\chapter{\drmplus\ im mobilen Empfangsfall}\label{sec:DrmplusImMobilenEmpfangsfall}
Ein wesentlicher Aspekt für ein modernes Rundfunksystem ist der mobile Empfangsfall. Somit ist es neben den stationären Situationen -- wie im vorigen Kapitel dargelegt -- von wesentlichem Interesse, eine vergleichende Bewertung zwischen dem FM- und \drmplus-System im Hinblick auf die Versorgung von \txfh\ auf messtechnischer Basis anzustellen. Eine gute mobile Versorgung stellt hohe Ansprüche an ein digitales System, z.B.\,die Überbrückung von kurzen Feldstärkeeinbrüchen durch eine gut gewählte Interleaverzeit. Insbesonders für ein schmalbandiges System wie \drmplus\ ist dieser Effekt kritisch, da durch ein kurzzeitiges Flat-Fading das Signal über seiner kompletten Bandbreite ausgelöscht werden kann.
\paragraph*{} In diesem Kapitel werden die im Rahmen dieses Versuchs durchgeführten Untersuchungen der mobilen Empfangsgüte von \txfh\ bei -- wie auch im stationären Fall -- gleicher Sendeleistung beschrieben. Das Messkonzept und die verwendete technische Umsetzung werden vorgestellt. Nach Auswahl der Messroute und der Auswertestrategie werden die Messergebnisse erläutert. 
\section{Messkonzepte und -verfahren}\label{sec:MesskonzepteUndVerfahren_mob}
Auch im mobilen Empfangsfall steht die vergleichende Bewertung der Empfangsqualität von \txfh\ im digitalen und analogen Modus im Vordergrund. Wie auch im vorigen Kapitel wird die Wirkung von \txrb, der auf verschiedenen Mittenfrequenzen als Störsender betrieben wird, auf die Empfangsqualität von \txfh\ untersucht.\\ 
Für den Fall einer FM-Ausstrahlung wird die Empfangsgüte anhand des \sinad\ klassifiziert und von den Fahrern während der Fahrt abgehört. Im Falle einer \drmplus-Übertragung wird parallel zu der Erfassung der momentanen Bitfehlerrate der Audiostrom während der Fahrt durch die Fahrer abgehört. Parallel wird in beiden Fällen die HF-Eingangsleistung des Empfängers protokolliert. Bei dieser Messreihe kommen die gleichen Empfänger wie im stationären Fall zur Anwendung, s.\,Abs.\,\ref{sec:Empfänger}. Durch eine Vielzahl von Messfahrten werden folgende Situationen erfasst:
\begin{itemize}
	\item FM-Performanz ohne / mit \txrb\ (\mhz{87,7; 87,8}).
	\item \drmplus-Performanz der 4-QAM-Variante ohne / mit \txrb\ (\mhz{87,7; 87,8}).
	\item \drmplus-Performanz der 16-QAM-Variante ohne / mit \txrb\ (\mhz{87,7; 87,8}).
	\item Empfangsleistungspegel von \txfh.
	\item Empfangsleistungspegel von \txrb.
	\item Rauschleistungspegel entlang der Route.
\end{itemize}
Auf diese Weise können die Empfangsgüten der unterschiedlichen Systeme miteinander verglichen werden. Darüberhinaus können analog zu dem Vorgehen bei den stationären Messungen die Planungsparameter auf Basis der erfassten HF-Situation überprüft werden.
\subsection{Messeinrichtung}\label{sec:Messeinrichtung_mob}
Zur Erfassung der Empfangssituation wurde ein Messsystem aufgebaut, das die gleichzeitige Erfassung der Empfängereingangsleistung und des Empfängerzustandes inkl. des Messortes als geographische Ortsangabe ermöglicht. Dieses System sowie die in dieser Phase des Feldversuchs zugrundeliegenden Messstrategien werden im Laufe dieses Abschnitts vorgestellt. Da im Rahmen dieser Arbeit die Bewertung des Empfangs aus Sicht der Funknetzplanung stand, wurde das Messsystem so ausgelegt, daß der Empfängerzustand nicht auf der Zeitbasis der \drmplus-Transmissionframes, sondern auf Basis des zurückgelegten Weges erfasst wird. Dies heisst, daß im Abstand von 80\% der Wellenlänge $\lambda$ eine Messung durchgeführt wird \cite{Lee1993}. Durch diese Methode wird gewährleistet, daß die gemessenen HF-Leistungspegel von Ort zu Ort unkorreliert sind. Befindet sich das Messfahrzeug beispielsweise an einem Punkt A an dem die reflektierte Welle große Teile der direkten Welle auslöscht (Flat Fading), so bestehen am folgenden Messpunkt B zwei Möglichkeiten in Bezug auf den reflektierten Anteil: entweder sind aufgrund der Ausbreitungssituation die Reflektionsverhältnisse völlig anders, oder z.B. aufgrund eines ausgedehnten Gebäudekomplexes unverändert. In jedem Fall ist -- aufgrund des abstandsbasierten Ansatzes -- die Auslöschungsbedingung an Punkt A durch die Unkorreliertheit aufgehoben, so daß eine neue Situation an Punkt B erfasst wird. Zudem ist diese Art der Erfassung ein wesentliches Kriterium, das in \cite{sm1708} an mobile Funküberwachungssysteme gestellt wird. Auch allen anderen in dieser Recommendation angesprochenen Punkt können von dem im Rahmen dieser Arbeit entstandenen Messsystem erfüllt werden.
\paragraph*{} Im vorliegenden Fall ergibt sich aufgrund der betrachteten Wellenlängen $\lambda$ ein Abstand $d$ zwischen den einzelnen Wegpunkten von:
\begin{align}
	d &= 0.8\cdot c/f_\text{FH}\hspace{3cm}\text{\cite[Kap.~2.2.2]{Lee1993}}\label{eq:lee}\\
	d &= 0.8\cdot \frac{\unit{3\cdot10^8}{\meter\per\second}}{\mhz{87,6}}\nonumber\\
	d &= \unit{2.74}{\meter}\nonumber
\end{align}
Dennoch ist es wichtig und unabdingbar, den Empfang kontinuierlich zu überwachen. Hierzu wurde der Messbus der FH-KL mit einem zusätzlichen Lautsprecher- und Monitorsystem inkl. Touchscreen aufgerüstet, so daß die Geräte während der Fahrt in der Fahrerkabine überwach- und bedienbar sind. Auf diese Weise kann z.B. die Audioausgabe des \drmplus-Audiodecoders kontinuierlich abgehört werden. Ein wichtiger Effekt dieser Anlage ist es, daß der / die Fahrer während der Messfahrt aus der Sicht eines Nutzers den Empfang bewerten können, insbes. in Bezug auf die Stabilität / Aussetzverhalten von \drmplus. Verschiedene Rechner können über ein KVM-Switch fernbedient auf den vorderen Bildschirm geschaltet werden.
Das komplette Messsystem ist in \picref{fig:messbus_digital} für den Betriebsmodus \drmplus, in \picref{fig:messbus_analog} für den Betriebsmodus FM dargestellt.
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=0.8\textwidth]{images/mobil/messbus_digital.jpg}
	\caption{Aufbau mobiles Messsystem im Messbus der FH-KL, \drmplus-Modus}
	\label{fig:messbus_digital}
\end{figure}
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=0.8\textwidth]{images/mobil/messbus_analog.jpg}
	\caption{Aufbau mobiles Messsystem im Messbus der FH-KL, FM-Modus}
	\label{fig:messbus_analog}
\end{figure}
Das mobile Messsystem ist wie folgt aufgebaut: Ein Wegimpulsgeber erfasst die zurückgelegte Fahrstrecke. Wenn die gewünschte Distanz $d$ zurückgelegt wurde, wird eine Pegelmessung vorgenommen. Dieser Pegel wird zusammen mit den anderen in diesem Moment aktuellen Messdaten (Ort, Zeit, \sinad oder BER, \ldots) als ein Datensatz abgespeichert und auf das erneute Verstreichen der Wegstrecke $d$ gewartet.\\
Der Wegimpulsgeber besteht aus der Kombination einer Peiseler Platte mit einem dazugehörigem Impulsgeber Peiseler MT500 KFZ-RS mit einer Nennimpulszahl $k=500$ Pulse / Umdrehung. Der Geber wird an einen selbst entwickelten, einstellbaren Impulsteiler angeschlossen. Durch Kenntnis der Nennimpulszahl und zu überwachenden Wellenlänge wird dieser Teiler so eingestellt, das nur dann der Impuls des Weggebers an weitere Geräte verteilt wird, wenn die gewünschte Wegstrecke zurückgelegt worden ist.
