Machbarkeitsstudie zur geplanten Richtfunkvernetzung der Standorte

• Kunde A, xxx-Straße, in XXXstadt • Kunde A, xxx Straße, in YYYdorf

im Auftrag der

Kunde A GmbH & Co KG Autor: Christian Happe Compart IT-Solutions GmbH Pierbusch 13 44536 Lünen Lünen, xx.xx.2013

Inhalt 1  Aufgabenstellung ............................................................................................................ 3 2  Geprüfte Verbindungen .................................................................................................. 4 3  Standortbeschreibungen ................................................................................................. 5 3.1  Kunde A, Standort A ....................................................................................................... 5 3.2  Kunde A, Standort B ....................................................................................................... 6 3.3  Umlenkpunkt 1, Wegesrand Nähe xxxdorf ..................................................................... 8 3.4  Umlenkpunkt 2, Wohnhochhaus xxxdorfer Straße .......................................................... 9 4 Nachweis der Sichtverbindungen ................................................................................. 10

4.1 xxxstadt - Umlenkpunkt 1 ............................................................................................. 10

4.2 Umlenkpunkt 1 – Standort A ......................................................................................... 12

4.3 xxxstadt - Umlenkpunkt 2 ............................................................................................. 13

4.4 yyydorf – Umlenkpunkt 2 .............................................................................................. 14

4.5 yyydorf– xxxstadt (direkte Verbindung) ........................................................................ 15

4.6 xxxstadt – yyydorf ......................................................................................................... 16

5 Verfügbarkeitsberechnung ............................................................................................ 17

5.1 Vorgaben….. ................................................................................................................ 18

5.2 xxxstadt – Umlenkung 1 – yyydorf ................................................................................ 19

Berechnung Relais ....................................................................................................... 21

5.3 xxxstadt – Umlenkung 2 – YYYdorf .............................................................................. 22

Berechnung Relais ....................................................................................................... 24

6 Anforderungen an den Richtfunk: ................................................................................. 25

7 Ergebnis…… ................................................................................................................ 26

8 Empfehlung… ............................................................................................................... 27

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1 Aufgabenstellung

Durch die Machbarkeitsstudie soll herausgefunden werden, ob eine Richtfunkvernetzung zwischen den Standorten

• Kunde A, Standort A • Kunde A, Standort B

möglich ist. Zur Überprüfung der direkten Sichtverbindung wird auf dem Dach in xxxstadt ein 10 m Mast mit einer Lichtquelle positioniert und in yyydorf eine 50 m hohe Arbeitsbühne positioniert. Für den Fall, dass der Nachweis einer direkten Sichtverbindung zwischen den betrachteten Standorten nicht zu erbringen ist, sollen Alternativen identifiziert und untersucht werden. Weiterhin sind die notwendigen Systemparameter festzulegen, eine Frequenzplanung zu erstellen und die Verfügbarkeit ist zu berechnen.

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2 Geprüfte Verbindungen

Abbildung: Streckenübersicht der geprüften Verbindungen

Standort 1 Standort 2 Entfernung [km] Sichtverbindung vorhanden?

xxxstadt yyydorf 3,76 Nein

xxxstadt Umlenkung 1 (Wegesrand) 2,05 Ja

xxxnstadt Umlenkung 2 (Wohnhochhaus) 1,06 Ja

yyydorf Umlenkung 1 (Wegesrand) 2,17 Ja

yyydorf Umlenkung 2 (Wohnhochhaus) 2,72 Ja

Kunde A,xxxstadt

Kunde A, yyydorfn

Wegesrand

Wohnhochhaus, xxxr Straße

3.76 km - keine LoS

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3 Standortbeschreibungen

3.1 Kunde A, xxxstadt

Standortbezeichnung Kunde A, xxxstadt

Betreiber-ID

Länge (WGS84) 11 xx.xx.30 E

Breite (WGS84) 50 yy yy 9.10 N

Adresse xxxr Str. 19, 00000, xxxstadt

Höhe Gelände [ m ü. NN ] 290

Höhe Bauwerk [ m ü. G. ] geschätzt: 22

Abbildung: Antennenmast auf dem Gebäude des Kunde A, xxxstadt

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3.2 Kunde A, yyydorf

Standortbezeichnung Kunde A, yyydorf,

Betreiber-ID

Länge (WGS84) 11 11 11.00 E

Breite (WGS84) 50 11 09.40 N

Adresse XXXstraße, 00000 yyydorf

Höhe Gelände [ m ü. NN ] 310

Höhe Bauwerk [ m ü. G. ] geschätzt 30

Abbildung: ehemailger Dingsturm auf dem Gelände in yyydorf

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Als Montageort für den Antennenträger eignet sich, vorbehaltlich der statischen Überprüfung, der vorhandene Mast.

