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present, Kay B, Ingo-GL, Jürgen Martens, Herbert Zeisig, Werner53, peeraxel, andimik, CBS

Kanalraster und Kanalbandbreite

Startbeitrag von present am 30.11.2010 10:52

Hallo liebe User,

ich habe eine allgemeine Verständnisfrage. Und zwar verstehe ich den Unterschied zwischen Kanalraster und Kanalbandbreite nicht so richtig. Unter Raster habe ich mir den Abstand zwischen zwei Kanälen oder Sendern von der Mittenfrequenz vorgestellt und die Bandbreite als Breite des Kanals.

Im Frequenznutzungsplan für UKW - Hörfunk ist das Kanalraster mit 100 KHz und die Bandbreite mit 300 KHz angegeben. Dies wirft meine Überlegung für mich über den Haufen.

Auf Seite 174 im PDF File sind die Angaben.

http://www.bundesnetzagentur.de/cae/servlet/contentblob/38448/publicationFile/2659/Frequenznutzungsplan2008_Id17448pdf.pdf;jsessionid=5FD3BBA2C310C0740FD00449949E1CA7

Bei Wikipedia liest man dann wieder das das Raster 300 KHz beträgt. Mal abgesehen davon, dass es keine Kanäle mehr so in dem Sinne gibt. Wie kann ich mir die Anagben der Bundesnetzagentur einleuchtend erklären?


Antworten:

Die Frequenzen müssen oder dürfen ganzzahlige Vielfache von 100 kHz sein: Das ist der Intervallwert des Frequenzrasters. Die Bandbreite eines Signals ist aber größer als 100 kHz. 300 kHz wird wohl stimmen. Das ist bei der Koordinierung der Frequenznutzung zu berücksichtigen: Die Feldstärken neu geplanter Sender (zum Beispiel "B" und "C") dürfen im Versorgungsgebiet des Senders "A" eine gewisse Feldstärke nicht überschreiten. Wie hoch dieses Limit ist, hängt vom Abstand der Sendefrequenzen ab. Bei Sendern, die dieselbe Frequenz nutzen wollen (Gleichkanalbelegung) ist das Limit am geringsten. Bei einem Abstand von 100 kHz ist es schon etwas höher, bei 200 kHz noch höher. Auch bei einem Sender "B" oder "C", der einen Abstand von 300 kHz einhält, darf der Verwalter der Frequenznutzung "A" noch mitreden. Das Vorgehen für die Berechnung der Störwirkung von Sendern ist international vereinbart (ITU).

von Ingo-GL - am 30.11.2010 11:36
Also gibt man ein Frequenzraster von 100 KHz vor, was aber aufgrund der wesentlich höheren Bandbreite selten bis gar nicht eingehalten werden kann. Wobei man weiterhin auch eine Vorgabe für die Bandbreite von 300 KHz macht?

z.B.
Ein Sender A mit der Frequenz 99.8 MHz nutzt eine Bandbreite von bis zu 300 KHz. Das heißt dann 99.8 MHz +- 0.15 MHz, so dass der Sender Informationen von 99.65 MHz bis 99.95 MHz überträgt? Ein Sender B sollte im Abstand von 100 KHz, also bei 99.9 MHz senden, wobei durch die Bandbreite des Senders A ein größerer Abstand gewählt werden müsste? Darum wählt man einen Abstand von z.B. 300 KHz --> Sender B auf 100.1 MHz. Damit kann eine Stören der beide Sender verhindert werden.
Richtig?

von present - am 30.11.2010 11:48
Warum hat man überhaupt die Kanäle auf UKW abgeschafft?