Diese Bedingung stößt die Pegelmessung durch den Spektrumanalyzer R\&S FSP30 an (\glqq triggern\grqq).\\
Da der Impulsteiler, der den FSP triggert, flexibel einstellbar ist, können aufgrund der Kombination aus Weglänge, Nennimpulszahl des Weggebers, Radumfang anhand der Einstellung des 12-bittigen Teilers Frequenzen im Bereich von $\mhz{17,95}\cdots\unit{36,7}{\giga\hertz}$ überwacht werden. Die untere Grenze kann hierbei durch die Nachschaltung weiterer Teiler verschoben werden; die obere Grenze is eher als ein theoretischer Wert anzusehen; die Messgeschwindigkeit des FSP, die Geschwindigkeit des IEC/GPIB-Busses und des weiter unten vorgestellten Messprogramms selbst bilden hier die reale Obergrenze des Messsystems. Obwohl es nicht in anderen Frequenzbereichen getestet worden ist, ist davon auszugehen, daß der Einsatz in den Rundfunkbändern problemlos möglich ist.
Da das Antennensignal sowohl an den FSP, als auch an den FM bzw.\,\drmplus-Empfänger verteilt wird, stehen gleichzeitig  zu den Pegelmessungen die Daten des Empfangssignals zur Verfügung. Die Empfänger sind genauso aufgebaut wie im Falle der stationären Messungen (ein gemeinsames Frontend; FM-Empfang durch den Microgen TS9085 Meßempfänger; \drmplus-Empfang mittels des in Teil~\ref{sec:Laboruntersuchungen} beschriebenen Systems). 
\par Im FM-Fall (\picref{fig:messbus_analog}) wird das Empfängerausgangssignal mittels des Audioanalyzer R\&S-UPV durch den \sinad\ charakterisiert.
\par Im \drmplus-Fall wird der RSCI-Ausgangsdatenstrom \cite{etsi_ts102349} des Empfängers via UDP durch das Messbussnetzwerk an die verschiedenen Systeme verteilt. Zur Datenaufteilung entstand im Rahmen dieses Projekts eine kleine Software, die diese Aufteilung vornimmt. Auf diese Weise können beliebig viele Datensenken (z.B. Audiodecoder, Multimediabetrachter, Messdatenerfassungssysteme) mit den Zustandsinformationen und empfangenen Nutzdaten des \drmplus-Empfängers versorgt werden. Diese Eigenschaft ist insbes. dann wichtig, wenn der Datenstrom beispielsweise in verschiedenen Subnetzen aufgrund von Routereinstellungen u.ä.\,nicht an eine UDP-Broadcast-Adresse versandt werden können.
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=0.4\textwidth]{images/mobil/kl6500_aussen.JPG}
	\caption{Messbus der FH-KL mit montierter Antenne, Aussenansicht.}
	\label{fig:kl6500_aussen}
\end{figure}
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/mobil/kl6500_back.JPG}
		\hfill
		\includegraphics[width=0.49\textwidth]{images/mobil/kl6500_front.JPG}
	\caption{Messbus der FH-KL, Innenansicht. Links: Arbeitsbereich mit aktivem Messsystem; Rechts: Fahrerkabine mit Überwachungsbildschirm des \drmplus-Dekoders.}
	\label{fig:kl6500_innen}
\end{figure}
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/aufbau_mobmess.png}
	\caption{Schematischer Schaltplan des Messprogramms}
	\label{fig:aufbau_mobmess}
\end{figure}
Das Messsystem wurde in Python \cite{python} implementiert und ist vollständig losgelöst von der im Vorjahr implementierten (VisualBasic)-Lösung für die mobilen Untersuchungen \cite[Kap. 6.2]{Schad2008a}. Innerhalb des Programms arbeiten alle Module die die verschiedenen Datenquellen analysieren und Geräte steuern parallel in separaten Threads\footnote{Softwaremodule mit unabhängigen Handlungssträngen innerhalb einer Programms}. Der grundsätzliche Programmablauf ist wie folgt s.\,a.\,\picref{fig:aufbau_mobmess}:
\begin{itemize}
	\item Initialisierung des Programms, Verbindungsaufnahme zu allen angeschlossenen Quellen (FSP, UPV, Audiodekoder, \drmplus-Dekoder, handelsübliche GPS-USB-Maus mit SIRF~\Roman{band3}-Chipsatz (Navilock NL302-U)). Der FSP und UPV sind über die VISA-Softwareschnittstelle \cite{niVisa} mittels eines GPIB-Busses an den Messrechner angebunden, auf die mit dem pyVisa-Paket \cite{pyvisa} zugegriffen wird.
	\item Initialisierung der Logdatei und GUI.
	\item Parallele Verarbeitung aller ankommenden Daten.
	\item Berücksichtigung des Wegimpulsgebers durch den FSP: Sobald dieser durch das externe Impulsgebersignal getriggert wird, führt dieser eine Messung durch und meldet dies dem Programm durch den Service-Request Mechanismus des GPIB-Standards (SRQ). Dieses liest das Ergebnis der Pegelmessung ein, versieht es mit einem Zeitstempel und schreibt diese Werte zusammen mit allen aktuellen Zuständen der Datenquellen in die Logdatei.
	\item Die ausgewerteten Parameter des RSCI-Stroms sind: Empfangene Bits, fehlerhafte Bits (RSCI-Tag: RBP); Modulationsfehlerrate des momentanen \drmplus-Frames (RSCI-Tag: RMER).	
	\item Die im vorhergehenden Jahr aufgetretenen, damals nicht umgehbare USB-Probleme (gelegentliches Abkoppeln des GPS-Empfängers bedingt durch sporadische Hardwareprobleme des verwendeten Laptops) wurden durch drei Workarounds gelöst:
\begin{itemize}
	\item Einsatz eines anderen Laptops.
	\item Die serielle Python-Bibliothek pyserial \cite{pyserial} bietet -- im Gegensatz zur im Vorjahr verwendeten Softwareschnittstelle in VisualBasic -- die Möglichkeiten solche Fehler abzufangen, anstatt das Programm zum Absturz zu bringen.
	\item Durch diese Erkennung des Fehlerfalls wird die Implementierung eines Software-Watchdogs ermöglicht, der im Fehlerfall automatisch eine neue Verbindung zu einem GPS an den seriellen Schnittstellen des Rechners sucht. Da die Datenerfassung in separate Threads aufgeteilt ist, wird der Messprozess selbst dabei nicht beeinflusst.
\end{itemize}
\end{itemize}
\picref{fig:mobMess_demoScreen_digiMode} stellt einen Screenshot der Messoberfläche des Systems im \drmplus-Modus dar. Die oberen Bildteile stellen diverse Messwerte (Eingangsleistung, Zeitstempel, BER, MER, Audiodekodierung, GPS-Daten) dar. Ausser der Anzeige der Empfangsleistungspegel sind alle diese Werte immer auf dem aktuellsten Stand -- die zugrundeleigenden Quellen liefern ständig, z.B.\,auf Zeitbasis der \drmplus-Frames neue Werte. Lediglich der Wert des Empfangsleistungspegels ist von der Triggerung durch den Weggeber abhängig, welcher -- wie bereits dargestellt -- die Erfassung der aktuellen Werte in die Logdatei auslöst.
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/mobMess_demoScreen_digiMode.jpg}
	\caption{Oberfläche des mobilen Messsystems im \drmplus-Modus}
	\label{fig:mobMess_demoScreen_digiMode}
\end{figure}
Unterhalb der numerischen Anzeigen in \picref{fig:mobMess_demoScreen_digiMode} sind Buttons zum Starten und Stoppen des Messvorgangs sowie zur Auswahl der Logdatei verfügbar. Im unteren Anzeigebereich werden die gemessenen Empfangsleistungspegel dargestellt. Der obere der beiden Anzeigen bietet eine Sicht auf die letzen 10 Abtastwerte, während der untere eine Darstellung der letzten 100 Abtastwerte bietet. Die roten Linien markieren hierbei die Messwerte, die grünen eine gleitende Mittelung des Darstellungsintervalls.\\
Im FM-Modus werden die Datenquellen ausgetauscht. Der Audioanalyzer R\&S-UPV führt hierbei eine Dauermessung des \sinad\ durch. Dieses Ergebnis wird ständig von dem Programm eingelesen und beim Auftreten des Wegimpulses inkl. aller anderen erwähnten Rahmendaten in die Logdatei übertragen.\\
Es ist zu beachten, das die protokollierten Werte -- insbes. die Messdaten an den Empfängerausgängen -- immer eine Stichprobe der betrachteten Messgrößen sind. Somit wird z.B.\,nicht die \BERMed, sondern die momentane BER erfasst.
