vorhanden s nd Ein hnliches Verhalten l sst sich auch m Frequenzbereich f r den Downlink 2110 MHz bis 2170 MHz m UMTS System erkennen Im folgenden Bild s nd 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 u
270. eld einzuhalten wobei D die maximale geometrische Ausdehnung der Antenne be schreibt und Ao die Freiraumwellenlange ist Andere Arbeiten halten bereits ab Entfernungen von einer Wellenl nge strahlendes Nahfeld von der Anlage die Erfassung lediglich einer der Feldkomponenten E oder H f r hinreichend 3 4 4 Wahl der Messparameter Bei Messungen mit Breitbandmessgeraten sind die M glichkeiten der Auswahl unterschiedli 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 Dies betrifft vor allem die Bandbreiten vom Mess und Videofilter RBW und VBW Seite 52 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk sowie den Frequenzbereich Span und die Durchlaufzeit des Messfilters durch den eingestell ten Frequenzbereich sweep t me Lediglich einige der untersuchten Arbeiten geben konkrete Hinweise auf die Einstellung dieser Parameter So wird in BUWAL 02 eine RBW von 200 kHz bei nicht belegten Nachbarkan len auch eine RBW von 300 kHz favorisiert Andere Arbeiten sprechen davon dass die Aufl sungsbandbreite RBW mindestens so gro wie die Kanalbandbreite sein muss ansonsten seien die einzelnen Messwerte bandbreitengerecht aufzusummieren z B ANFR DR 15 3 4 5 Messdurchf hrung
271. elegt e Gibt es Vorgaben fur die Auswahl der Messpunkte e Vor allem in Innenraumen schwankt die Mobilfunk Immission r umlich sehr stark Ist ein Verfahren zur Ermittlung der maximalen ortlichen Immission beschrieben e Wird als ma geblicher Immissionsmesswert der rtliche Maximalwert verwendet oder erfolgt eine r umliche Mittelung e Erfolgt nach der Messung des Augenblickswertes eine Extrapolation auf den Zustand bei maximaler Anlagenauslastung und wie erfolgt dies e Gibt es Aussagen bez glich der Messunsicherheit Es wird darauf hingewiesen dass im Kapitel 3 3 vorerst nur die Kernaussagen der relevanten nationalen und internationalen Arbeiten n einem Kurz berblick vorgestellt werden sollen Die detaillierte Darstellung der einzelnen Aspekte der unterschiedlichen Messverfahren erfolgt ausf hrlich im Kapitel 3 4 Seite 35 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 3 3 2 Normungssituation in Deutschland 26 BImSchV Grenzwerte zum Schutz der Allgemeinheit vor sch dlichen Umwelteinwirkungen durch elek tromagnetische Felder von fest installierten Hochfrequenzanlagen mit einer Sendeleistung von 10 W EIRP oder mehr werden in Deutschland in der Sechsundzwanzigsten Verordnung zur Durchf hrung des Bundes Immissionsschutzgesetzes Verordnung ber elektromagneti sche Felder 26 BImSchV geregelt 26 BImSchV Diese Verordnung ist auf Mobilfunk Basisstationen voll anwendbar Vom Arbeits
272. elektrische E bzw magnetische Feldstarke H definiert Oftmals wird als Immissionsgr e aber auch die elektrische Leistungsflussdichte S angegeben Dies ist als gleichwertig zur 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 Antennenfa
273. ell 76 Punkte insgesamt Hierbei ist ersichtlich dass die Haufigkeitsverteilungen vollig unterschiedlich sind da sie quasi jeweils nur einen Ausschnitt aus der wahren r umlichen Haufigkeitsverteilung in einem ausge dehnten Volumen darstellen Die umfangreichen Untersuchungen f hren die Autoren von LEH 03 sogar zu der Vermu tung dass die Messgeometrie einen st rkeren Einfluss auf die H ufigkeitsverteilung der Feldst rke hat als unterschiedliche Expositionsszenarien In Zusammenhang damit besteht auch begr ndeter Anlass zur Vermutung dass der Einfluss der Messgeometrie auf die Mittelwerte gr er ist als der Einfluss unterschiedlicher Expositi onsszenarien Seite 81 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 20 3 N Jen a 10 ur O H gt D 0 u U23 U2 UBO 3 12 L9 LO 2 225 Electric field V m E Geometry 3 H Geometry 5 Bild 3 2 2 Vergleich der H ufigkeitsverteilungen der elektrischen Feldst rke f r zwei unterschiedliche Mittelungsgeometrien an ein und demselben Messort aus LEH 03 Hierbei muss zus tzlich noch folgendes ber cksichtigt werden Die Untersuchungen von Mittelungsgeometrien mit den o g Punktanzahlen 63 bzw 76 Punkte ist nur noch rein akademischer Natur im t glichen Messeinsatz ist die Verwendung solcher Geometrien nicht praktikabel Insofern m ssen Geometrien gefunden werden die e eine moglichst geringe Punktzahl aufweisen keinesfalls meh
274. ellen 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 Visual 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 f r 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 S mulationsergebnis 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 st die zweidimensionale Darstellungsweise gew hlt Dieser wurde wiederum die Oberfl chenberechnung zu Grunde gelegt Bei dieser Variante ist wiederum zu bemerken dass f r den Empfangspunkt nur der st rkste Empfangspfad f r die Darstellung ber cksichtigt wird Deswegen sind auch keine Interferenzersche
275. ellenwiderstand 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 Mobilfunkanlagen 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
276. elt ist das Programm EMF Visual von France Telecom und der Firma Antennessa Seite 24 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 2 3 2 2 Feldtheoretische Modellierung Die vom Berechnungsverfahren her genauesten Ergebnisse lie en sich erzielen wenn die empirischen semi empirischen oder strahlenoptischen Modelle durch feldtheoretische ersetzt wurden Die direkte numerische L sung der Maxwellschen Gleichungen mit Hilfe von Integral oder Differentialgleichungssystemen wird bei Strukturen mit Abmessungen von wenigen Wellen langen erfolgreich eingesetzt elektronische Bauteile Antennen Allerdings ist der Aufwand hierf r erheblich Eine Verwendung fur die Berechnungen der Wellenausbreitung in Geb u den oder gar in Stadten benotigt immens viel Rechenleistung und Speicherplatz Die wichtigs ten Varianten werden 1m folgenden kurz beleuchtet 23 22 Finite Elemente Methode FEM Die Methode der finiten Elemente basiert auf der L sung der Maxwellschen Gleichungen in ihrer Differentialform Die exakte L sung wird durch die berlagerung einfacherer analyti scher Ausdr cke angen hert Um diesen Ansatz verwenden zu k nnen muss das Berech nungsgebiet in ein dreidimensionales Gitter unterteilt werden Die Berechnung der oben erw hnten einfachen Ausdr cke erfolgt dann f r alle Gitterpunkte Durch die beliebige Diskretisierung eignet sich die FEM besonders zur Berechnung komplizierter Geometrien
277. elungstechniken haben ihre Berechtigung f r epidemiologische Fragestellungen sto en dabei aber auf erhebliche technische Probleme Bei den Mittelungstechniken wird das Ergeb nis davon abh ngig sein welche zeitlichen Intervalle und rtlichen Volumina in die Mittelung einbezogen werden insbesondere auf die Abh ngigkeit von der Lage der Mittelungsebene wurde bereits in Abschnitt 3 2 eingegangen Hierbei kommt erschwerend hinzu dass streng genommen zeitliche und rtliche Mittelungsmessungen parallel erfolgen m ssten Bei einer sequenziellen Messung an verschiedenen rtlich getrennten Mittelungspunkten stimmen die Zeitpunkte der Einzelmessungen an den Mittelungspunkten nicht mehr berein Die Messung m sste zeitgleich mit einem Cluster von Messsensoren erfolgen die rtlich verteilt sind Ein solches Sensorencluster erscheint extrem aufw ndig und im Hinblick auf den geringen Seite 96 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Erkenntnisgewinn nicht gerechtfertigt Insgesamt erlauben Mittelungsergebnisse aufgrund ihrer starken Abh ngigkeit vom Mittelungsvolumen und Mittelungsintervall keine umfassen de Analyse der gro skaligen r umlichen Verteilung der Immission Mess und auswertetechnisch k nnen Maximierung und Mittelung wie folgt realisiert werden e rtliche Maximierung und zeitliche Hochrechnung auf den maximalen Anlagezustand Dies ergibt einen reproduzierbaren worst case Zustand der f r eine Gren
278. ements have to be taken at highest operational state of the station otherwise they have to be extrapolated appropriately Therefore the measurement method to develop 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
279. emittelte Werte definieren Das w rde dazu f hren dass die in BUWAL 01 vorgeschlagene Schwenkmetho de nicht mehr anwendbar w re da die einzelnen Messwerte separat in einem Punktraster ermittelt werden m ssten Die Aussagen zur Reproduzierbarkeit wurden in einem dem Vorschlag der vier Netzbetreiber beigef gten Gutachten der Swisscom messtechnisch doku mentiert Bez glich der Messunsicherheit wurde gefordert diese nicht zus tzlich zum Grenz wert vorzuhalten da dies einer faktischen Versch rfung der in der NISV vorgeschriebenen Grenzwerte gleichk me Weiterhin wurde die Verwendung von Breitbandsonden als ungeeig net dargestellt da die worst case Extrapolation des gemessenen Momentanwertes auf den Beurteilungswert n der Regel unrealistisch hohe Beurteilungswerte erg be In nachfolgenden Diskussion zwischen BUWAL METAS und den Netzbetreibern wurde eine letztendliche Messempfehlung BUWAL 02 verfasst Diese beharrt auf der Ermittlung des rtlichen Maximalwertes als Messwert d h keine r umliche Mittelung schlie t sich aber bez glich der Messunsicherheit dem Vorschlag der v er Netzbetreiber an Bez glich der Maximierungsmethode wird bei frequenzselektiven Messungen alleinig die Schwenkmethode zugelassen und zwar entweder fur jeden Kontrollkanal einzeln oder simultan in einem Messdurchgang Ein Mindestabstand von 50 cm zu Mobiliar oder den Raumw nden ist einzuhalten Wird die breitbandige Messung mit isotroper Sonde verwendet so
280. en Bei der Auswahl der Programme wurde darauf geachtet dass sowohl strahlenoptische feldtheoretische und Hybr dverfahren Verwendung finden Da f r die speziell hier zu untersuchende Aufgabenstellung eine Viel zahl von auf Strahlenoptik basierenden Programmen existiert wurden aus diesem Bereich drei Softwarepakete ausgew hlt Die in dieser Studie angewendeten Programme werden nach unserer Recherche am meisten verwendet S e 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
281. en als auch von deutlich gr eren mit komplizierteren Geometrien aus siehe unten Es ist eine dipolart ge Empfangsantenne zu verwenden und diese 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 di
282. en 10 Metern Abstand von der Basisstation je nach Lage schon unter 0 1 V m liegen BOR 02 Dem gegen ber sind Spektrumanalysatoren in der Regel so empfindlich dass unter Verwen dung von geeigneten Richtantennen Immissionen gemessen werden k nnen die je nach Frequenzbereich bez glich der elektrischen Leistungsflussdichte um mindestens 8 Gr en ordnungen in den Mobilfunkfrequenzbereichen auch bis 10 Gr enordnungen unter den Grenzwerten der 26 BImSchV liegen BOR 96 In Zusammenhang mit ihrer Frequenzselek tivitat sind sie daher bevorzugt f r die Detailmessungen einzusetzen Den Vorteilen der frequenzselektiven Verfahren Frequenzselektivitat Empfindlichkeit steht ein deutlicher Nachteil gegenuber Frequenzselektive Messungen sind ungleich aufwandiger als breitbandige Messungen Das betrifft sowohl die finanzielle Seite des Messequipments die Messdurchfiihrung sowie das know how der mit der Messung Beauftragten Uberblicks messungen oder das Absuchen gro er Areale auf Maximalwerte mit dem frequenzselektiven Verfahren stellt beispielsweise einen betrachtlichen Aufwand dar der oftmals nicht praktika bel ist Dem gegenuber sind Breitbandsonden handlich schnell und unkompliziert einsetzbar Es ist daher von der konkreten Messaufgabenstellung abhangig ob Breitbandsonden fre quenzselektive Gerate oder eine Kombination von beiden einzusetzen sind 3 4 2 Auswahl der Messpunkte Die Auswahl der Messpunkte richtet sich nach der Frage
283. en Gegenst n den f hrt zu einer neuen Immissionslage die lokalen Maxima werden verschoben und auch m Pegel ver ndert 2 2 Anforderungen an Berechnungsverfahren An Verfahren zur Berechnung der Immission 1m Umfeld von Mobilfunk Basisstationen sind verschiedene Anforderungen zu stellen Manche Anforderungen sind eng miteinander verkn pft d h sie k nnen nicht unabh ngig voneinander erf llt werden andere sind gegenl ufig Grenzwert berpr fung Das Modell muss n der Lage sein punktuelle Werte f r z B die elektrische Feldst rke E bzw alternativ magnetische Feldst rke H oder Leistungsflussdichte S zu berechen Mittelwerte ber gr ere Fl chen oder Volumenelemente z B kompletter Spielplatz oder Zimmer sind in der Regel nicht w nschenswert Es soll ein flachendecken des dreidimensionales Bild einer Immissionslage entstehen Alternativ zu punktuellen Werten w re auch d e Berechnung von Maximalwerten ber gr ere Fl chen oder Volumen elemente w nschenswert Die kombinierte Berechnung der Beitr ge mehrerer Basisstationen muss m glich sein Frequenzbereich Der G ltigkeitsbereich des Modells muss mindestens den Bereich zwi schen 900 MHz und 2 3 GHz GSM 900 GSM 1800 UMTS umfassen Entfernungsbereich Der G ltigkeitsbereich des Modells muss den Bereich zwischen einigen Metern Sicherheitsabstand und 200 m von der Sendeanlage umfassen Anwendungsbereich Alle relevanten Umgebungen also l ndliche Gebiet
284. en Maximalwert auf weist Erfolgt also die Wahl der Mittelungsebene anhand eines vorher bestimmten Ortes mit maximaler Immission sind Fehlbewertungen 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 e O EE TITTET T TTT Peeters fe Apunnunnnnnnnnnnnnnnunnnnnnnnnnfannnnnnnnnnunnnnnnnunnnnngf annnnnnnnnnunnnunnnnunnnnnnannunnnnnnnnnnunnduugmanhnn nun CCD ETETETT TETEE Soko E Soo Coco co ccc Cocco Qe Re Ze gee ee ged EE TCP CELT TECTTCTICECETTCTEET 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
285. en Standortes z B 1m Innenstadtzentrum Auch andere klassische Regeln f r die Immission im Umfeld der Anlagen lassen sich nicht verpauschalisieren sie gelten zwar oft aber nicht immer e Die Immissionen im Geb ude auf dem eine Anlage steht sind zwar oft aber nicht stets kleiner als an umliegenden Messpunkten Vor allem die im obersten Geschoss liegenden Messpunkte k nnen wesentliche Immissionen durch umliegende Stationen erfahren au Berdem kann in Abh ngigkeit von Sendeleistung und Antennenbauform auch die Dachan lage relevante Beitr ge liefern e An Au enmesspunkten auch mit direkter Sicht zur Anlage ist die Immission oft aber nicht pauschal h her als an Messpunkten innerhalb von Geb uden vor allem dann wenn die Geb ude g nstiger zur Mobilfunkanlage ausgerichtet sind e Die Immission im selben sowie in einem der Anlage gegen berstehenden Geb ude nimmt oft aber nicht immer mit abnehmender Geschosshohe ab Reflexionen an umliegenden Geb uden sowie Nebenzipfel der Sendeantennen k nnen hier von der klassischen Vorstel lung abweichende Verl ufe hervorrufen e Die gesamte hochfrequente Immission n mobilfunkanlagennahen Orten wird nicht pauschal von Rundfunk oder Fernsehsendern dominiert auch wenn diese blicherweise eine sehr viel gr ere Sendeleistung aufweisen Gerade m innerstadtischen Bereich wird die Gesamtimmission m direkten Umfeld von Mobilfunkanlagen von diesen dominiert n l ndlichen Be
286. en 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 Betriebszustand 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 Seit
287. en der Erfahrung nach das Interesse der Bev lkerung an der vorliegenden Immissionssituation am gr ten ist 1 3 Einordnung des vorliegenden 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 mi
288. en im Laborbereich Die insgesamte Schwankungsbreite ber dem gesamten beobachteten Zeitraum betr gt etwa 15 dB und bewegt sich damit in derselben Gr enordnung wie im Beispiel nach Bild 3 1 10 im vorangegangenen Kapitel f r GSM 900 simuliert Ursache f r die beobachteten starken zeitlichen Schwankungen sind durch die Bewegung von Personen oder Objekten hervorgerufene nderungen der Ausbreitungsbedingungen und damit der m vorigen Kapitel gezeigten Interferenzmuster Geringf gigste Ver nderungen der Umgebungsbedingungen k nnen an einem festen Messpunkt erhebliche Immissionsschwan kungen hervorrufen Dies ist bei einer Ausarbeitung von diesbez glichen Messvorschriften geeignet zu ber cksichtigen Seite 93 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 4 3 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Die Mobilfunkimmissionen an einem festen Messpunkt unterliegen gro skaligen und kleinskaligen zeitlichen Schwankungen Die Ursachen hierf r k nnen n anlagenbezogene und ausbreitungswegbezogene Ursachen untergliedert werden Anlagenbezogene zeitliche Immissionsschwankungen treten vorrangig bei Anlagen mit mehreren Sendekan len pro Sektor auf Ursache hierf r ist die Leistungsregelung die daf r sorgt dass ab dem zweiten Kanal e nur dann gesendet wird wenn Gespr che zu bertragen sind e in Gespr chspausen das Sendesignal ausgetastet wird sofern DTX Discontinuous Transmission aktiviert e nur in denje
289. en 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 zunutze 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 Z
290. endeanlagen zu ermitteln die am Messpunkt einen relevanten Beitrag liefern Relevante Beitrage liefert oftmals nicht nur die Sendean lage vor 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 ni
291. endeantenne Bild 3 1 6 links 2 Innenraum ohne Sicht zur Sendeantenne Bild 3 1 6 rechts 3 Au enpunkt mit Sicht zur Antenne ohne reflektierende Objekte in der Umgebung Die Innenr ume sind aus Vereinfachungsgr nden leer d h hier wurde auf die Einbeziehung von Mobiliar verzichtet Fur die Untersuchungen kommt das Programmpaket Wireless InSite der Firma Remcom INSITE zum Einsatz das in der hier eingesetzten Version auf einem strahlentheoretischen Ansatz beruht Im Gegensatz zu den oben gezeigten Beispielen wird hier eine reale Sendean tenne modelliert Die Ergebnisse werden jeweils auf einer 2 m langen Achse in drei zueinander orthogonalen Richtungen prasentiert Bild 3 1 6 zeigt die Anordnung der Achsen zum Sender Alle Ergeb nisse sind auf den Maximalwert der dre1 Auswerteachsen normiert Basisstations Antenne Normalrichtung gt 45 l ngs Bild 3 1 6 Orientierung der n den nachfolgenden Bildern gezeigten Auswerteachsen Szenario mit direkter Sicht zur Sendeantenne links und ohne Sicht zur Sendeantenne rechts Beim rech ten Szenario liegen beide einfallende Strahlen n einer Ebene In L ngsrichtung gesehen fal len die Strahlen von links bzw rechts oben in den Innenraum ein Seite 74 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung F r die Simulation wird der Parametersatz 2 nach Tabelle 3 1 1 verwendet Parametersatz 2 H he Basisstation Indoor H he Immissionsort Indoor
292. engeb 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 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 K lner 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 k nnten wichtige Parameter w e Geb udeh he Grundfl che usw gewonnen werden Mehrere Anfra gen an Firmen G
293. eopunkt 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 Erdoberfl 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
294. equenzm ig und damit auch emittentenbezogen aufteilen Demgegen ber kann durch den Einsatz frequenzselektiver Verfahren ermittelt werden welche 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 durch
295. er Interferenzen 1m Netz Die Umgebung in der die Ausbreitungsmodelle eingesetzt werden sollen variiert sehr stark Da die relevanten Einflussfaktoren in ausgedehnten l ndlichen Gebieten n urbanen st dtischen Bereichen und bei der Ausbreitung innerhalb von Geb u den Inhaus Indoor erheblich differieren st es bislang noch nicht gelungen ein allumfas sendes Modell zu entwickeln Abh ngig vom Frequenzbereich der Ausbreitungsumgebung Land Stadt Inhaus und dem Verwendungszweck Rundfunk Mobilfunk Richtfunk etc existiert daher eine Vielzahl verschiedener Modelle Grunds tzlich lassen sich die beiden Gruppen der empirischen semiempirischen Verfahren und der analytischen Verfahren abgren zen Analytische Verfahren k nnen in strahlenoptische feldtheoretische und hybride Verfah ren unterteilt werden Eine Verwendung der Ausbreitungsmodelle zur Berechnung der elekt romagnetischen Immissionslage wurde bisher noch nicht durchgef hrt Die durchgef hrte Literaturrecherche zeigt dass einfache empirische oder semi empirische Rechenmodelle lediglich sehr globale Aussagen hinsichtlich der zu erwartenden Feldst rken liefern Sie sind zur Beschreibung des Umfeldes des Senders und aufgrund der Mittelwertan gabe fur die Immission insbesondere auch zur Grenzwert berpr fung nicht geeignet F r h here Genauigkeiten sind verfeinerte analytische Modelle mit entsprechend h herem Re chenaufwand unumg nglich Solche Modelle beschreiben auch d
296. er Bev lkerungsexposition oder Messungen zur Expositionserfas sung f r epidemiologische Studien sein Hierbei werden eher Durchschnittswerte bzw repr sentative Szenarien anstelle von worst case Situationen gew hlt Es erfolgt nicht generell eine Bestimmung aller Quellen berlappungen zwischen diesen einzelnen Szenarien sind selbstverst ndlich m glich Vorlie gende Aufgabenstellung stellt eine Kombination dieser vier Kategorien dar Das zu entwi ckelnde Messverfahren soll zur berpr fung der Grenzwerte geeignet sein Kategorie 1 Es darf sich aber nicht nur auf den Bereich des Sicherheitsabstandes beschr nken da es nicht generelles Ziel ist diesen festzulegen oder zu berpr fen Vielmehr sind Messungen im Seite 32 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Umfeld der Anlage Sicherheitsabstand bis etwa 200 m an beliebigen Orten Gegenstand der Untersuchungen Kategorie 2 und 3 Prim r sind nur Immissionen durch Mobilfunkanlagen zu erfassen andere Quellen sind von untergeordnetem Interesse Eine Motivation f r die Messungen stellt die Ristikokommunikation und bewertung dar Kategorie 1 und 4 3 1 2 Vorgehensweise bei der Untersuchung der Messverfahren Ausgangspunkt f r die Beurteilung von existierenden Messverfahren bilden die Anforderun gen die allgemein an Messverfahren zur Ermittlung der Exposition durch Mobilfunk Basis stationen in Innenr umen und im Freien zu stellen sind
297. er Unterschied zwischen den Immis sionen von Hauptsendeanlage und Mobilfunk gesamt an den beiden Messpunkten im Geb u de der Hauptsendeanlage am gr ten und davon im obersten d h am besten sichtbaren Messpunkt am h chsten wohingegen der Zuwachs an den umliegenden Messpunkten Nachbargeb ude und Au enmesspunkt eher unbedeutend ist Dies unterstreicht auf eindrucksvolle Weise die Aussage dass zur Beurteilung der Immission an einem festen Ort oftmals eine ganzheitliche Betrachtung vonn ten ist Das bedeutet dass vor allem an Messpunkten die bez glich der Hauptsendeanlage abgeschirmt sind auch die umliegenden Mobilfunkanlagen n d e Betrachtung einbezogen werden m ssen da sonst erhebliche Untersch tzungen der Immissionssituation auftreten k nnen 2 2 9 Sonstiges In diesem Abschnitt wird auf den schon oben erw hnten Versuch einer Eingruppierung der Messpunkte in verschiedene morphographische Klassen eingegangen d h der Frage nachge gangen ob sich die Immission im Umfeld von Anlagen in St dten anders verh lt als im auBerstadtischen Bereich AuBerdem werden die Mobilfunkimmissionen anderen HF Immissionen die z B durch Rundfunk und TV Sender aber auch durch DECT Telefone entstehen k nnen gegen berge stellt Seite 62 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 2 2 9 1 Vergleich der Immissionen in st dtischen und auferstadtischen Bereichen Interessant ist die Fragestellung ob es Un
298. er schwach richtenden im Idealfall sotropen Antenne besser erfasst und bewertet als bei einer Richtantenne die manuell nur auf einen Einfallswinkelbereich 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
299. er 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 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 de
300. erausforderung 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 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 S gnalbandbreite Korrekturfaktor 10 log Rauschbandbreite 2 5 7 Bei Verwendung eines Gauss Filters entspricht die Aufl sungsbandbreite n herungsweise der Rauschbandbreite Somit w re 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 d
301. erden oder es soll das Maxi mum der Immission m Umfeld der Anlage an allgemeinen Aufenthaltsorten von Personen bestimmt werden Sind die Messpunkte 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 S cht zur Anlage haben und sich auf gleicher oder geringf gig n edrigerer H he wie die Send
302. erechnungsverfahrens f r den Frequenzbereich zwischen 30 MHz und 1 GHz ber cksichtigt die Topographie durch statistische Parameter F r verschiedene Frequenzbander VHF 30 250 MHz UHF 450 1000 MHz unterschiedli che Ausbreitungsumgebungen Ausbreitung ber Land warmen oder kalten Wasserfl chen und verschiedene Zeitwahrscheinlichkeiten werden in ITU 370 Kurvenscharen f r den Empfangsfeldst rkepegel angegeben Diese wurden durch statistische Auswertung einer gro en Zahl von Messungen ermittelt und s nd f r Entfernungen zwischen 10 km und 1000 km g ltig Die Unterscheidung verschiedener Zeit und auch Ortswahrscheinlichkeiten ber cksichtigt dass der Pegel sowohl zeitlich als auch rtlich schwankt Unter gewissen Voraussetzungen lassen sich hieraus Pegelwerte f r die Empfangsleistung oder die Funkfeld d mpfung berechnen Seite 14 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Dem ITU R Basismodell liegen empirisch ermittelten Ausbreitungskurven zugrunde Es berrascht daher nicht dass dieses Modell eine nur ungen gende Ber cksichtigung der realen Umgebung zul sst Vorteil st die einfache Handhabung und der geringe Rechenzeitbedarf da keine direkte Ausbreitungsberechnung durchgef hrt wird sondern m wesentlichen Tabellenwerte ausgele sen werden Im Widerspruch zu einer detaillierten Feldst rkevorhersage steht die grobe Ber cksichtigung der Topographie Au erdem s nd Aussagen
303. ereich mit Einschluss des Niederfrequenzbereiches und definieren lediglich allgemeine Anforderungen z B an Messger te oder prinzipielle Messdurchf hrung F r den speziellen Einsatz der Erfassung von Mobilfunk Immissionen s nd s e lediglich ansatzweise geeignet Andere auch eher allgemeine Normen definieren dar ber hinaus in Extrakapiteln spezielle Bedingungen f r die Anwendung auf Mobilfunk Basisstationen und sind somit bedingt f r vorliegende Aufgabenstellung geeignet Am interessantesten sind Arbeiten die alleinig die Erfassung von Mobilfunk Immissionen beschreiben Hierbei steht jedoch oft die Zulassung der Anlage d h die Ermittlung der Immission m unmittelbaren Nahbereich Ermittlung bzw Verifizierung des Sicherheitsabstandes 1m Vordergrund Bez glich der Erfassung der Immission an beliebigen Orten geht die Messempfehlung der Schweiz inhalt lich am weitesten Aus einer bersicht vorhandener Verfahren wird ersichtlich dass f r vorliegende Aufgaben stellung eine Kombination von Breitband und frequenzselektiven Messungen s nnvoll ist Breitbandmessungen haben vor allem Vorteile hinsichtlich Messaufwand und Qualifizierung des Personals und sind deswegen vorrangig zu berblickszwecken bzw eingeschr nkt auch f r worst case Absch tzungen anwendbar Der Hauptschwerpunkt der Messungen liegt allerdings bei frequenzselektiven Verfahren mit Spektrumanalysator bzw Messempf nger Diese Verfahren weisen Vorteile vor allem bez glich
304. eren Genauigkeit von der Signalform und der Beschaffenheit der im Spektrumanalysator vorhandenen Aufl sungsfilter abh ngt Wie im n chsten Abschnitt 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 w rd h ngt von der gew hlten Bewertung durch den Detektor ab Die meisten Spektrumanalysatoren verf gen z B ber Max Peak M n 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 im vorliegenden Bericht beschriebenen EMVU Messaktivitaten sind primar der Max Peak und der RMS Detektor von Interesse Der Max Peak Detektor bringt den Maximalwert zur Anzeige Aus den Messwerten die einem Bild
305. erfolgte analog zu BUWAL 01 Die Messunsicherheit wurde zum Messwert addiert Der gegen ber der BUWAL GSM Messempfehlung BUWAL 01 BUWAL 02 quasi ver doppelte zeitliche Aufwand wird damit begrundet dass die Vorteile der Messungen mit Feldsonden unkompliziert und gutes Isotropieverhalten mit den Vorteilen von Richtanten nen empfindlich prazis und frequenzselektiv gekoppelt werden konnten Allerdings ist die Messzeit nicht unerheblich Der Bericht spricht von einer Messzeit von 1 h bis 2 h pro Mess ort Spanien In Spanien existieren mit dem Orden CTE 23 2002 CTE 23 2002 eine staatliche Regelung f r die Erfassung der elektromagnetischen Immissionen durch Hochfrequenz Sendeanlagen Ziel ist hier in erster Linie eine Zulassungsmessung f r die Anlage d h der Nachweis dass in der Umgebung der Anlage n der sich Personen aufhalten k nnen keine Immissionen auftre ten k nnen die gr er als die Grenzwerte sind Der Anlagenbegriff ist nicht auf Mobilfunk Sendeanlagen beschr nkt Die Messungen werden in zwei Phasen unterteilt In Phase 1 wird im Sinne einer ber blicksmessung mit Hilfe eines Breitbandmessger tes mit sotroper Sonde an allgemeinen Aufenthaltsbereichen n der N he der Sendestation gemessen Die Messungen verlaufen punktweise in horizontalen Ebenen in 0 m bis 2 m H he Ist der Ort mit dem Maximalwert gefunden erfolgt dort eine Langzeitmessung ber 6 Minuten pro Sekunde ein Messwert mit Montage der Sonde
306. ergleich 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 polarisierten 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 Basisstationsan
307. erk sehr klein m Vergleich zu den Immissionen in umliegenden Geb uden bzw an Au enmesspunkten ist Dieser Umstand wird begr ndet mit der Feststel lung dass aufgrund der Abstrahlcharakteristik der Antenne nur sehr wenig Energie n das darunter liegende Geb ude gelangt Auch die n Bild 2 2 24 dargestellten Immissionsverh lt nisse scheinen diese Theorie zu best tigen Ob diese Aussage generell g ltig ist soll in diesem Abschnitt gekl rt werden In Bild 2 2 27a und b sind die Messpunkte der Messreihen JMST I und 2 danach sortiert ob es sich bei den Messpunkten um solche im selben Geb ude der Anlage in einem Nachbarge b ude oder um einen Au enmesspunkt handelt Als Au enmesspunkte wurden hier auch solche gewertet die sich zwar in einem Geb ude aber auf dem Balkon befanden Es ist wiederum nur der Anteil der Hauptsendeanlage erfasst Entgegen den Erwartungen kann man aus den Bildern nicht schlie en dass an Au enmess punkten generell eine h here Immission vorliegt als an Innenmesspunkten Eventuell vorhan dene D mpfung durch Fenster oder Mauerwerk kann durchaus durch die g nstigere Lage bez glich der Sendeantenne wettgemacht werden Als weitere interessante Aussage kann abgeleitet werden dass offenbar nicht grunds tzlich die Wohnungen im Geb ude der Anlage besonders niedrige Immissionen aufweisen Diese k nnen zwar oft vergleichsweise niedrig sein stellenweise aber auch h here Werte anneh men Dies ist noch ei
308. erlauf 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 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 a 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 Me