Abbildung: Mast auf Dingsturm

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3.3 Umlenkpunkt 1, Wegesrand Nähe yyyhain

Standortbezeichnung Wegesrand Nähe yyyhain

Betreiber-ID

Länge (WGS84) 011 11 11.50 E

Breite (WGS84) 50 99 99.60 N

Adresse Flur ???

Höhe Gelände [ m ü. NN ] 327

Höhe Bauwerk [ m ü. G. ] 10

Abbildung: möglicher Umlenkpunkt am Feldweg, Nähe yyyhain

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3.4 Umlenkpunkt 2, Wohnhochhaus xxxorfer Straße

Standortbezeichnung Wohnhochhaus

Betreiber-ID

Länge (WGS84) 11 11 11.50 E

Breite (WGS84) 50 98 98.90 N

Adresse xxxdorfer Straße, 00000 xxxstadt

Höhe Gelände [ m ü. NN ] 308

Höhe Bauwerk [ m ü. G. ] Geschätzt: 30

Abbildung: möglicher Umlenkpunkt Wohnhochhaus xxxdorfer Straße

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4 Nachweis der Sichtverbindungen

4.1 xxxstadt - Umlenkpunkt 1

Abbildung 1 Abbildung: Blick vom Feldrand Nähe yyyhain zum Kunde A nach xxxstadt

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Abbildung: Blick vom Dach Kunde A in xxxstadt zum möglichen Umlenkpunkt

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4.2 Umlenkpunkt 1 - yyydorf

Abbildung: Blick nach yyydorf

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4.3 xxxstadt - Umlenkpunkt 2

Abbildung: Blick vom Dach des Kunde A in xxxstadt zur XXXdorfer Straße

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4.4 yyydorf – Umlenkpunkt 2

Abbildung: Blick vom Dach des Dingsturms zum Dach des Wohnhochhauses xxxdorfer Straße

Die Gegenstelle ist vom Dach des Dingsturms auf Höhe des vorhandenen Mastes gerade noch zu erkennen. Die erforderliche Mindestmasthöhe für die Umlenkantennen auf dem Wohnhausdach sollte mit mindestens 8 m angenommen werden. Alternativ kann ein entsprechend hoher Mast auf dem Dingsturms errichtet werden.

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4.5 yyydorf – xxxstadt (direkte Verbindung)

Abbildung: Blick Richtung von yyydorf aus 50 m Höhe Richtung xxxstadt

Auch aus 50 m Höhe (20 m oberhalb des Dingsturms) kann die 10 m hohe Lichtquelle auf dem Dach der Gegenstelle in xxxstadt nicht gesehen werden.

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4.6 xxxnstadt – yyydorf

Abbildung: Blick vom Dach in xxxstadt in Richtung yyydorf

Aus diesem Blickwinkel wird deutlich, dass die Erhebung östlich von wwwdorf zu hoch für eine direkte Sichtverbindung ist.