\paragraph*{}
Bei der Verarbeitung der GPS-Daten stellen sich drei Hürden:
\begin{enumerate}
	\item Handelsübliche GPS-Empfänger bieten in der Regel eine zeitliche Auflösung von \unit{1}{\second}: Neue Positionsdaten sind somit nur im Sekundentakt verfügbar. Auch die aktive Anforderung an das Gerät die aktuelle Position auszugeben liefert immer die letzte bekannte Lösung der Positionsermittlung, nicht die momentane. Bei der notwendigen Wegeauflösung $d$ (s.\,\eqref{eq:lee}) würde dies bedeuten, den Messwagen mit einer konstanten Geschwindigkeit von ca.\,\unit{30}{\kilo\meter\per\hour} zu bewegen. Dies ist nicht akzeptabel.
	\item Selbst wenn der GPS-Empfänger eine höhere zeitliche Auflösung hätte\footnote{Solche Systeme sind durchaus am Markt verfügbar; militärisch genutzte Systeme können bis zu 50 Positionsdaten pro Sekunde berechnen. Im Consumer-Segment sind Empfänger mit einer Auflösung von bis zu 5 Neuberechnungen pro Sekunde vorzufinden.}, so müsste dieser für jeden Messpunkt synchron zum Zeitpunkt der Pegelmessung eine Lösung der Positionsbestimmung liefern. Dies heisst, daß das System eine Anzahl $n$ mit $n\rightarrow\infty$ Korrelatoren zur Berechnung der Phasenlagen der GPS-Satelliten haben müsste. Dies ist offensichtlich nicht möglich.
	\item Handelsübliche GPS-Empfänger bieten -- systembedingt -- eine zu geringe Genauigkeit in Bezug auf die hier geforderte Anwendung. Die örtliche Trennung von zwei aufeinanderfolgenden Punkten ist nicht immer garantiert. Darüberhinaus sollen auch Tunnelunterfahrten und ähnliche Empfangssituationen, bei denen der GPS-Rx keine Sicht zum Himmel hat, mit dem System möglich sein. 
\end{enumerate}
Aus diesem Grunde wird das nachfolgend beschriebene Verfahren angewandt, das gleichermassen simpel wie effektiv ist. Hierbei baut der Lösungsansatz auf die Existenz des Weggebers auf. Die Kenntnis der Wegstrecke zwischen aufeinanderfolgenden Abtastwerten wird nach Abschluss der Messung zur \glqq Entzerrung\grqq\ der Positionsdaten genutzt. Von einem Messpunkt aus wird die Fahrtrichtung anhand der nachfolgenden Abtastwerte ermittelt. Im Abschluss wird richtungsgerecht der aktuelle Messpunkt derart im Raum verschoben, daß er zu seinem Vorgänger und Nachfolger den gewünschten Abstand hat. Dies löst alle oben angesprochenen Hindernisse der GPS-Erfassung. Zur Erleichterung der Ausgleichsrechnung und aufgrund der Tatsache, daß die Positionsdaten im Anschluss ohnehin in einem Gauss-Krüger-Koordinatensystem benötigt werden (welche eine äquidistante Abbildung einer geographischen Region ist) werden diese mithilfe der 7-Parametrigen Helmertz-Transformation aus dem WGS-84-System überführt. Nach Abschluss der Entzerrung werden alle Messdaten zur weiteren Verarbeitung in einer ESRI-Shapedatei gespeichert. Die einzige Unwägbarkeit, die bei diesem Verfahren bleibt ist die Tatsache, daß der Abstand aufgrund von Faktoren wie beispielsweise der Volumenänderung des Reifens durch Wäremeausdehnung niemals absolut äquidistant sein kann. Die Messungen haben gezeigt, daß dieser Faktor vernachlässigbar ist und entlang der Messstrecke -- aufgrund der hohen Anzahl an Stichproben (ca. 19000/Fahrt, je nachdem wie Kurven angefahren und Spuren gewechselt wurden) -- untergeht.
\paragraph*{}
Die in den Shape-Dateien vorhandenen Felder (die Protokolle der Fahrten) lassen sich in drei Kategorien aufteilen: Allgemeine Informationen, Messwerte bei Empfang des digitalen Signals, Messwerte bei Empfang des analogen Signals.\\
Die Felder der Kategorie \glqq Allgemeine Informationen\grqq\ sind:
\begin{itemize}
	\item SampleNum: Kontinuierlich fortlaufende Nummer der Stichprobe.
	\item Altitude: Höhe über dem WGS-84-Ellipsoiden in Meter an dem Ort der Stichprobe.
	\item Timestamp: Zeitstempel im POSIX-Format, der die Zeit der Stichprobenaufnahme angibt.
	\item Koordinate (internes Feld): Rechts- und Hochwert des Ortes der Stichprobe. Koordinatensystem: Gauss-Krüger Streifen 3, Bessel 1841-Ellipsoid (EPSG\footnote{European Petroleum Survey Group Geodesy; \href{http://www.epsg-registry.org/}{http://www.epsg-registry.org/}}-Code: 31467).
	\item RF-Power: Gemessene Kanalleistung in \dBm{}, wie oben beschrieben.
\end{itemize}
Im \drmplus-Modus sind folgende Felder zusätzlich zu den allgmeinen Angaben vorhanden:
\begin{itemize}
	\item Errors: Anzahl der als fehlerhaft erkannten Bits
	\item Bits: Gesamtanzahl der nominellen Nutzbits im PRBS-Kanal
	\item BER: Momentane, am Ort der Stichprobe ermittelte Bitfehlerrate
	\item MER: Modulationsfehlerrate in \dB{} gem. \cite{etsi_ts102349}
\end{itemize}
Im FM-Modus sind folgende Felder zusätzlich zu den allgmeinen Angaben vorhanden:
\begin{itemize}
	\item \sinad: der momentane \sinad\ in \dB{}.  
\end{itemize}
\paragraph*{}
Da kein analoges, selektives Pegelmessgerät zur Verfügung steht, wurde die Bestimmung der Empfangsleistungspegel -- wie bereits oben erwähnt -- mit dem Spektrumanalyzer R\&S FSP30 durchgeführt. Dieser wurde im Zerospan-Modus mit dem RMS-Detektor betrieben. Die benötigte Selektivität wurde durch Verwendung des steilflankigen \khz{100}-Kanalfilters hergestellt. Die Sweepzeit orientiert sich an der angestrebten maximalen Geschwindigkeit des Messsystems (\unit{120}{\kilo\meter\per\hour} zu \unit{120}{\micro\second}. Die Videobandbreite orientiert sich an der Sweepzeit und wurde zu \khz{10} gewählt. Auf diese Weise werden die modulationsbedingten Hüllkurvenschwankungen des HF-Signals nicht erfasst, wohl aber die Kanalbedingten Schwankungen. Pro Messung wurde die RMS-Leistung des Sweeps ausgelesen. Die Wahl der max.\,Geschwindigkeit ergibt sich aus der Tatsache, daß in dem lokalen Autobahnabschnitt die Geschwindigkeiten meistens keine schnellere Fahrt zulässig ist. Zwar bedeutet der Durchlauf eines Sweeps gleichzeitig auch, daß der ermittelte Pegel nicht exakt den Pegel eines Ortes repräsentiert, was aber insbes.\,bei typischen Stadt- und Überlandfahrten einer Bewegung von wesentlich weniger als der Hälfte der Triggerdistanz entspricht und somit eine hinreichend genaue Messung darstellt. In allen Fällen gilt, daß diese Einschränkung nur auf die Erfassung des Eingangsleistungspegels zutrifft -- die überwachten Empfängerausgangsdaten (BER, \sinad, etc.) repräsentieren in jedem Fall die aktuellen Empfängerzustände. Da der Spektrumanalyzer über keine vollautomatische Anpassung seiner Vordämpfung in Abhängigkeit der Eingangsleistung verfügt, wird diese Steuerung ebenfalls durch die Software vorgenommen, um den Dynamikbereich der Pegelmessung zu vergrößern und den Analyzer in Sendernähe nicht zu übersteuern. Eine Umstellung der Dämpfungsglieder geschieht lediglich nur 2-3 mal pro Messfahrt, so daß die zeitliche Beeinflussung des Messsystems durch den Schaltvorgang minimal ist und keine Auswirkungen auf das Gesamtergebnis hat. 