309. erliche Messung w hrend einer Bewegung des Messger tes stark fehlerbehaftet 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 n alle drei Raumrichtungen so dass hier ein Zeitvorteil gegen ber nicht isotropen Sonden entsteht Neben der Maximalwertsuche bieten moderne Breitbandmessgerate auch die Moglichkeit der Abspeicherung der Messwerte an diskreten Messpunkten und einer nachfolgenden Mittelung 3 4 5 3 Mittelungsmethoden E n wesentlicher Unterschied zwischen den einzelnen recherchierten Verfahren besteht dar n welcher der gemessenen Werte letztlich als Messwert n die Bewertung und den Vergleich mit den Grenzwerten eingeht Hier bestehen prinzipiell drei M glichkeiten l Ma gebend ist der h chste im Messvolumen ermittelte Wert z B BUWAL 02 2 Es hat eine rtliche Mittelung der Messwerte nach einem vorgegebenen Schema zu erfolgen z B SICTA 01 Seite 55 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 3 Es ist vom Ergebnis der Messung abh ngig ob der Maximalwert oder der Mittelwert f r die weitere Betrachtung herangezogen wird z B CEPT 02 prEN YYY Die Vorschl ge 2 und 3 beinhalten eine Mittelung der gemessenen Werte ber ein definiertes Gitterraster Als Vorteile der Mittelung werden z B n SICTA Ol aufgef hrt dass 1
310. erschritten Dieser Messpunkt lag auf einem Hochhausdach in nur wenigen Metern Entfernung zu den auf dem Dach installierten Mobilfunkantennen Es handelte sich um einen von mehreren Netz betreibern gemeinsam benutzten Standort Mehrfachnutzung Der H henunterschied des Messpunktes zu den Antennen war minimal Mit steigender H he gemessen wurde hier etwa auf Kopfh he nahmen die Immissionen noch zu Obwohl eine Angabe von statistischen Daten wie Maximal Minimal und durchschnittlicher Wert aufgrund der stark subjektiven Messpunktwahl und der nicht vergleichbaren Messpunk te vergleiche die anderen Messreihen diskussionsw rdig ist sind diese Daten trotzdem in Tabelle 2 1 1 aufgef hrt Die Daten beziehen s ch auf die insgesamt durch Mobilfunk erzeug ten Immissionen Mobilfunk gesamt Seite 16 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 10 1 T g a o 2001 p 3 gt 0 001 3 173 gt 0 0001 1E 005 10 1 o1 2 Kan o 2001 72 5 a gt 0 001 E 73 D 0 0001 1E 005 Bild 2 1 1a 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 Legende E Hauptsendeanlage E Mobilfunk gesamt Schweizer AGW GSM 1800 Schweizer AGW GSM 900 rT EEE E NYEN FTOOE NENEN ENYE NE NMT O EFC NMN FE NMT O ECNE N Y TECEN NNNNNM MCCF u nu nN9 IIT T NNNNNP 09 09 09 ew NNNN99N OOOOVOVOOOVOOVORAmMmMmMmMmmmMN ZZZZ2ZZZZZZZZ000000000000 faqaqqa
311. ert in der Software Eine Verringerung der Immission im Schatten von Hausern ist deutlich zu erkennen A um 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 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 n chstes werden die Ergebnisse die mit der Software EMF Visual berechnet wurden dargestellt Anmerkend st 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 d
312. es Protocole de Seite 38 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Mesure in Situ ANFR DR 15 hat sich als Referenzmethode f r diesbez gliche Messungen in Frankreich etabliert Der Geltungsbereich des Messprotokolls erstreckt sich auf ortsfeste Sendeanlagen unter spezieller Ber cksichtigung des Mobilfunks Rundfunks und unabh ngiger Netze Ziel ist der Vergleich der Immissionen mit den Grenzwerten der Europ ischen Ratsempfehlung Ab dem reaktiven Nahfeld d h ab Entfernungen von ca einer Wellenl nge von der Sendeanlage ist die Messung von E oder H hinreichend M gliche Messungen werden je nach Entfernung zur Quelle in drei unterschiedliche Gruppen eingeteilt l In unmittelbarer N he der Quelle z B zur Verifikation des S cherheitsabstandes sollen die Messungen mit einem Breitbandmessger t mit isotroper Sonde erfolgen mit einem Spektrumanalysator ist lediglich nachzukontrollieren dass der Hauptbeitrag der gemesse nen mmission tats chlich von der Anlage vor Ort stammt Der Pegel muss aber mindes tens 50 ber der Empfindlichkeitsschwelle der Sonde liegen Schnelle Sondenbewe gungen 1m Feld sind zu vermeiden Wird d e Messung n einem weiter von der Anlage entfernten Bereich durchgef hrt und kann die Immission bez glich ihrer Gr e noch von der Breitbandsonde aufgel st werden dann hat mit der Breitbandsonde zuerst eine Suche des maximalen Immissionsortes zu er
313. essempf ngern sowie entsprechend geeigneten Empfangsantennen Als Antennen k nnen mit logarithmisch periodischen Antennen einerseits sowie bikonischen Antennen 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 logar thmisch 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
314. esser gebnisse hat sich ergeben dass die h henm ige Ausrichtung des Immissionsortes zur Anlage d h seine Ausrichtung zu Hauptstrahlrichtung die entscheidende Rolle spielt Die Immission eines entfernteren Ortes in Hauptstrahlrichtung einer mit wenigen Sendekan len ausger steten Ein Betreiber Anlage ist in der Regel wesentlich h her als die Immission an einem hoher gelegenen nicht direkt in Hauptstrahlrichtung liegenden Ort eines mehrfachge nutzten Standortes z B 1m Innenstadtzentrum Auch andere klassische Regeln f r die Immission im Umfeld der Anlagen lassen sich nicht verpauschalisieren sie gelten zwar oft aber nicht immer e Die Immissionen im Geb ude auf dem eine Anlage steht sind zwar oft aber nicht stets kleiner als an umliegenden Messpunkten Vor allem die im obersten Geschoss liegenden Messpunkte k nnen wesentliche Immissionen durch umliegende Stationen erfahren au Berdem kann in Abh ngigkeit von Sendeleistung und Antennenbauform auch die Dachan lage relevante Beitr ge liefern e An Au enmesspunkten auch mit direkter Sicht zur Anlage ist die Immission oft aber n cht pauschal h her als an Messpunkten nnerhalb von Geb uden vor allem dann wenn die Geb ude g nstiger zur Mobilfunkanlage ausgerichtet sind e Die Immission im selben sowie in einem der Anlage gegen berstehenden Geb ude n mmt oft aber nicht immer mit abnehmender Geschossh he ab Reflexionen an umliegenden Geb uden sowie Neben
315. esstechnik 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 33 berblick ber die Normungssituation 3 3 1 Einleitung Dieses Kapitel enth lt eine Aufstellung von Normen Normentw rfen Empfehlungen und anderen relevanten Arbeiten auf dem Gebiet der Messung elektromagnetischer Immissionen von Mobilfunk Sendeanlagen Dabei wird zuerst die Situation in Deutschland betrachtet Es schlie t sich eine bersicht ber die internationalen Aktivit ten auf diesem Gebiet an Hier bei erfolgt kein vollst ndiger internationaler berblick sondern es werden nur diejenigen L nder betrachtet deren Einbeziehung f r eine Erfassung der relevanten Arbeiten auf diesem Gebiet als notwendig und sinnvoll erachtet wird Die berpr fung der einschl gigen Arbeiten wird nach folgenden Kriterien durchgef hrt e Existiert eine Messvorschrift speziell f r die Erfassung von Mobilfunk Immissionen e Falls nein existiert eine Vorschrift f r die Erfassung von hochfrequenten Immissionen im allgemeinen und l sst sich diese Vorschrift in Teilen auch f r die Erfassung von Mobil funk Immissionen anwenden e Welche Messger te werden definiert Gibt es eine Rangfolge f r den Einsatz unterschied licher Messger te Werden Messparameter festg
316. essungen wenigstens den folgenden prinzipiellen Anforderungen gen gen l Die Messungen m ssen frequenzselektiv durchgef hrt worden sein Eine Separierung der von Mobilfunkstationen hervorgerufenen Immissionen von anderen Immissionen ist un abdingbar zum Verfahren siehe siehe Abschnitt 3 4 1 des Zwischenberichtes Literatur studie zu bestehenden Mess und Berechnungsverfahren zu diesem Forschungsprojekt 2 Es muss eine bestimmte Technik der Maximalwertfindung im Messvolumen angewendet worden sein Messungen an nur einem oder wenigen Punkten innerhalb des Messvolu mens erf llen diese Anforderung nicht und werden deswegen ausgeklammert Ebenso werden vorerst Messungen die eine Mittelung der Messwerte ber mehrere Messpunkte vornehmen nicht ber cksichtigt Unter der Maximalwertfindung wird auch verstanden dass die Immission polarisationsrichtig erfasst worden ist z B durch isotrope Messung 3 Die bei der Messung gewonnenen Momentanwerte m ssen auf den Zustand bei maxima ler Anlagenauslastung extrapoliert worden sein Hierbei ist auch das Frequency Hopping zu berucksichtigen siehe Abschnitt 3 4 6 2 des Zwischenberichtes Literaturstudie zu be stehenden Mess und Berechnungsverfahren zu diesem Forschungsprojekt 4 Die Messpunkte sollen sich in unmittelbarer N he der Basisstation befinden 5 Es sind Angaben ber die Messunsicherheit der Messungen zu machen und insbesondere dar ber ob die Messunsicherheiten auf die Me
317. essungen wurden an vier Messpunkten durchgef hrt die sich auf einer Linie im Abstand von 0 m direkt am Geb ude 80 m 160 m und 240 m befinden Es wurde nur der Anteil der Hauptsendeanlage ausgewertet Wie zu sehen ist kann auch hier von einer gleichm igen Abnahme der Immission bei zunehmendem Abstand nicht gesprochen werden Zusammenfassend l sst sich feststellen dass im hier relevanten Entfernungsbereich bis 200 m von der Anlage weder der rad ale noch der laterale Abstand als ma geblicher Einflussfaktor f r die Gr e der Immission in Frage kommt In diesem Entfernungsbereich kommt es typischerweise zu Immissionsschwankungen die durch den Nebenzipfelbereich der Antenne begr ndet sind Die Schwankungen s nd von der Art der Antenne und der H he von Sender bzw Immissionsort abh ngig Erst ab lateralen Entfernungen wo d e Hauptstrahlrichtung den Boden erreicht st eine gleichm ige Abnahme der Immission mit der Entfernung zu beo bachten 2 2 2 H henunterschied zur Mobilfunkanlage Als zweiter Parameter soll untersucht werden welchen Einfluss die H he des Immissionsor tes bei der Beurteilung der Immission spielt Aus Bild 2 2 8 wird ersichtlich dass nicht alle n die H he des Immissionsortes entscheidend ist sondern die H he des Immissionsortes in Relation zur H he des Senderortes oder anders ausgedr ckt der H henunterschied Durchl uft man beispielsweise die Geschosse in einem benachbarten Haus von unten nach o
318. etes Fensterglas jedoch z B in klimatisierten B ros kann hingegen 20 dB bis 30 dB D mpfung aufweisen dies entspricht einem Faktor von 100 b s 1000 bez glich der Leistungsflussdich te Dies wurde z B bei Messungen als Unterschied zwischen geschlossenem und offenem Fenster an den Messpunkten V15 3 und T K1 4 festgestellt Eine Geb udeau enwand hat Seite 60 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung typischerweise D mpfungen im Bereich von 5 dB bis 10 dB stellenweise auch bis 20 dB Faktor 3 bis 10 stellenweise bis 100 bez glich der Leistungsflussdichte Diese Angaben gelten nur f r den mobilfunktypischen Frequenzbereich Auch Vegetation z B im Sichtpfad stehende B ume oder Str ucher d mpfen die von Mobil funkanlagen ausgehenden Emissionen Die D mpfung ist hier u a abh ngig vom Volumen verh ltnis zwischen sten und Bl ttern Dieses Verh ltnis wird im Winter anders sein als zu den anderen Jahreszeiten je nach Polar sation der Welle k nnen sich hier also jahreszeitliche Unterschiede in der Gesamtd mpfung ergeben In M N 03 sind hierzu theoretische Ab sch tzungen vorgenommen worden die mit Messungen verifiziert wurden Danach kann die D mpfung durch einen belaubten Baum durchaus n der selben Gr enordnung wie bei einer Geb udeau enwand liegen Im Winter ist wegen des fehlenden Blattanteils mit geringerer D mpfung zu rechnen 2 2 3 Beitr ge von benachbarten Mobilfunkanlagen Bis
319. etische Feldst rke H bzw Leistungsflussdichten S zum Einsatz kommen Hierbei handelt es sich um Ersatzwerte da der Basiswert im Hochfrequenzbereich die spezifische Absorptionsrate SAR messtechnisch nur sehr schwer erfassbar ist Bei einem Vergleich der ersatzweise verwendeten Feldstarken oder Leistungsflussdichten mit den Grenzwerten ist zu ber cksichtigen dass in der Umrechnung des Basisgrenzwertes in die abgeleiteten Feldstarke bzw Leistungsflussdichtegrenzwerte bereits diverse Sicherheitsfak toren enthalten sind 2 Gro skalige r umliche Verteilung der Immission In diesem Abschnitt werden anhand unterschiedlicher Messreihen typische Messergebnisse f r die Immission in der Umgebung von verschiedenen fur die existierenden Mobilfunknetze typischen Basisstationen vorgestellt Erg nzt werden die Messwerte durch exemplarische Berechnungen Die Werte werden f r eine Vielzahl von unterschiedlichen Immissionsszenarien pr sentiert Dabei erfolgt eine Variation der folgenden Parameter e Abstand des Immissionsortes zur Basisstation e H henunterschied zwischen Immissionsort und Basisstation e Basisstationstyp Kanalzahl Einfach oder Mehrfachnutzung Antennentyp Downtilt e Sichtbedingungen zwischen Immissionsort und Basisstation freie Sicht oder Sichthinder nisse e Umegebungsklasse Gro stadtzentrum Stadt Kleinstadt Land e Lage des Messpunktes innerhalb von Geb uden oder im Freien Bez glich der Entfernung
320. etzbetreiber wird die Leistung des BCCH kurzzeitig nicht verandert Es ist lediglich f r Optimierungen des Sendernetzes m glich testweise die Sendeleistung des BCCH zu reduzieren z B auf die H lfte Au erdem ist auch m glich den Downtilt oder die Ausrichtung der Antennen zu ver ndern Allerdings haben diese nderungen langerfristigen Charakter Tage Wochen oder Monatsbereich kurzzeitige Schwankungen werden dadurch nicht verursacht Trotzdem gibt es Hinweise aus der Literatur in denen kurzzeitige Immissions nderungen beobachtet wurden So wird z B n NEU 03 ber kurzzeitige Immissionsschwankungen des BCCH w hrend einer sechst gigen Periode von 4 85 dB bis 5 65 dB bez glich des Mittel wertes berichtet Dies ist in Bild 4 1 1 dargestellt Auch die Schwankungen innerhalb eines Tages z B w hrend Tag 2 ca 0 00004 bis 0 00008 uV entsprechen einer Schwankungsbreite von 6 dB An anderen Tagen wie z B der zweiten H lfte von Tag 3 oder auch innerhalb von Seite 85 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Tag 4 sind die Schwankungen wesentlich geringer Leider liegen hier keine weiteren Er kenntnisse ber die n heren Messbedingungen vor Es wird lediglich berichtet dass keine Objekte in der Umgebung der Empfangs Antenne bewegt wurden 0 0001 0 000075 Amplitudel uV Amplitude l Next Day 0 200 400 600 800 1000 1200 Measurement Number Bild 4 1 1 Dokumentierte Immissi
321. eu und D mpfungsmechanismen seit l ngerem bekannt und wissenschaftlich umfassend erforscht Danach l sst sich die Feldverteilung 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 st prinzipiell ebenfalls gut entwickelt Es stehen zwar f r den gesamten Frequenzbereich grundlegende Messverfahren zur Verf gung die jedoch unspezi fisch bez glich des zu untersuchenden Funkdienstes formuliert und nicht fur ein spezielles Anwendungsgebiet wie etwa f r die Bestimmung von Immissionen durch Mobilfunk Basis stationen in Innenr umen angepasst sind Oftmals sind die Verfahren auch primar f r Labor anwendungen z B EMV oder Antennenmesstechnik in k nstlichen reflexionsarmen Umge bungen oder Anwendungen unter definierten Randbedingungen entwickelt und val
322. f hrt Nachfolgend wird versucht die dar n gefundenen Zusammenh nge anhand von Messergebnissen zu verifizieren Abschlie Bend erfolgt eine Eingruppierung des Einflussfaktors bez glich seiner Bedeutung fur die Gr e der ortsbezogenen Immission 2 2 1 Abstand zur Mobilfunkanlage In vielen Bereichen des Immissionsschutzes ist es ein Grundprinzip eine Minimierung der Immission n erster Linie durch Vergr erung des Abstands zur Sendequelle zu erreichen Die Minimierung erfolgt aufgrund der Tatsache dass die Immissionen bei wachsendem Abstand von der Quelle berproportional nach einem bestimmten Abstandsgesetz abnehmen Aus der Elektrotechnik ist beispielsweise bekannt dass die elektrische Leistungsflussdichte im Umfeld eines isotropen Senders mit 1 r abnimmt wobei r den radialen Abstand von der Quelle bezeichnet Diese Eigenschaft sollte sich sofern allgemein g ltig auch im Umfeld von Mobilfunk Basis stationen wiederfinden lassen Seite 29 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Hierzu wurden die Ergebnisse der Messreihen JMST I und 2 genauer analysiert Jeder Mess wert wurde als Funktion seines radialen Abstands von der Basisstation in ein Diagramm eingetragen Andere Messreihen wurden hier vorerst nicht ber cksichtigt um die Aussage kraft des Diagramms nicht durch die bereits oben festgestellte starke Abh ngigkeit von der Messpunktauswahl zu verf lschen Au erdem wurde n d e Analyse nur
323. f r 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 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 Seit
324. f die vorangegangenen Messungen zu untersuchen Zeigt bel spielsweise der Spektrumanalysator falsche Amplitudenwerte an so m ssen die Ergebnis se der vorangegangenen 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 ge
325. 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 Standortbescheinigung 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 F r 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 Date 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 f r die Betriebsfrequenz m glich Wie in Abschnitt 3 4 analys ert ber cksichtigt eine Auff llung des Antennendiagramms
326. fspaltung der Gesamtim mission nicht mehr notwendig Die Dominanz der Immissionen der Anlage vor Ort ist aber bei Messungen an beliebigen Orten m Umfeld der Anlage n cht immer gegeben da oftmals d e Immissionen von anderen Seite 47 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Sendeanlagen DECT Telefone n der Wohnung umliegende Rundfunk und Fernsehsender gleich gro oder h her als die Mobilfunk Immissionen sein k nnen Au erdem ist mit Breit bandsonden keine korrekte sondern nur eine worst case Extrapolation auf maximale Anla genauslastung m glich Heutzutage verf gbare Breitbandmessger te sind bez glich hrer Empfindlichkeit sehr h ufig lediglich zur direkten berpr fung von Grenzwerten ausgelegt Viele Ger te haben eine Anzeigeschwelle von etwa 1 0 V m d h Feldintensit ten von unter 1 V m werden gar nicht bzw inkorrekt angezeigt In Abh ngigkeit vom Hersteller existieren stellenweise auch Spezialsonden mit h heren Empfindlichkeiten 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 Aufgabenstellungen 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 Feldstarke konnen in einig
327. g n oberen Geschossen Gerade diese Mess punkte sind aber bez glich freier Sichtverh ltnisse und vertikaler Ausrichtung geringer H henunterschied Hauptstrahlrichtung sichtbarer f r umliegende Anlagen Wenn dann wie oftmals vorhanden die Immission durch die dar ber gelegene Anlage vergleichsweise gering ist kann der Beitrag umliegender Stationen zur Gesamtimmission wesentlich h her als durch die Anlage auf dem Dach sein Seite 61 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung BG Mobilfunk gesamt 0 01 im selben Geb ude au en Nachbargeb ude 0 001 4 OG EG 4 0G 2 0G 0 0001 1E 005 Leistungsflussdichte W m 2 uyA ey4e Spje4 9498114913 1E 006 1E 007 T LEV7 2 T LEV7 3 T LEV7 1 T LEV7 5 T LEV7 4 Messpunkt Bild 2 2 31 Gemessene Immissionen am Standort T LEV7 Hervorragend ist dies in Bild 2 2 31 zu sehen Es handelt sich um den schon in Bild 2 2 24 zitierten Messpunkt T LEV7 Wird nur die Hauptsendeanlage auf dem Dach des Geb udes betrachtet sind die Ergebnisse nahezu klassisch Im selben Geb ude sind die Immissionen kleiner als an umliegenden Geb uden oder im Au enraum und nehmen ber die Geschosstie fe hin ab Ber cksichtigt man jedoch auch die Beitr ge der umliegenden Stationen sehen die Verh ltnisse grundlegend anders aus Pl tzlich liefert der Messpunkt direkt unter der Anlage den h chsten Immissionswert Bezeichnenderweise ist d
328. g 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 Testpunktberechnung 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 besch
329. g ist in regelm igen Abst nden zu wiederholen Kalibrierung bedeutet e bei Breitbandmessgeraten Spektrumanalysatoren und Messempfangern Zuordnung zwischen 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 au
330. gat S 377 380 1995 A G Kanatas I D Kountouris G B Kostaras und P Constantinou 4 UTD Propagation Model in Urban Microcellular Environments IEEE Trans Veh Tech vol 46 S 185 193 1997 J B Keller Geometrical Theory of Diffraction Journal of the Optical Society of America Vol 52 Nr 2 S 116 131 1962 J M Keenan A J Motley Radio Coverage in Buildings British Telecom Technology Journal Vol 8 Nr 1 S 19 24 1990 P Koivisto Effects of Nearby Walls on Antenna Radiation Patterns Comparison of Measurements and FDTD Calculations COST 259 TD 97 058 1997 Seite 70 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk KOU 74 K R 93 LAF 90 LAI 00 LAU 94 LAU 95 LAY 99 LEB 89 LEB 91 LEB 92 LEV 92 LLL 94 LUE 82 R G Kouyoumjian P H Pathak A Uniform Geometrical Theory of Diffraction for an Edge in a Perfectly Conducting Surface Proc IEEE S 1448 1461 1974 T K rner Charakterisierung digitaler Funksysteme mit einem breitban digen Wellenausbreitungsmodell Dissertation Universitat Karlsruhe ISSN 0942 2935 Band 3 1993 J F Lafortune M Lecours Measurement and Modeling of Propagation Losses in a Building at 900 MHz IEEE Trans on Vehicular Technology Vol 39 Nr 2 S 101 108 1990 L nderausschuss f r Immissionsschutz Hinweise zur Durchf hrung der Verordnung ber elektromagnetis
331. ge 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 Spektrumanalysator 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 werd
332. gef 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 D mpfungsfaktors f r Geb ude in dB EMF Visual 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 de
333. gen an der Messantenne zu beobachten Bei der Schwenkmethode ist der Abstand des Messenden zur handgef hrten Messantenne in der Regel wesentlich kleiner 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 de
334. gen vonn ten sofern zur Maximalwertsuche Techniken eingesetzt werden die eine Bewegung der Antenne durch den Raum erfordern Schwenkmethode oder Drehmethode 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
335. gende Anforderungen an Messungen definiert So ist z B sicherzustellen dass der Maximalwert gemessen wird allerdings unter normalen Betriebsbedingungen der Sendeanla ge keine Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung Die Maximalwertsuche kann entweder durch vorausgehende Ubersichtsmessungen in den die Quelle umgebenden Berei chen erfolgen oder durch Abtastung einer zwei oder dreidimensionalen Punktmatrix In demjenigen Bereich n dem das Maximum festgestellt wurde sind detaillierte Messungen durchzuf hren Das hierzu zu berspannende Messgitter sollte mindestens 4 Messpunkte fur den Kopf Torsobereich bzw 6 Messpunkte f r den Ganzk rperbereich umfassen Die Messung kann entweder mit isotropen Sonden oder mit Richtantennen erfolgen die bez glich Polar sation und Richtung max mal m Feld ausgerichtet werden m ssen Allgemein werden Breitbandmessger te und frequenzselektive Messger te beschrieben Speziell f r die Messungen an Basisstationen zugeschnitten sind die Vornormen prEN 50383 und prEN YYY Die prEN 50383 Basic standard for the calculation and measurement of electromagnetic field strength and SAR related to human exposure from radio base stations and fixed terminal stations for wireless telecommunication systems 110 MHz 40 GHz prEN 50383 ist allerdings fur Messungen der Immission vor Ort ungeeignet Hier geht es vielmehr um die messtechnische Ermittlung einer Sicherheitszone compliance boundary durch Vermessung ei
336. ger 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 117 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
337. glich die Ergebnisse sind aber bereits erheblich genauer Im Gegensatz zum Okumura Hata und COST Hata Modell existieren hier empirische L sungen auch f r den Fall dass sich die BS Antenne unterhalb des mittleren Dachniveaus befindet Viele dieser Modelle basieren auf Untersuchungen von Walfisch und Bertoni WAL 88 zur Beugung ber Geb ude hinweg Auf das dort beschriebene Ausbreitungsmodell soll hier nicht eingegangen sondern direkt eine der zahlreichen Erweiterungen vorgestellt werden Bild 2 3 zeigt die Geometrie die beim COST Walfisch Ikegami Modell verwendet wird COS 90 COS 91 IKE 84 WAL 88 Die Ausbreitung und die urbane Umgebung werden lediglich durch die folgenden Parameter mit ihren jeweiligen Gultigkeitsgrenzen beschrieben Hohe der Basisstationsantenne Hohe der Mobilstationsantenne Mittlere Stra enbreite 10 25m Mittlerer Gebaudeabstand 20 50m Tabelle 2 4 G ltigkeitsbereich des COST Walfisch Ikegami Modells Auch das COST Walfisch Ikegam Modell nachfolgend kurz COST WI Modell ist somit pr m r empirisch da es ausschlie lich auf diesen statistischen Parametern beruht und nicht wirklich detaillierte Gel ndeh hen und oder Bebauungsdaten ber cksichtigt Sofern Geb u dedaten verf gbar s nd lassen s ch daraus aber zumindest die statistischen Parameter bestim men Seite 20 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Entfernung d PER IEHHEN re re
338. 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 damit 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 v
339. h eine dreidimensi onale Simulationsumgebung zu modellieren Wireless Insite ist dar ber hinaus auch f r Seite 92 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Inhaus Berechnungen 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 Arbeitssp
340. h Schwankungsintensi t t und Schwankungsh ufigkeit Eine ver nderte Position von Mobiliar in Innenr umen sowie eine Anwesenheit von Personen f hrt zu einem deutlich ver nderten Feldbild nicht nur in unmittelbarer Umgebung dieser st rstellen Als praktische Konsequenz der kleinskaligen r umlichen Schwankung l sst s ch ableiten dass mit einer punktweisen Ermittlung die Immission sehr stark untersch tzt werden kann Ist die Ermittlung von Extremalwerten in der Regel das Max mum der Immission an einem Ort das Ziel dann ist eine geeignete Messmethodik anzuwenden die einen gr eren Raumbereich abtastet und aus dem Interferenzbild das Maximum protokolliert Hierbei ist zu beachten dass Interferenzen nicht nur in Innenr umen auftreten Seite 6 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Die Ermittlung einer ber den K rper gemittelten Immission hingegen f hrt zu einer deutlichen Verkomplizierung der Messung Unabh ngig von Praktikabilit tsbetrachtungen ist es den hieran arbeitenden Forschergruppen bislang noch nicht gelungen eine geeignete Mittelungsgeometrie zu finden die die tats chliche k rpergemittelte Immission ad quat und mit kleinstm glichem Fehler beschreibt Es hat sich vielmehr herausgestellt dass unter schiedliche Mittelungsgeometrien einen gr eren Einfluss auf das Ergebnis haben als unter schiedliche Expositionsszenarien Au erdem steht zu vermuten dass unter Umst
341. h h ufig entscheidender als d e Beugung ber die Geb ude hinweg Bei der Wechselwirkung des Strahls mit einem Hindernis wird die Richtung die Amplitude die Phase und oder die Polarisation der Welle ver ndert Eventuell muss der einzelne Strahl auch in mehrere aufgespaltet werden Dies ist fur die Reflexion Transmission unmittelbar ersichtlich Bei der Beugung muss ein eintreffender Strahl 1m Prinzip sogar in unendlich viele Strahlen aufgespalten werden da alle m glichen Beugungsrichtungen lediglich dadurch charakterisiert sind dass sie den Beugungskegel bilden Es hat sich herausgestellt dass die fur die Funknetzplanung im Mobilfunk dominierenden Ausbreitungsmechanismen durch Objekte mit gegen ber den benutzten Wellenl ngen gro en geometrischen Abmessungen gt 5 A hervorgerufen werden Deshalb bieten sich Methoden an welche diese Tatsache zur Vereinfachung der Ausbreitungsberechnung ausnutzen asym ptotische Hochfrequenzmethoden LUE 82 Die wichtigsten Methoden hier sind e Geometrische Beugungstheorie Geometrical Theory of Diffraction GTD bzw Verall gemeinerte geometrische Beugungstheorie Uniform Theory of Diffraction UTD e Physikalische Optik Physical Optics PO e Physical Theory of Diffraction PTD bzw Method of Equivalent Currents MEC Seite 23 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Mit der Kombination von GO mit GTD UTD kann die Auswirkung vieler verschiede
342. hV GSM 1800 Legende Antenne K 735147 10 Antenne K 739495 61 4 26 BImSchV GSM 900 Antenne K 739707 _ 1 19 4 gt 0 1 a N ee N 1 CH Schweizer AGW GSM 900 2 00 1 94 J 3 0 001 0 61 p 5 2 0 0001 0 19 3 1E 005 0 06 D 1E 006 0 02 1E 007 0 01 1 10 100 1000 10000 Abstand d m Verlauf der Immission in Abh ngigkeit vom lateralen Abstand Parametersatz 1 bei Variation des Antennentyps wyA ey1e Spje4 949S114913 Seite 50 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 2 2 6 Horizontale Ausrichtung blicherweise werden pro Basisstation drei um 120 versetzte Sendeantennen betrieben die jeweils einen Sektor eine Funkzelle ausleuchten Durch diesen Versatz wird erreicht dass durch eine Basisstation insgesamt ein nahezu kreisf rmiger Bereich versorgt werden kann Dies ist schematisch in Bild 2 2 21 dargestellt wobei man hier vergleichbar mit Bild 2 2 2 rechts von oben auf die Antennen s eht Die rote blaue und gr ne Kurve beschreiben die einzelnen Ausleuchtungen der drei versetzt aufgestellten Antennen Die schwarze Kurve g bt die Summenimmission aller drei Einzelabstrahlungen an o PEEP rrr PE REESE ae 53 25 20 15 10 5 180 EM ae 0 N E 225 F 270 Bild 2 2 21 Ausleuchtung eines kreisf rmigen Gebietes durch drei versetzt aufgestellte Antennen K 735147
343. handensein von d mpfenden Hindernissen Sichtbarkeit der Anlage Seite 68 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Eine eingehende Untersuchung dieser Faktoren wie hier geschehen zeigt dass ihr Zusam menwirken sehr komplex ist Eine isolierte Betrachtung einzelner Einflussfaktoren f hrt in der Regel zu n cht generell g ltigen Verpauschalisierungen So spielt zum Beispiel der Faktor Entfernung d h rad aler oder lateraler Abstand von der Basisstation 1m hier untersuchten Entfernungsbereich vom Sicherheitsabstand bis ca 200 m nicht die entscheidende Rolle da ein Durchlaufen der Nebenzipfel der Antenne zu einer rtlich stark schwankenden aber nicht gleichm ig abnehmenden Immission f hrt Auch die insgesamte Sendeleistung eines Standortes z B repr sentiert durch die Anzahl der Netz betreiber bei Mehrfachnutzung und durch die Anzahl der Kan le pro Betreiber spielt sicher lich eine Rolle jedoch nicht die dominierende Nach Auswertung der vorliegenden Messer gebnisse hat sich ergeben dass die h henm ige Ausrichtung des Immissionsortes zur Anlage d h seine Ausrichtung zu Hauptstrahlrichtung die entscheidende Rolle spielt Die Immission eines entfernteren Ortes in Hauptstrahlrichtung einer mit wenigen Sendekan len ausger steten Ein Betreiber Anlage ist in der Regel wesentlich h her als die Immission an einem naher gelegenen nicht direkt in Hauptstrahlrichtung liegenden Ort eines mehrfachge nutzt
344. he Abst nde H henunterschiede Anlagentypen Umgebungsklassen 1m Umfeld der Anlagen vorliegen sowie der Seite 12 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung e kleinskaligen Verteilung d h der detaillierten Immissionsverteilung innerhalb eines eng begrenzten Volumens Hier soll in einem kleinen Raster typischerweise einige Zentime ter das Schwankungsverhalten in unterschiedlichen Umgebungen z B m Innenraum m Freien untersucht werden Diese Ergebnisse geben hinsichtlich eines geeigneten Mess verfahrens Hinweise zur Notwendigkeit bzw Technik einer Extremalwertsuche innerhalb des Messvolumens die zur Grenzwertkontrolle ben tigt werden Prim r bei der gro skaligen Verteilung erfolgt eine eingehende Analyse der Einflussfaktoren die die Immission an einem festen Ort bestimmen Insbesondere wird berpr ft ob sich Unterschiede der typischen Feldverteilungen e zwischen innerstadtischen und au erst dtischen Gebieten sowie e zwischen Messpunkten 1m Freien und innerhalb von Geb uden finden und begr nden lassen Die aus den Untersuchungen abgeleiteten Erkenntnisse bez g lich der gro und kleinskaligen r umlichen sowie der zeitlichen Verteilung liefern wichtige Anhaltspunkte hinsichtlich der Bestimmung der maximalen realen Exposition die relevant bez glich einer Grenzwertkontrolle ist Es wird darauf hingewiesen dass als Messgr en ausschlie lich Feldst rken elektrische Feldst rke E oder magn