von andimik - am 30.11.2010 12:31
Die spektrale Leistungsdichte (Leistung je Hertz) eines FM-Signals ist nicht rechteckförmig innerhalb des 300 kHz breiten Kanals verteilt, sondern nimmt mit zunehmendem Abstand zur Mittenfrequenz ab. Deshalb darf ein 300 kHz 'entfernter' Sender mit höherer Feldstärke als ein 200 kHz 'entfernter' Sender einfallen bei gleicher Störwirkung. Das Frequenzraster kleiner als die Bandbreite zu wählen, hilft also, den UKW-Frequenzbereich besser auszunutzen.

von Ingo-GL - am 30.11.2010 12:53
@present
Ja, genau so. Die 99.9 oder 100.0 könnte man dann verwenden, wenn die Feldstärke im Sendebereich des 99.8 Senders gering genug wäre. Das Stichwort zum weiterlesen und verstehen der Seitenschwingungen wäre Frequenzspektrum bei Frequenzmodulation.

von CBS - am 30.11.2010 12:57
In wie weit muß der Hub eigentlich bei der Koordinierung berücksichtigt werden?

Es müßte ja einen Unterschied machen, ob man zwei Sender mit "deutschem" Hub oder mit "tschechischem" Hub nebeneinander koordiniert.


von Kay B - am 30.11.2010 13:18
@ CBS

Ok, das Stichwort zum weiterlesen sind dann die sogenannten Besselfunktionen, welche die Beschreibung des FM Spektrums für unterschiedliche Frequenzhübe bzw. Modulationsindizes beschreiben.

@ Ingo-GL

Das die Kanäle nicht rechteckig sind hab ich schon verstanden, das hilft nur etwas zur Vorstellung. Also an den Randbereichen des Kanals ist die übertragene Leistung also geringer oder?
Angenommen Sender A sendet und es gibt einen Sender B in 200 KHz Abstand und Sender C in 300 KHz Abstand. Wobei C links von Sender A und B rechts von Sender A bezüglich der Frequenz liegt.
Dann wird Sender B mehr gestört als Sender A, weil in 200 KHz Abstand die Störungen größer sein müssten, als wie in 300 MHz. Feldstärke nimmt mit der Entfernung zum Sender ab. (Wobei mir das Wort Feldstärke in dem Zusammenhang noch nicht so geläufig ist.)
Da nun die übertrage Leistung in den Randbereichen des Kanals wesentlich kleiner ist kommt es anscheinend auch nicht zu einer Beeinflussung oder?

Für einen Empfangsstandort z.B. Berlin empfange ich doch trotzdem selten im Abstand von 100 KHz einen weiteren Sender. Die Abstände sind doch meist größer? So richtig flutscht es noch nicht.

von present - am 30.11.2010 13:36
Hallo,

ein paar Anmerkungen von mir zum Thema FM:

@ CBS

Ok, das Stichwort zum weiterlesen sind dann die sogenannten Besselfunktionen, welche die Beschreibung des FM Spektrums für unterschiedliche Frequenzhübe bzw. Modulationsindizes beschreiben.

in www.elektroniktutor.de/signale/fm.html ist das recht gut erklärt.
@ Ingo-GL

Das die Kanäle nicht rechteckig sind hab ich schon verstanden, das hilft nur etwas zur Vorstellung. Also an den Randbereichen des Kanals ist die übertragene Leistung also geringer oder?

Nein! Ab einem Modulationsindex von >1,5 wird die Leistung in den "Seitenbändern" sogar größer als die des Trägers.
Bei bestimmten Indizes verschwindet der Träger sogar (fast) völlig.
Ist auch in o.a. Seite dargestellt.


Angenommen Sender A sendet und es gibt einen Sender B in 200 KHz Abstand und Sender C in 300 KHz Abstand. Wobei C links von Sender A und B rechts von Sender A bezüglich der Frequenz liegt.
Dann wird Sender B mehr gestört als Sender A, weil in 200 KHz Abstand die Störungen größer sein müssten, als wie in 300 MHz. Feldstärke nimmt mit der Entfernung zum Sender ab. (Wobei mir das Wort Feldstärke in dem Zusammenhang noch nicht so geläufig ist.)
Da nun die übertrage Leistung in den Randbereichen des Kanals wesentlich kleiner ist kommt es anscheinend auch nicht zu einer Beeinflussung oder?