\paragraph*{}
Als Empfangsantenne kam ein $\lambda/4$-Dipol mit einem k-Faktor von \dB{10} (inkl. Leitungsdämpfung) zum Einsatz. Zusammen mit dem verwendeten \dB{3}-Splitter ergibt sich für die Empfänger eine Absenkung der Empfindlichkeit um \dB{13}. Somit ergeben sich in diesem Szenario für den \drmplus-Empfang die in \tabref{tab:MindestleistungspegelAmDrmplusEmpfängereingangImAWGNKanalImMobilenEmpfangsfallMessbusFHKL} angegebenen Mindesteingangsleistungspegel (MDS, vgl.\,Abschnitt \ref{sec:HerleitungDesVersorgungsbegriffs}). Die Antenne hat eine Höhe von \unit{2}{\meter} über Grund. Alle Messfahrten wurden in den Abend- und Nachtstunden im Hochsommer durchgeführt (trockene Luft, wolkenloser Himmel). Der Leistungsverlust durch den Splitter am Empfängereingang wurde aus den Messdaten nicht herausgerechnet, da dem Spektrumanalyzer in jedem Fall die gleiche Leistung wie dem Empfänger zugeführt wird.
\begin{table}[H]
	\centering
\begin{tabular}{|c|c|c|}
\hline
Variante & MDS & $\text{E}_\text{min}$\\ 
\hline
4-QAM & \dBm{-96} & \dBuVm{15}\\ 
\hline
16-QAM & \dBm{-87} & \dBuVm{28}\\ 
\hline
\end{tabular}
	\caption{Mindestleistungspegel am \drmplus-Empfängereingang im AWGN-Kanal im mobilen Empfangsfall (Messbus FH-KL). Die Feldstärken beziehen sich auf einen $\lambda/4$-Rundstrahler, k-Faktor: \dB{13} (inkl. Splitter am Empfängereingang).}
	\label{tab:MindestleistungspegelAmDrmplusEmpfängereingangImAWGNKanalImMobilenEmpfangsfallMessbusFHKL}
\end{table}
\paragraph*{}
Zur Komplettierung der Messdaten wurde sowohl den Grundrauschleistungspegel der Frequenz \mhz{87,6} als auch die Empfangsleistungspegel von \txrb\ mit diesem System zu bestimmen. Hierzu wurde der Empfängerzweig abgetrennt und der Splitter an diesem Punkt mit einem \unit{50}{\ohm}-Widerstand abgeschlossen. Im Anschluss wurden für diese beiden Fälle die Messfahrten durchgeführt.
\subsection{Messroute}\label{sec:routenwahl_mob}
Die ca.~\unit{53}{\kilo\meter} lange Strecke wurde nach verschiedenen Gesichtspunkten gewählt:
\begin{itemize}
	\item Sowohl im 4-, als auch im 16-QAM-Modus sollte die Grenze des Versorgungsgebiets überschritten werden.
	\item Wenn möglich sollten die stationären Punkte nahe der Strecke liegen oder von der Route möglichst nahe umschlossen werden. Umwege und z.B.\,doppeltes Abfahren von Streckenteilen sollten vermieden werden. Weit aussenliegende Messorte wurden -- aufgrund der geringeren Antennenhöhe -- nicht weiter beachtet.
	\item Es sollten typische Fahrszenarien (Stadtverkehr, Überlandfahrt, Autobahn) erfasst werden.
	\item Verschiedene Gebiete wie Gegenden mit leichter / dichter / hoher Bebauung etc.\,sollten enthalten sein. 
	\item Die Fahrt sollte die Zonen berücksichtigen, in denen sowohl die Hauptkeule als auch der nicht bzw. nur gering bestrahlte Bereich von \txrb\ liegt. 
\end{itemize}
Aufgrund dieser Forderungen wurde die in \picref{fig:mobile_route} dargestellte Route mit einer Gesamtlänge von ca. \unit{54}{\kilo\meter} gewählt. In der Darstellung sind darüberhinaus die Senderstandorte und die stationären Messpunkte eingetragen. Der Routenverlauf ist farblich auf Basis der Stichprobennummer abgestuft gekennzeichnet. Diese Abstufung ermöglicht die Zuordnung von Wegabschnitten in Darstellungen, welche Messergebnisse in Abhängigkeit der Stichprobennummer anstatt des Ortes abbilden.\\
Gelegentliche Abweichungen der Route vom Straßenverlauf der zugrundeliegenden Straßenkarte sind kein systematischer Fehler, sondern die Folge straßenbaulicher Maßnahmen -- die Karte ist nicht auf dem aktuellsten Stand, dient aber ohnehin schlicht nur zur Orientierung.
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/mobile_route.jpg}
	\caption{Mobile Messroute inkl.\,Samplenummer entlang verschiedener Routenabschnitte}
	\label{fig:mobile_route}
\end{figure}
Die Route startet an der FH-KL. Von dort aus wird die A6 von KL-Ost bis zu KL-Einsiedlerhof durchfahren, wobei auch \txrb\ in verschiedenen Abständen passiert wird. Es folgt eine Überlandfahrt von KL-Einsiedlerhof über KL-Siegelbach und Otterbach. Über Morlautern führt die Route aus der Senke des Lautertals heraus, passiert die FH-KL und führt über das Universitätswohngebiet, den Betzenberg und durch die Innenstadt wieder zurück zum Startpunkt.\\
Die nachfolgend dargestellte \picref{fig:topo_kl_col} verdeutlicht die topographische Situation des Kaiserslauterer Beckens und der umliegenden Westpfälzer Hügellandschaft. Die Abbildung entspricht der in \picref{fig:uebersicht_auswahlMP} dargestellten Schummerung mit dem Unterschied, daß die Höhenschichten zur besseren Erkennbarkeit farblich hervorgehoben sind. Die in der Legende vermerkten Höhenangaben geben die Höhe über normal Null an. Zusätzlich sind die Senderstandorte und die Messroute markiert. 
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/topo_kl_col.png}
	\caption{Topographische Übersicht der Umgebung von Kaiserslautern. Nur das Rechteck, das die Messroute einschliesst ist farblich markiert.}
	\label{fig:topo_kl_col}
\end{figure}
\subsection{Auswerteverfahren}\label{sec:Auswerteverfahren}
Die durchgeführten Messungen bieten eine riesige Vielfalt an möglichen Auswertestrategien. Im folgenden werden diejenigen Analysen vorgestellt, die die interessantesten Einblicke in die \drmplus\ und FM-Performanz im Mobilfunkkanal bieten.
\paragraph*{}
Neben den üblichen Parametern wie Empfängereingangsleistungspegel der beiden beteiligten Sender, des Rauschteppichs und der Pegeldifferenz der beiden Sender sind selbstverständlich die Daten am Empfängerausgang die wesentliche Größe der folgenden Betrachtungen.\\
Hierzu wird folgendes Verfahren angewandt: Die in Fransy \cite{fransy} durchgeführten Versorgungsprognosen, welche auch für den Fall der Nutzung einer Rundantenne mit einer Antennenhöhe von \unit{2}{\meter} über Grund vorliegen, gehen von einem Berechnungraster von $\unit{100}{\meter}\times\unit{100}{\meter}$ aus. Entsprechend werden die HF-Messwerte (Pegel \txfh, Pegel \txrb, Rauschpegel sowie Pegeldifferenz der beiden Sender) zu einem Raster der gleichen Größe zusammengefasst. Aufgrund der äquidistanten Messwerterfassung liegen somit pro Rasterzelle mindestens 36 Abstastpunkte innerhalb der jeweiligen Zelle, bei mehrfacher Passage des Gebiets entsprechend mehr. Der Verbundwert, der die Rasterfläche stellvertretend für die Einzelmesswerte kennzeichnet, entspricht dem Median der Einzelmesswerte.\\
Dieses Verfahren wird auch für die Ermittlung des \sinad\ innerhalb einer Zelle angewandt. Die anschliessende Klassifikation des \sinad\ geschieht auch in diesem Fall entsprechend den in \tabref{tab:sinad-farbtabelle} definierten Qualitätsstufen.