345. hen DIN VDE 0848 Teil 1 und nicht speziell f r den Mobilfunkbereich zugeschnitten Die IEEE C95 3 geht auf prinzipielle Messprobleme ein die zu beachten sind Abstand Polarisation Nahfeld Fernfeld Kabelfuhrung Im Falle des Vorhandenseins einer dominanten Quelle ist wegen der Mehrwegeausbreitung die Messung an mehreren Messpunkten innerhalb einer Flache mit 1 m oder 2 m Kantenlange durchzuf hren Hierbei sollte ein Mindestabstand von 20 cm zu reflektierenden Objekten eingehalten werden Die Messwerte sind zu mitteln und mit den Grenzwerten zu vergleichen Als Messgerate sind frequenzselektive Gerate oder Breitbandsonden einzusetzen Im Falle des Vorhandenseins mehrerer Quellen mit unbekannten Sendeparametern sind die Messpunkte uber ein dreidimensionales Gitter mit 1 m Abstand zwischen den Gitterpunkten aufzunehmen Hier soll ein Breitbandmessgerat mit isotroper Sonde verwendet werden 3 3 4 Zusammenfassung In einigen L ndern gibt es Ans tze bez glich der Normierung von Messverfahren zur Erfas sung der Immissionen durch hochfrequente Sendeanlagen Diese sind unterschiedlich weit entwickelt Oftmals umfassen die Normen lediglich den gesamten Frequenzbereich mit Einschluss des Niederfrequenzbereiches und definieren lediglich allgemeine Anforderungen z B an Messger te oder prinzipielle Messdurchf hrung F r den speziellen Einsatz der Erfassung von Mobilfunk Immissionen sind sie lediglich ansatzweise geeignet Andere auch eher al
346. her oder magnetischer Felder sowie Nicht Standard Messungen gepulst breitband Laut Einteilung fallen Messungen an Mobilfunk Bas sstationen unter die sen Anwendungsfall F r diesen Spezialfall sind die Kontrollkan le BCCH auszumessen und die Immission auf maximale Anlagenauslastung zu extrapolieren Am Spektrumana lysator sind der Peak Detektor und die Maxhold Einstellung zu verwenden Eine Maxi mierungsroutine ist nicht beschrieben Au erdem sind Angaben zu Messunsicherheiten enthalten USA Grenzwerte zum Personenschutz werden in den USA im OET Bulletin 65 FCC 97 und in der IEEE C95 1 IEEE C95 1 geregelt Erw hnenswert hierbei ist dass laut IEEE C95 1 bei inhomogenen Feldern die an einem festen Ort vorliegenden Feldstarke bzw Leistungsfluss dichtewerte die abgeleiteten Grenzwerte ubersteigen durfen solange der raumliche Mittel wert unterhalb der Grenzwerte bleibt Hierbei ist die r umliche Mittelung ber eine Fl che die aquivalent mit dem vertikalen K rperquerschnitt ist Projektionsfl che zu bilden Im OET Bulletin 65 ist ein eigenes Messtechnik Kapitel enthalten das aber eher allgemeine Aussagen enth lt Immerhin sind aber ausf hrliche Anforderungen an Messger te sowie Hinweise zu Fehlerquellen bei der Messung enthalten Bez glich der Messung wird explizit auf die IEEE C95 3 verwiesen EEE C95 3 Diese ist ein allgemeiner Messstandard f r elektromagnetische Felder vergleichbar z B mit der deutsc
347. hl inner als auch au erst dtisch h her ist als die Mobilfunk Immissionen Dieses Ergebnis kommt aber vermutlich aufgrund des katas terartigen Ansatzes zustande d h der nicht generellen Messung im direkten Umfeld einer Mobilfunkanlage Mobilfunkanlagen sind in ihrem unmittelbaren Umfeld bez glich ihrer Immissionen als Punktquellen anzusehen wohingegen die Immission durch die leistungsstar ken Rundfunk und Fernsehsender in einiger Entfernung wesentlich gleichm iger ist Somit wird sich das Verh ltnis von Mobilfunk zu anderen HF Immissionen in direkter Nahe einer Mobilfunkanlage anders gestalten als in gr erer Entfernung von der Mobilfunkanlage In Bild 2 2 35 ist der Vergleich der Mobilfunkimmissionen mit einer speziellen anderen Quelle von HF Immissionen dargestellt Hierbei sind die Immissionen durch die in Wohnun gen betriebenen schnurlosen DECT Telefone erfasst Der Grenzwert f r DECT Telefone ist hnlich w e f r GSM 1800 Mobilfunk 10 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 Legende 61 A C E Mobilfunk Hauptsendeanlage _ 1 E DECT Schnurlostelefone 19 4 m 2 0 1 P Schweizer AGW GSM 1800 6414 y Schweizer AGW GSM 900 gt Q PERAN ee ee eg me E T E E E aa eae ee 2 7 T D D 1 94 0 01 a J Q 7 0 001 0 61 _ I 7 3 0 0001 IL JH 0 19 1E 005 0 06 2825 RSS SS PEE EE EES Messpunkt Bild 2 2 35
348. hlagene Messraster f r eine Mittelung der Messwerte Oben links ANFR DR 15 oben Mitte prEN 50400 oben rechts CEPT 02 unten links SICTA 01 unten rechts LEH 03 Seite 80 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Diese Arbeiten s nd zur Zeit brandaktuell und ein klares Ergebnis st bislang noch nicht zutage getreten Die Besch ftigung mit dieser Thematik m vorliegenden Kapitel ist insofern relevant da bei der Festlegung einer geeigneten Mittelungsgeometrie die Kenntnis der vorliegenden kleinskaligen rtlichen Feldst rkeschwankungen und hrer unterschiedlichen Verteilung in verschiedenen Expositionsszenarien unerl sslich ist So werden beispielsweise n LEH 03 NEU 03 sehr aufw ndige Untersuchungen durchge f hrt d e folgende Fragen kl ren sollen e Ist das Mittelungsergebnis f r e n festes Expositionsszenario von der Mittelungsgeometrie abh ngig Wie gro ist die Spanne zwischen gr tem und kleinstem erfassten Wert inner halb einer Geometrie 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 3 2 1 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
349. hode nicht besser als bei der einfacher durchzuf hren den 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 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 Seit
350. hren in drei wesentliche Arbeitsschritte Zun chst werden alle relevanten Ausbreitungspfade n der zu berechnenden Umgebung die aus der Geometrie und den elektrischen Materialparametern aller Objekte besteht gesucht 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 u
351. hrung einer Mittelung hatte jedoch zur logischen Konsequenz dass bez glich der Messwertaufnahme nur die Punktrastermethode in Frage kommt bei der in Ermangelung von isotropen Antennen fur frequenzselektive Messungen an jedem einzelnen Gitterpunkt das Feld sequentiell in drei unterschiedlichen Orientierungen der Empfangsantenne aufgenommen und ausgewertet werden muss Die Punktrastermethode ist von den drei in BUWAL 01 vorgestellten Methoden die am meisten aufwandige Ob berhaupt eine Mittelung durchgef hrt werden muss h ngt unabh ngig von Aufwands und Reproduzierbarkeitsaspekten in erster Linie davon ab inwieweit die der Bewertung zugrunde liegende Personenschutznorm eine solche Mittelung gestattet oder die Ermittlung von Maximalwerten vorschreibt In der Tat ist It 26 BImSchV 1m Hochfrequenzbereich eine Mittelung oder eine kleinr umige berschreitung der Grenzwerte wie z B im Nieder frequenzbereich nicht erw hnt Da dieser Punkt Konsequenzen bei der Entwicklung eines geeigneten Messverfahrens hat sollte er zeitnah mit dem Auftraggeber diskutiert werden 3 4 6 Auswertung Die s ch an die Messung anschlie ende Auswertung umfasst m 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 Anlage
352. hung sind die Berechnungen nur in Sektormitte durchgef hrt wo die Immission am st rksten ist Die Parameter des Senders sind in Tabelle 2 2 1 aufgef hrt Parametersatz 1 H hendifferenz Sender Empf nger Ah hs hz Antenne K 735147 clektischer Down mechanischer Downtilt Wellenausbreitungsmodell Tabelle 2 2 1 Beschreibung der Parameter f r Parametersatz 1 Seite 32 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Die aus Bild 2 2 3 abgeleitete prinzipielle Entfernungsabhangigkeit ist in Bild 2 2 4 best tigt Bis zum Auftreffpunkt der Hauptstrahlrichtung auf dem Boden der je nach Antenne Down tilt und H he des Antennenstandortes zwischen etwa 30 m und mehreren Hundert Metern Entfernung von der Basisstation liegen kann schwankt die Immission stark in Abh ngigkeit des lateralen Abstandes Erst danach f llt die Immission gem dem hier angenommenen Freiraumwellenausbreitungsmodell gleichm ig mit der Entfernung ab Interessant ist hier die Tatsache dass bei der hier verwendeten Antenne die ortsbezogenen Immissionen m Bereich der Nebenzipfel der Antenne h her als m Hauptstrahl s nd Diese Feststellung weist bereits darauf hin dass die alleinige Beschreibung der Abstrahlung von Mobilfunkantennen mit dem Hauptstrahlmodell Leuchtturmcharakteristik zur Beurteilung der tatsachlich vorliegenden Situation vor allem in unmittelbarer Nahe der Antenne nicht ausreichend ist Vielmehr sind hier in die Betrachtu
353. ie 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 wurde 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 en 9 A E A Bild 3 6 25 Simulationsergebnis 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 sind Die Grenzen des Farbschemas entsprechen ebenfalls 140 bzw 50 dBuV Bild 3 6 26 Simulationsergebnis f
354. ie die Fachhochschulen Aschaffenburg und Deggendorf Bei der Auswahl der Messpunkt wurde ein fl chenorientierter Ansatz gew hlt Die Messpunkte befinden sich auf einem regelm igen Raster von 2 km x 2 km wobei auch gro e dicht besiedelte Regionen Baden W rttembergs abgedeckt wurden Insgesamt wurden Messungen an 895 Messpunkten in den vier Regionen Heidelberg Mannheim Freiburg Oberschwaben und Gro raum Stuttgart durchgef hrt Bei der Auswertung der Messungen wurde der Anteil der Mobilfunkimmissionen zur Gesamt immission gesondert ausgewiesen und zu den Immissionen anderer HF Quellen in Beziehung gesetzt Zu den vorgenannten Messreihen unterscheidet sich diese Messreihe durch ihren katasterartigen Ansatz d h hier wurden die Messpunkte nicht speziell hinsichtlich hrer N he zu Mobilfunkstationen ausgew hlt Es st eher zuf llig ob ein Messpunkt gerade n unmittel barer N he zu einer Basisstation liegt oder eher weiter von ihr entfernt Allerdings ist gerade im inner st dtischen Bereich die Chance relat v gro auch Standorte in unmittelbarer N he einer Station zu erfassen Wegen des katasterartigen Ansatzes bildet die Messreihe einen sehr guten berblick ber die fl chengemittelte Immission unter besonderer Ber cksichtigung des Mobilfunks Es erfolgte aufgrund der Vielzahl der Messpunkte keine Hochrechnung auf maximale Anla genauslastung allerdings wird diese Unterbewertung teilweise wieder durch die bersch t zung w
355. ie komplexen Verh ltnisse bei mehreren Basisstationen sowie die verschiedenen Aspekte der Wellenausbreitung ein schlie lich der Verh ltnisse innerhalb von Geb uden Innerhalb der analytischen Verfahren haben die strahlenoptischen Verfahren vor allem bez glich des anwendbaren Entfernungsbereiches des Anwendungsbereiches der Bedie nungsfreundlichkeit der Eingabedatendetailliertheit und des Rechenaufwandes Vorteile gegen ber den feldtheoretischen Verfahren Die Vorteile der feldtheoretischen Verfahren gegen ber den strahlenoptischen liegen hingegen n den Bereichen Genauigkeit und Aufl sung Aus diesem vergleich lassen sich global gesehen leichte Vorteile zugunsten der strah lenoptischen Verfahren ableiten wobei zu berpr fen ist inwieweit Hybridverfahren die Vorteile beider analytischen Hauptverfahren kombinieren k nnen Die Eignung eines bestimmten der hier vorgestellten und grunds tzlich bewerteten Verfahren f r die Aufgabenstellung der Berechnung der Immissionssituation im Umfeld von Mobilfunk Bas sstationen wird s ch letztlich aus dem praktischen Vergleich verschiedener Berechnungs programme innerhalb der folgenden Projektschritte ableiten Seite 65 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Bez glich Messverfahren gibt in einigen L ndern Ans tze bez glich der Normierung Diese sind unterschiedlich weit entwickelt Oftmals umfassen die Normen lediglich den gesamten Frequenzb
356. ieben werden kann Es ist hierbei die Frage ob sich Unterschiede in der korrekten Erfassung des maximalen Effektivwertes des elektrischen Feldst rkevektors 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 F r 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
357. ieren 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 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 1
358. ieren k nnen Die Eignung eines bestimmten der hier vorgestellten und grunds tzlich bewerteten Verfahren f r die Aufgabenstellung der Berechnung der Immissionssituation im Umfeld von Mobilfunk Basisstationen wird sich letztlich aus dem praktischen Vergleich verschiedener Berechnungs programme innerhalb der folgenden Projektschritte ableiten Seite 30 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Kriterium Empirische und Analytische Modelle Systematische Fehler gering einfach sehr aufw ndig nein m glich m glich miempirisch e va j strahlenoptisch feldtheoretisch hybrid Grenzwert berpr fung nein m glich m glich Frequenzbereich ok ok ok Entfernungsbereich Nahbereich um BS nicht ok wenige Meter O erfasst Anwendungsbereich alle in Gebauden stadtisch Bedienungsfreundlichkeit sehr aufwandig sehr hoch sehr hoch Erford Eingabedaten Erforderliche Rechenleis tung Speicherbedarf sehr hoch sehr hoch Genauigkeit Auflosung Ber cksichtigung der Montageumgebung m glich Tabelle 2 8 Vergleich der unterschiedlichen Berechnungsverfahren Seite 31 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 3 Messverfahren im Mobilfunkbereich 3 1 Einleitung 3 1 1 Grunds tzliche Einteilung von Messaufgabenstellungen Messaufgabenstellungen zur Beurteilung der Exposition durch Mobilfunk Sendeanlagen lassen s ch prinzipiell n verschiede
359. iert 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 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 St
360. iesen So zeigt Bild 4 1 3 ein Beispiel einer Messung bei der in Abstanden von einer Minute die Immission des BCCH fur den dem Messpunkt zugewandten Sektor bei GSM 900 gemessen wurde Die Messungen wurden innerhalb eines Gebaudes mit direkter Sicht zur Mobilfunkanlage durchgefuhrt die sich in ca 300 m Entfernung befindet Zwischen dem Messort in einem Gewerbegebiet und der Bas sstation befindet sich eine Stra e auf der unregelm ig schwacher Autoverkehr herrscht Bild 4 1 2 zeigt einen Blick vom Messort auf die Basisstation Seite 86 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Bild 4 1 2 Blick vom Messpunkt auf die Basisstation f r die Langzeitmessung in Bild 4 1 3 Die Basissta tion deren BCCH gemessen wurde ist hervorgehoben 90 E gt 88 a a Q S86 eer eT W xe u 84 lt 2 82 LLI 80 11 00 15 00 19 00 23 00 03 00 07 00 11 00 Uhrzeit Bild 4 1 3 Ergebnis der Langzeitmessung f r die Konfiguration nach Bild 4 1 2 Seite 87 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Die Messungen wurden ber ein 24 Stunden Intervall von Samstag auf Sonntag durchgef hrt d h in der n heren Umgebung der Empfangsantenne befanden sich keine Personen die durch Bewegungen o Einfluss auf die Messwerte h tten W hrend der Messungen nderten sich die Witterungsbedingungen es war windig Bewegungen der in Bild
361. iet 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 Messwerte f r 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 h er st erkenn bar dass die Programme die auf Freiraumausbreitung beruhen den gemessenen Immissions wert deutlich bersch tzen 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 s ch n der Hochstra e 57 n Krefeld Die Mobilfunksendeantenne ist an einem Mast auf dem h chsten Geb ude n der n heren Umge bung angebracht Im Unterschied zu den vorher betrachteten Szenarien befindet sich dieses im Innen
362. ihe IMST 1 Das Ergebnis zeigt dass hier nicht pauschal von einer Dominanz der Immissionen durch andere HF Quellen gesprochen werden kann Die Verh ltnisse k nnen von Standort zu Standort wechseln Nach den Erfahrungen der Verfasser dominieren vor allem n Innenst dten sehr h ufig die Mobilfunkimmissionen in unmittelbarer N he einer Basisstation wohingegen es m l ndlichen Bereichen stellenweise auch zu einer Umkehrung dieses Verh ltnisses kommen kann Als Erkl rung daf r wird vermutet dass die Wahrscheinlichkeit in die Nahe eines leistungsstarken Rundfunk oder Fernsehsenders zu gelangen m innerst dtischen Seite 66 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Bereich sehr v el kleiner als m au erst dtischen Bereich ist wohingegen m Innenstadtbe reich die Basisstationsdichte wesentlich gr er ist als au erst dtisch Prinzipiell kommt die Baden W rttemberger Untersuchung BOCH 03 1 bis 03 3 zu ahnli chen Ergebnissen zumindest bez glich der unterschiedlichen Gr enordnung der Immissio nen durch Rundfunk und Fernsehsender m inner und au erst dtischen Bereich Das ist sehr gut in Bild 2 2 32 zu erkennen Die flachengemittelten Immissionen durch Lang Mittel und Kurzwellensender LMK sowie Fernsehsender ist 1m innerstadtischen Bereich kleiner als im au erst dtischen Bereich Allerdings zeigt Bild 2 2 32 auch dass die additive berlagerung der Nicht Mobilfunkimmissionen 1m Mittel sowo
363. ihe IMST 1 Die in der Messreihe IMST I vorgestellten Daten beruhen auf eigenen Messungen Die Messpunkte befanden sich mehrheitlich in direkter N he zu Basisstationen BS Innen und Au enmesspunkte sind enthalten Oftmals wurde innerhalb eines exponiert gelegenen Geb u des diejenige Wohnung bzw derjenige Raum gesucht an dem die Immissionen maximal waren Insofern stellen die Werte keine durchschnittliche Immission dar sondern schon einen worst case Fall Die Messunsicherheit betrug ca 3 dB Sie wurde nicht auf die Messergebnisse aufgeschlagen Messreihe Lage der Messpunkte in direkter Umgebung der BS oftmals speziell Orte mit h chster Immission gew hlt Maximumsuche Ja Schwenkmethode Messunsicherheit MU Extrapolation auf max Anlagenauslastung MU auf Ergebnisse aufgeschlagen Anzahl der Messpunkte Maximaler Wert Schwankungsbreite Mittelwert ohne max min Wert Tabelle 2 1 1 Administrative Daten und statistische Auswertung der Messreihe IMST 1 Seite 15 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung In Bild 2 1 1a sind die Ergebnisse der Messreihe MST I dargestellt Die Intensit t der Immis s on wird als elektrische Leistungsflussdichte S linke Achse bzw elektrische Feldst rke E rechte Achse angegeben Beide Gr en s nd synonym und lassen s ch ber den Freiraum wellenwiderstand ineinander umrechnen Es st zu beachten dass d e y Achse Intensit t der Immis
364. ind entsprechend den Downlink Frequenzen der Basisstations antennen zu wahlen d h sie umfassen vollstandig den Frequenzbereich der laut Frequenz zuweisungstabelle 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 Messun
365. infachten 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 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
366. ingten Unsicher heiten zusammengefasst also z B Messunsicherheiten des Messger tes und von Zulei tungskabeln bzw Antennen e Methodenbedingte Unsicherheit Diese umfasst die Unsicherheit der 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
367. inreichend auf diese Problematik wird spater detailliert eingegangen Bild 3 2 zeigt als Beispiel f r ein breitband ges Messger t das Ger t EMR 300 der Firma Narda Safety Test Solutions mit aufgesteckter E Feldsonde Typ 8 Als Empfangselemente werden im Sondenkopf in der Regel elektrisch kurze Dipole einge setzt wobei die Empfangsspannung am Dipol detektiert und ber eine hochohmige Ableitung der Auswerte bzw Anzeigeeinheit zugef hrt wird Sonden unterscheiden sich 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 Feldst rke in den drei orthogonalen Raumrichtungen und die Ermittlung der resultierenden Feldst rke automatisch vorgenommen wird Dadurch vereinfacht sich der Messaufwand betr chtlich Bild 3 2 Breitbandiges Feldst rkemessger t mit aufgesteckter Messsonde Auf der Gerateanzeige wird jeweils w hlbar als Effektiv oder Spitzenwert die elektrische Feldst rke angezeigt Bei einigen Ger ten kann eine Umschaltung der Anzeige auf die elektri sche Leistungsflussdichte erfolgen Seite 51 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 3 4 3 3 Kalibrierung der Messger te Breitbandmessger te Spektrumanalysatoren Messempf nger Empfangsantennen und Zuleitungskabel m ssen kalibriert sein Die Kalibrierung ist in regelm
368. 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 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 St rfestigkeiten 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 hie
369. inungen sichtbar Soogz1l2 rigas E Mer m 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 und Berechnungsverfahren Die dreidimensionale Darstellungsart spaltet sich w e n den Beispielen zuvor auch n 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 geb
370. ionsverteilung richtung der dominierende Einflussfaktor f r die ortsbezogene Immission ist Orte die in Hauptstrahlrichtung liegen erfahren eine weitaus gr ere Immission als Orte in anderen Abstrahlrichtungen selbst wenn s e vergleichsweise weiter entfernt liegen 2 2 3 Sendeleistung der Mobilfunkanlage Auch die Sendeleistung der Mobilfunkanlage hat einen direkten Einfluss auf d e ortsbezogene Immission Die Untersuchung dieses Einflussfaktors ist u a relevant f r die Fragestellung inwieweit Anwohner einer Basisstation bei einer Aufr stung der Station mit UMTS oder bei einer Mitbenutzung durch einen anderen Netzbetreiber Mehrfachnutzung site sharing automatisch von einer entsprechenden Vervielfachung der Immission ausgehen m ssen Das prinzipielle Verhalten der ortsbezogenen Immission bei Variation der Sendeleistung ist in Bild 2 2 15 gezeigt F r die Sendeleistung werden Werte von 5 W 20 W 50 W und 100 W angenommen Unter Sendeleistung wird hier die in einen Sektor insgesamt abgestrahlte maximale Leistung bei Anlagenvolllast verstanden d h Kanalzahl x Sendeleistung pro Kanal 5 W und 20 W sind g ngige Werte bei vielen Basisstationen 50 W k nnen bei einzelnen Anlagen auftreten die maximal mit Sendekan len best ckt sind dies ist aber schon als nicht allgemeiner Fall anzusehen 100 W sind fur eine einzelne Anlage Sektor sicherlich unrealis tisch unter dem Gesichtspunkt der Mehrfachnutzung jedoch denkbar Auswertung
371. ird die Extrapolation bei Messung mit der Breitbandsonde als nur ungen gend realisierbar beschrieben Gro britannien In Gro britannien ist f r Fragen der Personensicherheit in elektromagnetischen Feldern das National Radiological Protection Board NRPB verantwortlich NRPB hat in der Vergangen heit viele Expositionsmessungen durchgef hrt und mit dem Report Exposure to Radio Waves near Mobile Phone Base Stations NRPB R321 eine Zusammenfassung von Mes sungen in der N he von Mobilfunk Basisstationen ver ffentlicht Messungen die von ver schiedenen anderen Institutionen durchgef hrt werden beziehen sich oftmals auf diesen Report und das darin beschriebene Messverfahren Hierin wird als Messger t wegen der erh hten Empfindlichkeit der Spektrumanalysator pr feriert Im zu untersuchenden Messvolumen erfolgt zwar eine Maximalwertsuche hierzu ist aber keine spezielle Technik angegeben Es wird lediglich beschrieben dass die Messan tenne vorsichtig im Messvolumen bewegt wird wobei der Spektrumanalysator auf Maxhold eingestellt wird Es erfolgt keine Hochrechnung auf maximale Anlagenauslastung sondern durch die zahlreichen worst case Annahmen bei der Messung z B Peak Detektor anstatt von RMS Detektor wird der gemessene Momentanwert als ausreichend konservativ betrachtet Im Dokument wird eine relativ hohe Messunsicherheit angegeben dieses resultiert vorrangig aus der Ber cksichtigung der verfahrensbedingten Messunsicherheiten Kop
372. is T V 03_4 Sicht Entfernung zur Immission Mobilfunk Messpunkt Ort Hohe zur HSA HSA m Innen Au en gesamt W m T E 1 1 RellinghauserStr Von Einem Str Essen 6 3 10 T E 1 2 Richard Wagner Stra e Essen unter der Anlage TOA Or T E 1 4 Richard Wagner Stra e Essen G E 1 EG unter der Anlage 4 5 10 T E 2 1 Bocholder Stra e Essen E TE24 BocholderStra e Essen ja in in in ja ja a ca 50 ja ja ja ca 50 lw ein nein n ichard ia ia T BOT4 1 An Sankt Johannes Bottrop Boden ja ca 150 au en 5 6108 T BOT4 2 An Sankt Johannes Bottrop Boden ja ca 100 au en 5 910 T BOT4 3 An Sankt Johannes Bottrop Boden ja ca 50 au en 3 3108 T BOT4 4 An Sankt Johannes Bottrop EG teilw imen 6410 j 4 e 10 e 10 e 10 j 10 j Ar Er ja 0 50 awen 220 e 10 j nein j 4 j 10 j 10 9 1 4 4 4 Seite A13 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung T DU 6 1 Walther Rathenau Stra e Duisburg 1 2 10 T 2 ji EN ri oO CD 2 o e N N O gt es Q D d O J l i ji pi N an oO 5 5 10 C oO ram Zee ru ER j S Q jas Q c en e amp eb Seite A14 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung T BGL5 8 Gladbacher Stra e Bergisch Gladbach E
373. ischen 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 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 int
374. ischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk festgelegten Maximierungsmoglichkeiten H henscan 360 Drehung sind in der Tat jedoch nur f r Messungen im Freien tauglich und werden der Problematik der Maximalwertsuche in Innenr umen nicht gerecht Insgesamt kann eingesch tzt werden dass die Messanweisungen der RegIP BAPT wesent lich detailliertere Angaben als die Ausf hrungen der DIN VDE 0848 Teil 1 beinhalten Trotzdem sind sie da primar f r eine Untersuchung des gesamten relevanten Hochfrequenz bereiches konzipiert zur Erfassung der Mobilfunkimmissionen nur teilweise geeignet da vor allem die Maximalwertsuche in Innenr umen und die Extrapolation auf maximale Anlagen auslastung nicht spezifiziert sind BGV BGR Mit der BG Vorschrift BGV B11 Unfallverh tungsvorschrift Elektromagnetische Felder BGV bzw den BG Regeln BGR B11 Elektromagnetische Felder BGR bestehen weitere Regeln bez glich des Personenschutzes in elektromagnetischen Feldern hier jedoch primar am Arbeitsplatz 1m Sinne einer Arbeitsschutz und oder Unfallverh tungsvorschrift Wohin gegen in der BGV B11 keine Angaben zu Messverfahren enthalten sind verweist die BGR B11 auf die DIN VDE 0848 Teil 1 Auch hier wird die Messung bei der maximal auftretenden betrieblichen Leistung der Anlage gefordert bzw es ist eine entsprechende Hochrechnung der gemessenen Werte vorzunehmen Die Vorschriften sind sehr stark auf Arbeitsplatze orien tiert
375. 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 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 V
376. it der Sendeleistung verkn pft ist ist das Ver kehrsaufkommen Mehrkanalige Mobilfunkanlagen arbeiten ab Kanal 2 mit einer teilnehmer und verbindungsqualitatsabhangigen Leistungsregelung Mehr Mobiltelefonnutzer die gleichzeitig ber die selbe Basisstation telefonieren erh hen deren Sendeleistung Die sich hieraus ergebenden tageszeit und wochentagsabh ngigen Immissionsschwankungen s nd ausf hrlich in Abschnitt 4 1 2 erl utert Bei den n Abschnitt 2 1 vorgestellten Messreihen wurde der Faktor Verkehrsaufkommen durch die Extrapolation auf maximale Anlagenauslas tung eliminiert Seite 46 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 2 2 4 Downtilt der Sendeantenne Unter dem Downtilt einer Sendeantenne wird eine Abw rtsneigung der Antenne in Richtung Erdboden um wenige Grad verstanden Sinn hierbei ist dass die Sendeenergie nicht horizon tal abgestrahlt werden soll sondern in Richtung Erdboden Ein gr erer Downtilt wird vor allem im innerstadtischen Bereich verwendet wo man aus Kapazit tsgr nden die Funkzellen klein halten und scharf voneinander abgrenzen muss um das Ubersprechen in benachbarte Zellen zu minimieren Der Downtilt kann elektrisch bereits in der Antenne realisiert oder und mechanisch die Antenne wird bei der Installation nach unten gekippt ausgef hrt sein Auch hier werden wieder prinzipielle Berechnungen mit dem Freiraummodell vorgenommen Bild 2 2 19 zeigt die ortsbezogene Immission
377. ittelwert sondern auch alle 9 Einzelwerte angegeben werden Die Mittelung soll vor allem die Messunsicherheit an Messorten die nicht in der Hauptstrahlrichtung einer Sendeantenne bzw innerhalb von Geb uden liegen minimieren Ist hingegen die vorhandene Immission kleiner als die Empfindlichkeitsschwelle der Breitbandsonde hat die Auswahl der Messpunkte nach der vorhandenen Sendertopologie zu erfolgen wobei die Erfahrung des Messpersonals einzubeziehen ist Die Messungen werden mit Spektrumanalysator und Empfangsantenne vorgenommen Seite 39 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Au erdem werden Angaben zur Messunsicherheit get tigt Die Gesamtmessunsicherheit wird in ger tebedingte und messbedingte Messunsicherheiten unterteilt Bei Messungen au erhalb der Hauptstrahlrichtung der Sendeantenne ist auch die Rayleigh Unsicherheit starke rtliche Amplitudenschwankungen zu ber cksichtigen Deswegen kann hier ein Messwert stark vom Mittelwert abweichen Eine Extrapolation der gemessenen Augenblickswerte auf den Zustand bei maximaler Anla genauslastung hat zu erfolgen Sofern keine Angaben vom Netzbetreiber bez glich der tats chlich vorhandenen Kanalzahlen der Anlage vorliegen sind n einer Tabelle typische Kanalzahlen f r unterschiedliche Umgebungsklassen in Abh ngigkeit von der Einwohner zahl vorgegeben d e dann verwendet werden k nnen Aufgrund der fehlenden Frequenzin formation w
378. jekte n der zu berechnenden Umgebung durch Geometrie und elektrische Materialparameter In dieser Umgebung werden alle Ausbreitungspfade zwischen Sender und Empf nger gesucht Auf die Pfade werden schlie lich je nach verwendeter Theorie unterschiedliche mathematische Formeln angewendet um die interessierenden Gr en am Beobachtungspunkt zu berechnen Durch die stetig steigende Rechenleistung der Computer hat sich diese Methode n der Vergangenheit immer weiter verbreitet Die Analyse der Wellenausbreitung mit einem strahlenoptischen Modell unterteilt sich also in die drei wesentlichen Arbeitsschritte e Suche aller relevanten Ausbreitungspfade unter Ber cksichtigung der Bebauung und der Gel ndeh he Strahlensuche e Berechnung des bertragungsverhaltens aller Pfade und e Verwendung der Parameter aller Ausbreitungspfade zur Berechnung der Empfangsleis tung Sowohl die Strahlensuche als auch die Wahl der relevanten bertragungswege welche bei der anschlie enden Berechnung tats chlich ber cksichtigt werden unterscheidet sich von Modell zu Modell betr chtlich Im Gegensatz zu Modellen f r l ndliche Gebiete bei denen in der Regel bereits die Suche innerhalb der vertikalen 2D Schnittebene gen gt sollte insbeson dere f r BS Antennen unterhalb des mittleren Geb udeniveaus n St dten eine 3D Strahlensuche erfolgen Die Beugung an vertikalen Geb udekanten und Mehrfachreflexionen an begrenzenden Hausw nden s nd n mlic
379. kanal BCCH Seite 41 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Au erdem verlangt der Entwurf ein Vorhalten der ermittelten Messunsicherheit zum Mess wert d h der Grenzwert gilt erst dann als eingehalten wenn Messwert inkl Messunsicherheit kleiner als der Grenzwert ist In der Empfehlung wird weiterhin auf das Problem Frequency Hopping sowie auf m gliche Arten von Empfangsantennen eingegangen Die vier Schweizer Mobilfunk Netzbetreiber nahmen in dem Papier Ermittlung der Immissi onen und berpr fung der NISV Grenzwerte bei Mobilfunknetzen SICTA 01 u a Stellung zum Entwurf der Messempfehlung und pr sentierten einen eigenen Vorschlag Relevante nderungsforderungen umfassten in erster Linie die Nutzung von Breitbandsonden die Behandlung der Messunsicherheit und die Ermittlung des Messwertes im Messvolumen Wohingegen der Entwurf BUWAL 01 als Messwert den rtlich h chsten gemessenen Wert vorsah wurde in SICTA 01 eine Mittelung von Messwerten ber ein r umlich ausgedehntes Messraster vorgestellt das den Kopf Torso und Beinbereich eines Menschen nachbildet Die Mittelung wird dadurch begr ndet dass 1 so eine bessere Reproduzierbarkeit der Messungen erreicht werden k nne und 2 einige Personenschutznormen wie z B die IEEE C95 1 IEEE C95 1 die ICNIRP Guidelines ICNIRP 98 sowie die sterreichische NORM S1120 S 1120 die abgeleiteten Grenzwerte als ber den K rper g