Man darf bei FM nicht die Amplituden beider Signale vergleichen wie bei AM !
Bei FM wird sowohl ein schwächeres Signal auf der gleichen Frequenz wie auch ein Signal
leicht neben der Frequenz um ein Vielfaches stärker unterdrückt als es dem Amplitudenverhältnis entsprechen würde !
Aus diesem Grund kann man das HF-Spektrum viel dichter belegen als man es mit AM-Sendern machen könnte (hätten diese die gleiche Bandbreite).
Um das weiter zu optimieren, verringerte man in den 60er Jahren den Frequenzabstand von 300 kHz auf 100 kHz. Da die belegte Bandbreite eines Rundfunk-FM-Signals ca. 200 kHz beträgt, führt ein anderer Sender in 100 kHz Abstand in weiterer Entfernung wegen der genutzten Frequenzmodulation trotzdem nicht zu Störungen im Versorgungsgebiet.
Bei AM würden sich Pfeifstörungen ergeben, wenn ein zweiter Sender im Spektrum arbeiten würde.
Dies sehr vereinfacht geschrieben. Weitergehende mathematische Abhandlungen kann vielleich Christian Großklaß geben.


Für einen Empfangsstandort z.B. Berlin empfange ich doch trotzdem selten im Abstand von 100 KHz einen weiteren Sender. Die Abstände sind doch meist größer? So richtig flutscht es noch nicht.

Weil 100 kHz daneben sich fast das Maximum des ausgestrahlten Leistung befindet.
Ein schwaches Signal wird da unterdrückt (siehe oben).


von Jürgen Martens - am 30.11.2010 14:40
Die Feldstärke eines Signals ist proportional zur Quadratwurzel der Leistungsflussdichte dieses Signals am Empfangsort. (Leistungsflussdichte = Leistungsfluss je Flächeneinheit einer gedachten Kugelfläche, die die Sendeantenne umgibt.) Statt der Feldstärke kann man also die Leistungsflussdichte betrachten. Bei FM ist die Leistung des modulierten Signals gleich der Leistung des unmodulierten Trägers. Durch die Modulation wird die Sendeleistung lediglich über den Frequenzbereich verschmiert, wobei wie gesagt die spektrale Leistungsdichte (Leistung je Hertz Messbandbreite) mit zunehmendem Abstand zur Trägerfrequenz abnimmt. Deshalb stört von zwei mit gleicher Feldstärke einfallenden Sendern jener weniger stark, der den größeren Abstand zur Empfangsfrequenz hat, vorausgesetzt, beide Sender haben den gleichen Frequenzhub.

Die Empfangsmöglichkeiten hängen allerdings nicht nur von der Feldstärke und dem Frequenzabstand, sondern auch von der Bandbreite und der Flankensteilheit des Empfangsfilters ab. Je geringer die Bandbreite, desto stärker darf das Störsignal im Verhältnis zum Nutzsignal sein.



von Ingo-GL - am 30.11.2010 15:06
@ Jürgen Martens

Interessanter Link. Muß ich mir gleich mal reinziehen.