\paragraph*{}
Zur Darstellung und Auswertung der Bitfehlerrate BER wird ein ähnliches Verfahren bei der Rasterung angewandt. Hierbei ist zu beachten, daß es sich bei den Messdaten um die \emph{momentane} Bitfehlerrate handelt. Es ist ein erheblicher Unterschied in der Wertigkeit, innerhalb der Fläche einer Zelle einen Wert mit hoher Fehlerrate bei ansonsten fehlerfreien Paketen arithmetisch zu mitteln: das Resultat würde die Realität zu pessimistisch bewerten und sie auch nicht wiederspiegeln. Aus diesem Grunde wird zur Bewertung des \drmplus-Empfangs in diesem Szenario folgendermassen vorgegangen: aus denjenigen Messpunkten die sich innerhalb eines betrachteten Flächenelements\footnote{Rasterzelle} befinden wird das 75\%-Quartil $q3$ (auch: Quartil 3ter Ordnung) ermittelt. In Anlehnung an Def.\,\ref{def:dekodierbarkeit} gilt nun, daß das Flächenelement als \glqq versorgt\grqq\ (kurz: \glqq ok\grqq) markiert wird, wenn die Bedingung $q3\leq1\cdot10^{-4}$ erfüllt ist. Ist dies nicht der Fall, so gilt das betrachtete Flächenelement als \glqq nicht versorgt / gestört\grqq\ (kurz: \glqq fail\grqq).\\
Dieses Vorgehen ist insofern sinnvoll, als das der hörbare Eindruck, den die Autoren im Laufe der Messfahrten beim Abhören des Audiokanals und Beobachten des Messprogrammbildschirms (\picref{fig:mobMess_demoScreen_digiMode}) hatten, davon geprägt war, daß einzelne Fehler schlicht durch den Zeitinterleaver und das Audiodekompressionsverfahren verdeckt werden, obwohl sie messbar sind. Ein tatsächlich gestörter Bereich lässt sich auch reproduzierbar hörbar ermitteln und ist davon geprägt, das eine erhebliche Bündelfehlerrate -- sowohl bei Betrachtung der angezeigten, momentanen Bitfehlerrate am Dekoderausgang, als auch bei den äquidistant erfassten momentanen Bitfehlerraten -- messbar ist. Dies gilt ebenfalls für Bereiche, in denen die Dekodierung des Audiosignals \glqq schwammig\grqq\ ist, also nur sporadisch einzelne Fetzen des Datenstroms dekodiert werden können. Die auf diese Weise entstandenen Ergebnisse repräsentieren damit sehr wohl auch die Wahrnehmung des Nutzers.
\paragraph*{}
Das Messprogramm kann darüberhinaus den internen Zustand des Audiodekoders erfassen. Allerdings hat es sich gezeigt, daß diese Angaben nicht mit der Realität übereinstimmen: Wird z.B.\,in einem kurzen Abschnitt schlechten oder schwammigen Empfangs innerhalb des Audiodekoders der Ausgang stummgeschaltet (\glqq Error Concealement\grqq) zeigt der Statusindikator, daß dass letzte Audioframe dekodiert werden konnte. Dies ist insofern korrekt, als das die Dekodersteuerung auch die Ausgabe einer \glqq Nullfolge\grqq\ veranlasst hat. Diesen Umstand kann der Kern der Dekodierungssoftware allerdings nicht von einer tatsächlichen Nutzdatenfolge unterscheiden und geht somit davon aus, das die Eingangsdaten den gewollten Nutzdaten entsprechen. Daher ist das Ausweichen auf die statistische Auswertung der gemessenen Momentanbitfehlerrate notwendig. Durch diese Methode werden keine Versorgungslücken herausgerechnet, da in denjenigen Bereichen, in denen Bitfehler bei gleichzeitigem Ausfall des Audiodienstes festgestellt wurden, die momentane Bitfehlerrate ohnehin wesentlich größer als die Grenzbitfehlerrate von $1\cdot 10^{-4}$ war.
\par Zur Darstellung wird in den Auswertungsgrafiken der BER für jede untersuchte Frequenzsituation eine kombinierte Darstellung der 4- und 16-QAM-Variante genutzt. Hierbei sind die Rasterzellen entsprechend der Zuordnung in Tabelle~\ref{tab:farbcode_mobRaster_ber} farblich markiert.
\begin{table}
	\centering
			\begin{tabular}{|c|c|}
\hline
Zellenfarbe & Bedeutung \\ 
\hline
\cellcolor{red}\textcolor{white}{Rot} & 4-QAM: fail; 16-QAM: fail \\ 
\hline
\cellcolor{yellow}\textcolor{black}{Gelb} & 4-QAM: ok; 16-QAM: fail \\ 
\hline
\cellcolor{blue}\textcolor{white}{Blau} & 4-QAM: fail; 16-QAM: ok \\ 
\hline
\cellcolor{darkgreen}\textcolor{black}{Grün} & 4-QAM: ok; 16-QAM: ok \\ 
\hline
\end{tabular}	
	\caption{Farbkodierung bei kombinierter Rasterdarstellung der momentanen Bitfehlerrate der 4-/16-QAM-Variante im mobilen Szenario}
	\label{tab:farbcode_mobRaster_ber}
\end{table}
Alle Operationen, die sich mit der Messdatenaufbereitung auf Basis der Messorte entlang der Route befassen, wurden im dem Open-Source-GIS Grass \cite{GRASS_GIS_software} durchgeführt. Zur individuellen Behandlung von Messdatensätzen auf Basis der jeweiligen Samples anstatt der absoluten Position wurden individuelle Python-Skripte erstellt, die die Daten innerhalb der Shapedateien der Messfahrten verarbeiten. In der Regel wird bei den Darstellungen der Rasterkarten zur Erhöhung der Übersicht darauf verzichtet, die Senderstandorte explizit einzutragen, diese sind z.B.\,in den Abbildungen \ref{fig:mobile_route},\ref{fig:topo_kl_col} zu finden.
\section{Ergebnisse}\label{sec:Ergebnisse_mob}
Dieses Kapitel stellt die Ergebnisse und Analysen der Mesfahrten bzw.\,deren Auswertungen dar. Nach der Darstellung der HF-Verhältnisse der beteiligten Sender, des Grundrauschens und einigen allgemeinen Angaben zu dem Verlauf der Messroute selbst wird zu den Untersuchungen der Empfangssituationen übergegangen. Hierbei werden für die FM-, 4-QAM und 16-QAM-Variante die Situationen 
\begin{itemize}
	\item \txrb\ ausgeschaltet,
	\item \txrb\ sendet auf der Frequenz \mhz{87,7},
	\item \txrb\ sendet auf der Frequenz \mhz{87,8}
\end{itemize}
untersucht.
\subsection{Allgemeines}\label{sec:allgemeines_mob}
Im folgenden werden die typischen Empfangsleistungspegel von \txfh, \txrb\ sowie das Leistungsverhältnis zwischen beiden Sendern dargestellt. Des weiteren wird der Verlauf der effektiven Antennenhöhe sowie ein beispielhaftes, typisches Geschwindigkeitsprofils entlang der Route aufgezeigt. 
\newpage
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/avgPegelFH.png}
	\caption{Mittlerer Empfangsleistungspegel in \dBm{} von \txfh\ entlang der Messroute (ohne Einfluss von \txrb)}
	\label{fig:avgPegelFH}
\end{figure}
\picref{fig:avgPegelFH} zeigt den Verlauf der Empfängereingangsleistungpegel auf der Frequenz \mhz{87,6} von \txfh\ entlang der Route (\txfh\ eingeschaltet; \txrb\ ausgeschaltet). Die Farbskala ist auf den minimalen bzw.\,maximalen Pegel (\dBm{-90} bzw.\,\dBm{-17}) beschnitten. Geht man von den in \tabref{tab:MindestleistungspegelAmDrmplusEmpfängereingangImAWGNKanalImMobilenEmpfangsfallMessbusFHKL} angegebenen Schwellen zur Dekodierung des \drmplus-Signals aus bedeutet dies, daß die Mindestleistung zum Empfang des 4-QAM-Modus nie unterschritten wurde. Auf der Farbskala ist die Schwelle zur 16-QAM-Dekodierung (\dBm{-86}) durch die hellste Gelbschattierung markiert. \\
Die Abbildung zeigt, daß in den äußeren Gebieten (Einsiedlerhof, Siegelbach) erwartungsgemäß nur noch eine geringe Leistung verfügbar ist. Im Bereich der Universität und dem angeschlossenem Wohngebiet (südlicher Routenabschnitt) ist die Bebauungsbedingte hohe Dynamik der Leistungsschwankungen anhand der vielen Farbstufenwechsel gut erkennbar.