380. konfigurationen 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 Antennen 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
381. kreis Elektromagnetische Strahlung des L nderausschusses f r Immissionsschutz wurden Hinweise zur Durchf hrung dieser Verord nung erarbeitet LAI 00 Beide Quellen definieren kein konkretes Messverfahren zur Erfas sung der Immissionen Trotzdem finden sich in 26 BImSchV und LAI 00 einige f r die Messung relevante Anmerkungen So ist die Immission bei h chster Anlagenauslastung und unter Berucksichtigung der Immission anderer ortsfester Sendeanlagen zu bestimmen Die Messungen haben am Einwirkungsort mit der starksten Exposition zu erfolgen Eine raumli che Mittelung der Messwerte ist nicht erw hnt lediglich bei Niederfrequenzanlagen sind kleinr umige berschreitungen gestattet Bez glich einer Messvorschrift wird in beiden Quellen auf die Norm DIN VDE 0848 Teil 1 aktuelle Fassung August 2000 0848 1 verwiesen BEMFV Auch n der Verordnung ber das Nachweisverfahren zur Begrenzung elektromagnetischer Felder BEMFV BEMFV die das Nachweisverfahren zur Gew hrleistung des Personen schutzes f r ortsfeste Sendeanlagen regelt wird bez glich der Messverfahren auf die DIN VDE 0848 Teil 1 verwiesen Es werden die Grenzwerte nach 26 BImSchV bzw der EU Ratsempfehlung 1999 519 EG 99 5 19 EG angesetzt DIN VDE 0848 Teil 1 Die Norm DIN VDE 0848 Teil 1 0848 1 beschreibt Mess und Berechnungsverfahren zur Beurteilung der Sicherheit in elektrischen magnetischen und elektromagnetischen Feldern im Frequenzbereich von 0 Hz bi
382. kte aufgenommen bei denen als Hauptsendeanlage sowohl GSM 900 als auch GSM 1800 Systeme vertreten waren Ber cksichtigt sind nur die Immissionsanteile der Hauptsendeanlagen Aus einer solchen exemplarischen Darstellung kann das anteilsm ige Verh ltnis von GSM 900 und GSM 1800 zur Gesamtimmission an einem Messpunkt beurteilt werden 26 BImSchV GSM 1800 1055 ole _ 26 mSchV GSM 900 Legende i E GSM 900 Bu 1 E GSM 1800 19 4 m D E gesamt o i a a a en ra ee ee E e ia a lille a a a a a a 4 T D D a 0 01 1 94 a 7 0 001 _ 0 61 3 5 3 ae 2 lt 2 5 0 0001 0 19 1E 005 0 06 Messpunkt Bild 2 1 1b Messergebnisse der Messreihe JMST 1 f r diejenigen Messpunkte bei denen als Hauptsende anlage GSM 900 und GSM 1800 vertreten war aufgegliedert nach den Anteilen der Systeme nur Hauptsendeanlage Seite 18 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 2 1 2 Messreihe IMST 2 Auch die in der Messreihe IMST 2 vorgestellten Daten beruhen auf eigenen Messungen Die Messpunkte befanden sich mehrheitlich in direkter N he zu Basisstationen BS Innen und Au enmesspunkte sind in den Messungen enthalten Bei den Messungen wurden die Mess punkte oftmals hinsichtlich einer zu erwartenden vergleichsweise hohen Immission ausge w hlt Allerdings waren auch einige Messpunkte an sogenannten sensiblen Orten vorgege ben
383. ktoren umgerechnet werden Der Antennenfaktor bezeichnet als Wandlungs ma das Verh ltnis zwischen der elektrischen Feldstarke in der sich die Antenne befindet zur anliegenden Hochfrequenzspannung 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 erh ht 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 Feldst rkedarstellung vorliegt und somit ohne aufw ndige 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 Grenzwertaussa
384. lang wurden alle Auswertungen primar auf die Immissionsbeitr ge der Hauptsendeanlage d h der direkt vor Ort befindlichen Sendeanlage bezogen In diesem Abschnitt soll unter sucht werden ob dies bei der Beurteilung der Gesamtimmission durch Mobilfunk an einem in direkter N he der Station befindlichen Messpunkt gerechtfertigt ist bzw wie gro der Anteil benachbarter Sendeanlagen am Messpunkt ist Eine Antwort auf die Frage geben die Bilder 2 1 1 und 2 1 2 Bei diesen Messreihen ist der Ante l der Hauptsendeanlage zur Gesamtimmission durch Mobilfunk getrennt ausgewiesen Es ist ersichtlich dass an einer Vielzahl der Messpunkte die Hauptsendeanlage die Gesamt immission dominiert Hiervon gibt es jedoch auch einige bemerkenswerte Ausnahmen Man beachte hierbei die logar thmische Darstellung d h st der Balken Mobilfunk gesamt nur geringf gig h her als der Balken Hauptsendeanlage kann dies schon eine Dominanz der Immission durch umliegende Stationen bedeuten Solche Ausnahmen bilden z B die Mess punkte BI 2 1 2 3 BI 3 1 3 3 DO1 1 D1 2 W2 1 D6 1 6 3 Bei den Messpunkten D9 war die Hauptsendeanlage zur Zeit der Messungen noch nicht in Betrieb deswegen sind hier nur die Beitr ge umliegender Anlagen eingetragen Ein Quervergleich dieser vom Allgemeintrend abweichenden Messpunkte mit Bild 2 2 27 zeigt dass es sich teilweise um Messpunkte handelt die sich 1m selben Geb ude wie die Hauptsendeanlage befinden und dort vorrangi
385. langen die f r Deutschland ma gebliche 26 BImSchV bzw ihre Durchf hrungshinweise ausdr cklich dass die Messungen am Einwirkungsort mit der gr 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 Spektrumanalys
386. laubt Messpunkte sind die am meistexponierten Orte an denen sich Personen uber langere Zeit aufhalten Der Expositionsgrad wird durch Vormessungen oder theoretische Abschatzungen beurteilt Die Messungen sollen an jeweils einem Punkt in 1 5 m H he durchgef hrt werden Sofern der Messwert ber einer Entscheidungsschwelle Schwelle x dB unter dem Grenzwert in Abh ngigkeit von der Messunsicherheit liegt wird die Messung an zwei umliegenden Punkten wiederholt und das Ergebnis ber die drei Punkte gemittelt Es werden drei Messfalle diskutiert l Ein Kurz berblick ist durchzuf hren sofern die Gesamtimmission durch alle Sendeanla gen das Messziel ist Hierf r sind Breitbandmessger te mit sotropen Sonden einzusetzen 2 Ein variabler Frequenzscan ist durchzuf hren wenn die Immissionspegel nach Frequenz unterschieden werden sollen Hierzu sind Spektrumanalysatoren bzw Messempf nger mit geeigneten Empfangsantennen zu verwenden Das Messger t st m t einem Peak Detektor in der Betriebsart Maxhold zu betreiben Die Antenne muss in horizontaler und vertika ler Polarisation verwendet werden Angaben zu Maximierungsmethoden sind nicht enthal ten 3 Eine detaillierte Untersuchung ist dann durchzuf hren wenn die ersten beiden Methoden nicht anwendbar sind Beispiele f r die Anwendung sind Nahfeldmessungen die Messung Seite 45 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk starker elektrisc
387. lbewertet werden Selbstverstandlich muss der Spektrumanalysator bzw Messempfanger fur den zu untersu chenden Frequenzbereich geeignet sein Fur vorliegende 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 m ssen f r 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 ein
388. len Methoden ist ein gewisser Mindestabstand der Antenne zu W nden Boden Decke und Mobiliar einzuhalten Die Methoden sind weiter oben bereits ausf hrlich vorge stellt worden hier wird lediglich auf Vor und Nachteile der einzelnen Verfahren eingegan gen Schwenkmethode Hierbei ist zu beachten dass sich die Immissionen der einzelnen Basisstationen und der einzelnen Kan le im allgemeinen so uberlagern dass die Frequenzkan le an unterschiedli chen Punkten 1m Rastervolumen ihre Maxima haben Mit der Schwenkmethode erhalt man also gewisserma en ein worst case Spektrum da bei der nachherigen Auswertung alle rtlich Seite 53 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk verschiedenen Maxima der einzelnen Frequenzkan le als an einem Punkt vorhanden betrach tet und aufaddiert werden Die Ortsinformation der einzelnen Maxima geht hiermit verloren In WUSCH 02 wird berichtet dass ein Nachteil des Verfahrens darin best nde die Immis sion bei stark ausgepr gter elliptischer Polarisation zu untersch tzen max 3 dB Das Verfahren ist einfach unkompliziert und schnell durchf hrbar die Messzeit pro Raum bewegt sich 1m Bereich einiger Minuten Drehmethode F r diese Messungen ist zweckm igerweise ein Stativ zu verwenden Die Spektren der einzelnen Polar sationen und H hen k nnen separat abgespeichert werden Hierdurch ist eine Einzelauswertung m glich die u U die bersch tzu
389. lgemeine Normen definieren dar ber hinaus in Extrakapiteln spezielle Bedingungen f r die Anwendung auf Mobilfunk Basisstationen und sind somit bedingt f r vorliegende Seite 46 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Aufgabenstellung geeignet Am interessantesten sind Arbeiten die alleinig die Erfassung von Mobilfunk Immissionen beschreiben Hierbei steht jedoch oft die Zulassung der Anlage d h die Ermittlung der Immission im unmittelbaren Nahbereich Ermittlung bzw Verifizierung des S cherheitsabstandes 1m Vordergrund Bez glich der Erfassung der Immission an bel e bigen Orten geht die Messempfehlung der Schweiz inhaltlich am weitesten Unterschiede n den einzelnen Normen existieren insbesondere n den Bereichen Messger te Ermittlung des Messortes Messdurchf hrung Maximierung der Empfangspegels Auswer tung Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung Mittelwertbildung und Messunsicher heit Wohingegen 1m vorliegenden Kapitel vorrangig eine Normen bersicht verschiedener Lander mit den Kernaussagen der Normen im Vordergrund stand soll m n chsten Kapitel eine ausf hrliche Erkl rung bzw Zusammenfassung der einzelnen Aspekte der Messverfahren vorgenommen werden 3 4 Beschreibung der vorhandenen Messverfahren 3 4 1 Grunds tzliche Messverfahren Bei der Messung hochfrequenter Immissionen wird grunds tzlich zwischen breitbandigen und frequenzselektiven Messverfahren unter
390. lichen Bewertungen er ffnen und der Idee eine Normierung der Messvorschriften zuwider laufen Es wird erwartet dass die internationalen Forschungen auf diesem Gebiet noch eine 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 Maxi
391. liegenden 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 Leistungsflussdichte 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 oe 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
392. litat zwischen Handy und Bas sstation intelligente Leistungsrege lung Dies f hrt zu einer gro skaligen Schwankung m Tagesverlauf d h n Zeiten niedriger Auslastung nachts ist die Immission vergleichsweise niedrig und auf die Immission der BCCH Kan le beschr nkt wohingegen vor allem am Nachmittag Auslastungsspitzen auftre ten Auch m Wochenverlauf s nd gro skalige Schwankungen zu beobachten am Samstag und Sonntag und Feiertagen sind die nachmitt glichen Spitzenwerte kleiner als an Ar beitstagen ber dieser gro skaligen Schwankung liegt aber noch eine kleinskalige Variation die durch die augenblickliche Netzauslastung die verbindungsqualit tsabh ngige Leistungsregelung und durch DTX bestimmt wird Dies f hrt dazu dass vor allem in der N he von mehrkanaligen Anlagen eine Augenblicks messung die worst case Immissionssituation bei maximal m glicher Anlagenauslastung nur unzureichend beschreibt bzw unterbewertet Als Konsequenz hierf r sind w hrend der Seite 7 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Messung und in der Auswertung Techniken einzusetzen die es erm glichen die gemessenen Augenblickswerte auf die maximal m gliche Anlagenauslastung zu extrapolieren Dies ist bei GSM unter Verwendung von frequenzselektiven Messgeraten und mit der Mitarbeit der Netzbetreiber m glich bei UMTS existieren erste vielversprechende Ans tze Bei einkanaligen Anlagen hingegen ist die Im
393. lnen 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 Expositionssituationen 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
394. lorte pro Szenario festge legt werden und an diesen Orten eine m glichst feine punktweise kleinskalige im Zentime terbereich Abtastung der Feldst rken vorgenommen werden Es entsteht eine F lle von Datenmaterial das dann auf die Sinnhaftigkeit von verschiedenen m glichst einfachen dabei aber doch den menschlichen K rper nachbildenden Mittelungsgeometrien zu berpr fen ist Nach dem oben Gesagten steht aber zu vermuten dass eine einfache und f r alle Szenarien einheitliche Geometrie schwer zu finden sein wird da die Feldverh ltnisse in realen Umge bungen 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 Ganz unabh ngig von praktischen Erwagun gen Aufwand einer Messung und der Fragestellung ob solch eine Volumenmittelung uberhaupt durch die jeweilige nationale Personenschutznorm gedeckt wird muss deswegen an dieser Stelle kritisch berpr ft werden ob die Maximalwertermittlung nicht ohnehin der einfachere und sichere Weg einer mess und berechnungstechnischen Expositionsermittlung ist 3 3 Zusammenfassung Auch innerhalb eines raumlich eng begrenzten Volumens dessen Immission und die beein flussenden Faktoren prinzipiell im vorangegangenen Kapitel untersucht wurden existieren in der Regel Immissionsverteilungen die kleinskalig schwanken Dieser als Fast
395. m 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 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 analo
396. malwertermittlung der sinnvollste Weg zur mess und berechnungstechni schen Expositionsermittlung ist 2 5 6 8 Fazit Mit der Schwenkmethode der Drehmethode und der Punktrastermethode 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
397. messger 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 weiter 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
398. mission allein durch den nach Erfahrung der Verfasser sehr konstanten BCCH bestimmt Ausnahmen bilden lediglich Anlagenver nderun gen durch die Netzbetreiber 1m Rahmen von Netzoptimierungen diese k nnen aber m Rahmen der Messung vom Betreiber erfragt und entsprechend ber cksichtigt werden Anlagenseitig k nnen auch zuk nftig eingesetzte dynamische Ver nderungen des Downtilt winkels sowie der Einsatz von adapt ven Antennen zu einer zeitlich stark wechselnden Immissionssituation f hren Es existieren zur Zeit noch keine Erfassungsmethoden die die dadurch verursachten Immissionsschwankungen geeignet ber cksichtigen Hierzu ist in den n chsten Jahren Forschungsbedarf absehbar Ausbreitungswegbezogene zeitliche Immissionsschwankungen werden von s ch ver ndernden Eigenschaften des Ausbreitungsweges verursacht Hier sind vor allem dann gro e Schwan kungen zu erwarten wenn die Energie von der Basisstation zum Immissionsort nicht nur ber einen dominierenden Pfad sondern ber mehrere gleichberechtigte Ausbreitungspfade gelangt Ver ndern sich Reflexions oder Transmissionsstellen zeitlich sich bewegende Personen oder Gegenst nde auch Witterungseinfl sse w e windbewegte B ume oder Wech sel der Reflexionseigenschaften einer Stra e bei Regen dann ver ndern sich die Intensit ten und Phasenlagen der einzelnen Teilwellen Es handelt sich hierbei prinzipiell um eine zeitli che Ver nderung des schon be den kleinskaligen rtlichen
399. mutung dass sich vor allem bei ung nstigen Mehrwegeaus breitungsverhaltnissen Unterschiede bei beiden Antennentypen ergeben wird durch die Messungen best tigt Wohingegen n 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 s nd 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 logar thmisch periodischen Antennen zum Teil fur diesen Effekt verantwortlich Es f llt aber auf dass z B die Ergebnisse der Punktras termethode obwohl alle mit bikonischen Antennen durchgef hrt tendenziell auch wertem Big unter den Ergebnissen der Schwenkmethode liegen Dies l sst 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
400. n R Hewitt und F S Immirzi Double Knife Edge Diffrac tion in Field Strength Predictions Proc IEE Monograph 507E S 419 429 1962 NISV Verordnung ber den Schutz vor nichtionisierender Strahlung Schweizerischer Bundesrat 23 Dezember 1999 Mann Cooper Allen Blackwell und Lowe Exposure to Radio Waves near Mobile Phone Base Stations NRPB Report 321 2000 Y Okumura Field Strength and its Variability in VHF and UHF Land Mobile Services Rev Electrical Comm Lab vol 16 S 825 873 1968 G Ortgies Applicability of Semi empirical Propagation Models for Path Loss Prediction in Urban Microcells COST 259 TD 99 007 1999 prEN 50383 Basic Standard for the Calculation and Measurement of Electromagnetic Field Strength and SAR Related to Human Exposure from Radio Base Stations and Fixed Terminal Stations for Wireless Telecom munication Systems 110 MHz 40 GHz Final Draft CENELEC Br ssel November 2001 prEN 50xxx Basic Standard on Measurement and Calculation Proce dures for Human Exposure to Electric Magnetic and Electromagnetic Fields 0 Hz 300 GHz Normentwurf CENELEC TC 106X WG3 April 2002 Seite 72 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk prEN XYY prEN YYY RAP 96 RIZ 97 RUD 86 RUS 93 RWL 97 S 1120 SCH 01 SEI 91 SHA 89 SHA 93 prEN XYY PR 15350 Product Standard to Demonstrate the Compli an
401. n durch welche die Gel nde oder Geb ude h hen in die Berechnung einbezogen werden und empirischer Methoden die anhand um fangreicher Messungen gewonnen wurden ergeben sich semi empirische Verfahren Der fundamentale Ausbreitungsmechanismus ist die reine Freiraumausbreitung d h eine absolut ungest rte bertragung zwischen einer isotropen Sende und einer isotropen Emp fangsantenne Die Empfangsfeldst rke nimmt hier sowohl mit dem Abstand als auch mit der Frequenz quadratisch ab Da eine reine Freiraumausbreitung in der Realit t nicht auftritt wurde ein sehr einfaches Ausbreitungsmodell die sog Zweistrahltheorie entwickelt F r Sende und Empfangsantenne ber einer deal ebenen Grenzfl che berlagern s ch die Anteile einer direkten und einer bodenreflektierten Teilwelle Die Einhullende der Funkfeldd mpfung zeigt hier f r gen gend kleine Abst nde eine quadra tische Entfernungsabhangigkeit und ebenso eine quadratische Frequenzabh ngigkeit Fur sehr gro e Entfernungen n mmt die Funkfeldd mpfung hingegen proportional zur vierten Potenz zu ist aber unabh ngig von der Frequenz Der Breakpunkt ist die Entfernung bei der das Interferenzmuster welches sich im Nahbereich bei der Zweistrahltheorie ausbildet endet 2 3 1 1 1 ITU R Modell Das Bas smodell eines von der ITU R International Telecommunications Union Radio Communications Sector f r die Prognose der Wellenausbreitung in Rundfunknetzen vorge schlagenen B
402. n 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 properties Read only Short desenptior erse Neradtan ss 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 aan 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 Cas
403. n Schwankungen der Phasen mit der Folge dass Feldst rkeunterschiede zwischen S mula tion und den tats chlichen Verh ltnissen entstehen Vernachl ssigt man die variierenden Phasen und addiert lediglich die Leistungen der einzelnen Mehrwegesignale inkoh rente berlagerung welche n herungsweise als konstant angesehen werden k nnen ergibt sich als Ergebnis eines strahlenoptischen Ausbreitungsmodells sinnvollerweise eine Prognose f r die ber eine gewisse Zeit und oder einen gewissen Raumbereich gemittelte Feldst rke Lokal sowohl zeitlich als auch r umlich kann die Feldst rke gr er oder auch kleiner als dieser Mittelwert sein Die erzielten Ergebnisse sind jedoch f r die meisten praktischen Anwendun gen n der Funknetzplanung ausreichend Die Rechenzeiten werden vornehmlich durch die Strahlsuche bestimmt und k nnen bei Ber cksichtigung von Interaktionen h herer Ordnung schnell sehr hoch werden Ein weiteres Problem stellt die Einbeziehung kleiner Objekte Autos Laternenpfosten oder der Vegetation dar Beide haben einen starken Einfluss auf die lokale Feldst rke bzw dominieren sie SPE 95 DEJ 01 WAG 94 RWL 97 JAK 95 Sollen diese Einfl sse aus Genauigkeitsanspr chen ber cksichtigt werden m ssen entsprechende Eingangsdaten zur Verf gung stehen wobei der Rechenaufwand durch die steigende Anzahl von Interaktionen steigt Ein kommerzielles Produkt aus diesem Bereich und speziell zur Immissionsberechnung entwick
404. n ca 0 4 m zu erkennen da das Fenster erst ab 0 5 m H he beginnt Eine messtechnische Verifizierung der hier gezeigten der kleinskaligen Schwankungen vor allem in der horizontalen L ngsrichtung ist in der Realit t nur mit Miniatursonden m glich F r Emissionsmessungen blicherweise verwendete r umlich ausgedehnte logar thmisch periodische oder bikonische Antennen mitteln die Felder ber einen gr eren Raumbereich so dass extreme Schwankungen dadurch weniger sichtbar werden Seite 76 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Geometrie Horizontal quer Horizontal laengs Normierte elektrische Feldstarke dB vertikal 0 5 1 Bild 3 1 8 Fadingverteilung auf drei senkrechten Achsen Parametersatz 2 Szenario Innenraum ohne direkter Sicht zur Antenne zwei dominante Reflexionswege Bild 3 1 8 zeigt die Immissionsverteilung f r den Innenraum ohne freie Sicht zum Sender Die Sendeenergie kommt durch zwei au erhalb des Zimmers befindliche asymmetrisch bez glich der Seitenw nde angeordnete Reflexionsstellen durch das Fenster in das Zimmer etwa 45 und 31 bez glich der Normalrichtung vgl Bild 3 1 6 rechts Es ergibt sich ein im Vergleich zum Bild 3 1 7 deutlich ver ndertes Interferenzbild Aufgrund der Tatsache dass nun die einfallenden Wellen nicht mehr parallel zu den Seidenw nden des Innenraums sind sondern unter einem streifenden Winkel einfallen sind
405. n dabei unterschiedli che Gangunterschiede der Teilwellen auf so dass die berlagerung konstruktiv oder destruk tiv sein kann Der Wechsel zwischen konstruktiver und destruktiver Interferenz kann abh n gig von den Pfadunterschieden 1m Zentimeterbereich stattfinden Die Beurteilung des Fast Fadings bez glich Schwankungsbreiten und typischen Verteilungen ist aus folgenden Gr nden wichtig Zum einen gibt sie Aufschluss ber die Notwendigkeit eine Maximalfindungstechnik bei der Messung anzuwenden sofern nach Grenzwertphiloso phie die Suche nach Extremalwerten gefordert ist Schwankt die Immission kleinskalig sehr stark sind Immissionsmessungen an einem festen Punkt z B auf einem Stativ nicht aussa gekr ftig Zum anderen st eine Kenntnis von typischen Fast Fading Feldverteilungen not wendig um Hinweise ber die f r die Erfassung von mittleren Immissionen geeigneten Mittelungsgeometrien zu erlangen sofern keine Maximalwertsuche nach geltenden Normen durchgef hrt werden soll Diese beiden Problematiken sollen m folgenden behandelt werden 3 1 Typische kleinskalige Feldverteilungen Gerade innerhalb von Innenr umen kann die Immission rtlich kleinskalig stark schwanken Um einen Eindruck von der Gr enordnung dieser kleinskaligen Variationen der Immissio nen zu bekommen wurden detaillierte Messungen in einem Innenraum durchgef hrt Hierbei ist zu beachten dass die Person des Messenden an sich auch wesentlich zu Verze
406. n 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 sind einerseits in der anderen Behandlung der Antennenabstrahlcharakteristik der Mobilfunkantenne bei EMF Visual begr ndet andererseits wird die 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 in 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 di
407. n die vorliegende Immis sionssituation aber deutlich bersch tzt da in der Regel nicht ausgeschlossen werden kann dass einzelne TCH akt v waren sowie andere HF Quellen zum gemessenen Wert einen relevanten Beitrag liefern SICTA 01 3 4 7 Dokumentation Zur Dokumentation der Messungen ist ein Messbericht anzufertigen F r dessen Inhalt und die Form werden in den recherchierten Arbeiten unterschiedliche Anforderungen gestellt Oftmals sind Formbl tter auszuf llen die sich eng an das im entsprechenden Land geltende administrative Verfahren der Standortbescheinigung anlehnen z B BUWAL 02 CTE 23 2002 ANFR DR 15 Dessen ungeachtet sollte der Messbericht aber 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 der Messung die Rohergebnisse und die Auswertung der Messdaten nachvollziehbar s nd Es sollten wenigstens folgende Angaben enthalten sein e Administrative Angaben e Gegenstand der Messung e Daten der untersuchten Mobilfunk Sendeanlage e Auswahl der Messpunkte e Verwendete Messger te e Messverfahren e Messergebnisse Seite 60 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk e Grenzwerte und Vergleich und e Messunsicherheit Vor allem bez glich der Behandlung der Messunsicherh
408. n durch nationale Gesetzgeber gefordert sein oder werden zur Schaffung einer Basis f r die Risikokommunikation ben tigt Grundlage f r 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
409. n mit gro en Fehlern behaftet Es ist nur sehr eingeschr nkt m glich an einem Messpunkt der freie Sicht Fenster zur Sendeanlage hat die Immission zu ermitteln und mit derjenigen zu vergleichen die 2 m weiter seitlich vorliegt wo eine Raumwand die Sicht zum Sender behindert und aus dem Unterschied die D mpfung der Raumwand zu bestimmen Ursache ist hierbei der stark unregelm ige Feldverlauf siehe unten so dass man beim ermittelten Immissionsunterschied zwischen Fenster Wand nicht sagen kann ob tats chlich die Wand daf r verantwortlich war oder man bei der Messung an der Wand gerade ein Minimum der schwankenden Immissionskurve gefunden hat Solche D mpfungsbestimmun gen sind deswegen besser unter Laborbedingungen z B in einer Absorberkammer oder in einem Wellenleitersystem zu bestimmen wo Fehler durch umliegende Reflexionen begrenzt werden k nnen Eine sehr umfangreiche und praxisrelevante Abhandlung zu solchen Messungen unter Labor bedingungen und den dabei erzielten Ergebnissen enth lt z B PAU 00 PAU 03 oder LFU 03 Auch in BOR 98 gibt es diesbez gliche Aussagen hier sind aus messtechnisch ermittel ten Materialparametern D mpfungsberechnungen durchgef hrt worden Schlie lich gibt es unter dem Vorbehalt des oben Gesagten einige Erfahrungswerte der zahlreich durchgef hrten Messungen So d mpft normales Fensterglas bei senkrechtem Einfall der Mobilfunkstrahlung Anlage direkt sichtbar nicht nennenswert beschicht
410. n unterschiedlicher Messstellen an ein und demselben Pr fling in diesem Fall eine Basis station zu beteiligen Bei der Auswertung ist bez glich des Vergleichs 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
411. nalzahl h ufig niedriger als die Immissionen durch die GSM 900 Netze Eine Erkl rung daf r l sst sich nicht durch das Freiraumwellenausbreitungsmodell beschreiben da hier die Gr e der Immission Leistungs flussdichte oder Feldst rke nur durch die Sendeleistung den Antennengewinn und den Abstand bestimmt wird Bei gr eren Abst nden von der Antenne sehr gro gegen ber der H he des Sender bzw Empfangsstandortes und starken Reflexionen z B durch die Boden reflexion ist jedoch das Freiraummodell nicht mehr g ltig Hier ist zum einen eine andere Entfernungsabh ngigkeit vorhanden Leistungsflussdichte proportional zu 1 d au erdem ist die Immission frequenzabhangig PAR 92 Bei h heren Frequenzen werden die Funkwellen st rker ged mpft und die Immission wird dementsprechend kleiner Die Abh ngigkeit der Seite 45 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Leistungsflussdichte proportional zu 1 d kommt durch berlagerung von direktem und am Boden reflektiertem und um 180 phasengedrehten Strahl zustande Mit wachsendem Abstand von der Sendeantenne werden die Laufzeitunterschiede zwischen beiden Strahlen immer kleiner so dass die Intensit tsabnahme bei der berlagerung beider Strahlen wesent lich schneller erfolgt als die 1 d Abnahme nur eines Strahles im Freiraum ohne Bodenrefle xion Dieser prinzipielle Verlauf ist auch gut in Bild 2 2 6 rechts zu beobachten
412. nauslastung 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 3 4 6 1 Umrechnung der Messwerte auf Leistungsflussdichten bzw Feldst rken Die Grenzwerte sind blicherweise als elektrische E bzw magnetische Feldstarke H oder elektrische Leistungsflussdichte S m Fernfeld definiert Im Fernfeld beinhalten E H und S dieselbe Information und lassen sich ineinander umrechnen Insofern kann be Breitband messger 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 or gin r gemessenen Spannungs oder Leistungspegel unter Ber cksichtigung von Antennenfaktor bzw gewinn der Empfangsantenne n eine Feldst rke oder Leistungsfluss dichte umgerechnet wobei die Kabeld mpfung des Zuleitungskabels mit ber cksichtigt 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 n das Ger t eingegeben werden so dass die Ger teanzeige auch hier direkt die elektrische Feldst rke ausgibt Seite 57 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 3 4 6 2 Ext
413. nd 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 Einschr 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 Breitband
414. nd 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 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
415. nd nicht eine prim re Auswahl von maximal exponierten Orten dar Die Messpunkte befanden s ch sowohl innerhalb von Wohnungen als auch m Freien Die Messunsicherheit wurde nicht auf die Messergebnisse aufgeschlagen Die Messdaten sind unter T V 03_1 bis T V 03_4 dokumentiert Messreihe T V Lage der Messpunkte repr sentative Orte in direkter Umgebung der BS typische Szenarien Maximumsuche Ja Schwenkmethode Extrapolation auf max Anlagenauslastung ja Anzahl der Messpunkte 113 Schwankungsbreite Mittelwert ohne max min Wert Tabelle 2 1 5 Administrative Daten und statistische Auswertung der Messreihe T V Seite 24 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 10 0 1 0 01 0 001 Leistungsflussdichte W m 2 0 0001 1E 005 10 0 1 0 01 0 001 Leistungsflussdichte W m 2 0 0001 1E 005 Bild 2 1 5 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 Schweizer AGW GSM 1800 ENT Schweizer AGW GSM 00 rT Pa E p uote Ag TENTEN NF ENN ENN tr Ne Gs NY Nr NTN Ny engte Ko ENS NS V Te eK KN NN Nyoyo TT NNW HH OOO or mr IN AN NM MMM OE TE TH HN NHMNW NW SON N NN KN wni wi WSSSSEEr Er mmmm 552 SY Yves YY YS 22220 00 022221 242355555 55 Heere FE FYwWwWWOdO 00 909000000 Q FEFFE FE A GQO00m Om MOOOOOO OO 00 Wu wuwu Wu lt lt lt x mm mm Erte ot Fr a Aa Damm mmm ma mm A J Je Lie he Be Fe Wr hr FF Frcrrrrr rFFrrrere iat
416. nd 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 Modellierung 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 Ausbreitungse
417. nden f r jedes Expositionsszenario eine separate Mittelungsgeometrie die besten Ergebnisse erbringen wird was eine subjektive Komponente in die Messungen bringt und der Normierungsidee zuwider l uft Unabh ngig davon dass sich diesbez gliche Untersuchungen noch im An fangsstad um befinden und der Fragestellung ob solch eine Volumenmittelung berhaupt durch die jeweilige nationale Personenschutznorm gedeckt wird muss deswegen an dieser Stelle kritisch berpr ft werden ob die Maximalwertermittlung nicht ohnehin der einfachere und sichere Weg einer mess und berechnungstechnischen Expositionsermittlung ist Die Mobilfunkimmissionen an einem festen Messpunkt unterliegen neben den rtlichen Schwankungen auch gro skaligen und kleinskaligen zeitlichen Schwankungen Die Ursachen hierf r k nnen in anlagenbezogene und ausbreitungswegbezogene Ursachen untergliedert werden Anlagenbezogene zeitliche Immissionsschwankungen treten vorrangig bei Anlagen mit mehreren Sendekan len pro Sektor auf Ursache hierf r st die Leistungsregelung d e daf r sorgt dass ab dem zweiten Kanal e nur dann gesendet wird wenn Gespr che zu bertragen s nd 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 Verbindungsqua