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5 Verfügbarkeitsberechnung

Die nachstehend ausgeführten Verfügbarkeitsberechnungen für die ausgearbeiteten Streckenführungen stellen die Grundlage für die Zuverlässigkeit der Richtfunkstrecken dar. Die Frequenzen werden dazu nach den Vorgaben der Verwaltungsvorschriften der Bundesnetzagentur in Abhängigkeit von der Funkfeldlänge und der geplanten Übertragungsdatenrate festgelegt. Die Antennengröße wird so gewählt, dass das Minimalziel einer wetterbedingten Jahresverfügbarkeit (Annual rain availiability) von 99,995 % erreicht wird (siehe Antenna model). Weiterhin sind wir bemüht die Antennengrößen klein zu halten, um die Folgekosten für Antennenträger und Antennenplatzmiete niedrig zu halten. Die Aussage über eine wetterbedingte Jahresverfügbarkeit basiert auf den aktuellen ITU-Vorgaben für die erwartete Regenintensität (ITU-R P.837-5) und für eine Bitfehlerrate (BER) kleiner 10-6. Die berechneten Empfangspegel (Receive signal) stellen das Qualitätskriterium für die Antennenausrichtung dar und sind bei Abnahme der Richtfunkstrecke nachzuweisen. Nur so kann die berechnete wetterbedingte Jahresverfügbarkeit erreicht werden. Aufgrund der geringen Entfernung kann hier eine passive so wie aktive Umlenkung genutzt werden. Bei einer passiven Umlenkung werden keine aktiven Komponenten und kein Strom benötigt, es werden lediglich 2 Antennen als eine Art „Spiegel“ eingesetzt. Daher ist die passive Variante kostengünstig, sabotagesicher und weniger wartungsintensiv. Es werden jedoch größere Antennen (siehe Berechnung) als bei einer aktiven Kaskadierung benötigt und somit höhere Anforderungen an die Statik des Stahlbaus gestellt. Die Berechnungen wurden für eine Referenzbandbreite von 300 Mbit/s bei passiver Umlenkung durchgeführt. Bei 400 Mbit/s sinkt die wetterbedingte Jahresverfügbarkeit auf 99,99 %. Bei einer aktiven Kaskadierung beträgt die erforderliche Antennengröße bei vorgegebener Verfügbarkeit 30 cm.

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5.1 Vorgaben

• Trägerfrequenz: 18 GHz

• Übertragungsbandbreite: 300 Mbit/s

• Wetterbedingte Jahresverfügbarkeit größer 99,995% bei BER 10-6

• Rechenmodell: NEC iPASOLINK IHG, Antennen: RFS

• Alle Höhenangaben basieren auf dem zugrunde liegenden Geländemodell nach USGS.

• Die Berechnung der wetterbedingten Jahresverfügbarkeit erfolgt nach ITU-Richtlinien (aktuell: ITU-R P.837-5).

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5.2 xxxstadt – Umlenkung 1 – yyydorf

Baur Versand, AltenkunstadtLatitude 50 07 39.10 NLongitude 011 14 26.30 EAzimuth 204.46°Elevation 290 m ASLAntenna CL 22.0 m AGL

Baur Versand, WeismainLatitude 50 05 37.40 NLongitude 011 14 37.00 EAzimuth 330.66°Elevation 310 m ASLAntenna CL 30.0 m AGL

Frequency (MHz) = 18000.0K = 1.33

%F1 = 60.00

Ele

vatio

n (m

)

280

290

300

310

320

330

340

Path length (4.22 km)0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0

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Kunde A, xxxstadt Kunde A, yyymain

Latitude 50 11 1110 N 50 12 12.40 N Longitude 011 99 99.30 E 011 88 88.00 E

True azimuth (°) 204.46 330.66Vertical angle (°) 0.69 -0.10

Elevation (m) 289.60 310.31Tower height (m) 22.00 30.00

Antenna model SB4 - 190 B (TR) SB4 - 190 B (TR)Antenna gain (dBi) 44.50 44.50

Antenna diameter (m) 1.20 1.20Antenna height (m) 22.00 30.00

TX loss (dB) 0.00 0.00RX loss (dB) 0.00 0.00

Frequency (MHz) 18000.00 Polarization Vertical

Path length (km) 4.22 Free space loss (dB) 248.12

Passive gain (dB) 86.84 Atmospheric absorption loss (dB) 0.23

Radio model iPASO IHG2 18G 388MB iPASO IHG2 18G 388MB TX power (dBm) 20.00 20.00

Emission designator 56M00D7W 56M00D7W EIRP (dBm) 64.50 64.50

RX threshold criteria 1E-6 BER 1E-6 BER RX threshold level (dBm) -67.50 -67.50

Receive signal (dBm) -52.51 -52.51Effective fade margin (dB) 14.98 14.98

Worst month multipath availability (%) 99.99681 99.99681

Flat fade margin - rain (dB) 14.99 Annual rain availability (%) 99.99784

Annual rain unavailability (min) 11.34 Multipath fading method - Vigants - Barnett Rain fading method - Rec. ITU-R P.530-8 and later (R837-5)