\newpage
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/avgPegelRB.png}
	\caption{Mittlerer Empfangsleistungspegel in \dBm{} von \txrb\ entlang der Messroute (ohne Einfluss von \txfh)}
	\label{fig:avgPegelRB}
\end{figure}
\picref{fig:avgPegelRB} zeigt den Verlauf der Emfpängereingangsleistungspegel auf der Frequenz \mhz{87,6} von \txrb\ entlang der Route (\txfh\ ausgeschaltet; \txrb\ eingeschaltet (\mhz{87,6})). Die Farbskala ist auf den minimalen bzw.\,maximalen Pegel (\dBm{-91} bzw. \dBm{-18}) beschnitten und in der gleichen Farbgebung wie \picref{fig:avgPegelFH} gehalten.
\newpage
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/avg_FHMinusRB.png}
	\caption{Mittlere Empfangsleistungspegeldifferenz in \dB{} zwischen \txfh\ und \txrb\ auf Basis von \picref{fig:avgPegelFH} und \picref{fig:avgPegelRB}}
	\label{fig:avg_FHMinusRB}
\end{figure}
\picref{fig:avg_FHMinusRB} stellt den Pegelunterschied zwischen \txfh\ und \txrb\ ($\Delta_{L}=\text{Pegel}_{FH}-\text{Pegel}_{RB})$ in Dezibel dar. $\Delta_L$ ist positiv, wenn \txfh\ stärker als \txrb\ ist und negativ, wenn \txfh\ schwächer als \txrb\ ist. Die Farbskala ist auf das Minimum / Maxium der Werte beschnitten.
\newpage
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/avgNoise.png}
	\caption{Mittlerer Empfangsrauschleistungspegel in \dBm{} entlang der Route, \txfh\ und \txrb\ inaktiv}
	\label{fig:avgNoise}
\end{figure}
Als weiterer Parameter wurde das Grundrauschen -- bzw. die Empfangsleistung der Reststrahlung von fremden Sendern im Untersuchungsgebiet -- innerhalb des Empfangskanals \mhz{87,6} aufgezeichnet. Dies ist in \picref{fig:avgNoise} dargestellt. Die Farbskala ist auf das Minimum bzw. Maximum des Wertebereichs beschnitten. Man kann erkennen, das die Rauschleistungspegel in den Außenbezirken der Route sich in dem Wertebereich befindet, der der Empfangsleistung von \txfh\ entspricht. Der mittlere Rauschleistungspegel entlang der gesamten Strecke beträgt \dBm{-90}. Man kann erkennen, daß insbes.\,im Bereich des Einsiedlerhofs (linker Rand der Strecke) aufgrund der Kombination aus geringem Empfangsleistungspegel von \txfh\ und überdurchschnittlich hohem Rauschen nur ein geringes \SNRDec\ zu erwarten ist. Naturgemäß kann man im innerstädtischen Bereich einen überdurchschnittlich hohen Rauschpegel auch in den Abendstunden verzeichnen, was auch in diesem Fall durch ein leicht erhöhtes Grundrauschen z.B.\,im Uniwohngebiet zu sehen ist. In allen Fällen lag der gemessene Rauschpegel über dem Eigenrausachen des Analyzers. Diese Analyse bildet die Grundlage zu der nachfolgenden \picref{fig:sZuN_dekodierschwellen_off}.
\newpage
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/sZuN_dekodierschwellen_off.png}
	\caption{Vorhersage der \drmplus-Signaldekodierungschance anhand des benötigten Mindest-Signal-zu-Rauschabstands \SNRDec\ entlang der Messroute auf Basis der gemessenen, mittleren HF-Leistungen. \QAMColorRules. }
	\label{fig:sZuN_dekodierschwellen_off}
\end{figure}
\picref{fig:sZuN_dekodierschwellen_off} zeigt eine Prognose der \drmplus-Dekodierung in dem Farbschema gem.\,\tabref{tab:farbcode_mobRaster_ber}. Das zugrundeliegende Rechenverfahren, das keine Zuschläge zur Orts- und Zeitwahrscheinlichkeitwahrscheinlichkeit berücksichtigt, basiert auf dem Median der Empfangsleistungspegel von \txfh\ (\picref{fig:avgPegelFH}) und dem Median der Rauschleistungspegel gem.\, \picref{fig:avgNoise}. Anhand dieser Datenbasis wird das \SNRDec\ wie folgt gebildet:
	\[ \SNRDec = \text{Pegel}_{FH} - \text{Pegel}_{Rauschen\ \mhz{87,6}} \nonumber
\]
Setzt man für das ermittelte \SNRDec die notwendigen Signal-zu-Rauschabstände gem.\,\tabref{tab:MindestempfangspegelUndFeldstärken} (Spalte \SNRDec) als Entscheidungsschwelle an, so kann man für die jeweilige Modulationsvariante die Aussage \glqq Dekodierung möglich\grqq\ bzw.\, \glqq Dekodierung nicht möglich\grqq\ treffen.
Die auf diese Weise klassierten Werte des \SNRDec werden im Anschluss gem.~Tabelle~\ref{tab:farbcode_mobRaster_ber} eingefärbt. Diese Darstellung prognostiziert, daß im Routenbereich Einsiedlerhof, B270 und dem nördlichen Routenabschnitt (L389) die 16-QAM-Variante nicht mehr dekodiert werden kann. Der Ausfall der 4-QAM-Variante ist entlang des Abschnitts L389 ebenfalls zu erwarten.\\
Zusätzlich wurde dieser alleine auf gemessenen HF-Verhältnissen basierenden Auswertung die Versorgungsprognose der Funknetzplanung (ohne Berücksichtigung des Mobilfunkkanals) gegenübergestellt. Auf Basis dieser Darstellung ist erkennbar, das die Prognose der 4-QAM-Variante recht gut zu der anhand des \SNRDec\ angenommenenen Versorgung passt; die 16-QAM-Variante scheint allerdings zu optimistisch bewertet worden zu sein.\\
Die Versorgungsprognosen basieren auf dem Verfahren das in Abschnitt \ref{sec:WahlDerMessorte}, S.\,\pageref{fig:uebersicht_auswahlMP} erläutert wurde. Im Gegensatz zu der dortigen stationären Empfangsantenne (Antennenhöhe \unit{10}{\meter}, Richtantenne mit \dBd{4} Gewinn) wurde hierbei als Empfangsantenne ein $\lambda/4-$Dipol (Gewinn: \dBi{0}) in einer Höhe von \unit{2}{\meter} über Grund angesetzt.
%\newpage 
%\begin{figure}[H]
%	\centering
%		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/h_eff_pegel.png}
%	\caption{Effektive mittlere Empfangsantennenhöhe (\txfh\ $\rightarrow$ Messbus) und mittlerer Empfangsleistungspegel von \txfh\ entlang der Route. Das Mittelungsintervall entspricht der Stichprobenanzahl einer Fahrstrecke von \unit{100}{\meter}.}
%	\label{fig:h_eff_pegel}
%\end{figure}
%\picref{fig:h_eff_pegel} stellt auf der linken Ordinate die mittlere effektive Antennhöhe bezogen auf die Höhe der Sendeantenne von \txfh\ und der Empfangsantenne des Messfahrzeugs entlang der Route dar. Die zugrundeliegenden absoluten Höhendaten beziehen sich auf die Höhe über dem WGS-84-Ellipsoid. Die rechte Ordinate gibt zusätzlich den mittleren Empfangsleistungspegel von \txfh\ an. Das Mittelungsintervall entspricht einer Strecke von \unit{100}{\meter}.\\
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/h_eff_distance.png}
	\caption{Mittlere relative Höhendifferenz der Empfangs- und Sendeantennen sowie Profil des mittleren Luftlinienabstandes zwischen Empfänger und Sender entlang der Route. Das Mittelungsintervall entspricht der Stichprobenanzahl einer Fahrstrecke von \unit{100}{\meter}.}
	\label{fig:h_eff_distance}
\end{figure}
Die rote Linie in \picref{fig:h_eff_distance} zeigt die mittlere Höhendifferenz der Empfangs- und Sendeantenne $h_\text{rel}=h_\text{Tx}-h_\text{Rx}$ in einem Mittelungsintervall von \unit{100}{\meter} entlang der Route. Die Skalierung der rel.\,Höhe befindet sich an der linken Ordinate.\\
Die grüne Linie in \picref{fig:h_eff_distance} stellt die mittlere Entfernung (Luftlinie) zwischen Sender und Empfänger $d_\text{TXFH}$ in einem Mittelungsintervall von \unit{100}{\meter} entlang der Route dar. Die Skalierung der Entfernung ist der rechten Ordinate zu entnehmen.