418. ne Klassen einteilen COS 00 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 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 festgelegten 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 grundbelastung 4 Messungen f r wissenschaftliche Zwecke Der wissenschaftliche Hintergrund solcher Messungen kann die allgemeine Risikobewertung das zeitliche Monitoring d
419. nen KOI 97 und anschlie end ein strahlenoptisches Modell anwenden um die sro en Strecken bis zum Beobachtungsgebiet zu berbr cken um schlie lich wieder mittels FDTD die kleinr umige Struktur im Beobachtungsgebiet wenige Wellenl ngen zu berechnen BCP 00 Die entstehenden Gleichungssysteme werden mittels geeigneter Konti nuitatsbedingungen an den gemeinsamen Bereichsgrenzen verbunden In BAS 02 AHS Ol werden 3 Methoden FEM BEM UTD kombiniert um beliebig ge formte inhomogene und elektrisch gro e Szenarien zu berechnen Diese Methode wurde vorgeschlagen um die Feldst rken in der N he von Basisstationsantennen bis zu etwa 10 m unter Ber cksichtigung der tats chlichen Installationsumgebung zu bestimmen Diese Verfahren sind zur Zeit noch nicht sehr fortgeschritten und es liegen keine Angaben zum ben tigten Rechenaufwand vor Dar ber hinaus gilt wie f r jedes analytische Modell auch hier dass d e Qualit t des Berechnungsergebnisses stark von der Verf gbarkeit und Qualit t der ben tigten detaillierten Umgebungsdaten abh ngt 2 3 3 Out to indoor Modelle In der N he von Basisstationen sind vielfach auch die innerhalb von Geb uden auftretenden Feldst rken von Interesse Sofern exakte Daten zur Innenraumarchitektur der Geb ude sowie zu den Materialparametern von W nden und Decken verf gbar sind lassen sich hierf r im Prinzip ebenfalls strahlenoptische Verfahren verwenden ALE 82 AMC 89 CMN 85 LLL 94 SEI 9
420. ner Objekte auf die Wellenausbreitung auf der gleichen theoretischen Basis der Strahlenoptik beschrieben werden und ist wohl etabliert Die geometrische Optik Geometrical Optics GO MCN 90 ist ein approximatives Verfah ren zur Berechnung von einfallenden reflektierten und gebrochenen Feldern Beugungseffek te an Kanten und Ecken werden nicht ber cksichtigt Diese werden durch d e geometrische Beugungstheorie GTD KEL 62 oder die verallgemeinerte geometrische Beugungstheorie UTD KOU 74 hinzugef gt Die durch Mehrfachbeugung im Strahlweg aufeinander folgende Objekte typisch in st dtischer Umgebung verursachten Effekte lassen sich durch rekursive Anwendung der GTD UTD beschreiben Allerdings n mmt die Anzahl der zu ber cksichtigenden Strahlen exponentiell mit der Anzahl der Beugungsprozesse zu Am Beobachtungspunkt ergibt sich die Feldstarke durch die koh rente Summation aller durch diejenigen Strahlen repr sentierter Felder welche den Beobachtungspunkt erreichen Deshalb eignet sich das Modell sehr gut zur Untersuchung von Gesamtimmissionen durch mehrere Basisstationen Allerdings m sste f r die genaue Bestimmung der Feldst rke angenommen werden k nnen dass das Verhalten aller Ausbreitungspfade insbesondere der Phasen aller Teilwellen exakt bekannt sind Bereits Ungenauigkeiten der Datenbanken in der Gr enordnung einer Wellen l nge sowie die zeitlichen nderungen in der Ausbreitungsumgebung verursachen erhebli che
421. ner Antenne mit niedrigen Nebenzipfeln die Immission deutlich gesenkt werden nur bei der Antenne K 735 147 liegt die Immission im Bereich der Neben zipfel ber der Immission in Hauptstrahlrichtung Ab Erreichen der Hauptstrahlrichtung verlaufen die Kurven gleich und sind nur noch vom Gewinn der Antenne abhangig Durch die Antenne verandern sich die in den vorhergehenden Abschnitten festgestellten Trends nicht Eine messtechnische Uberpriifung dieses theoretisch abgeleiteten Einflusses ist in der Praxis aus den bereits im vorigen Abschnitt genannten Gr nden schwierig Eine indirekte messtech nische Untersuchung des Einflussfaktors Antennentyp findet weiter unten im Rahmen der Unterscheidung bez glich morphographischer Parameter Lage der Messpunkte in stadti schem oder landlichem Gebiet statt da fur unterschiedliche Landnutzungsklassen unter schiedliche Antennen verwendet werden Hier kann jedoch bereits festgestellt werden dass es wenig sinnvoll ist aus Sicht der Immissionsminimierung ein besonders sch tzenswertes Objekt z B einen Kindergarten grunds tzlich in solchen Abst nden von der Sendeantenne zu positionieren wo sich bei einem Antennentyp eine besonders niedrige Immission einstellt Es ist dann m gl ch dass bei Verwendung eines anderen Antennentyps und Downtilts bei diesem Abstand gerade ein Immissionsmaximum vorliegt Seite 49 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Bild 2 2 20 26 BImSc
422. ner Hohe Extrapolation auf max Anlagenauslastung MU auf Ergebnisse aufgeschlagen ursprunglich ja hier wieder herausgerechnet Anzahl der Messpunkte Maximaler Wert ca 5 5 vom Feldstarkegrenzwert ent spricht nach MU Abzug ca 0 01 W m Minimaler Wert keine Angabe keine Angabe 0 35 vom Feldstarkegrenzwert entspricht nach MU Abzug ca 0 00004 W m Tabelle 2 1 6 Administrative Daten und statistische Auswertung der Messreihe Baden W rttemberg 6 00 oO A f N S 1 00 Grenzwertaussch pfung Prozent vom Grenzwert oo f 0 00 2000 2050 2100 2150 2200 2250 2300 2350 2400 2450 2500 2550 Messpunkt Nr Bild 2 1 6 Messreihe Baden W rttemberg Summenimmission durch Mobilfunk an allen Messpunkten im Untersuchungsgebiet Stuttgart bezogen auf Feldstarkegrenzwert aus BOCH 03 3 Seite 27 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 2 1 7 Auswertung der Messreihen F r die messtechnische Erfassung von Immissionen in direkter Umgebung von Mobilfunk sendeanlagen existieren mittlerweile einige Messreihen Bei den hier durchgef hrten Unter suchungen wurden daraus solche Messreihen ausgew hlt die mit einer vergleichbaren und nach Meinung der Verfasser qualitativ hochwertigen Messtechnik durchgef hrt wurden Das betrifft sowohl die Art des eingesetzten Messequipments als auch die Technik der Extrem werterfassung und der Extrapolation auf maximale Anlagenausl
423. ner separaten Sendeantenne in einer k nstlichen reflexionsarmen Umge bung Absorberkammer Demgegenuber definiert die Vornorm prEN YYY Basic standard for the calculation and measurement of electromagnetic fields related to human exposure from radio base stations and fixed terminal stations for wireless telecommunication systems 110 MHz 40 GHz when put into service prEN YYY Mess und Berechnungsverfahren bei der Inbetrieb Seite 44 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk nahme der Anlage Hierbei wird insbesondere gepr ft ob die bei der prEN 50383 unter Laborbedingungen ermittelte Sicherheitszone aufgrund von besonderen Gegebenheiten vor Ort z B reflektierende Objekte in unmittelbarer Nahe der Sendeanlage Immissionsbeitrage anderer Sendeanlagen erweitert werden muss Die Intention der vorgeschlagenen Messver fahren ist also prim r die berpr fung der Immissionen auf Grenzwert berschreitung in unmittelbarer N he der Anlage Dementsprechend sind auch die Dynamikanforderungen an die Messger te 0 5 V m 200 V m nicht f r einen Einsatz an weiter entfernten beliebigen Orten gefasst F r den Fall dass die Immissionen haupts chlich von einer Quelle stammen sind isotrope Breitbandsonden gestattet In diesem Fall muss mit einem frequenzselektiven Ger t berpr ft werden ob Immissionen anderer Anlagen mindestens 30 dB unter der Immis sion der Hauptsendeanlage liegen Bei Messungen
424. nes Messverfahren F r die Durchf hrung von frequenzselektiven Messungen wird ben tigt e ein Spektrumanalysator bzw Messempf nger e eine auf den 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 feh
425. 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 shot 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
426. ng auch die Nebenabstrahlungen der Antenne einzubeziehen die obschon amplitudenm ig schw cher als der Hauptstrahl wegen kleineren Abst nden zum Immissionsort hnlich gro e oder sogar gr ere Immissionen verursachen k nnen als der Hauptstrahl Die Verteilung der Immission w rd auch durch andere Effekte w e z B Reflexionen an nebenstehenden Geb uden oder D mpfung bzw Beugungen an Hindernissen m Ausbrei tungsweg grundlegend beeinflusst Dennoch ist der stark schwankende Charakter der ortsbe zogenen Immission in unmittelbarer N he der Bas sstation immer in irgendeiner Weise wiederzufinden Im folgenden wird untersucht ob sich diese theoretischen Uberlegungen messtechnisch reproduzieren lassen So zeigt Bild 2 2 5 eine Messung im Umfeld einer freistehenden auf einem etwa 36 m hohen Mast installierten Mobilfunkanlage Der rote Pfeil kennzeichnet die Richtung in der sich der Betrachter von der Basisstation entfernt Die Messungen wurden in Schritten von 10 m durchgefthrt Nullpunkt war der Mast 0 01 1 94 0 001 0 61 0 0001 0 19 Leistungsflussdichte W m2 w A ex1e spja4 e4yosi4749 9 1E 005 0 06 20 100 300 Abstand d m Bild 2 2 5 Ergebnisse der Messung an einem freistehenden Mast Die Messungen wurden mit einem frequenzselektiven Spektrumanalysator vorgenommen es wurde nur die Immission derjenigen Sektorantenne aufgenommen die f r den zu untersu chenden Weg interessant war Au erdem wurde
427. ng der Immissionssi tuat on bei der Schwenkmethode minimiert Vorteil dieses Verfahren st die potenzielle Automatisierbarkeit unter Verwendung eines Antennenpositionierers Nachteilig in der Praxis ist jedoch dass in der Regel ein solch geringes Messvolumen bzw die Abtastung einer Oberfl che nicht zum Auffinden des Immissionsmaximums in einem Innenraum ausreicht Der Vorgang ist vielmehr an mehreren Positionen im Raum zu wiederholen Die Einhaltung von Mindestabst nden 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 keine Zeitvorteile blicherweise ist mit einer gewis sen Erfahrung des Messpersonals das manuelle Auffinden des maximalen Immissionsortes mit der Schwenkmethode schneller und unkomplizierter Punktrastermethode Diese Methode setzt Antennen mit dipolartiger Strahlungscharakteristik voraus An jedem Raumpunkt wird die Messantenne nacheinander in drei orthogonale Raumrichtungen orien tiert und daraus in der Auswertung die Raumresultierende gebildet Durch die zeitliche Nacheinandermessung der Raumkomponenten werden zeitlich inhomogene Felder z B durch Bewegung von Personen im Raum nicht korrekt erfasst Vorteilhaft ist hingegen dass im Gegensatz zu den anderen beiden Methoden f r jede zu messende Frequenz Mobilfunkkanal genau derjenige Gitterpunk
428. ngen 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 Normvorgabeaspekten 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 n 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
429. nger verlangen Grundkenntnisse n der Funktionsweise der Ger te und der wichtigsten Grundeinstellungen Vor allem Aufl sungsbandbreite Detektortyp Frequenzbereich 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 Punktrastermet
430. ngestorten Fall in Abhangigkeit des Abstands des Messenden zur Empfangsantenne 1840 MHz ohne Bodenabsorber relative Abweichung dB 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
431. ngsver 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 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 Softwar
432. nigen Zeitschlitzen gesendet wird in denen ein Gespr ch l uft und e die Sendeleistung von Zeitschlitz zu Zeitschlitz unterschiedlich sein kann entsprechend der Verbindungsqualit t zwischen Handy und Basisstation intelligente Leistungsrege lung Dies f hrt zu einer gro skaligen Schwankung im Tagesverlauf d h in Zeiten niedriger Auslastung nachts ist die Immission vergleichsweise niedrig und auf die Immission der BCCH Kan le beschr nkt wohingegen vor allem am Nachmittag Auslastungsspitzen auftre ten Auch 1m Wochenverlauf sind gro skalige Schwankungen zu beobachten am Samstag und Sonntag und Feiertagen sind die nachmitt glichen Spitzenwerte kleiner als an Ar beitstagen ber dieser gro skaligen Schwankung liegt aber noch eine kleinskalige Schwankung die durch die augenblickliche Netzauslastung die verbindungsqualitatsabhangige Leistungsrege lung und durch DTX bestimmt wird Dies fuhrt dazu dass vor allem in der Nahe von mehrkanaligen Anlagen eine Augenblicks messung die worst case Immissionssituation bei maximal m glicher Anlagenauslastung nur unzureichend beschreibt bzw unterbewertet Als Konsequenz hierf r sind w hrend der Messung und in der Auswertung Techniken einzusetzen die es erm glichen die gemessenen Augenblickswerte auf die maximal m gliche Anlagenauslastung zu extrapolieren Dies ist bei GSM unter Verwendung von frequenzselektiven Messgeraten und mit der Mitarbeit der Betreiber m glich bei UMTS
433. nmal in Bild 2 2 28 dargestellt wo speziell alle Messpunkte im obersten Geschoss direkt unterhalb der Anlage zusammengefasst sind 10 26 BImSchV GSM 1800 __26 BImSchV GSM 900 Legende 61 4 E Innen gleiches Geb ude 1 E Innen Nachbargeb ude 194 m F E Au enmesspunkt y i a TR Schweizer AGW GSM 1800 614 en A att eee ail S lt 4 E i T SG D a N M a 2 0 001 0 61 3 m J E J lt 2 i 3 0 0001 0 19 1E 005 E Eu BI Eu BARS IE BER i Eu BAR IE BEE BER BEE IB 5 BIE TO Ei I L 0 06 TNTNITDIOW NWNIITW NITW NIATNNIITOITTNNTTWNNATITUTNITNNS mu NnunnNn NNNP 99T NUNNIIYYNTTUTNNNNNPNNDdTTTTTUTNUNNNNNNN OOOU0O0U00000U0OAmMmmmmmmnm ZZZ2ZZ2Z2ZZ2ZZ2ZZ2ZZZ000000000000 lt agagaacacaaPRmammmmmm Anmmmmmmmmannnnannannnnn Messpunkt Seite 55 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 10 1 04 g Fe 2001 72 E D gt 0 001 3 173 D 0 0001 1E 005 Bild 2 2 27a 10 1 o1 2 2 001 N 5 a gt 0 001 3 N gt 0 0001 1E 005 Bild 2 2 27b 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 Legende E Innen gleiches Geb ude E Innen Nachbargeb ude E Au enmesspunkt Schweizer AGW GSM 1800 Schweizer AGW GSM 900 rT EEE E CNM FTO OCENE NMN FENN FOE NMF O ENYE NENE NENF NMNTO O O NYO u NN
434. nn 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 der 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 Motivat on f r diese Untersuchung ist ob es f r eine Berechnung als Vereinfachung s nnvoll 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 gr ne 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
435. nnns 69 3 2 Erfassung einer ber den K rper gemittelten Immission cccccceeees 79 3 3 PAIS AMINO TITAS SIN 2ER EISENNNN 82 4 Zeitliche Verteilung der MMISSION ccccccsccccccccccsscsssssccees 84 4 1 Zeitliche Schwankungen seitens der Basisstation ccccccccsssssssssssscccosees 84 4 1 1 Einkanahse Bas sstahonen naeen be 84 4 1 2 Mehrkanaliee BasisstQtionen cccccssssconsasesevesesssvcnnoscesesstensscenesonessetessunsasersesseeeseees 87 4 2 Zeitliche Schwankungen seitens des Ausbreitungsweges sccccccccssseees 90 4 3 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen ssssssss0000000000000000000000000000 93 4 4 Diskussion der Erfassung einer aktuell vorliegenden Immission 95 Lateratur verzeichnis een instant 97 AbkurzungsverzeichnSsau sss ae 100 Verzeichnis h ufig verwendeter SyYMbDoOle scscccccrssssssscccccsesscsseees 101 Seite 10 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 1 Einleitung 1 1 Zielsetzung des Forschungsvorhabens Der vorliegende Zwischenbericht st Bestandteil des Forschungsvorhabens Entwicklung von Mess und Berechnungsverfahren zur Ermittlung der Exposition der Bev lkerung durch elektromagnetische Felder n der Umgebung von Funksendeanlagen des Bundesamtes f r Strahlenschutz Der fl chendeckende Ausbau der Mobiltelefonnetze der Aufbau der modernen breitbandigen Multimedianetze UMTS sowie der Aufbau
436. 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 Betriebszust nde gleichzeitig simuliert werden k nnen kann der Ze traum 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 ndert oder ein ganz neuer Standort erstellt wird Beispielsweise hat der derzeiti ge Aufbau der UMTS Mobilfunkstationen eine t glichen nderung des Netzzustandes zur Folge der dementsprechend auch in einer t glich notwendigen Aktualisierung resultiert Dar ber hinaus ist beim Einsatz von Software die die umliegende Bebauung s muliert 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
437. nnten Allerdings steigt der Berechnungsaufwand lediglich linear mit der Anzahl der Gitterzellen Zur Vereinfachung kann die Feldst rkeberechnung nur zweidimensional also nur auf dem Gebaudegrundriss Seite 25 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk durchgef hrt werden Dabe bleiben Inhomogenit ten senkrecht zum Grundriss z B Innen einrichtung unber cksichtigt LAU 94 LAU 95 2 3 2 2 4 Integralgleichungsmethode Integral Equations IE Diese Methode beginnt mit der Ableitung von Integralausdr cken f r das elektrische und das magnetische Feld aus den Maxwellschen Gleichungen unter Zuhilfenahme von Greenschen Funktionen Es gibt eine Reihe von direkten und iterativen Algorithmen zur L sung des entstehenden Integralgleichungssystems Am bekanntesten sind dabei die Momentenmethode Method of Moments MoM Galerkin Methode Point Matching Methode und Boundary Element Methode BEM IE Methoden werden vorzugsweise f r offene Probleme eingesetzt d h wenn die Abstrahlung in den Raum ber cksichtigt werden soll 2 3 2 3 Hybridmethoden Bei solchen Modellen wird versucht zwei oder mehr Methoden zu kombinieren um die Nachteile der einen Methode durch die Vorteile einer anderen auszugleichen So l sst sich beispielsweise zuerst FDTD im Nahbereich wenige Wellenl ngen um die Antenne einset zen um ein effektives Strahlungsdiagramm unter Ber cksichtigung der Montageumgebung zu berech
438. nsrichtung der Antenne sind auch die mehrfach angesprochenen frequenzselektiven Messger te mit isotroper Sonde eine interessante Alterna tive Trotz m glicher zeitlicher 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 z
439. nt 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 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 NSMA 99 prEN 50401 QP 04 RAU 00 RegTP REGTP 03 RS 04 1 RS 04 2 RYS 02 SAT5 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
440. ntend kann wahlwei se auch ein geeigneter Spektrumanalysator eingesetzt werden Seite 75 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Be der Definition eines praktikablen und erprobten Messverfahrens f r 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
441. nter 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 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 Bev lkerung in der Umge bung von Mobilfunk Basisstationen untersucht wurd
442. ntfort 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 Basisstationen 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
443. nummer 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 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 Fro
444. 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 der Simulations bzw Messwerte f r 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
445. nzeiten nach sich Die Voraussetzungen und Grenzen der analytischen Modelle sollen in den beiden nachfolgenden Kapiteln n her untersucht werden Seite 28 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 2 4 2 Voraussetzungen f r die Anwendung analytischer Modelle F r analytische Modelle m ssen n der Regel verschiedene Datenbanken zur Verf gung gestellt werden e Gelandedaten Digitales H henmodell e seb udeumrisse und deren H hen z B Katasterplan e Technische Anlagedaten Leistung Frequenz Antennen usw e Genauer Standort der Sendeantenne z B H he ber dem Boden und Hohe ber dem Dach bzw genaue Position auf dem Dach e Materialparameter Um die gew nschten pr zisen Resultate zu erhalten m ssen die Daten fur die Modellierung mit gro er Sorgfalt erfasst und eingelesen werden Die Rasterung sollte gen gend grob sein um die Anzahl der Beobachtungspunkte und damit den Rechenaufwand zu begrenzen aber dabei fein genug bleiben um eine genaue Modellierung sicherzustellen 2 4 3 Grenzen der analytischen Modellierung F r alle Berechnungsmethoden gilt dass d e Genauigkeit und damit der Aussagewert der berechneten Immissionslagen weitgehend von der Qualit t der ben tigten Eingangsdaten abh ngt Die Grenzen der Modellierung s nd damit durch folgende Einschr nkungen gegeben e Aufl sung der Daten Informationen zur Lage kleiner Objekte oder der Geb udein nenstrukt
446. o Zelle unterschieden siehe Tab 2 1 Aufgrund der Aktualit t wurden die meisten Modelle f r den Einsatz in Mobilfunkkommunikationsnetzen optimiert Deshalb werden Gr en die sich auf den Sender beziehen h ufig mit BS Basisstation indiziert und die f r den Empf nger mit MS Mobil station Eine Verwendung der Ausbreitungsmodelle zur Berechnung der elektromagnetischen Immissionslage wurde bisher noch nicht durchgef hrt Ob dies praktikabel ist soll diese Studie zeigen Seite 12 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk cae der a Erl uterungen Umgebung Antennen etc cae a Makro Zelle 500m bis 30 km au erhalb von Geb uden l ndlich oder stadtisch BS Antenne oberhalb aller Hindernisse Mikro Zelle 250m bis 2km au erhalb von Geb uden stadtisch BS Antenne unterhalb des mittleren Geb udeniveaus Piko Zelle Bis zu ca 500 m innerhalb von Geb uden Tabelle 2 1 Begriffsbestimmung zu Makro Mikro und Piko Zelle im Mobilfunk Fur eine rechentechnische Erfassung der Immissionslage ware es optimal wenn es gelingen wurde die das Problem beschreibenden Maxwellschen Gleichungen unter Erf llung aller Grenzbedingungen z B Grenze Luft Erdboden Grenzflachen Luft Hauswande exakt zu l sen Die hierf r notwendige feldtheoretische L sung ist aber nur numerisch und mit immen sem Aufwand m glich Die Komplexit t des Problems l sst sich unter gewissen vereinfa chenden Vor
447. ochrechnung auf maximale Anlagenauslastung Beim Betrieb der Breitbandsonden muss darauf geachtet werden dass einige Ger tetypen nicht einstrahlfest gegen n ederfrequente Felder z 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
448. ohe 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 bez glich der elektrischen Feldst rke k nnen in einigen 10 Metern Abstand von der Basisstation je nach Lage schon unter 100 mV m liegen BOR 02 was besondere Anforderungen an die ein gesetzte Messtechnik stellt Insbesondere die Verwendung von Personenschutzdosimetern bzw n der EMV Messtechnik verwendeten Feldsonden zur St rfestigkeitsmessung wird hier nicht mehr ausreichend sein 2 Frequenzselektivitat 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 hier nicht die kumulative Seite 33 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 10 Immission sondern separat die der Mobilfunk Basisstationen ermittelt und untersucht werden soll Einbeziehung aller relevanten Mobilfunkanlagen Das Verfahren muss n der Lage sein die Strahlungen von allen Mobilfunk Sendeanlagen zu ermitteln die am Messpunkt einen relevanten Beitrag liefern Relevante Beitr ge liefert oftmals nicht nur die Sendean lage vor Ort sondern auch weiter entfernte Anlagen Eine Unterscheidung der Beitr ge unterschiedlicher Anlagen wird
449. on 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren EFC 400 EMF Visual Wireless Insite Quickplan fl chendeckende 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 nung 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
450. on angrenzt Seite 91 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Um eine Vorstellung von der Gr enordnung m glicher Immissionsschwankungen zu erlan gen wurden diverse Messungen durchgef hrt Bereits in Bild 4 1 3 ist gezeigt wie sich die Immission bei direkter Sicht zur Sendeantenne verh lt Obwohl ein relativ gro er Abstand vorhanden war die Witterungsverh ltnisse nicht konstant waren und sich die Ausbreitungsbedingungen durch vorbeifahrende Autos nderten war die Immission zeitlich vergleichsweise konstant Dies unterstreicht die Vermutung dass bei Vorhandensein eines zeitlich konstanten dominierenden Ausbreitungspfades die Immissi ons nderung eher gering ausf llt Lediglich f r den Fall dass sich direkt am Empfangsort die Verh ltnisse ndern z B durch die Bewegung von Personen am Empfangsort kann es zu Immissionsunterschieden kommen siehe hierzu die Berechnungsergebnisse von Bild 3 1 5 1m Vergleich zu Bild 3 1 4 F r den Fall nichtdirekter Sichtverh ltnisse wurden Messungen n einem Laborbereich gemacht der keine S cht auf die n Bild 4 1 2 dargestellte Bas sstation hat Der Abstand zur Antenne betr gt hier etwa 250 m Der Laborbereich ist in Bild 4 2 1 gezeigt Auf dem Stativ befindet sich in der wei en Schutz umh llung die Empfangsantenne Als Besonderheit wurde n die Untersuchungen einbezogen dass eine metallische Schirmkammert r in unmittelbarer Nahe des Messpunktes ge ffnet
451. on der in oder nahe der Hauptstrahlrichtung liegenden Messpunkte aus den Messreihen IMST I und 2 Seite 40 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Die Eindeutigkeit dieses Ergebnisses ist umso erstaunlicher da die n Bild 2 2 13 gezeigten Messpunkte ber einen gro en Entfernungsbereich von 5 m bis 150 m variieren Offensicht lich kann hier als wichtiges Ergebnis festgehalten werden dass der H henunterschied als Einflussfaktor f r die Immission eine weitaus gr ere Rolle spielt als der laterale Abstand Trotzdem darf aus dieser Tatsache nicht pauschal geschlussfolgert werden dass die Immissi on ber die Geschosstiefe eines benachbarten Hauses immer stetig abnimmt bzw 1m obersten Geschoss grunds tzlich h her ist als n anderen Geschossen Es kommt v elmehr darauf an wie der Messpunkt zur Hauptstrahlrichtung und zu m glichen Nebenstrahlrichtungen der Sendeantenne orientiert ist Aus Bild 2 2 8 beispielsweise kann gefolgert werden dass tiefere Geschosse durchaus von einer Nebenstrahlrichtung erfasst werden k nnen so dass die Immission in tieferen Stockwerken u U wieder zunimmt Die Immission dort kann vor allem wenn das oberste Geschoss deutlich unter oder auch ber der Hauptstrahlrichtung liegt sogar gr er sein als im obersten Geschoss Diese beiden Aussagen werden in den Bildern 2 2 13 und 2 2 14 dokumentiert 10 3 61 4 1 l 19 4 0 1 6 14 12 OG 7T OG EG 0 01 0 0
452. onsschwankungen eines BCCH Kanals aus NEU 03 Besonders gravierend ist der Einbruch am Ende des zweiten Tages Da der bergang zu den Normalwerten nicht ebenso abrupt sondern eher schleichend erfolgt K nnen kon trollierte Leistungs oder Antennenver nderungen seitens der Basisstation als Ursache ausge schlossen werden ber die Ursache dieser Schwankungen l sst sich hier nur spekulieren Unter Umst nden waren die Umgebungsbedingungen so gestaltet dass zus tzlich zum dominierenden Ausbreitungsweg auch Mehrwegeausbreitung vorlag und sich die entspre chenden Ausbreitungsbedingungen z B durch Witterung ver ndert haben Au erdem wird aufgrund der sehr geringen gemessenen Intensit ten vermutet dass die Messwertaufnahme nicht mit einem isotropen Breitbandmessger t sondern mit einem frequenzselektiven Ger t und angeschlossener nichtisotroper Antenne erfolgte Steht diese ung nstig zur Polarisati onsrichtung der Basisstationsantenne z B kreuzpolar k nnten minimale nderungen im Ausbreitungsweg schon zu erheblichen Schwankungen der aufgenommenen Immission in den hier dokumentierten Gr enordnungen f hren Dies ist aber nicht mehr als Ver nderung der anlagenseitigen Parameter anzusehen sondern f llt unter die ausbreitungswegabh ngigen Schwankungen In eigenen Untersuchungen und auch nach den Erfahrungen anderer auf diesem Arbeitsgebiet t t gen Institutionen hat sich der BCCH immer als extrem stabil erw
453. ontaler Querrichtung sind keine Feld st rkeschwankungen zu sehen Dieses ist verst ndlich da man sich in der horizontal sehr breit ausgerichteten Hauptstrahlrichtung der Antenne bewegt In horizontaler L ngsrichtung ist ein Feldst rkeabfall zu beobachten Das ist der schon in Bild 2 2 4 gezeigte gleichm ige Abfall der Immission mit der Entfernung ab Erreichen der Hauptstrahlrichtung Eine zum Fading f hrende Interferenz zweier Einzelwellen findet nur in vertikaler Richtung statt zwischen einer direkten und einer am Erdboden reflektierten Welle Der Boden wurde hier nicht als ideal metallisch sondern als feuchte Erde modelliert Die Schwankungsh ufigkeit in vertika ler Richtung ist jedoch wesentlich kleiner als in den Indoor Szenarien da die bodenreflektier te Welle auf den Boden nicht senkrecht sondern bez glich der Normalrichtung in einem stumpfen Winkel auftrifft Auch hier werden n realen Au enbereichszenarien z B durch Reflexionen an umliegenden Geb uden unter Umst nden kompliziertere Interferenzbilder auftreten die auch zu einem Fading in den Horizontalachsen f hren werden Trotzdem ist eine Untersuchung der hier betrachteten grundlegenden Szenarien wichtig da somit ein Ver st ndnis ber die dem Fading zugrunde liegenden Wirkungsmechanismen erm glicht wird Berechnungen und Messungen in komplizierteren Szenarien sind im allgemeinen f r generel le Aussagen wenig aussagekr ftig da die grundlegenden Einflussfaktoren f r d
454. opagation Model for the Land Mobile Channel in Urban Environments Final Presentation ESA Contract No 9788 92NL LC SC 1995 S Y Tan H S Tan 4 Microcellular Communications Propagation Model Based on the Uniform Theory of Diffraction and Multiple Image Theory IEEE Trans Ant Prop vol 44 S 1317 1326 1996 A M D Turkmani J P Parsons und A F de Toledo Radio Propaga tion Into Buildings at 1 8 GHz COST 231 TD 90 117 1990 G A J Van Dooren C J Haslett und M F Levy Diffraction by a Rectangular Building Comparison of Three Field Strength Prediction Techniques Electronics Letters vol 29 S 1334 1335 1993 G A J Van Dooren M H A J Herben Field Strength Prediction Behind Lossy Dielectric Obstacles by Using the UTD Electronics Letters vol 29 S 1016 1018 1993 G A J Van Dooren M H A J Herben Polarization Dependent Site Shielding Factor of a Block Shaped Obstacle Electronics Letters vol 29 S 15 16 1993 G A J Van Dooren 4 Deterministic Approach to the Modelling of Electromagnetic Wave Propagation in Urban Environments PhD Thesis Eindhoven University ISBN 90 9006889 9 1994 L E Vogler An Attenuation Function for Multiple Knife Edge Diffraction Radio Science vol 17 S 1541 1546 1982 J F Wagen K Rizk Ray Tracing Based Prediction of Impulse Re sponses in Urban Microcells Proc IEEE 44 Veh Technol Conf S 210 214 1994 J Walfisch H Bertoni A Theoreti
455. or Normierte elektrische Feldst rke dB 15 Legende 900 und 1800 MHz 1800 MHz 900 MHz DO namen nennen OE 1 0 5 0 0 5 1 Bild 3 1 10 Fadingverteilung auf der horizontalen L ngsachse Parametersatz 2 Szenario Innenraum mit direkter Sicht zur Antenne vgl Bild 3 1 7 berlagerung einer GSM 900 mit einer GSM 1800 Frequenz Fur die in vorliegendem Projekt letztlich zu entwickelnden Messverfahren haben die Untersu chungen folgende praktische Auswirkungen Zur Auffindung von Extremalwerten Maxi malwertsuche der Immission sind geeignete Messverfahren einzusetzen die die Immission nicht nur punktweise erfassen sondern ein Bewertungsvolumen abtasten m ssen Durch eine Punktmessung kann die maximale Immission um mehrere Gr enordnungen untersch tzt werden Bei der volumenbezogenen Maximalwertsuche sind alle drei Raumrichtungen einzubeziehen Dies ist deutlich im Beispiel des AuBenpunktes mit direkter Sicht zur Sende antenne zu sehen Die Schwankung der Felder in der Horizontalebene ist sehr gering die relevante Variation der Felder findet in der Vertikalen statt Daher ist bei der Maximalwertsu che vor allem auch eine vertikale Verschiebung der Messantenne durchzuf hren Seite 79 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 3 2 Erfassung einer ber den K rper gemittelten Immission Bereits n BOR 02 wurde darauf hingewiesen dass es seitens einiger Forschungsgruppen