von Kay B - am 30.11.2010 15:14
Anzumerken wäre noch, dass die relevanten Signale beim zurückhaltenden Modulationshub in Deutschland in der Praxis kaum mehr als 120 KHz Bandbreite haben. Das lässt sich in Wasserfalldiagrammen sehr gut darstellen. Das bestätigt sich auch in der Praxis, wenn zwei Stationen nur 0,2 MHz auseinander liegen. Mit einem trennscharfen Empfänger kann sogar eine deutlich schwächere Station neben einem Ortssender ohne merkliche Klangeinbußen gehört werden.
Für audiophile Ohren mag dabei das letzte dB in der Dynamik fehlen- dieses Argument führt sich bei der Klangkompression der meisten Stationen aber ad absurdum. Leider scheitert die Koordination zusäzlicher Programme an den starren, alten Regeln. Interessant wäre mal ein Versuch, in einer Großstadt ein ganzes Cluster von einem Standort mit derselben Leistung im 0,2 MHz-Abstand zu senden, z.B. 88 / 88.2 / 88.4 / 88.6 MHz etc. Die meisten Empfänger dürften sehr gut damit zurecht kommen. In Istanbul wird das praktiziert - so passen 100 Stationen auf die Skala.


von peeraxel - am 30.11.2010 15:25
Stimmt natürlich, je nach Modulationsindex ergibt sich nach Besselreihe auch an den Seiten höhere Amplituden, wobei der Träger Null werden kann.



Ich habe meiner Vorstellung nach mal ein kleines Bild verfasst. Bei FM wird die Information in der Frequenz übertragen, die dann auf einen Träger f_T aufmoduliert wird. Damit verschiebt sich die Frequenz immer um einen Frequenzhub Delta f.

Zur Ermittlung der Bandbreite nutzt man die Carson Bandbreite, die ungefähr 99% der Signalenergie berücksichtigt. Diese berechnet sich nach B = 2 *(Delta f + f_s) wobei f_s die Signalfrequenz (oder NF Signal) sein sollte. Um auf die Bandbreite von FM ca. 200 KHz zu kommen, setzt man anscheinend einen Freq.hub von 75KHz ein. Woher kenn ich diese Angabe?
Nach folgenden Link von Wikipedia hab ich bei einer Stereoübertragung ein Spektrum 53 KHz.
Das NF Signal also f_s wird mit 15 KHz angenommen, weil das wohl die maximale Frequenz ist, die übertragen wird. Das menschliche Ohr ist laut Wikipedia in der Lage bis zu 20 KHz zu hören.

http://de.wikipedia.org/wiki/FM-Stereo

Und hier nochmal ein Bsp für die Vergabe von zwei Sendern mit einen Kanalraster von 300 MHz.


von present - am 30.11.2010 15:53
@ present

Klingt alles sehr einleuchtend.

Zitat

Nach folgenden Link von Wikipedia hab ich bei einer Stereoübertragung ein Spektrum 53 KHz.


Und was ist mit dem RDS-Signal bei 57 kHz?


von Kay B - am 01.12.2010 11:38
Zitat
Kay B
@ present

Klingt alles sehr einleuchtend.

Und was ist mit dem RDS-Signal bei 57 kHz?



Das kommt dann auch noch dazu :-)

Folglich ergibt sich bei 75 kHz Maximalhub eine belegte Bandbreite von rund 265 kHz
und unter Einbeziehung eines kleinen Schutzabstandes würde ein echtes Kanalraster von 300 kHz genau passen.
Wie ich gestern schon schrieb, ist man in den 60er Jahren zu einem unechten Raster von 100 kHz übergegangen um das Band besser ausnutzen zu können.

von Jürgen Martens - am 01.12.2010 12:48
FM Spektrum eines Stereo Rundfunksenders ( Top FM 106,4MHz ) von gerade eben als Beispiel s.u.:





von Werner53 - am 01.12.2010 18:09
Schade, ein größeres Foto eines alten UKW-Radios habe ich nicht gefunden.
Aber mit ein bisschen gutem Willen kann man unten gut erkennen, wie sich
die einzelnen Kanäle überlappen.

Aller 100kHz beginnt ein neuer 300kHz breiter Kanal.

Eine Nutzung von Nachbarkanälen wie z.B. heute extrem in Italien gab es
damals allerdings nicht, da war noch viel viel Platz auf UKW.



Quelle: siehe URL.

von Herbert Zeisig - am 02.12.2010 13:16
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