\newpage
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/Geschwindigkeitsprofil.png}
	\caption{Profil der mittleren Fahrgeschwindigkeit entlang der Route}
	\label{fig:Geschwindigkeitsprofil}
\end{figure}
\picref{fig:Geschwindigkeitsprofil} stellt das Profil der durchschnittlichen Fahrgeschwindigkeit entlang der Route dar. Auch hier wurde das Mittelungsintervall so gewählt, daß eine Strecke von \unit{100}{\meter} innerhalb des Mittelungsfensters repräsentiert wird. 
\newpage
\subsection{Fall (a): keine Störungen durch \txrb}\label{sec:FallAKeineStoerungenDurchTxrb_mob}
Dieser Abschnitt beschreibt die Messfahrten, in der \txfh\ im \drmplus\ bzw.\,FM-Modus betrieben wurde und \txrb\ ausgeschaltet war. Neben der Auswertung der gemessenen Bitfehlerraten bzw.\, \sinad-Werte gem.\,des erläuterten Auswertungsverfahrens, Vgl. Abschnitt \ref{sec:Auswerteverfahren} werden einige weiterführende Betrachtungen über die Empfangssituation vor Ort angestellt.\\
Desweiteren wird exemplarisch eine Darstellung vorgestellt, die auf den Rohdaten des Messsystems basiert, ohne jegliche Mittelungen bzw.\,Entscheidungsschwellen anhand der momentanen Bitfehlerrate anzuwenden.\\
Darüberhinaus werden an dieser Stelle einige allgemeine Aussagen über die grundsätzlichen Empfangsverhältnisse getroffen die auch in den später dargestellten Störszenarien zutreffen.
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/BER_gemessen_off.png}
	\caption{Empfangsverhältnisse der 4- und 16-QAM-Variante bewertet anhand der gemessenen Bitfehlerrate, \txrb: aus. \QAMColorRules.}
	\label{fig:BER_gemessen_off}
\end{figure}
Abbildung~\ref{fig:BER_gemessen_off} stellt anhand des in Abschnitt \ref{sec:Auswerteverfahren} erläuterten Verfahrens die gemessene Empfangssituation der 4- bzw.\,16-QAM-Variante dar. Die Darstellung zeigt, daß der Stadtbereich in beiden Modi versorgt ist. In den Randbezirken beginnt die Dekodierung der 4-QAM-Variante nach Verlust des 16-QAM-Empfangs ebenfalls schnell auszusetzen. Der Vergleich mit der in blauen Schattierungen dargestellten Versorgungsprognose der Funknetzplanung zeigt, daß in beiden Fällen die Prognose etwas zu optimistisch ist. Die Betrachtung von Abb.~\ref{fig:sZuN_dekodierschwellen_off} zeigt, daß die dort getroffenen Annahmen ein hohes Maß an Übereinstimmung mit der tatsächlich gemessenen Versorgung zeigen, was die Anwendbarkeit der Messdatenauswertung und Richtigkeit der Messdatenerfassung bestätigt. 
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/sinad_off.png}
	\caption{Mittlerer klassierter \sinad\ entlang der Messroute, \txrb: aus}
	\label{fig:sinad_off}
\end{figure}
Abbildung~\ref{fig:sinad_off} stellt die gemittelten, gemäß \tabref{tab:sinad-farbtabelle} klassierten \sinad-Messwerte entlang der Route dar. Es ist erkennbar, daß im Stadtbereich überwiegend eine gute Versorgung vorhanden ist. Im Bereich des Universitätswohnviertels kommt es aufgrund der Abschattungen durch hohe Gebäude und verstärktem Mehrwegeempfang zu leichten Einbußen. In dem westlichen und nördlichem Randgebiet der Strecke bricht der Empfang zusammen. Unterstellt man wie bereits im stationären Szenario, daß ab der Qualitätsstufe~2 (rot) nicht mehr von akzeptablen Empfangsbedingungen ausgegangen werden kann so stellt sich heraus, daß im Sinne der Reichweite in der in Kaiserslautern vorherrschenden Frequenzsituation die 16-QAM-Variante zu gleichen Ergebnissen führt -- allerdings hierbei durchgängig dem Hörer eine uneingeschränkt hohe Qualität bringt. 
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/srb_4off.png}
	\caption[Darstellungsbeispiel der 4-QAM-Variante über Samplenummer]{Darstellung von Empfangs- und Rauschleistungspegel, momentaner Bitfehlerrate und der Differenz der Empfangsleistungspegel zwischen 2 aufeinanderfolgenden Abtastwerten am Beispiel der 4-QAM-Variante; \txrb: aus.}
	\label{fig:srb_4off}
\end{figure}
Der Performanzeindruck des \drmplus-Systems ändert sich nicht, wenn man Abb.~\ref{fig:srb_4off} betrachtet: Diese Darstellung zeigt die unbewerteten Messdaten als Funktion der Stichprobennummer (also des Weges) bei der Messung der 4-QAM-Variante. Auf der linken Ordinate sind Empfangsleistungspegel (Reihe \glqq RF-Power, TX FH\grqq, blau) und Rauschleistungspegel (Reihe \glqq Noise\grqq, grün) in \dBm{} verzeichnet. Auf der linken Ordinate ist ebenfalls die Differenz des momentanen Empfangsleistungspegels zu dem Wert der vorhergehenden Stichprobe in \dB{} eingezeichnet (Reihe \glqq dRF\grqq, violett). Die momentane Bitfehlerrate (Reihe \glqq current BER\grqq, rot) ist auf der rechten Ordinate in logarithmischer Teilung aufgetragen. Die durchgezogene, lachsfarbene Linie markiert die Grenzbitfehlerrate von $1\cdot10^{-4}$.\\
Es ist zu beachten, daß die Messdynamik der Reihe \glqq dRF\grqq\ durch den Rauschleistungspegel nach unten hin begrenzt ist (z.B.\,im Bereich von Samplenummer 10000).\\
Die Darstellung liefert einen guten Einblick in das Geschehen während einer Messfahrt:
\begin{itemize}
	\item Der Zusammenhang zwischen \SNRDec\ und Empfangsausfällen ist teilweise leichter zu überblicken als in den kartographischen Darstellungen.	
	\item Man sieht, das beim Auftreten von Bitfehlern die Wertigkeit der Momentanbitfehlerrate meistens bei einem Wert, der wesentlich größer als $1\cdot10^{-4}$ ist, liegt. Einzelne Fehlerstellen sind für den Nutzer nicht wahrnehmbar (z.B.\,die ersten fünf Stichproben mit Bitfehlern im Bereich der ersten 3000 Samples, eine Störung der Audiodekodierung an dieser Stelle wurde während der Fahrt nicht wahrgenommen). Bündelfehler hingegen sind wahrnehmbar. Dieser Umstand sorgt dafür, daß die auf Quartilen basierende Auswertungsstrategie zu einer korrekten Interpretation der Empfangssituation führt. Deshalb wird auch eine stotternde Audiodekodierung nicht zu einer falschen Bewertung der Situation führen.
	\item Die Dynamik der Empfangsleistungsschwankungen liegt typischerweise in einem Bereich von bis zu \dB{40}. In Kombination mit der Schmalbandigkeit des Systems gewinnt das Flat Fading einen besonderen Stellenwert an den Grenzen des Versorgungsgebietes. Dort sinkt \SNRDec\ bedingt durch die Dynamik des Funkkanals mit gesteigerter Häufigkeit unter die Dekodierungsschwelle. An vielen Stellen lassen sich hohe, aber sporadisch auftretende Fehlerraten gut mit den Einbrüchen der HF-Leistung in Verbindung bringen.