456. or Mobile Communications engl gt Globales System f r Mobilkommunikation Lang Mittel und Kurzwelle Line of Sight engl gt Sichtverbindung Mobilstation Messunsicherheit Non Line of Sight engl gt keine Sichtverbindung Regulierungsbeh rde f r Telekommunikation und Post Spezifische Absorptionsrate Synthesizer Frequency Hopping Traffic Channel engl gt Gespr chs bzw Nutzkanal Universal Mobile Telecommunications System engl gt Universelles Mobiltelekommunikationssystem Seite 101 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Verzeichnis h ufig verwendeter Symbole lateraler Abstand Frequenz H he rad aler Abstand Sp m aQ zu Elektrische Feldst rke Magnetische Feldst rke Leistung Mn 9 ae Ga elektrische Leistungsflussdichte N FO Feldwellenwiderstand des freien Raumes A Freiraum Wellenl nge Seite Al von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Anhang Im folgenden sind die Messpunkte der in Abschnitt 2 1 vorgestellten Messreihen beschrieben Messreihe IMST 1 om PR Pm Messpunkt Ort Hohe HSA HSA m Innen Au en gesamt W m E Seite A2 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung B132 L neburger Stra e Bielefeld EG ja ca125 au en 1710 6 4 10 BN22 WehrhauswegBom EG nein ca1065 imen 8104 BN23 P tzchenweg Bonn EG n
457. or the present problem Therefore the most important settings are defined and summarised n a table Besides the measurement parameter settings also the measurement 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 measu
458. oren 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 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 Ee E o Q 120 25 8 M MM vo M rm Nm 2 N D 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 1 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 H nzu kommt die Immission durch die benachbarte Station bei der im vor
459. ormals Wandel amp Goltermann einige interessante Untersuchungen durchgef hrt die sich zumindest von ihren Grundaussagen auch auf andere mit Diodengleichrichter 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 geteste
460. plung der Anten ne mit Messpersonal und Einrichtungsgegenst nden zus tzlich zu den Unsicherheiten der verwendeten Messger te Schweiz In der Schweiz war man nach der Einf hrung von m Vergleich zum europ ischen Ma stab versch rften Anlagengrenzwerten f r die Immissionen durch Mobilfunk Basisstationen innerhalb der Verordnung ber den Schutz vor Nichtionisierende Strahlung NISV NISV gezwungen ein spezifisches Messverfahren festzulegen das f r die berpr fung der Anla gengrenzwerte geeignet ist Hierbei ist eine Messempfehlung entstanden die 1m internationa len Ma stab zu den am weitentwickeltsten Arbeiten auf diesem Gebiet geh rt Nach Inkraftsetzung der NISV wurde mit der Messempfehlung f r GSM Basisstationen Entwurf vom 20 Marz 2001 von BUWAL und METAS BUWAL 01 ein Entwurf vorgelegt Seite 40 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk und zur Diskussion gestellt Diese ist streng genommen nur f r GSM Basisstationen anzu wenden f r andere Dienste UMTS TETRA WLL sind Messempfehlungen in Vorbereitun gen Vom Konzept her wird mit einem geeigneten Messger t das zu untersuchende Raumvolumen abgetastet und die h chste Feldst rke ermittelt Es erfolgt keine r umliche Mittelung der gemessenen Werte Danach werden die Messwerte auf den ma gebenden Betriebszustand d h den Zustand bei maximaler Anlagenauslastung extrapoliert und ergeben den Beurtei lungswert
461. positionswerte zum Schutz von Personen im Frequenzbereich 30 kHz bis 3000 GHz Messungen Vornorm sterreich 01 Juli 1992 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 S Seidel T Rappaport Path Loss Prediction in Multifloored Buildings at 914 MHz Electronic Letters Vol 27 Nr 15 S 1384 1387 1991 P A Sharples M J Mehler Cascaded Cylinder Model for Predicting Terrain Diffraction Loss at Microwave Frequencies IEE Proceedings H vol 136 S 331 337 1989 P A Sharples M J Mehler Propagation Modelling in Microcellular Environments Proc 8 Int Conf on Antennas and Propagation S 68 71 1993 Seite 73 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk SICTA 01 SOB 97 SPE 95 TAN 96 TUR 90 VAN 93 VAN 93a VAN 93b VAN 94 VOG 82 WAG 94 WAL 88 WEI 00 WLL 97 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 T Sch berl Polarimetrische Modellierung der elektromagnetischen Wellenausbreitung in pikozellularen Funknetzen Dissertation RWTH Aachen Shaker Verlag Aachen 1997 Space Engineering Ingegneria dei Sistemi Pr
462. posure 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 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
463. qaqaagqgqqq MONO OOMONe Anmmmmmmmmannnnanannannan Messpunkt 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 Legende i Hauptsendeanlage E Mobilfunk gesamt Schweizer AGW GSM 1800 Be Schwelzer AGW GSM 300 TT EEr CNM TO OCENE NN TENTO EENM FTO ENY ENENENE NYEN YTO O Ny YTO CSC TCTeNnQn ST TFTrANNNN ST SFTSTFTerNNNSTENNA SS TST UNNNNNNINN ADQDOOOOOLLLLLLLLLHNHHHNHHHNHMMMNNDF COKE KEKE NNNNONNNNMANRRSSSSSSSSSSssss Messpunkt Messergebnisse der Messreihe IMST 1 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 wa 418 Sp1 94 eyas 19913 wA 418 Sp194 eyas 1 9913 Seite 17 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung In der Darstellung der Ergebnissen der Messreihe IMST 1 sowie der nachfolgenden Messrei hen steht die absolute Gr e und die Verteilung der Immissionen 1m Vordergrund Die Grenzwerte sind hier nur zur Orientierung eingezeichnet Wie aus Bild 2 1 la ersichtlich existieren f r GSM 900 und GSM 1800 unterschiedliche Grenzwerte Aus Bild 2 1 la kann man nicht den genauen Abstand des Messwertes zu den Grenzwerten ablesen da nicht ersichtlich sind w e sich die Gesamtimmissionen aus den Immissionen bei GSM 900 und GSM 1800 zusammensetzt Hierf r ist mit Bild 2 1 1b eine Ergebnisdarstellung gew hlt die diese Unterscheidung exemplarisch trifft Hierin sind alljene Messpun
464. quenzabhangigkeit Montageumgebung Die Abstrahlcharakteristiken von einer Vielzahl von verwendeten Antennen werden von den Antennenherstellern zur Verf gung gestellt Diese beinhalten jedoch nicht das dreidimensio nale Abstrahlverhalten 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 n 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 Uhrzeigersi
465. r 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 geeigneter 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
466. r Beugung an einer Halbebene ein Integral f r welches Walfisch und Bertoni WAL 88 eine N herungsl sung f r BS Antennen oberhalb des mittleren Dachniveaus fanden Im COST WI Modell wird diese N herung durch eine empirische Korrektur auch auf BS unterhalb des mittleren Geb udeniveaus erweitert wobei die Basisstationshohe stets gr er als 4 m bleiben muss Obwohl das COST WI Modell gem dem oben angegebenen G ltigkeitsbereich auch f r Basisstationen unterhalb des mittleren Dachniveaus definiert wurde sind die Fehler dort h ufig recht gro d h das Modell ist f r Mikro Zellen nicht immer zu gebrauchen Wegen der Annahme einer mittleren Geb udeh he eines mittleren Geb udeabstandes und einer mittleren Stra enschluchtbreite ergeben s ch insbesondere auch dann Probleme wenn die Art der Bebauung nicht homogen ist Dies ist im Falle historisch gewachsener St dte oft vorzu finden Au erdem ist dieses Modell f r ebenes Gel nde definiert so dass f r St dte in h gel gem Gel nde eine Anwendung vielfach nicht ratsam erscheint Seite 21 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 2 3 2 Analytische Modelle Die Ergebnisse empirischer oder semi empirischer Modelle k nnen nat rl ch nicht mit der physikalischen Realit t bereinstimmen da s e d e wirkliche Lage Orientierung Form und Gr e der Geb ude ebenso wenig ber cksichtigen wie die Materialeigenschaften der W nde Zahl
467. r cksichtigt werden 2 5 Fazit In Tabelle 2 8 wird die Eignung der vorgestellten Berechnungsverfahren gegen ber den in Kapitel 2 2 definierten Anforderungen zusammengefasst Einfache empirische oder semi empirische Rechenmodelle liefern lediglich sehr globale Aussagen hinsichtlich der zu erwartenden Feldstarken Sie sind zur Beschreibung des Umfel des des Senders und aufgrund der Mittelwertangabe fur die Immission insbesondere auch zur Grenzwert berpr fung nicht geeignet F r h here Genauigkeiten s nd verfeinerte analytische Modelle mit entsprechend h herem Rechenaufwand unumg nglich Solche Modelle beschrei ben auch die komplexen Verh ltnisse bei mehreren Basisstationen sowie die verschiedenen Aspekte der Wellenausbreitung einschlie lich der Verh ltnisse innerhalb von Geb uden Innerhalb der analytischen Verfahren haben die strahlenoptischen Verfahren vor allem bez glich des anwendbaren Entfernungsbereiches des Anwendungsbereiches der Bedie nungsfreundlichkeit der Eingabedatendetailliertheit und des Rechenaufwandes Vorteile gegen ber den feldtheoretischen Verfahren Die Vorteile der feldtheoretischen Verfahren gegen ber den strahlenoptischen liegen hingegen n den Bereichen Genauigkeit und Aufl sung Aus diesem Vergleich lassen sich global gesehen leichte Vorteile zugunsten der strah lenoptischen Verfahren ableiten wobei zu berpr fen ist inwieweit Hybridverfahren die Vorteile beider analytischen Hauptverfahren kombin
468. r Basisstati on 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 Gesprachsteilnehmer 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 Beitrage 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 n cht mehr separierbar Aufgrund der Tatsache dass UMTS Netze noch nicht fl chendeckend sondern allenfalls im Probebetrieb gefahren werden existieren noch keine EMVU Messerfahrungen Insbesondere ist die Ermittlung der Immission bei maximaler Anlagenauslastung ein Problem das bislang lediglich in zwei der recherchierten Arbeiten angesprochen wird BUWAL 02 empfiehlt bis zur Festlegung eines geeigneten Verfahrens das bergangsverfahren nach SICTA 01 anzuwenden Dieses sieht eine Ansteuerung der UMTS Station mit einem unmodulierten Tr gersignal vor Aus der gemessenen Immission kann dann relativ einfach die Extrapolation auf den Zustand bei max mal beantragter Leistung ermittelt werden Zu
469. r Mess und Berechnungsverfahren Bild 2 5 12 Durchf hrung der Drehmethode Vorteil dieses Verfahren ist die potenzielle Automatisierbarkeit unter 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 Punktzahl
470. r als 10 und e den menschlichen K rper dennoch nachbilden Beide Forderungen erscheinen nach gegenwartigem Erkenntnisstand nicht sinnvoll verkn pfbar da m t abnehmender Punkteanzahl und dem daraus resultierenden gr eren Punkteabstand das Fast Fading n cht mehr ad quat erfasst werden kann Wenn sehr detaillier te K rpernachbildungsgeometrien bei gleichen Expositionsszenarien schon gegens tzliche Ergebnisse liefern wie gro werden dann die Unterschiede bei stark reduzierter Punkteanzahl sein Aufgrund der Tatsache dass bei punktereduzierten Geometrien immer ein Teil der tats chlichen Feldverteilungsinformation in einem realen K rpervolumen verloren geht wird die optimale Mittelungsgeometrie vermutlich auch stark vom Expositionsszenario abh n gen d h der Fragestellung ob die Messungen m Freiraum oder in R umen innerhalb oder au erhalb der Hauptstrahlrichtung mit oder ohne direkte Sicht zur Basisstation usw stattfin den Die m vorangegangenen Abschnitt 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 Mittelungsgeometrie festzulegen und nach dieser die punktweisen Messungen durchzuf hren Die damit dem Seite 82 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsver
471. r numerischen Simulation auf jeden Fall das Abstrahldiagramm mit dem konkreten elektrischen Downtilt verwendet werden sollte Die M glichkeit das 0 Abstrahldiagramm zu verwenden und dieses um den elektrischen Downtilt Winkel mechanisch zu drehen liefert besonders m Bereich der Nebenzipfel fehlerhafte Ergebnisse Diese k nnen s ch sowohl n 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 wi
472. r sp teren Messung an UMTS Anlagen unter realen Betriebsbedingungen wird in SICTA O1 und BOR 02a vorgeschlagen mit Spezialmessequipment Code Domain Analysatoren Basisstationstester Messhandys die Immission durch den Common Pilot Channel zu erfassen der bei UMTS Seite 59 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk hnliche Funktionen wie der BCCH bei GSM bernimmt Hiermit k nnte dann wieder eine entsprechende Extrapolat on erfolgen N here Details s nd allerdings erst nach Inbetriebnah me des UMTS Netzes und dem Sammeln erster Erfahrungen m glich 3 4 6 2 3 Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung Breitbandmessger t Aufgrund der fehlenden Frequenzinformation ist mittels Breitbandmessger t bei GSM Anla gen eine exakte Ermittlung der maximal m glichen Immission nicht m glich zumindest nicht bei Anlagen die neben dem BCCH auch ber ein oder mehrere TCH verf gen Trotzdem ist in gewissem Ma e eine worst case Absch tzung m glich d e aber voraussetzt dass am Messpunkt Immissionen vorliegen die deutlich ber der Anzeigeschwelle des Breitband messger 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 Hierf r ist lediglich die Information notwendig ber wie viel Kan le die Anlage pro Sektor verf gt In der Realitat wird mit diesem Verfahre
473. r 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 Messunsicherheit 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 Standardunsi
474. rahlcharakteristik 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 Abstrahlcharakteristik 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 an 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 4
475. rahlen 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 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 Freiraumau
476. rapolation auf maximale Anlagenauslastung Spektrumanalysator 3 4 6 2 1 Vorgehen bei GSM Anlagen Sofern It der entsprechenden Personenschutznorm nicht nur die Aufnahme des Augen blickswertes der Immission sondern auch der Zustand bei maximaler Anlagenauslastung gefordert wird hat diesbez glich eine zus tzliche Auswertung zu erfolgen Da in der Regel nicht davon ausgegangen werden kann dass vom Betreiber die Anlage nur 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 zunutze machen kann Eine Basisstation sendet n der Regel auf mehreren fest zugeordneten Frequenzen Jede Frequenz bildet einen physikalischen Kanal F r jeden Sektor bzw jede Funkzelle der Basisstation gibt es einen Kanal der st ndig e konstant m t maximaler Leistung sendet und e bei demalle 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 Local Area Code Netz werkbetreiber 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 meh
477. 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 folgenden 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 zugeh rige dreidimensionale Fernfeld in linearer Darstellung aus zwei verschiedenen Ansichten Links Modellierte Basisstationsantenne Oben rechts S muliertes dreidimensionales Fernfeld in der Seitenansicht
478. raussetzungen 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 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 glic
479. rbei ist aber zu ber cksichtigen dass diese vergleichsweise hohen Werte haupts chlich durch Hochrechnungen auf den maximalen Anlagenzustand 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 w
480. rch Wahl von Frequenzbereich und Summe der Immissionen im spezifizierten Frequenzbe Aufl sungsbandbreite RBW k nnen die Immissionen reich der Sonde entspricht durch einzelne Mobilfunkkan le beliebig voneinander oder von anderen Immissionen separiert werden Einbeziehung aller im Rahmen der Anzeigeschwelle Mindestempfindlich vollst ndig gegeben Datenbereitstellung durch Netz relevanter keit gegeben Trennung der Anteile der Anlage vor Ort betreiber f r Zuordnung Immission Mobilfunkanlage Mobilfunkanlagen von anderen Anlagen aber n cht m glich notwendig Grenzwert berpr fung bedingt geeignet Extrapolation auf max Anlagen vollst ndig geeignet auslastung nur worst case m glich kann zur deutlichen bersch tzung der tats chlichen Immissionslage f hren Extrapolation auf maxi bedingt m glich nur mit worst case Ansatz der zu vollst ndig m glich Datenbereitstellung durch Netz male Anlagenauslastung deutlicher bersch tzung der tats chlichen Immissions betreiber notwendig GSM lage f hren kann Seite 62 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Extrapolation auf maxi bedingt m glich nur mit worst case Ansatz der zu z Zt nur bedingt m glich worst case Ansatz Testsen male Anlagenauslastung deutlicher bersch tzung der tats chlichen Immissions der oder Spezialsoftware bzw hardware f r exakte UMTS lage f hren kann Extrapolation n tig
481. rd 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 glich 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 Be r E A Were ERBEN TRBER he En R A pett os z RSA Ca t EERE aRt e Se EER P EES ee ee 0 3 Clases A phe 2 R 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
482. reibung 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 strahlenoptische und feldtheoretische Modelle unterschieden werden Im folgenden werden diese Modelle kurz beschrieben F r detailliertere Informationen sei 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 Berechnungsverfa
483. reiche Arbeiten der letzten Jahre CIC 93 CIC 94 LEV 92 MAT 95 RIZ 97 RUS 93 VAN 93 VAN 93a VAN 93b VAN 94 hatten daher das Ziel Modelle zu entwickeln die Ausbreitungsmechanismen mittels mathematischer Methoden beschreiben gut f r die Berechnung mit Computern geeignet sind und bei denen m glichst die gesamte Information zur Bebauung detailliert ber cksichtigt wird In der Regel wird zus tzlich zu diesen Bebau ungsdaten auch die Gel ndeh he ben tigt denen die Geb udeh he berlagert werden muss Dies geht aber naturgem einher mit einem entsprechend steigendem Rechenaufwand Analyt sche Modelle werden gegenw rtig h ufig bei der Planung und Analyse von Mobil funknetzen in st dtischen Gebieten eingesetzt WAL 88 ITY 91 SHA 93 Vergleiche zwischen Simulationen und Messungen zeigen eine f r diese Anwendung gute bereinstim mung Die G te der Modellierung h ngt allerdings von der Qualit t der zugrunde liegenden digitalen Datenbanken ab Diese Datenbanken m ssen sowohl H hendaten Topographie als auch Informationen ber Bebauung Geb udegrundrisse Geb udeh hen Dachformen Materialparameter und Bewuchs Morphographie in einer Aufl sung und Genauigkeit zur Verf gung stellen die gut genug ist eine detaillierte Modellierung zu gew hrleisten Bei den analytischen Modellen unterscheidet man grunds tzlich strahlenoptische und feldthe oretische Modelle F r beide Klassen gilt dass f r steigende Genauigkeitsan
484. reichen ist das Verh ltnis stellenweise umgekehrt So l sst sich auch kein s gnifikanter Unterschied der maximalen Immission an Innen und Au enmesspunkten bzw Messpunkten m st dtischen und l ndlichen Bereich finden F r die Suche nach Extremalwerten in Bezug auf die berpr fung von Grenzwerten steht in erster Linie die Suche nach allgemein zug nglichen Orten die sich h henm ig sowie auch horizontal in Hauptstrahlrichtung zur Sendeantenne befinden 1m Vordergrund Bei dieser Suche ist auch der Downtilt der Antenne zu ber cksichtigen der vor allem im innerstadti schen Bereich signifikant groBer sein kann Seite 69 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 3 Kleinskalige r umliche Verteilung der Immission Zus tzlich zu der im vorangegangenen Kapitel detailliert untersuchten Abh ngigkeit der gro r umigen Verteilung der ortsbezogenen Immission von verschiedenen Einflussfaktoren zeigt die Immission auch eine kleinskalige Ortsabh ngigkeit Unter kleinskaligen Schwan kungen sollen solche bezeichnet werden die m Bereich von einigen Zentimetern auftreten Im englischen Sprachgebrauch wird dieses Problem auch als Fast Fading bezeichnet Fast Fading tr tt dann auf wenn die Funkwellen vom Sender zum Empf ngerort aufgrund von Reflexionen ber mehrere Ausbreitungspfade gelangen engl multipath environment und die einzelnen Teilwellen dabei interferieren In Abh ngigkeit vom Ort trete
485. rement problem Reproducibility of the sweeping method at successive measurements tends to be very good assuming a very carefully operation of the sweeping procedure 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 ex
486. ren 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 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 Oberfl chenrauhigkeit 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 erm glichen In dieser Studie wird hierbei der Fokus auf die analytischen Modelle gelegt da empirische und semi empirische Rechenmodelle lediglich eine sehr eingeschr nkte Aussage hinsichtlich der zu erwartenden Feldst rken liefern Ferner sind sie zur Besch
487. requenzen berlagern und somit Extremalwerte z B tiefe Einbru che abgemildert werden k nnen Eine messtechnische berpr fung anhand eines Scanner systems best tigt die rechentechnisch abgeleiteten Ergebnisse bez glich Schwankungsintensi t t und Schwankungsh ufigkeit Eine ver nderte Position von Mobiliar in Innenr umen sowie eine Anwesenheit von Personen f hrt zu einem deutlich ver nderten Feldbild nicht nur in unmittelbarer Umgebung dieser st rstellen Als praktische Konsequenz der kleinskaligen r umlichen Schwankung l sst sich ableiten dass mit einer punktweisen Ermittlung die Immission sehr stark untersch tzt werden kann Ist die Ermittlung von Extremalwerten in der Regel das Maximum der Immission an einem Ort das Ziel ist eine geeignete Messmethodik anzuwenden die einen gr eren Raumbereich abtastet und aus dem Interferenzbild das Maximum protokolliert Hierbei ist zu beachten dass Interfe renzen nicht nur in Innenr umen auftreten Die Ermittlung einer ber den K rper gemittelten Immission hingegen f hrt zu einer deutlichen Verkomplizierung der Messung Unabh ngig von Praktikabilit tsbetrachtungen ist es den hieran arbeitenden Forschergruppen bislang noch nicht gelungen eine geeignete Mittelungsgeometrie zu finden die die tats chliche k rpergemittelte Immission ad quat und mit kleinstm glichem Fehler beschreibt Es hat sich vielmehr herausgestellt dass unter schiedliche Mittelungsgeomet
488. rere sog Nutz oder Gespr chskan le TCH Traffic Channel hinzukommen ber die die 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 Gespr chspausen 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 Verbindungsqualit t zwischen Handy und Basisstation intelligente Leistungsrege lung Vor allem die TCH sind daf r verantwortlich dass die Sendeleistung der Basisstation zeitlich nicht konstant ist sondern vom Gespr chsaufkommen und der Verbindungsqualitat abh ngt Die Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung erfolgt derart dass zun chst die Immiss on durch die BCCH Kan le gemessen wird und diese Immissionen nachtr glich mit Hilfe der Anzahl der maximal m glichen Kan le pro Sektor hochgerechnet wird F r eine korrekte Bestimmung der maximal m glichen Immission einer Anlage ist die kon struktive Mitarbeit der Netzbetreiber notwendig Nur wenn e die Anzahl der Sektoren Zellen pro Basisstation e die max male Anzahl der Kan le pro Sektor Zelle und Seite 58 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk e die Frequenzen der unterschiedlichen Kan le B
489. rfahren Mobilfunk Bild 3 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 spektralm ig aufgespaltet d h es wird bestimmt wie gro die gemessenen Immissionen bei welcher Frequenz s nd Technisch wird diese Aufspaltung im 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 Gerade die Messungen mit dem Spektrumanalysator verlangen Kenntnisse der Signalcharakteristika der zu messenden Immis sion sowie ein Verst ndnis der grundlegenden Funktionsweise eines Spektrumanalysators Werden Messparameter falsch gew hlt k nnen damit die Immissionen wesentlich fehlbewer tet werden Selbstverst ndlich muss der Spektrumanalysator bzw Messempf nger f r den zu untersu chenden Frequenzbereich geeignet sein Gut einsetzbar f r vorliegende Aufgabenstellung s nd beispielsweise Ger te die mindestens den Frequenzbereich von 9 kHz bis 2 9 GHz umfassen Auch das Hochfrequenzzuleitungskabel und vor allem die Empfangs
490. rgebnisbericht botronic gmbh Stuttgart Aschaffen burg Stuttgart Regensburg 06 Juli 2003 Chr Bornkessel U Kullnick H P Neitzke und H Voigt Ma nah menkatalog zur Verminderung der elektromagnetischen Umweltbelastung Studie im Auftrag des MURL NRW IMST GmbH Kamp Lintfort 1998 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 Draft CEPT ERC Recommendation xxx Measuring Non ionising Radiation 9 kHz 300 GHz PT22 rad 01 26 rev 2 Maisons Alfort 2002 www empire de ICNIRP Guidelines Guidelines for Limiting Exposure to Time Varying Electric Magnetic and Electromagnetic Fields up to 300 GHz Health Seite 98 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung INSITE KUN 01 LEH 03 LFU 03 MON 03 NEU 03 NISV OLI 03 PAR 92 PAU 00 PAU 03 prEN 50400 SCH 01 Physics vol 74 no 4 S 494 522 1998 www remcom com J Kunisch E Zollinger S Weitz J Simons und J Pamp Wideband Directional Channel Measurements within the IST ASILUM Project DVE ITG Diskussionssitzung Systeme mit intelligenten Antennen TU Ilme nau Ilmenau 16 03 2001 H Lehmann P Fritschi
491. rgriff auf die im dritten Arbeitspaket vorliegenden Gesamtprojektes zu evaluierenden S mulationsprogramme die kleinskaligen Immissionsver nderung auch rechentechnisch untersucht Zur Anwendung kam dabei das Programm EMPIRE EMPIRE ein Vollwellen analyseprogramm das auf der Methode der Finiten Differenzen 1m Zeitbereich basiert Die untersuchte Anordnung ist n Bild 3 1 2 dargestellt Eine ebene Welle mit der Frequenz 900 MHz bzw 1800 MHz f llt durch das linke Fenster in einen Innenraum ein und unterliegt im Raum vielf ltigen Reflexions und Absorptionsmechanismen Das Zimmer ist mit einer T r Schr nken und einem Tisch ausgestattet Es wurden verschie dene Materialien einschlie lich geeigneter dielektrischer Materialparameter f r die Modellie rung verwendet e rot markiert Holz Schr nke T r Tischplatte e gelb markiert Metall Schrank Tischbeine e grau markiert Stein W nde Decke Boden Die Bilder 3 1 3 und 3 1 4 zeigen die Feldverteilung im Zimmer in einer horizontalen Ebene auf H he der Tischplatte bei 1800 MHz GSM 1800 und 900 MHz GSM 900 Als Immissi onsgr e dargestellt und farbig skaliert ist die elektrische Feldstarke Sehr gut zu sehen sind die schon in Bild 3 1 1 messtechnisch ermittelten kleinskaligen rtlichen Schwankungen F r die Ausbildung der stehenden Wellen spielt vor allem die der Fenster gegen berliegende Wand die dominierende Rolle Die Einbr che wechseln bei 1800 MHz aufgrund der kleineren
492. rieben 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 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 C
493. rien einen gr eren Einfluss auf das Ergebnis haben als unter schiedliche Expositionsszenarien Au erdem steht zu vermuten dass unter Umst nden f r jedes Expositionsszenario eine separate Mittelungsgeometrie die besten Ergebnisse erbringen wird was eine subjektive Komponente in die Messungen bringt und der Normierungsidee zuwider l uft Unabh ngig davon dass sich diesbez gliche Untersuchungen noch im An fangsstadium befinden und der Fragestellung ob solch eine Volumenmittelung berhaupt durch die jeweilige nationale Personenschutznorm gedeckt wird muss deswegen an dieser Stelle kritisch berpr ft werden ob die Maximalwertermittlung nicht ohnehin der einfachere und sichere Weg einer mess und berechnungstechnischen Expositionsermittlung ist Seite 84 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 4 Zeitliche Verteilung der Immission Zus tzlich zu den in den letzten beiden Kapiteln beschriebenen gro r umigen und kleinskali gen rtlichen Schwankungen ist die Immission auch zeitlichen Schwankungen unterworfen Ursache hierf r sind z B zeitliche Ver nderungen der Ausgangsleistung der Mobilfunk Basisstation anlagenseitige Schwankungen oder zeitliche Ver nderungen des Ausbreitungs weges ausbreitungswegseitige Schwankungen Diese beiden Ursachen werden m folgenden n her untersucht Da seitens der anlagenseitigen Schwankungen ein grundlegender Unter schied zwischen ein und mehrkanaligen Anlagen besteht
494. rmessen werden 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 In den Normungsans tzen sind konkrete praktisch umsetzbare Handlungsanweisungen hierf r nicht enthalten 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 des Messpunktes an sensiblen Orten s nnvoll 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 3 4 3 Messger te und Hilfsmittel 3 4 3 1 Frequenzselektives Messverfahren Fur die Durchf hrung von frequenzselektiven Messungen wird ben tigt ein Spektrumanalysator oder Messempf nger eine auf den zu untersuchenden Frequenzbereich abgestimmte Empfangsantenne HF Kabel zur Verbindung der Antenne mit dem Spektrumanalysator ggf Speicherkarten zum Abspeichern der aufgenommenen Spektren Bild 3 1 zeigt die ben tigten Ger te Seite 49 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsve
495. rmittlung dieses Abstands wurde mit einer speziellen Nahfeld Feldsondentechnik DASY Dosimetric Assessment System mit isotropen Nahfeldsonden Schmid amp Partner 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
496. rpriifung der Immissionen in diesem Bereich ist deswegen irrelevant Der somit fiir das Umfeld gew hlte Entfernungsbereich umfasst diejenigen Gebiete in denen der Erfahrung nach das Interesse der Bev lkerung an der vorliegenden Immissionssituation am gr ten ist 1 3 Einordnung des vorliegenden Zwischenberichtes Der vorliegende Zwischenbericht bezieht sich auf das Arbeitspaket 2 des Forschungsvorha bens Im Sinne einer Analyse wird exemplarisch die Immissionsverteilung an einer Vielzahl von unterschiedlichen f r die verschiedenen Mobilfunknetze typischen Basisstationen untersucht Hierbe1 werden sowohl Basisstationen des GSM Mobilfunknetzes als auch des im Aufbau befindlichen UMTS Netzes ber cksichtigt Der Schwerpunkt wird hierbei auf eine messtechnische Untersuchung gelegt Erg nzt werden die Messungen durch exemplarische Berechnungen Die Analyse umfasst eine Charakterisierung der ortsbezogenen d h an einem festen Ort vorliegenden Immission nach e r umlichen Aspekten d h bei verschiedenen Abst nden Orientierungen und H hen zur Basisstation sowie nach e zeitlichen Aspekten d h an einem festen Messpunkt ber einen l ngeren Zeitraum von z B 24 Stunden Bei der Analyse der r umlichen Verteilung wird weiterhin unterschieden nach der e vropskaligen Verteilung d h den Immissionswerten die in einem gr eren Volumen wie z B einem Zimmer oder einem Spielplatz bei typischen Basisstationsszenarien f r unter schiedlic
497. rrungen und Unregelm igkeiten m Immissionsverlauf beitr gt Um diesen Faktor auszuschlie en wurde quasi unter Laborbedingungen mit einem automatischen Scannersystem gearbeitet das in einem Innenraum auf einer Strecke von 1 36 m in Schritten von 2 cm die Immission aufnahm und protokollierte Die Sendeantenne 1 9 GHz vergleichbar mit GSM 1800 befand sich im gleichen Geb ude eine Etage h her Die Empfangsantenne hatte eine isotropahnliche Richt charakteristik um auch aus unterschiedlichen Raumrichtungen einfallende S gnale exakt ber cksichtigen zu k nnen Bild 3 1 1 zeigt den Verlauf der Leistungsflussdichte ber den abgescannten Bereich Deut lich sind die ortsabhangigen kleinskaligen Schwankungen zu erkennen die durchaus einen Faktor 100 bez glich der Leistungsflussdichte ausmachen k nnen Die absoluten Werte sind bei dieser Messung nicht von Belang sondern nur die relativen Schwankungen Seite 70 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 1 19 4 nT m 0 1 6 14 cy g 3 5 00 1 94 5 F D 2 3 0 001 0 61 5 O D 5 2 2 0 0001 0 19 5 l 1E 005 0 06 0 20 40 60 80 100 120 140 Ort cm Bild 3 1 1 Immissionsverlauf in einem Innenraum ber einer Strecke von 1 36 m Frequenz 1 9 GHz Um ber dieses Messbeispiel heraus einen Eindruck ber die fl chige Verteilung der Schwan kungen sowie der zugrunde liegenden Wirkungsmechanismen zu bekommen wurde im Vo