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Berechnung Relais

Back to back antennas - 2.05 km Wegesrand Latitude 50 11.60 N Longitude 011 99 99.50 E Elevation (m) 326.63 Frequency (MHz) 18000.00 Adjacent station Kunde A, xxxstadt Kunde A, yyydorf Latitude 50 11 11.10 N 50 12 12.40 N Longitude 011 99 99.30 E 011 88 88.00 E Elevation (m) 289.60 310.31 Antenna diameter (m) 1.20 1.20 Passive azimuth (°) 24.45 150.65 Vertical angle (°) -0.71 0.09 Distance (km) 2.05 2.17 Antenna model SB4 - 190 B SB4 - 190 B Antenna diameter (m) 1.2 1.2 Antenna height (m) 10.00 10.00 Radome loss (dB) 44.50 44.50 TX line length (m) 1.20 TX line unit loss (dB /100 m) 180.00 TX line loss (dB) 2.16 Passive gain (dB) 86.84

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5.3 xxxstadt – Umlenkung 2 – yyydorf

Baur Versand, AltenkunstadtLatitude 50 07 39.10 NLongitude 011 14 26.30 EAzimuth 186.22°Elevation 290 m ASLAntenna CL 22.0 m AGL

Baur Versand, WeismainLatitude 50 05 37.40 NLongitude 011 14 37.00 EAzimuth 353.09°Elevation 310 m ASLAntenna CL 30.0 m AGL

Frequency (MHz) = 18000.0K = 1.33

%F1 = 60.00

Ele

vatio

n (m

)

280

290

300

310

320

330

340

Path length (3.79 km)0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5

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Kunde A, xxxstadt Kunde A, yyydorf Latitude 50 11 11 10 N 50 12 12 40 N

Longitude 011 99 99.30 E 011 88 88.00 E True azimuth (°) 186.22 353.09Vertical angle (°) 1.27 -0.12

Elevation (m) 289.60 310.31Tower height (m) 22.00 30.00

Antenna model SB4 - 190 B (TR) SB4 - 190 B (TR)Antenna gain (dBi) 44.50 44.50

Antenna diameter (m) 1.20 1.20Antenna height (m) 22.00 30.00

TX loss (dB) 0.00 0.00RX loss (dB) 0.00 0.00

Frequency (MHz) 18000.00 Polarization Vertical

Path length (km) 3.79 Free space loss (dB) 244.38

Passive gain (dB) 82.04 Atmospheric absorption loss (dB) 0.20

Radio model iPASO NHG2 18G 388MB iPASO NHG2 18G 388MB TX power (dBm) 20.00 20.00

Emission designator 56M00D7W 56M00D7W EIRP (dBm) 64.50 64.50

RX threshold criteria 1E-6 BER 1E-6 BER RX threshold level (dBm) -67.50 -67.50

Receive signal (dBm) -53.55 -53.55Effective fade margin (dB) 13.95 13.95

Worst month multipath availability (%) 99.99541 99.99541

Flat fade margin - rain (dB) 13.95 Annual rain availability (%) 99.99798

Annual rain unavailability (min) 10.64 Multipath fading method - Vigants - Barnett Rain fading method - Rec. ITU-R P.530-8 and later (R837-5)

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Berechnung Relais

Back to back antennas - 1.06 km Wohnhochhaus, xxxdorfer Straße Latitude 50 11 11.90 N Longitude 011 99 99.50 E Elevation (m) 305.18 Frequency (MHz) 18000.00 Adjacent station Kunde A, xxxstadt Kunde A, yyydorf Latitude 50 11 11.10 N 50 12 12.40 N Longitude 011 99 99.30 E 011 88 88.00 E Elevation (m) 289.60 310.31 Antenna diameter (m) 1.20 1.20 Passive azimuth (°) 6.22 173.08 Vertical angle (°) -1.27 0.10 Distance (km) 1.06 2.72 Antenna model SB 3 - 190C SB 3 - 190C Antenne diameter (m) 0.9 0.9 Antenna height (m) 30.00 30.00 Radome loss (dB) 42.10 42.10 TX line length (m) 1.20 TX line unit loss (dB /100 m) 180.00 TX line loss (dB) 2.16 Passive gain (dB) 82.04

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6 Anforderungen an den Richtfunk:

Laufzeiten: Die Latenz einer Richtfunkstrecke ist abhängig vom Mapping-Verfahren. Moderne hybride Mapping-Verfahren haben gegenüber traditionellen TDM- und IP-Paket Radios den Vorteil, dass sowohl PDH als auch IP-Daten direkt im Radio-Frame abgebildet werden. Die resultierenden Laufzeiten für IP-Daten sind nur noch von Paketgröße und Modulationstiefe abhängig und liegen im Mikrosekunden-Bereich. Maximierung der Verfügbarkeit durch: - Adaptive Modulation und - Automatische Sendeleistungsanpassung QoS: Bei adaptiv modulierten System wird der Einsatz QoS-Mechanismen gem. Anforderungen des Netzwerks gefordert: Zur Verfügung stehen sollten: IEEE802.1q, CoS, DSCP, ToS, WRR VLAN: tagged o. port-basiert je nach Anforderung Schnittstellen: Die Anzahl der erforderlichen Schnittstellen ist zu definieren. Möglich sind bis zu 4x1000BASE-TX und zwei zusätzliche GBE SFPs, 16 E1, STM-1. Management: Outband-Management, webbased, Zugang per IP und lokal per USB, SNMP V3

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7 Ergebnis

Zwischen dem „Kund A xxxstadt“ und dem „Kunde A, yyydorf“ konnte keine direkte Sichtverbindung nachgewiesen werden (s. Seite 14f). Um diese zu erreichen, müssten an beiden Lokationen Masten mit Höhen deutlich über 10 aufgebaut werden. Da diese Maßnahmen i. d. R. kostenintensiv und mit Baugenehmigungen verbunden sind, empfehlen wir diese nicht weiter zu verfolgen. Gemäß Aufgabenstellung konnten zwei alternative Streckenführungen ausgearbeitet werden: 1. über einen Umlenkpunkt am Feldweg Nähe xxxdorf, s. Seiten 8 und 10f 2. über den Umlenkpunkt Wohnhochhaus, xxxdorfer Straße, s. Seiten 9 und 12f Wie in Kap. 5 ausgeführt eignen sich beide Standorte sowohl für eine aktive Kaskadierung (zwei hintereinander geschaltete Richtfunkstrecken) als auch für eine passive Umlenkung.

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8 Empfehlung

Der empfohlene Lösungsansatz ist die Streckenführung 1: Am Umlenkpunkt 1 kann mit geringem Aufwand ein Mast gestellt werden, der für eine passive Umlenkung mit zwei 120 cm Antennen bestückt wird. Aus Gründen der Vandalismusvorbeugung empfehlen wir eine Masthöhe von 8 bis 10 m. Weiteres Vorgehen: Nach Anmietung oder Kauf der erforderlichen Fläche wird auf Basis eines Bodengutachtens ein Fundament erstellt, die erforderliche behördliche Genehmigung eingeholt und ein entsprechender Mast gestellt. Zur Dimensionierung des Stahlbaus, der Auslegung des Blitzschutzes und Planung der Kabelführung an den Endstellen wird eine Standortplanung empfohlen. Am Umlenkpunkt 2 müssen auf dem auf dem Hochhaus oberhalb der dort befindlichen GSM-Sektorantennen in einer Höhe von 7 bis 8 m über Dach die Antennen für die Richtfunklösung platziert werden. Aus Platzgründen wird voraussichtlich nur eine aktive Kaskadierung möglich sein. Weiteres Vorgehen: Zunächst ist mit dem Gebäudeeigentümer eine Vereinbarung zur Dachnutzung und zur Bereitstellung eines Stromanschlusses zu treffen und mit den anderen Dachnutzern die Mitnutzung zu koordinieren. Danach ist für alle Standorte eine Standortplanung zur Dimensionierung des Stahlbaus, der Auslegung des Blitzschutzes und Planung der Kabelführung durchzuführen. Die Kosten für diese Streckenführung werden deutlich höher als für die empfohlene Lösung eingeschätzt. Eine letzte, hier nicht weiter betrachtete Streckenführung ist eine aktiv kaskadierte Richtfunkstrecke über den DFMG-Mast nördlich von xxxstadt, parallel zur angemieteten Richtfunkstrecke. Hierfür können Antennenplätze und Technikfläche bei der Deutschen Funkturmgesellschaft (DFMG) angemietet werden. Auch hier sind die Kosten ebenfalls deutlich höher, als für die empfohlene Lösung einzuschätzen.