498. rscheinungen 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 dass 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
499. rschiede 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 Bild 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 is
500. rstra e N mberg ja keineAngabe innen 2810 N023a R thenbacher Hauptstra e N rnberg Boden ja kei N0236 Stuttgarter Stra e N rnberg Boden ja teilw _ teilw _ 494 2 Br Pre te teilw N025a Edmund Rumpler Weg N rnberg Boden ja keineAngabe au en 2410 N020b Rennweg N mberg 40G ja keineAngabe au en 2810 N02 6d Fenitzer Stra e Rennwog N rnberg Boden ja keineAngabe au en N027a _Nibelungenstra e N rnberg 5 OG ja keineAngabe innen 1910 N0276 _Nibelungenstra e N rnberg 5 OG ja keineAngabe au en 7610 N0276 _Nibelungenplatz N rnberg 40G ja keineAngabe innen 4910 N 02 9a Ludwigsplatz N rnberg keine Angabe 1 2 10 ja ja ja ja ja ja ja ilw ja ein ja ja ja ja ja Seite All von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung U Bahnstation Wei er Turm N rnberg N02 10b _Zwischengeschoss zu N 02 10a ja keineAngabe 1410 2 210 ja nein Q a N 03 10a Joh Sebsatian Bach Stra e Nurnberg Dach OG 1 4 107 re N 03 10b Joh Sebsatian Bach Stra e N rnberg 40G nen ca30 innen 3 310 Im Unterschied zur Originalquelle wurde f r die Immissionswerte n dieser Tabelle die Messunsicherheit herausgerechnet Seite A12 von A16 des Anhangs zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Messreihe T V T V 03_1 b
501. rt wird geeignet Dem gegen ber sind Spektrumanalysatoren in der Regel so empfindlich dass unter Verwen dung von geeigneten Antennen Immissionen 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
502. rucksichtigen der vor allem in innerstadtischen Gebieten typisch 4 6 bei GSM signifi kant gr er sein kann als in l ndlichen Gebieten typisch 0 2 bei GSM Seite 20 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Anlagenbezogene Faktoren Immissionsortbezogene Faktoren Sendeleistung H he H he Abstand Antennentyp und Ausrichtung Horizontale Ausrichtung Downtilt Abw rtsneigung 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
503. rung 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 ber e ob frequenzselektiv oder breitbandig oder codeselektiv gemessen wurde Seite 77 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren e ob eine Max malwertermittlung am Messpunkt stattfand und wenn ja mit welchem Verfahren z B Schwenkmethode 2 3 8 7 Messergebnisse Hier sind die Messergebnisse getrennt f r jeden einzelnen Messpunkt anzugeben Repr senta 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
504. rus J Streckert und V Hansen Exposition von Personen im Nahfeld von Basisstationsantennen unter Ber cksichtigung komplexer Montageumgebungen Kleinheubacher Berichte Bd 45 S 349 353 2002 P Bernardi M Cavagnaro S Pisa und E Piuzzi Human Exposure to Radio Base station Antennas in Urban Environment IEEE Trans Micro wave Theory Tech vol 48 S 1996 2002 2000 BEMFV Verordnung ber das Nachweisverfahren zur Begrenzung elektromagnetischer Felder BGBl Jg 2002 Teil I Nr 60 27 08 2002 Seite 67 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk BER 93 BGV BGR BIS 88 BOR 96 BOR 02 BOR 02a BUWAL 01 BUWAL 02 BUWAL 02a CEPT 02 CIC 93 CIC 94 CMN 85 J E Berg Building Penetration Loss at 1700 MHz along Line of Sight Street Microcells COST 231 TD 93 003 1993 BGV B11 VBG 25 Unfallverh tungsvorschrift Elektromagnetische Felder Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektronik 01 06 2001 BGR B11 ZH1 257 Elektromagnetische Felder Berufsgenossenschaft der Feinmechanik und Elektronik Juni 2001 B Bisceglia G Franceschetti et al Symbolic Code Approach to GTD Ray Tracing IEEE Trans Ant Prop vol 36 S 1492 1495 1988 C Bornkessel T Becks und U Kullnick Katasterm ige Erfassung der elektromagnetischen Belastung in Nordrhein Westfalen Vorschl ge zur Durchf hrung IMST Report Kamp
505. rvrereeuU iNnNNNNnNercrerenSaNnNecenNnNreree UNNSNNNNN Anammmnnarrrreneennnnnnnnmmmmnn COKE KKK KENNNNNNNNNMANRRSSSSSSSSsSssss Messpunkt Nach Lage sortierte Messpunkte der Reihe IMST 1 26 BImSchV GSM 1800 SEITZ TE Legende i E innen gleiches Geb ude E Innen Nachbargeb ude E Au enmesspunkt Schweizer AGW GSM 1800 Schweizer AGW GSM 900 w h E NM FTON TFTENMFTFTOEF NME NME NM FTO ENM FOF NMT O ON ENMNTFTO SENEN ateta teea aa wee T T T ym T T T ym q qm qy aAA AA Messpunkt Nach Lage sortierte Messpunkte der Reihe IMST 2 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 61 4 19 4 6 14 1 94 0 61 0 19 0 06 wA By1e spI94 49S1174913 wA eyse3Spja4 49S114213 Seite 56 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Leistungsflussdichte W m 2 Bild 2 2 28 26 BImSchV GSM 1800 19 26 BlmSchV GSM 900 61 4 f 19 4 Or OM ee 7 0 01 l 1 94 0 001 0 61 u u 1E 005 im g e es U l ili E EEE 0 06 Nee eaeiMOnr ei NOMNADAK THK NOMOATEKHNTKTNYMYNUANNY TON AGE AOA ST a TANS OOo Ee ae OPP OO OonmnmrnmzZOOCOCOaAcKLYN eo lt g 2203999 EE2SS gt SH a oa Ge EF E Messpunkt Messpunkte im obersten Geschoss im Geb ude der Anlage wa Byae spI94 ayas 19913 Diese Tatsache ist erstaunlich da alle dies
506. s Draufsicht links und Anordnung der Ebenen im Raum rechts Das durch das Punktraster aufgespannte Volumen in etwa ein Kreiszylinder von 1 m Durch 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 En 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
507. s und Berechnungsverfahren 10 Ben ee ee pe ee mers sass ssbb EE E E E S E E E ieee agasiesoesnseturetsessesdenseagy Legende 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 u
508. s und Berechnungsverfahren 2 3 Ableitung von Anforderung an Messverfahren Aus den Erkenntnissen der beiden vorangegangenen Abschnitte 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 S
509. s 300 GHz Allerdings ist sie ihrem Anwendungsbereich ent sprechend nicht mobilfunkspezifisch sondern sehr allgemein gehalten und berucksichtigt h chstens ansatzweise die besonderen Gegebenheiten der Immissionen durch Mobilfunk Basisstationen wie z B die Inhomogenit t der Felder vor allem in Innenr umen Erfordernis einer speziellen Methodik der Messdurchf hrung oder der korrekten Einbeziehung der mobilfunktypischen Leistungsregelung Erfordernis der Extrapolation der gemessenen Augenblickswerte auf den Zustand maximaler Anlagenauslastung So wird z B bei inhomo genen Feldern die Messung in drei verschiedenen H hen verlangt Es ist der Messperson freigestellt ob frequenzselektive oder breitbandige Messger te zum Einsatz kommen Die Felder sind isotrop zu messen entweder mit isotroper Sonde oder eindimensionalen Aufneh mern in allen drei orthogonalen Raumrichtungen und nachtr glicher Verkn pfung Konkrete Ger teeinstellungen vor allem f r frequenzselektive Ger te deren Nichtbeachtung eine potenzielle Fehlerquelle darstellt werden nicht angegeben Insgesamt wird eingesch tzt dass Seite 36 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk die DIN VDE 0848 Teil 1 f r die hier vorliegende Aufgabenstellung zu unspezifisch ist und zu viele Freiheitsgrade bez glich der Messung offen l sst RegTP BAPT Messvorschriften Aufgrund der Unspezifiziertheit der DIN VDE 0848 Teil 1 hat die Regulierungs
510. s Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Inhaltsverzeichnis ZUSamMmMENIassuUng u a nenne 3 SUMMAr V nennen E E O OR 7 1 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 N Iota etnias liars tek 40 2 5 4 Nahfeld Fernfeld Problematik 41 23 WNT LEP Messparameten a na n ei E
511. s Abstands zur Antenne w hrend des Schwenkens minimieren Bereits hier kann deswegen abgeleitet werden dass e zur Vergr erung des Antennenabstands 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 Schwenkgeschwin
512. sa nr au 34 Normungssituation in Deutschland c eesssssssesssssssnnnnnnnnnnsssssnnnnsnnnnnnssssnnnnnssnnnnnnnnnne 35 Internationale Ans tze einem 37 ZUSUMMENnFassune nasse 45 Beschreibung der vorhandenen Messverfahren ccccccccssssssscsssssssssssees 46 Grunds tzliche Messverfahren ccccccsssssscccccccrsrssssssccccccccccccsssssccccccccccssssssccccsses 46 Auswahl der MCSSPUTKIE prenei E ETE 47 Messger te und Hilfsmittel an una sie 48 Frequenzselektives Messverfahren 48 Breitbandises Messy Srila Nre u a 50 Kahbrierung der NICSSCCra le une 51 Nahteld Pernield Probemalk ea a I aacenneicones 51 Wahl der Messparameter ann ee Beulen 51 Messaurchf hrune nun ee bee 52 Freguenzselektives Messverl hten serien 32 Breitband ses Messyerlabtn a ae ae 54 Mi tlelunssmelnodena use 54 AUSWEITUNG A ee les ee eds 56 Umrechnung der Messwerte auf Leistungsflussdichten bzw Feldst rken 56 Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung Spektrumanalysator 57 Vorgenen Det GSM Anlagen BR ee I7 Vorcenen be UMTS Anlasens anne 58 Extrapolation auf maximale Anlagenauslastung Breitbandmessger t 59 Dokumentation aan kiss 59 Eignung der verschiedenen Messverfahren sssss00000000000000000000000000000000 60 FUSAMMENTASS WG sssrini iasa eaa aaia ai 64 Lit erat rverzeichniS necccsiosssccvosirccesccareri tiecas a a a aa a 66 Seite 5 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und
513. sbreitung 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 bestimmten 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 f r 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
514. schal d e Sendeleistungen mehrerer Sendesysteme unterschiedlicher Betrei ber aufzusummieren Eine entsprechende Summierung w re streng genommen nur dann erlaubt wenn die Antennen der unterschiedlichen Betreiber exakt gleich ausgerichtet sind sich an exakt derselben Stelle befinden den gleichen Downtilt verwenden und mit derselben Frequenz senden Diese Bedingungen werden in der Realitat nicht vorhanden sein Um diese Fragestellung messtechnisch zu berpr fen werden wiederum die Werte der Messreihen IMST I und 2 herangezogen Diesmal werden die Messwerte nach der Anzahl der Kan le sortiert ber die die Sendeanlage insgesamt verf gt Ist auf der Sendeanlage beispielsweise ein Betreiber vertreten der auf drei Sektoren mit jeweils zwei Kan le arbeitet wird als Kanalzahl sechs angenommen Handelt es sich um einen Standort mit Mehrfachnutzung auf dem Betreiber A mit jeweils zwei Kan len Betreiber B mit jeweils vier Kan len und Betrei ber C mit jeweils sechs Kan len pro Sektor arbeitet ist die Kanalzahl 36 Da die Sendeleis tung zwischen den einzelnen Netzbetreibern zumindest in innerstadtischen Gebieten von der Gr enordnung her vergleichbar ist ist die Kanalzahl ein vern nftiges Ma f r die insgesam te Sendeleistung des Standorts Auch hier werden wiederum nur die Beitr ge der Hauptsende anlage betrachtet Bild 2 2 16 zeigt das Ergebnis Eine eindeutige Aussage ist schwierig obwohl hier wieder ein Trend erkennbar ist Die gering
515. sche Felder 26 BImSchV BGBl Jg 1996 Teil I Nr 66 20 12 1996 1999 51 EG Empfehlung des Rates vom 12 Juli 1999 zur Begrenzung der Exposition der Bev lkerung gegen ber elektromagnetischen Feldern 0 Hz 300 GHz Amtsblatt der Europ ischen Gemeinschaften L 199 59 30 07 1999 M Alaydrus V Hansen und J Streckert Field Analysis of Base Station Antennas in Complex Environments Ay European Personal Mobile Com munications Conference Conference CD ROM 2001 S E Alexander Radio Propagation within Buildings at 900 MHz Elec tronic Letters Vol 18 Nr 21 S 913 914 1992 H W Arnold R R Murray und D C Cox 8 15 MHz Radio Attenuation Measured within Two Commercial Buildings IEEE Trans on Antennas and Propagation Vol 37 Nr 10 S 1335 1339 1989 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 B Alves C Ribeiro und L Correira 4 Comparison of Propagation Models for Urban Micro cells in GSM COST 259 TD 98 069 1998 M Assis A Simplified Solution to the Problem of Multiple Diffraction over Rounded Obstacles IEEE Trans Ant Prop vol 19 S 292 295 1971 A Bitz M Alayd
516. schieden 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 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 Handmessgerate 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 in Kapitel 3 4 3 ausf hrlich vorgestellt In einigen der vorgestellten Normen konzentriert sich der Einsatz der breitbandigen Sonden auf drei Gebiete l bersichtsmessungen 2 Ermittlung des am h chsten exponierten Ortes an dem dann eine frequenzselektive Feinmessung durchgef hrt wird 3 Messungen in unmittelbarer N he der Sendeanlage Bereich des Sicherheitsabstandes Dort st davon auszugehen bzw mit einem frequenzselektiven Messger t zu berpr fen dass die Immission durch die Sendeanlage vor Ort gegen ber Immissionen von umliegen den Sendeanlagen dominiert Somit ist eine frequenzm ige Au
517. schirmpixel zugeordnet s nd wird derjenige mit dem h chsten Pegel ausgew hlt und angezeigt Der RMS Detektor berechnet hingegen f r jedes Pixel aus 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 S gnal Eingangsspannung F r detaillierte Informationen se 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 GS
518. sinformation der einzelnen Maxima geht hiermit verloren Ein m gl cher Fehlereinfluss ist aber als gering einzusch tzen da der jeweils auszumessende 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
519. sion eine logarithmische Teilung aufweist Ein K stchen entspricht hier 10 dB d h einem Faktor 10 bez glich der Leistungsflussdichte bzw einem Faktor 3 2 bez glich der elektrischen Feldst rke Auf der x Achse sind die Messpunkte eingezeichnet Die daf r benutzte Kennzeichnung beinhaltet ein K rzel f r den geografischen Messort sowie eine numerische Angabe f r Messort und Messpunkt So bezeichnet AC1 1 beispielsweise den 1 Messpunkt eines 1 Messortes in Aachen Eine Aufschl sselung der Messpunkte befindet sich im Anhang Pro Messpunkt sind zwei Balken eingezeichnet Der gr ne Balken bezeichnet die Immission durch die Hauptsendeanlage d h der in unmittelbarer N he installierten Anlage in deren Umfeld gemessen wurde Der schwarze Balken f gt auch die Immissionen durch umliegende Mobilfunkanlagen hinzu kennzeichnet also solcherma en die Gesamtimmission durch Mobilfunk Weiterhin sind in Bild 2 1 la Grenzwertlinien eingezeichnet Im oberen Bildteil sind als durchgezogene Linie die f r Deutschland gesetzlich festgelegten Grenzwerte der 26 Bundes Immissionsschutzverordnung 26 BImSchV 26 BImSchV eingetragen Als Orientierung sind zus tzlich die sogenannten Schweizer Anlagengrenzwerte AGW f r Orte mit empfind licher Nutzung NISV gestrichelt aufgef hrt Alle Messergebnisse liegen unterhalb der Grenzwerte der 26 BImSchV Die Schweizer AGW werden an einigen wenigen Messpunkten fast erreicht und an einem Messpunkt b
520. sion nach Bild 2 2 4 bei unterschiedlichen Hohendifferenzen darstellt Die Hohendifferenz wird wie folgt variiert 1 m 5 m 10 m 20 m und 50 m 1 m bis 10 m entsprechen typischen Konfigurationen in Wohngebieten 20 m ist f r die Betrachtung der ortsbezogenen Immission am Erdboden von einer Sendestation auf einem Hochhausdach ebenfalls denkbar 20 m und 50 m k nnen f r die ortsbezogene Immission am Erdboden f r Sendestationen auftreten die auf einem separaten Tr germast installiert s nd Seite 37 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Legende 5m H henunterschied 10 m H henunterschied 26 BImSchV GSM 1800 10 20 m H henunterschied 61 4 50 m H henunterschied 4 u El 1m H henunterschied 19 4 a b 0 1 ae e eee INES CA an Wy ey Nee N o Schweizer AGW GSM 900 2 0 01 1 94 J Q 3 0 001 0 61 7 2 0 0001 0 19 J gt 1E 005 0 06 O 1E 006 0 02 1E 007 0 01 1 10 100 1000 10000 Abstand d m Bild 2 2 11 Verlauf der Immission in Abh ngigkeit vom lateralen Abstand Parametersatz 1 bei Variation des Hohenunterschiedes w A ey1e Spja4 ayas py9 3 Seite 38 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Auswertung Bei Variation des H henunterschiedes bleibt die prinzipielle Kurvenform nach Bild 2 2 4 erhalten Mit zunehmendem Hohenunterschied verschieben sich die Kurven im Nah
521. sis Eindhoven University ISBN 90 386 1860 3 2001 J J Delgado ndoor Penetration Results COST 231 TD 93 018 1993 J Deygout Multiple Knife Edge Diffraction for Microwaves IEEE Trans Ant Prop vol 4 S 480 489 1966 J Deygout Correction Factor for Multiple Knife Edge Diffraction IEEE Trans Ant Prop vol 39 S 1256 1258 1991 M Dottling Strahlenoptisches Wellenausbreitungsmodell und Systemstu dien fur den Satellitenmobilfunk Dissertation Universitat Karlsruhe Band 26 2000 Reg TP MA EMF 03 PMD Messanweisung fur bundesweite EMVU Messreihen der vorhandenen Umgebungsfeldstarken RegIP Bonn 2002 J Epstein D W Peterson An Experimental Study of Wave Propagation at 850 MHz Proc IRE vol 41 S 595 611 1953 FCC Federal Communications Commission Office of Engineering and Technology Evaluating Compliance with FCC Guidelines for Human Exposure to Radiofrequency Electromagnetic Fields OET Bulletin 65 August 1997 Seite 69 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk GAH 93 GIO 84 HAT 80 ICNIRP 98 IEEE C95 1 IEEE C95 3 IKE 84 IMP 02 ITU 370 ITY 91 JAK 95 KANN 97 KEL 62 KEN 90 KOI 97 R Gahleitner Wave Propagation Into Urban Buildings at 900 and 1800 MHz COST 231 TD 93 092 1993 C L Giovaneli An Analysis of Simplified Solutions for Multiple Knife Edge Diffraction IE
522. sitionsanderung der Messan lage oder ver nderte Witterungsbedingungen in Frage N All 3 EA L is ni Elektrische Feldst rke V m Di Mi Do Fr Sa So Mo Di Wochentag Bild 4 1 6 Ergebnis einer 7 Tage Messung an einem fixen Messpunkt in der Umgebung einer mehrkana ligen Anlage 4 2 Zeitliche Schwankungen seitens des Ausbreitungsweges Oftmals vor allem im Falle einer Mehrwegeausbreitung bei Nichtvorhandensein eines dominanten Ausbreitungsweges sind die Umgebungsbedingungen von Basisstation und Immissionsort und insbesondere deren zeitliche Veranderungen von entscheidender Bedeu tung f r die Immission an einem festen Immissionsort Inwieweit dies fur den hier betrachte ten Spezialfall der unmittelbaren Umgebung der Basisstation Sicherheitsabstand bis etwa 200 m relevant ist hangt von der Situation ab Die Immission an Orten mit direkter Sicht zur Sendeantenne Dominanz eines Ausbreitungs weges wird von Ver nderungen im Ausbreitungsweg wie z B vorbeifahrenden Autos sich bewegenden Menschen usw sicherlich weniger beeinflusst als an Orten bei denen die Energie der Basisstation haupts chlich durch Reflexionen an sich ver ndernden Objekten oder Subjekten vom Sender zum Immissionsort gelangt Letzterer Fall w rd vorrangig dann vorhanden sein wenn keine direkten Sichtbedingungen vorhanden sind und der Empfangsort nicht unmittelbar an die Mobilfunkstati
523. skutiert inwieweit derzeit verf gbare Verfahren f r eine Erhebung der tats chlich vorliegenden Immissionen geeignet sind Ausgangspunkt der Diskussion ist die Definition der Anforderungen die allgemein an Verfahren zur Immissionsbestimmung unter realen Bedingungen in Innenr umen und m Freien zu stellen sind Die Untersuchungen werden 1m Rahmen einer Literaturstudie durchgef hrt In die Literatur studie werden sowohl nationale als auch internationale Arbeiten einbezogen Seite 8 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 2 Berechnungsverfahren im Mobilfunkbereich Das vorliegende Kapitel gibt einen berblick ber existierende Berechnungsmethoden f r elektromagnetische Feldst rken im Mobilfunkbereich Die vorgestellten Berechnungsmodelle wurden originar vorwiegend zur Funknetzplanung mit einem entsprechenden Anforderungs profil entwickelt Die Frage nach ihrer Tauglichkeit f r die hier gegebene Problemstellung der Immissionsberechnung ist neu und wird im folgenden untersucht In die Beurteilung der Tauglichkeit bestehender Modelle flie t dabei auch ein welche Eingangsdaten ben tigt werden Au erdem ist die Genauigkeit der berechneten Daten und der Rechenaufwand mit zu ber cksichtigen 2 1 Grundlagen der Funkwellenausbreitung 2 1 1 Ausbreitungserscheinungen Die Wellenausbreitung bei den f r Mobilfunk verwendeten Frequenzen folgt hnlichen Gesetzen wie die Ausbreitung von Licht
524. so eine bessere Reproduzierbarkeit der Messungen erreicht werden kann und 2 einige Perso nenschutznormen wie z B die IEEE C95 1 IEEE C95 1 die ICNIRP Guidelines ICNIRP 98 sowie die sterreichische NORM S1120 S 1120 die abgeleiteten Grenzwerte als ber den K rper gemittelte Werte definieren Obwohl nicht explizit erw hnt mittelt dieses Verfahren nat rlich die aufgrund der starken rtlichen Amplitudenschwankungen real existie renden hohen Immissionsspitzen weg und ergibt somit ein moderateres Bild der Immissi onssituation vor Ort Dies ist sicherlich aus Betreibersicht positiv muss aber in jedem Fall durch die jeweilige nationale Personenschutznorm gedeckt sein 0 35 m 0 40 m Mittelpunkt Mittelpunkt 1 25 m D 1 25 m 0 50 m n 30 Kopfbereich 150 180 cm Torsobereich 120 150 cm Mittelpunkt Beinbereich 80 120 cm n 10 Bild 3 3 Verschiedene vorgeschlagene Messraster f r eine Mittelung der Messwerte links oben ANFR DR 15 rechts oben prEN YYY links unten CEPT 02 rechts unten SICTA 01 Seite 56 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Bez glich der Gitterraster ber die eine Mittelung vorgenommen wird bestehen Vorschl ge nach Bild 3 3 Danach erscheint vor allem der Vorschlag aus SICTA 01 mit 76 einzelnen Messpunkten bez glich des damit verbundenen Messaufwandes als unrealistisch Die Einf
525. spr che an die Berechnung die Modellierungstiefe und damit der ben tigte Rechenaufwand ansteigt 2 3 2 1 Strahlenoptische Ausbreitungsmodelle Strahlenoptische Ausbreitungsmodelle erm glichen genaue Berechnungen bei vertretbarem Rechenzeitaufwand je nach geforderter Aufl sung Genauigkeit Dar ber hinaus entstehen durch den physikalischen Ansatz keine gro en Einschr nkungen hinsichtlich der untersuchten Frequenzen oder Ausbreitungsumgebungen DOT 00 MUTE re z Reflexion Brechung in inhomogenenAtmosphiine Sendeantenne Transmitter T Emplangsantenne Reflexion Receiver R Bild 2 4 Mehrwegeausbreitung und Deutung einzelner Ubertragungswege als Strahlenbahnen In Bild 2 4 ist eine Ausbreitungssituation wiedergegeben die aus einer Kombination aller wichtigen Ausbreitungsmechanismen resultiert Hieraus sind unmittelbar die wesentlichen Schritte innerhalb eines Modells bei dem die einzelnen bertragungswege unabh ngig voneinander als Strahlen gedeutet werden ersichtlich Berechnungsverfahren die auf einer Seite 22 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk derartigen Zerlegung n einzelne Ausbreitungswege basieren und s ch sehr gut zu einer konsistenten Beschreibung der Mehrwegeausbreitung zwischen Sende und Empfangsantenne verbinden werden als strahlenoptische Modelle bezeichnet Strahlenoptische Modelle fu en auf einer deterministischen Beschreibung aller Ob
526. sse 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 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 g
527. ssergebnis ist n 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 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 be
528. ssergebnisse aufgeschlagen worden sind In die Messunsicherheit gehen solche Gr en wie Kal briergenauigkeiten der eingesetzten Messger te Spektrumanalysator Kabel Antenne und Unsicherheiten bez glich Fehlan passungen aber auch Unsicherheiten bei der Probennahme d h begrenzte Reprodu zierbarkeit bei Maximumsuche und Messanordnung ein Seite 14 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 6 Die Messungen sind von erfahrenem Personal mit kalibrierten Messger ten durchgef hrt worden Die Regulierungsbeh rde f r Telekommunikation und Post RegTP hat in den Jahren 1992 1996 1997 und 1999 2000 verschiedene Messreihen zur Erfassung der hochfrequenten Immission durchgef hrt die 1m Internet ver ffentlicht sind Diese k nnen jedoch in die vorliegenden Untersuchungen nicht einbezogen werden da aus den ver ffentlichten Sum menwerten 9 kHz bis 1 GHz bzw 9 kHz bis 2 9 GHz nicht der Anteil der Mobilfunkimmis sionen separiert werden kann Da wie noch weiter unten gezeigt wird das Verh ltnis von Mobilfunkimmissionen zu anderen hochfrequenten Immissionen je nach Messpunktlage unterschiedlich sein kann ist ein Zur ckgreifen auf die RegTP Ergebnisse bei den hier durchgef hrten Untersuchungen nicht sinnvoll Au erdem sind bei den Messreihen der RegTP die Messpunkte nicht bewusst in der Nahe von Mobilfunk Basisstationen und insbe sondere auch nicht innerhalb von Wohnungen ausgewahlt worden 2 1 1 Messre
529. sskampagnen Die Spannbreite der Messergebnisse ist dabei so gro dass es oftmals wenig Sinn macht die Ergebnisse unterschiedlicher Mess reihen unreflektiert 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 ver
530. sssseeees 8 2 1 Grundlagen der Funkwellenausbreitung cccccccsssssssssscscccccssssssssssssccooees 8 2 1 1 Ausbreitungserschein ungen nun 8 2 1 2 Mehrweceausbreitunt oni a E 9 2 1 3 Wellenausbreitung innerhalb von Gebauden ccccsssssssssccccccccccccoccsccees 10 22 Anforderungen an Berechnungsverfahren ssss0s0000000uuusssssssssnnnnnnnnnnnnee 10 2 3 Wellenausbreitungsmodelle uu e u esss22ae ana 11 2 3 1 Empirische und semi empirische Model le cccccssssscccccsssssscccccsssssccccccsssssscccees 13 2 3 1 1 Empirische Ausbreitungssmodelle ru 13 Fb TECER O E ee neueren sr ee 13 2934 12 E09 Q1stancePath loSs Modell sisa 14 23 14 19 Okumura Hala Model 2 2 14 23 1 4 COST Hata Moaell COS nu nee T E E 15 2 3 1 2 Eintache Beugungsmedeliesseeke teilen ei en 16 2 9 4 24 Epsiein Pelerson Modell susanne 17 23 14 22 DOSU Mod users E E 18 23 1 2 ovane Modell iin 18 23 143 Semi empirische Ausbreitungsmodelle 2220000000nnnnnnnnnnnnnnsseseneneeeennnn 18 23 1 3 3 COST Walfisch Ikesami Modell u u isunn nek Ne 19 2 32 Analytische Modellen ai 21 2 3 2 1 Strahlen ptische Ausbreitunssmodelle sericis eotie a a adeewasiona es ead Geox 21 2 3 22 Feldtheorensche Modellierung sus 24 2 3 2 2 1 Biniie Elemente Methode FEM nn 24 23 222 Bine Differenzen Melhode EDM u n u e nennen 24 2 3 2 2 3 Finite Differenzen im Zeitbereich Finite Difference Time Domain FDTD 2
531. sstechnische Untersuchung des Einflussfaktors Downtilt findet weiter unten im Rahmen der Unterscheidung bez glich morphographischer Parameter Lage der Messpunkte in st dt schem oder landlichem Gebiet statt da wie oben erw hnt f r unterschiedliche Landnut zungsklassen unterschiedliche Downtilts verwendet werden Seite 47 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Bild 2 2 19 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 0 1 Legende 0 mechan dow ntilt 2 mechan downtilt 4 mechan downtilt 6 mechan dow ntilt 8 mechan downtilt Schweizer AGW GSM 1800 61 4 19 4 6 14 T AGW GSM 900 2 oo L palin i 1 94 9 SX NY 3 0 001 0 61 7p 5 5 0 0001 0 19 gt 1E 005 0 06 TD 1E 006 0 02 1E 007 gt 0 01 1 10 100 1000 10000 Abstand d m Verlauf der Immission in Abh ngigkeit vom lateralen Abstand Parametersatz 1 bei Variation des Downtilts wA ay41e Spja4 949S114913 Seite 48 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 2 2 5 Typ der Sendeantenne Die in den vorangegangenen Abschnitten gezeigten typischen Immissionskurven sind f r einen Antennentyp g ltig der f r Bas sstationsantennen gangig ist Prinzipiell werden selbst verst ndlich verschiedene Antennentypen verwendet je nach Netzbetreiber und ausleuch tungstechnischen Anforder
532. stadtbereich 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 Krefeld 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 5
533. sten Immissionen treten durchweg bei kleinen Kanalzahlen auf die h chsten Immissionen vermehrt bei hohen Kanalzahlen Trotzdem l sst sich nicht schlussfolgern dass bei kleinen Kanalzahlen durchweg kleinere Immissionen auftreten und bei gro en Kanalzahlen durchweg h here Immissionen Immissionen bei kleinen Kanalzahlen k nnen stellenweise h her sein als Immissionen bei gr eren Kanalzahlen M glicherweise wird hier eine eindeutige Aussage von einer starken Abh ngigkeit von der Wahl des Mess punktes insbesondere Orientierung zur Hauptstrahlrichtung verdeckt 10 61 4 T 1 194 m g 09 i 614 5 S a4 8 gt Oo u 8 amp D 7 0 01 o o e 8 e amp a 1 94 2 V a ia o ee 9 5 3 gt 7 o gt gt 0 001 o of g o 0 61 3 3 F H lt n Ce 8 3 hr 0 0001 a ah 0 19 kl og E Te 1E 005 l o 0 06 0 5 10 15 20 25 30 35 40 Anzahl der Kanale Bild 2 2 16 Verteilung der Messpunkte der Reihen JMST 1 und 2 als Funktion der Anzahl der Kan le Seite 44 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Deswegen soll im folgenden versucht werden nur bez glich ihrer Lage vergleichbare Mess punkte in die Auswertung einzubeziehen In bereinstimmung mit dem vorangegangenen Abschnitt werden deswegen nur diejenigen
534. sunsi cherheitsbudget aufzustellen das sowohl ger tebedingte als auch methodenbedingte Unsi cherheiten ber cksichtigt Es w rd daf r pl diert die Messunsicherheit 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 eingeset
535. t 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 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 erh ht wird Die S mulationen erfolgen nicht an wahllosen Mobilfunksendeanlagen sondern bei typischen Anordnungen von Basisstationsstandorten Ausgew hlt 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
536. t 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 Amplitude 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 s nd Die hier beschriebenen Anzeigefehler sind vergleichsweise gering in Relation zu den ber 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 Kalibrierun
537. t angegeben werden kann an dem sich das zugeh rige Immiss onsmaximum ausbildet Dieses Verfahren wird z B in COS 00 pr feriert und durch den Einsatz von Prazisions Breitbanddipolen mit genau bestimmbarem Antennenfaktor und Balunverlusten perfektio niert Hierbei muss jedoch kritisch hinterfragt werden ob nicht durch die Minimierung der Messunsicherheit durch eine hochgenaue Messung an einem festen Punkt die insgesamte Genauigkeit des Verfahrens tberschatzt wird Wie eingangs bemerkt besteht der Sinn eines geeigneten Verfahrens zur Durchf hrung der Messung darin ein vorhandenes Volumen geeignet und praktikabel abzutasten um daraus die Maximalwerte der Immission zu bestim men Gerade die feine Abtastung eines gro en Volumens gestaltet sich bei der Punktrasterme thode aber sehr kompliziert da pro Messpunkt die Antenne in drei orthogonale Richtungen Seite 54 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk ausgerichtet werden muss und somit f r eine mit der Schwenkmethode vergleichbare Abtas tung eines Raumes ein sehr hoher und damit oftmals nicht mehr praktikabler Zeitaufwand entsteht Wird hingegen das abzutastende Volumen reduziert oder d e Maschenweite des Rasters erh ht w rd d e Gefahr einer Unterbewertung der Immission durch Nichttreffen des lokalen Maximums h her Nur wenn eine r umliche Mittelung der Immission oder eine Angabe derjenigen Orte gefordert ist an denen sich die lokalen M
538. t 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 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 fiir die Konfigurationen mit indirekter Sicht aufgezeigt Die Messunsicherheit von 3 dB ist wiederum durch die zwei ro
539. t einem Netz feststehender oder mobiler Messstationen die aneinander angebunden sind und eine automatische Datenerfassung gew hrleisten 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
540. t sind die Immissionen hier und auch in den nachfolgenden Messreihen als schwarze Balken gekennzeichnet Messreihe IMST 3 Lage der Messpunkte repr sentative Orte in direkter Umgebung der BS ohne Suche maximal exponierter Orte Maximumsuche Ja Schwenkmethode Messunsicherheit MU 3 dB Extrapolation auf max Anlagenauslastung teilweise bei etwa 50 MU auf Ergebnisse aufgeschlagen nein Maximaler Wert 0 05 W m Minimaler Wert 0 00000073 W m Schwankungsbreite Faktor 68 000 Leistungsflussdichte Mittelwert 0 0014 W m Mittelwert ohne max min Wert 0 00031 W m sn Sa mi Tabelle 2 1 3 Administrative Daten und statistische Auswertung der Messreihe IMST 3 Bei den Messergebnissen der Messreihe IMST 3 wird deutlich dass nach Ausklammerung von V 14 1 die mittlere Immission deutlich geringer ist als bei den Messreihen MST 1 und 2 Dies ist primar auf die Wahl der Messpunkte zur ckzuf hren da hier nicht vorrangig die am starksten exponierten Orte in unmittelbarer Nahe der Basisstationen ausgewahlt wurden Trotzdem befanden sich auch bei der Messreihe JMS7 3 alle Orte in unmittelbarer Nahe der Basisstation bis ca 200 m Seite 21 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 10 26 BImSchV GSM 1800 26 BImSchV GSM 900 61 4 1 19 4 m i a E DA ed 1800 6 14 o y Schweizer AGW GSM 900 3 Q 3 494 2 N 0 01 i z 1 94 a gt F cr 8 000 oe 0 001
541. teilung Messteam offen stehenden Freiheitsgrade wurde die Gefahr von unterschiedlichen Bewertun gen er ffnen und der Idee eine Normierung der Messvorschriften zuwider laufen Au erdem ist auch noch die folgende Problematik zu beachten Die als Begr ndung f r die Mittelung angef hrte Personenschutzempfehlung ICNIRP 98 verlangt neben der Einhaltung des Ganzk rper SAR Wertes auch die Einhaltung eines Teilk rper SAR Wertes f r stark lokale Exposition Beide Werte m ssen eingehalten werden Bez glich der Ableitung der Referenzwerte aus den Bas sgrenzwerten hei t es in ICNIRP 98 Ihe reference levels are intended to be spatially averaged values over the entire body of the exposed individual but with the important proviso that the basic restrictions on localized exposure are not exceeded Gerade bei Mittelungsgeometrien die mit sehr wenigen Punktzahlen operieren ist die Gefahr eines bersehens des Maximalwertes innerhalb eines dem menschlichen K rper quivalen ten Volumens m glich Schon aus diesem Grunde wird eine zumindest begleitende Maxi malwertsuche immer unumg nglich sein Es wird erwartet dass die internationalen Forschungen auf diesem Gebiet noch eine Zeitlang fortgesetzt werden Die Untersuchungen sind sehr aufw ndig sowie zeit und kostenintensiv und nehmen schon die Form von Grundlagenforschung an Es muss eine Vielzahl von repr sentativen Expositionsszenarien gebildet werden mehrere Beispie
542. ten 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 en 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 hl BRERRER 5 coo O EEE S _ EE EE 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 Ergebni
543. tenne 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 Messergebnissen 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 S
544. tenne 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 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 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
545. ter eine vielversprechende Alternative Bei Spektrogrammen die mit einem Spektrumanalysator im Maxhold Betrieb ermittelt wurden ist eine zeitliche Mittelwertbildung im Nachhinein nicht mehr moglich da nicht mehr rekonstruiert werden kann wann wie oft und mit welcher Immission die auslastungs abh ngigen Transportkan le zur Gesamtimmission beigetragen haben Zudem f hrt eine einfache Aufsummierung aller Einzelimmissionen durch den Umstand des Frequency Hop pings in der Regel zu einer bersch tzung der tats chlichen Immission wie bereits in Ab schnitt 2 1 6 erl utert Insofern ist beispielsweise die in Bild 4 3 1 gezeigte Livemessung keine echte Mittelung Zusammenfassend l sst s ch feststellen dass vor dem Hintergrund der Grenzwertbetrachtung eine rtliche Maximierung und zeitliche Hochrechnung auf den maximalen Auslastungszu stand notwendig ist Die Angabe einer aktuell vorliegenden realen Immission ist aufgrund der enormen zeitli chen und rtlichen Schwankungen der Immission nicht sinnvoll m glich Vor dem Hinter grund epidemiologischer Studien sind zeitliche und rtliche Mittelungen durchzuf hren wobei hier vor allem bez glich der rtlichen Abtastung noch erheblicher Forschungsbedarf besteht Eine Alternative bilden Personendosimeter Seite 97 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung Literaturverzeichnis 26 BImSchV ANFR DR 15 BAL 03 BOCH 03 1 BOCH 03 2
546. terschiede hinsichtlich der Gr e der Mobilfunk immissionen im Umfeld von Sendeanlagen in Abh ngigkeit der Landnutzungsklasse gibt bzw ob man z B im Umfeld einer Mobilfunkanlage im innerst dtischen Bereich eine gr ere Immission erf hrt als im au erst dtischen bzw l ndlichen Bereich Aufgrund der geringeren Stationsdichte im au erst dtischen Bereich wird hier vermutlich die fl chenm ig durchschnittliche Immission geringer sein als m innerst dtischen Bereich Genau diese These hat sich in der Messreihe Baden W rttemberg best tigt BOCH 03 Da hier die Messpunkte katasterm ig und nicht speziell in der Nahe von Mobilfunksendeanla gen ausgew hlt wurden sind die Ergebnisse exakt als fl chenm ige Mittelwerte interpretier bar Aus Bild 2 2 32 BOCH 03 ist in der Tat zu entnehmen dass innerorts Mobilfunk eine gr ere durchschnittliche Immission verursacht als au erorts Die Immissionen sind hier als Prozent des Feldst rke Grenzwerts angegeben 0 6 G innerorts E au erorts 0 5 0 4 0 3 0 2 Mittelwert Prozent vom Grenzwert LMK UKW Fernsehen Mobilfunk Bild 2 2 32 Ergebnisse des Baden W rttemberg Messprojektes BOCH 03 Durchschnittliche Beitr ge der einzelnen Funkdienste zu den Immissionen je nach geografischer Lage der Messorte F r vorliegende Untersuchungen ist aber nicht eine mittlere fl chenm ige Immission durch Mobilfunk interessant sondern die Immission im direkten Umfeld von
547. this outlines of buildings can be generated out of satellite pictures A great Seite 10 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren 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
548. tigen 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 Faktora 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 Zwischenbericht Literaturstudie zu bestehenden Mess und Berechnungsverfahren Seite 3 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung seecae anoa a eaae aiei 6 1 1 Zielsetzung des Forschungsvorhabens ssssssscccocssssceccccocssssssececocosssssceecossssoe 6 1 2 Hintergrund des Forschungsvorhabens 0000000ssss000000000000000000000000000000000 6 1 3 Einordnung des vorliegenden Zwischenberichtes ccccccccssssssssssccccsssseeees 7 2 Berechnungsverfahren im Mobilfunkberelch sscs
549. tigung dieser Effekte m S nne einer Extremalwert suche das dort empfohlene Verfahren d h die volumenbezogene Maximalwertsuche unter Verwendung einer zeitlichen Maxhold Funktion des Messwertaufnahmeger tes einzusetzen Seite 95 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung 4 4 Diskussion der Erfassung einer aktuell vorliegenden Immission In Unterscheidung zu den im vorliegenden Bericht vor allem im Kapitel 1 pr sentierten Immissionen ortsbezogen maximiert und auf max male Anlagenauslastung extrapoliert d h zeitlich maximiert wird oftmals die Angabe einer realen oder aktuell vorliegenden Immission als Vergleichswert f r einen Messpunkt gefordert Dieser Wunsch ist uneinge schr nkt nachvollziehbar st t dabei aber an folgende technische Grenzen l Wie in den vorangegangenen Abschnitten gezeigt ist die Feldverteilung an einem Mess ort sehr komplex und unterliegt erheblichen rtlichen und zeitlichen Schwankungen Die rtliche Feldverteilung schwankt vor allem n Innenr umen kleinskalig m Zentimeterbe reich um bis zu 20 dB wie Kapitel 3 zeigt Insofern w rde eine aktuelle Immission aus diesem Grunde nur f r ein r umlich sehr begrenztes Areal max mal Zentimeterbereich gelten Die Immission in einigen Zentimetern Abstand kann g nzlich anders aussehen Von daher st eine Immissionsangabe f r einen solcherma en kleinr umigen Bereich von begrenzter Aussagekraft 2 Den r
550. tion 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 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 Scamblingcode
551. tionen der GSM und UMTS Netze m Zentrum der ffentlichen Diskussion Deswe gen werden andere HF Emittenten wie z B Rundfunk 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 Str
552. tlichen Schwankungen sind zeitliche Schwankungen berlagert die sich aus anlagenbezogenen Schwankungen Verkehrslast sowie aus den ausbreitungswegbezoge nen Schwankungen zusammensetzen An einem festen Messort kann durch auslastungs abh ngige Schwankungen der Immissionswert n Bruchteilen von Sekunden um den Fak tor der Kanalzahl schwanken siehe Bild 4 1 5 Durch ausbreitungswegbezogene Effekte sind Immissions nderungen ebenfalls in Sekundenbruchteilen m glich d e durchaus 15 dB betragen k nnen s ehe Bild 4 2 2 Deswegen ist genau genommen eine aktuelle Immission nur f r einen fixen Immissionsort zu einem fixen Zeitpunkt g ltig Wenige Zentimeter daneben bzw wenige Sekundenbruchteile sp ter kann die Immissionssituation komplett anders aussehen Insofern hat ein Immissionswert der an einem festen Ort zu einem festen Zeitpunkt ermittelt wurde nur sehr begrenzte Aussagekraft Aufgrund dieser spezifischen Charakteristika der rtlichen und zeitlichen Immissionsvertei lung ist man gezwungen zur Angabe eines verl sslichen Immissionswertes entweder die rtlichen Schwankungen oder die zeitlichen Schwankungen oder beide zu eliminieren Dies kann durch Maximierungs oder Mittelungstechniken erfolgen Maximierungstechniken ergeben einen definierten worst case Wert der relevant f r eine Grenzwertaussage ist und dar ber hinaus durch die weitgehende Unabh ngigkeit von Zeit und Ort vom Ansatz her reproduzierbar ist Mitt
553. trachtete 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 Dieses 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 o
554. ts 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 Die Hochfrequenzmesstechnik ist prinzipiell ebenfalls gut entwickelt Es stehen f r den gesamten Frequenzbereich grundlegende Messverfahren zur Verf gung Diese sind jedoch oftmals nur sehr allgemein einsetzbar und nicht f r ein spezielles Anwendungsgebiet wie Seite 7 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk etwa fur die Bestimmung von Immissionen durch Mobilfunk Basisstationen in Innenr umen angepasst Oftmals sind die Verfahren auch primar f r Laboranwendungen z B EMV oder Antennenmesstechnik in k nstlichen reflexionsarmen Umgebungen oder Anwendungen unter definierten Randbedingungen entwickelt und validiert worden Speziell f r den Mobil funkbereich besteht gro er Kl rungsbedarf Problematisch sind hier zum Beispiel die erhebli chen zeitlichen und rtlichen Schwankungen der Feldverteilung die ein geeignetes Messver fahren und eine spezielle Methodik hinsichtlich der Messdurchf hrung erfordern Verlassli che gut definierte und genormte Verfahren zur Erfassung der tats chlichen Immissionen denen die Bev lkerung durch Mobilfunk Basisstationen ausgesetzt ist existieren derzeit m nationalen und internationalen Rahmen nur
555. tungserscheinungen eine m Hinblick auf die Berechnung der Immission unterschied lich bedeutsame Rolle e Beobachtungspunkt mit Sichtverbindung zum Sender Hier dominiert der Anteil der direkten Welle d h die ungest rte Ausbreitung entlang der S chtlinie zwischen Sender und Empf nger Die Anteile der reflektierten oder gebeugten Wellen s nd dagegen deutlich kleiner e Beobachtungspunkt ohne Sichtverbindung zum Sender In diesem Bereich wird die Feldst rke durch die berlagerung reflektierter und um die Hindernisse herum gebeugter Wellen ohne den Anteil der direkten Welle bestimmt Seite 10 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 2 1 3 Wellenausbreitung innerhalb von Geb uden Funkwellen werden durch Geb udew nde abh ngig von den verwendeten Baumaterialien ged mpft Die Transmissionsd mpfung ist auch vom Einfallswinkel der Wellen abh ngig und kann zwischen streifendem und senkrechtem Einfall gro e Unterschiede aufweisen Dar ber hinaus dringen die Wellen bei Mobilfunkfrequenzen durch vorhandene ffnungen wie Fenster und T ren ins Geb ude ein Die Wellenausbreitung 1m Inneren des Geb udes wird dann 1m wesentlichen durch Mehrfach reflexionen an W nden B den Decken usw bestimmt und f hrt zu sehr starken rtlichen Schwankungen der Immission Auch Personen oder die Inneneinrichtung beeinflussen die resultierenden Feldst rkewerte Jegliche Umstellung von Mobiliar und sonstig
556. 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 Somit 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
557. uche Der Erfahrung nach schwankt die Immission vor allem in Innen r umen kleinstskalig von Messort zu Messort betr chtlich BOR 02 Das Verfahren muss in der Lage sein mittels einer besonderen Methodik der Messdurchf hrung den Maxi malwert der vorliegenden Immission in einem r umlich ausgedehnten Messvolumen z B Zimmer zu ermitteln und als Ergebnis der Messung zu protokollieren Dabe ist zu be r cksichtigen dass der Feldst rkevektor beliebig im Raum liegen kann dieser muss bei der Messung korrekt erfasst werden 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 Reproduzierbarkeit Das Messverfahren muss reproduzierbare Ergebnisse liefern d h die Messergebnisse sollten bei Messungen zu unterschiedlichen Zeitpunkten bzw durch unterschiedliche Messinstitutionen nicht zu weit differieren da sonst das Vertrauen in die Korrektheit der ermittelten Werte nicht mehr gegeben ist Dokumentation Die Dokumentation der Ergebnisse hat so zu erfolgen dass eine Nach vollziehbarkeit der Messungen gew hrleistet ist Seite 34 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk 11 Qualifizierung des Messpersonals W nschenswert w re es ein Messverfahren derart zu finden das nicht nur durch hochqualifiziertes Fachpersonal 1m Bereich Hochfrequenz m
558. uer 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 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
559. umgebung 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 Bereich 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 Bas sstationsantennen n feldtheoreti schen bzw Hybrid Softwarepaketen festzuhalten F r eine S mulat on 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
560. 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 durchgef 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 Montage
561. und B Eicher The Variability of the Electric Field in Rooms Near Mobile Phone Base Stations 15 Intl Zurich Symposium and Technical Exhibition on Electromagnetic Compatibility Zurich S 161 166 Februar 2003 Bayerisches Landesamt fur Umweltschutz Schirmung elektromagneti scher Wellen im personlichen Umfeld Bay LFU 2003 G M nich und P O Ntongmo D mpfung von Mobilfunkfrequenzen bei Durchstrahlung belaubter Baume Proceedings INICA 2003 Intl ITG Conference on Antennas S 81 84 VDE Verlag Berlin 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 NISV Verordnung tiber den Schutz vor nichtionisierender Strahlung Schweizerischer Bundesrat 23 Dezember 1999 C Olivier und L Martens Exposure Assessment around UMTS Base Stations Extension of Existing Measuring Procedures 15 Intl Zurich Symposium and Technical Exhibition on Electromagnetic Compatibility Zurich S 167 170 Februar 2003 J D Parsons The Mobile Radio Propagation Channel PENTECH PRESS Publishers London 1992 P Pauli und D Moldan Reduzierung hochfrequenter Strahlung im Bauwesen Brosch re Neubiberg 2000 P Pauli und D Moldan Reduzierung hochfrequenter Strahlung Baustoffe und A
562. 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 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 Bev lkerung 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 f r das MUNLV NRW IMST Kamp Lintfort 2002 Chr Bornkessel und M Schubert Entwicklung von Mess und Berech nungsverfahren zur Ermittlung der Exposition der Bev lkerung 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 Li
563. und vom Antennen typ vermutet Bez glich der Antennen gibt es verschiedene Typen die eine relativ starke Nebenstrahlrichtung schr g nach unten aufweisen Zusammenfassend wird festgestellt dass die pauschale Aussage dass in Wohnungen unter halb der Anlage generell besonders niedrige Immissionen verglichen mit der Umgebung auftreten nicht g ltig ist Es ist jedoch richtig zu konstatieren dass hier die Immissionen niedriger sind als der geringe radiale Abstand zur Sendeanlage vermuten lieBe In BAL 03 wurde kurzlich das Problem der Bestimmung der Immission im obersten Stock werk numerisch mit einem Vollwellenansatz betrachtet Fur realistische Sendeleistungen liegen die dort errechneten Immissionswerte durchaus in derselben Gr enordnung wie sie oben messtechnisch festgestellt wurden 2 2 7 3 D mpfung durch Sichthindernisse Besteht von einem Immissionsort freie Sicht zur Anlage dann steht zu vermuten dass am Immissionsort eine gr ere Immission vorliegt als an Orten ohne freie Sicht zur Anlage Die D mpfung durch das Hindernis kann dann wie eine Reduzierung der Sendeleistung der Anlage betrachtet werden Bild 2 2 15 Bei Messpunkten ohne direkte S cht hingegen gelangen Immissionsanteile vorrangig durch Reflexion und Beugungserscheinungen zum Immissionsort Im folgenden soll anhand der Messergebnisse das Verh ltnis der Immissionen bei vorhandenen und nicht vorhandenen Sichtbedingungen untersucht werden Auch wenn hier vor
564. ungen Zur Untersuchung des Einflusses unterschiedlicher Antennentypen werden zwei andere Antennen die ebenfalls im GSM 1800 Netz Verwendung finden betrachtet Bezuglich der Elevation sind im Bereich der Hauptstrahlung alle drei Kurven deckungsgleich Im Bereich der relevanten Nebenzipfel ergeben sich jedoch Abweichungen Unten wird gezeigt welchen Einfluss dies auf die Immission in der Sektormitte hat Der elektrische Downtilt von 2 ist bei allen drei Antennen gleich In Bild 2 2 20 ist der Verlauf der Leistungsflussdichte in Abhangigkeit vom lateralen Abstand f r die drei Antennentypen zu sehen Es gelten wiederum die Angaben von Parametersatz 1 wobei hier der Antennentyp variiert wird Prinzipiell sind alle drei Verl ufe hnlich Bis zum Erreichen der Hauptstrahlrichtung der Antennen bei ca 50 m werden wiederum die Neben maxima und minima durchlaufen Da diese f r alle drei Antennen unterschiedlich aussehen differiert der Verlauf der Immission in diesem Bereich Ab etwa 50 m fallen die Kurven wieder gleichm ig ab allerdings ist die Immission durch die Antenne K 739 707 wegen ihres um ca 1 5 dBi kleineren Gewinns entsprechend niedriger Auswertung Die Wahl der Antenne hat Auswirkungen vor allem auf den Verlauf der ortsbezogenen Immission 1m Bereich der Nebenzipfel d h je nach Hohe bis zu ca 50 m 5 m Hohenunter schied bzw ca 500 m Abstand 50 m Hohenunterschied von der Antenne entfernt Hier kann vor allem durch Wahl ei
565. ungsverfahren Mobilfunk dem Grenzwert s nd mit Summationsformeln zu einer resultierenden Gesamtimmission verkn pft und mit dem Grenzwert verglichen Ist die Gesamtimmission an jedem Messpunkt unter dem Grenzwert so gilt die Station als der Regelung entsprechend Phase 3 gilt f r Quellen deren Emissionen nicht im Frequenzbereich 9 kHz bis 3 GHz liegen f r Messungen im Nahfeld oder f r Quellen die wegen spezieller Emissionscharakteristika gesondert untersucht werden m ssen Die Ausf hrungen sind f r vorliegende Aufgabenstel lung nicht relevant Normungsbestrebungen im Europ ischen Rahmen Zus tzlich zu den einzelnen nationalen Normungsbestrebungen gibt es relevante Aktivit ten bez glich Messverfahren elektromagnetischer Felder auf europ ischer Ebene Personenschutzgrenzwerte im europ ischen Rahmen werden in der EU Ratsempfehlung 99 519 EG Empfehlung des Rates vom 12 Juli 1999 zur Begrenzung der Exposition der Bev lkerung gegen ber elektromagnetischen Feldern 0 Hz 300 GHz 99 519 EG empfohlen In der Ratsempfehlung gibt es jedoch keine Hinweise auf Messverfahren Mit der prEN 50xxx Basic standard on measurement and calculation procedures for human exposure to electric magnetic and electromagnetic fields 0 Hz 300 GHz prEN 50xxx soll eine Grundnorm entstehen die in etwa vergleichbar mit der DIN VDE 0848 Teil 1 ist Diese Vornorm ist eine bez glich der Anlagenart nicht spezifische Norm die allerdings grundle
566. unktion 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 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 H
567. upthindernisses eingesetzt die aus der zwei fachen Anwendung des Strahlensatzes folgt Die gesamte Beugungsd mpfung ergibt s ch wiederum aus der Addition der Teilstrecken Die empirische Korrektur ist nicht wie beim Deygout Modell in einem additiven Dampfungs term sondern in der ver nderten effektiven H he enthalten Fur die Beugung an zwei Halb ebenen liegt die mit dem Giovaneli Modell prognostizierte D mpfung in der Regel zwischen den Werten des Epstein Peterson Modells und des Deygout Modells ohne Ber cksichtigung des Korrekturterms 2 3 1 3 Semi empirische Ausbreitungsmodelle Semi empirische Modelle resultieren z B aus einer Verkn pfung der zuvor vorgestellten Knife edge oder Cascaded cylinder Modelle die ein Teilproblem der Ausbreitungsmodellie rung deterministisch anhand von H hendaten l sen mit ansonsten rein empirischen Modellen bzw Korrekturen welche aus der statistischen Auswertung vieler Messergebnisse gewonnen wurden Nahezu jeder Nutzer derartiger semi empirischer Ausbreitungsmodelle kalibriert ein eigenes oder erworbenes Modell anhand eigener Messungen innerhalb eines repr sentativen Gebiets Da ebenso viele semi empirische Modelle existieren wie es Anwender z B Mobil funk Netzbetreiber gibt ist eine Auflistung an dieser Stelle weder m glich noch sinnvoll So werden z B die weiter oben beschriebenen Okumura Hata oder COST Hata Modelle welche nur f r quasi ebenes Gel nde definiert sind durch Kombination
568. ur liegen praktisch nicht vor e Detaillierungsgrad der Daten Die Erfassung von Vegetation und baulicher Details wie Erker Dachformen oder Lage der Fenster erfordert einen sehr hohen Aufwand Fassaden und D cher k nnen aus verschiedenen Materialien mit unterschiedlichen elektrischen Ei genschaften bestehen e Genauigkeit der Daten Insbesondere sind die elektrischen Materialparameter wenn berhaupt nur relativ ungenau bekannt Ver nderungen der Materialparameter k nnen eine Variation der Simulationsergebnisse von 5 dB DCF 97 bewirken e Aktual t t aller Daten Die Mobilfunkbetreiber optimieren hre Netze periodisch Alle technischen Angaben k nnen folglich nur f r die gewisse Zeit als konstant betrachtet wer den e Meteorologische Verh ltnisse Schnee Eis oder Regen werden nicht ber cksichtigt e R umliche Feinstruktur Fur die Grenzwertbetrachtung sind lokale Feldst rken wichtig Modelle liefern bei vertretbarem Rechenaufwand nur Mittel bzw Erwartungswerte Bei der Feldstarkeberechnung in Geb uden muss zus tzlich ber cksichtigt werden dass neben der Geb udestruktur auch die Inneneinrichtung die Feldst rkeverteilung beeinflusst Auch ber Ver nderungen hervorgerufen durch anwesende Personen wurde schon berichtet LAY 99 Seite 29 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Diese Einschr nkungen m ssen bei der Interpretation der Ergebnisse mit gro er Sorgfalt be
569. ura Hata KUR 93 COST WI ARC 98 Allsebrook Parsons KUR 93 Tabelle 2 6 Vergleich Messung Modell f r st dtischen Bereich Mittlerer Fehler Standardabweichung dB dB Allsebrook Parsons K R 93 Okumura Hata K R 93 Tabelle 2 7 Vergleich Messung Modell f r vorst dtischen Bereich Bei der Feldstarkeberechnung in Geb uden muss ber cksichtigt werden dass eine Vernach l ss gung der Inneneinrichtung zu einer weiteren Verschlechterung von 3 dB f hrt DCF 97 Aus Tab 2 5 bis 2 7 ist ersichtlich dass die Genauigkeit von empirischen und semiempiri schen Verfahren sehr begrenzt ist Eine Erh hung der Genauigkeit st lediglich bedingt m glich So k nnen die Parameter der Modelle nur durch umf ngliche Messkampagnen angepasst werden Aufgrund der ungen genden Genauigkeit n Zusammenhang mit der Nichteignung bez glich der Grenzwert berpr fung Mittelwerte ber gr ere Raumbereiche statt detaillierter Ortsaufl sung sowie der eingeschr nkten Vorhersagem glichkeit im Nahbereich des Senders werden die empirischen und semiempirischen Modelle f r vorliegen de Aufgabenstellung als wenig tauglich eingesch tzt Dem gegen ber ist die Vorhersagegenauigkeit der analytischen Verfahren in erster Linie durch die Qualit t der Eingangsdaten bestimmt Dies bedeutet dass sich theoretisch mit steigender Qualit t der Datenbanken bessere Simulationsergebnisse erzielen lassen Aller dings z eht dies ggf eine erh hte Reche
570. ursors 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 die 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 ud
571. von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren bei bikonischen und Dipolantennen ist die Benutzung einer nichtmetallische 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 min
572. vor allem bez glich Empfindlichkeit und Frequenzselektivi t t aus so dass s e vorrangig f r Fein bzw Detailmessungen eingesetzt werden Wichtig vor allem bei Messungen in Innenr umen ist eine geeignete Methodik zur Ermittlung des rtlichen Max mums da die Immission dort rtlich sehr stark schwanken kann Hierf r gibt es mit der Schwenkmethode der Drehmethode und der Punktrastermethode verschiedene Ans tze die bez glich Aufwand Genauigkeit und Reproduzierbarkeit noch n her zu untersu chen sind Ebenso ist die Fragestellung einer Mittelung von punktweise aufgenommenen Immissionswerten ber den menschlichen K rper repr sentierende Fl chen oder Volumina noch zu diskutieren Offen aufgrund fehlender Erfahrungen ist weiterhin die Behandlung von Messungen an UMTS Stationen unter Ber cksichtigung einer exakten Extrapolation der gemessenen Momentanwerte auf maximale Anlagenauslastung Seite 61 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Grunds tzliches Messverfahren Kriterium Breitbandig Frequenzselektiv Breitbandgerat mit isotroper Sonde Spektrumanalysator Messempfanger mit Antenne Empfindlichkeit gering typisch ab V m selten auch schon ab 0 2 V m hoch im Mobilfunk Frequenzbereich ca 10 Gr enord nungen unter den Grenzwerten bzgl der Leistungsfluss dichte entspricht ca 0 4 mV m Frequenzselektivitat nicht vorhanden es wird ein Wert angezeigt der der vorhanden du
573. 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 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 unterschied
574. wie die Messaufgabenstellung 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 Umstanden ist hierbei sogar der raumliche Bereich noch weiter eingegrenzt z B auf einen Punkt In diesem Fall braucht der Messort nicht gesondert ausgewahlt zu werden e Der Messort ist 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 der Sicher heitsabstand ermittelt oder das Max mum der Immission m Umfeld der Anlage an allge meinen Aufenthaltsorten von Personen bestimmt werden Seite 48 von 77 zum Zwischenbericht Literaturstudie Mess und Berechnungsverfahren Mobilfunk Sind die Messpunkte so wie im letzteren Falle erst noch zu bestimmen bestehen grundsatz lich folgende Moglichkeiten berblicksmessungen Mit einem breitbandigen Feldst rkemessger t k nnen potenzielle Messpunkte vorab berpr ft werden Obwohl mit dem Feldst rkemessger t wie bereits in Kapitel 3 4 1 beschrieben keine Feinmessungen m glich s nd eignen s e sich jedoch her vorragend dazu einen berblick ber die Immissionsverteilung zu bekommen und dieje nigen Orte mit maximaler Immission zu bestimmen die in einem nachfolgenden Durch lauf mit dem frequenzselektiven Ger t fein ve
575. zipfel der Sendeantennen k nnen hier von der klassischen Vorstel lung abweichende Verl ufe hervorrufen e Die gesamte hochfrequente Immission in mobilfunkanlagennahen Orten wird nicht pauschal von Rundfunk oder Fernsehsendern dominiert auch wenn diese blicherweise eine sehr viel gr ere Sendeleistung aufweisen Gerade 1m innerstadtischen Bereich wird Seite 5 von 101 zum Zwischenbericht Analyse der Immissionsverteilung die Gesamtimmission im direkten Umfeld von Mobilfunkanlagen von diesen dominiert in l ndlichen Bereichen st das Verh ltnis stellenweise umgekehrt So l sst sich auch kein s gnifikanter Unterschied der maximalen Immission an Innen und Au enmesspunkten bzw Messpunkten m st dtischen und l ndlichen Bereich finden F r die Suche nach Extremalwerten in Bezug auf die berpr fung von Grenzwerten steht in erster Linie die Suche nach allgemein zug nglichen Orten die sich h henm ig sowie auch horizontal in Hauptstrahlrichtung zur Sendeantenne befinden 1m Vordergrund Bei dieser Suche ist auch der Downtilt der Antenne zu ber cksichtigen der vor allem im innerstadti schen Bereich signifikant groBer sein kann Auch innerhalb eines raumlich eng begrenzten Volumens existieren in der Regel Immissions verteilungen die kleinskalig schwanken Dieser als Fast Fading bezeichnete Effekt tritt dann auf wenn die Funkwellen von der Basisstation zum Empf ngerort aufgrund von Refle xionen ber mehrere Ausbr
576. zten elektrischen Downtiltwinkel ber cksichtigt werden kann Dar ber hinaus ist das Abstrahlverhalten einer Mobilfunkantenne abh ngig von der Frequenz Da diese 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 Frequenzabh ngigkeit 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
577. zuf hren Seite 26 von 187 des Abschlussberichtes Entwicklung geeigneter Mess und Berechnungsverfahren Au erdem bestehen bei Breitbandmessger 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 h
578. zwertaussage relevant ist Nach diesem Prinzip wurde bei den Messungen in Kapitel 1 verfahren e rtliche Maximierung und Eliminierung der zeitlichen Schwankungen durch Angabe einer minimalen Immission nur durch Signalisierung wie z B BCCH bestimmt in der Regel nachts erreicht und einer maximalen Immission die sich aus einer auf maximale Anlagenauslastung extrapolierten Immission ergibt Insofern wird eine zeitliche Schwan kungsbreite f r die Immission definiert e rtliche und zeitliche Mittelungen Die zeitliche Mittelung wird durch eine Mittelwert bildung des Messger tes im Beobachtungszeitraum erreicht Die rtliche Mittelung er folgt durch den o g Sensorencluster aufw ndig oder einfacher durch sequenzielle Ver schiebung der Sonde durch den Raum wobei dabei die Zeitbasis f r die Messwertauf nahme an den verschiedenen Punkten nicht dieselbe ist Ein solches Verfahren ist f r ei nen Grenzwertvergleich nicht relevant wohl aber f r eine Feststellung von durchschnitt lichen Immissionen im Rahmen von epidemiologischen Studien Hierzu sind allerdings spezielle Betrachtungen zu Art und Anzahl der Sensorpositionen anzustellen Es ist z B zu pr fen wie viele Abtastpositionen in Bezug zur Wellenl nge innerhalb eines Raumes notwendig s nd damit der solcherma en ortsgemittelte Wert auch das tats chliche Raummittel darstellt Gerade f r den Bereich der epidemiologischen Studien ist diesbe z gl ch ein Personendosime

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