\end{itemize}
Bei Betrachtung der Empfangssituation -- unabhängig vom verwendeten Übertragungsverfahren -- fällt auf, daß trotz einer niedrigen Grundbelastung durch fremde Sender im Gleichkanal und der Verwendung eines Rundstrahlers auf der Senderseite die Versorgungsreichweite bzw. Pegelverhältnisse in nordwestlicher Richtung sich entgegen des Antennendiagramms zu verhalten scheinen. Dieser Effekt ist leicht zu erklären, wenn man sich mit der lokalen Topographie auseinandersetzt, die in Abb.~\ref{fig:topo_kl_col} angedeutet ist.\\
Im folgenden werden die örtlichen Gegebenheiten räumlich dargestellt, vgl.\,\picref{fig:pegel_fh_3D_1} -- \ref{fig:ber4_3D_2}. In diesen sind die Senderstandorte durch blaue Kugeln markiert. Zur besseren Sichtbarkeit sind die Höhenebenen in den meisten Fällen bewusst leicht überzeichnet dargestellt. In den Abbildungen \ref{fig:pegel_fh_3D_1}, \ref{fig:pegel_fh_3D_3} sind die Empfangsleistungspegel von \txfh\ entlang der Wegstrecke unter Nutzung der gleichen Farbskala wie in \picref{fig:avgPegelFH} dargestellt. Zusätzlich wurde zur Gewinnung eines groben Überblicks in \picref{fig:pegel_fh_3D_3} eine räumliche Splineinterpolation \cite{Mitasova1993} der Messdaten auf die Fläche des Rechtecks durchgeführt, welches die Messroute einfasst. Da eine sinnvolle Darstellung eines Stadtplans in dieser Darstellungsvariante leider nicht möglich ist, dienen als Orientierungshilfen die Senderstandorte und der Nordpfeil in Zusammenhang mit einer der in diesem Dokument zahlreich abgebildeten Stadtpläne anderer Darstellungen (z.B.\,\picref{fig:avg_FHMinusRB}, \ref{fig:Senderstandorte_small}). Desweiteren wird auch \picref{fig:BER_gemessen_off} (\drmplus-Empfangsgüte anhand der BER) mit Beschränkung auf die 4-QAM-Variante dargestellt (grün: Empfang in Ordnung; rot: Empfang nicht in Ordnung). Die vier nachfolgenden Darstellungen sind notwendig, um einen Rundumblick der Region zu verwirklichen.\\
Die Darstellungen der Empfangsleistung (sowohl gemessen als auch interpoliert) zeigen, daß aufgrund der Lage des Senders der nördliche Bereich der Strecke abgeschattet wird (Vorderer Rotenberg; Mühlberg). Man sieht, daß die Route in dieser Gegend durch einige Anhöhen und Senken führt, welche zu sporadisch höheren Empfangspegeln -- und damit auch Dekodierungserfolgen -- führen. Die interpolierte Darstellung zeigt das insbesonders der westlich von der FH gelegene Bereich aufgrund der Geländeöffnung und der geringeren Abschattung eine gleichmässige Ausbreitung ermöglicht. Allerdings ist dieser Bereich auch von der westlichen Seite kommend ebenso geöffnet, so daß z.B. der FM-Sender aus Metz in Gleichkanal in dieser Richtung \glqq durchbrechen\grqq\ kann, was auch der Grund für den gesteigerten Rauschpegel in diesem Bezirk sein könnte. Die Darstellungen der Bitfehlerrate (\picref{fig:ber4_3D_1}, \ref{fig:ber4_3D_2}) arbeiten die Einschränkungen des Empfangs im nördlichen Bezirk sehr anschaulich heraus: Stellt man sich eine Verbindungslinie zwischen einem der von der Fahrt erfassten Pixel zu \txfh\ vor, so erkennt man schnell, dass in diesem Bezirk der Empfang oft wahrscheinlich über die Beugung und Reflektion der Welle an den von der vom nördlichen Routenzipfel umfassten Hügelkette zustande kam. Der Empfangsausfall am nördlichsten Routenpunkt selbst erscheint dann logisch wenn man erkennt, dass dieser nur eine schlechte Sicht auf \txfh\ bietet und keinen nahegelegene Reflektionsfläche weiter im Norden bietet. Ein Blick von \txfh\ aus in den östlichen und südlichen Routenabschnitt enthüllt keine solch starken Einschränkungen durch die Geländebeschaffenheit, ausser am Betzenberg (s. Markierung in \picref{fig:ber4_3D_1}). In diesem Bereich ist gut erkennbar, wie durch den topograpisch bedingten Einbruch des Empfangspegel in einer NLOS-Situation der \drmplus-Empfang stabil bleibt (rauschbegrenzter Bereich), während die Qualität des FM-Empfangs einbricht, vgl. Abb.~\ref{fig:sinad_off}. 
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/pegel_fh_3D_1.jpg}
	\caption[Topographische Darstellung des Verlaufs der abgestrahlten Leistung von \txfh, Ansicht 1]{Topographische Darstellung des Verlaufs der abgestrahlten Leistung von \txfh, \\Ansicht 1\ \href{run:maps_external/pegel_fh_3D_1.tif}{\theEye}.}
	\label{fig:pegel_fh_3D_1}
\end{figure}
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/pegel_fh_3D_3.jpg}
	\caption[Topographische Darstellung des interpolierten Verlaufs der abgestrahlten Leistung von \txfh, Ansicht 1]{Topographische Darstellung des Verlaufs der abgestrahlten Leistung von \txfh, \\Ansicht 2\ \href{run:maps_external/pegel_fh_3D_3.tif}{\theEye}.}
	\label{fig:pegel_fh_3D_3}
\end{figure}
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/4qam_off_ber_3D_1.jpg}
	\caption[Topographische Darstellung des Verlaufs der Bitfehlerrate, Ansicht 1]{Topographische Darstellung des Verlaufs der Bitfehlerrate (4-QAM), Ansicht 1\ \href{run:maps_external/4qam_off_ber_3D_1.tif}{\theEye}.}
	\label{fig:ber4_3D_1}
\end{figure}
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/4qam_off_ber_3D_2.jpg}
	\caption[Topographische Darstellung des Verlaufs der Bitfehlerrate, Ansicht 2]{Topographische Darstellung des Verlaufs der abgestrahlten Leistung von \txfh, \\Ansicht 2. Geogr.\,Nord zeigt aus der Bildebene hinaus auf den Betrachter \href{run:maps_external/4qam_off_ber_3D_2.tif}{\theEye}.}
	\label{fig:ber4_3D_2}
\end{figure}
\newpage
\subsection{Fall (b): Störung durch \txrb~87,7 MHz}\label{sec:FallCStoerungDurchTxrbMhz877_mob}
Dieser Abschnitt beschreibt die Simulation eines kleinen Funknetzes, bei dem der Störsender \txrb\ im ersten Nachbarkanal zu \txfh\ betrieben wird. Die in Abschnitt~\ref{sec:allgemeines_mob} durchgeführten allgemeinen Betrachtungen der Fahrtroute bleiben weiterhin gültig.
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/BER_gemessen_877.png}
	\caption{Empfangsverhältnisse der 4- und 16-QAM-Variante bewertet anhand der gemessenen Bitfehlerrate \txrb: \mhz{87,7}}
	\label{fig:BER_gemessen_877}
\end{figure}
Abbildung \ref{fig:BER_gemessen_877} stellt in kombinierter Darstellung die gemessene Empfangssituation der 4- und 16-QAM-Variante von \drmplus\ dar. Wie direkt aus dieser Darstellung ersichtlich ist, zeigt sich die 4-QAM-Variante als äussert robust: Gegenüber dem ungestörten Fall bestehen quasi keine Unterschiede in der Versorgungssituation entlang der Wegstrecke. Der höhere Schutzbedarf der 16-QAM-Variante im vgl.\,zur 4-QAM-Variante (\dB{-13} vs. \dB{-9}), spiegelt sich direkt in dem Messergebnis wieder: viele in \picref{fig:BER_gemessen_off} grün dargestellten Raster sind mit gelb (nur 4-QAM-Dekodierung möglich) markiert. Dies bestätigt die Ergebnisse, die in dieser Situation bei den stationären Messungen gewonnen wurden, s.\,Abschnitt \ref{sec:FallCStoerungDurchTxrbMhz877}. In den Bereichen der Stadt und des Universitätswohngebiets sind einige Bereiche vorhanden, in denen die Versorgungsprognose (Ausfall der 16-QAM-Variante) sich hervorragend mit den gemessenen Verhältnissen deckt.
%\paragraph*{}
%Zur Abschätzung, an welchen Orten in Präsenz von \txrb\ im ersten Nachbarkanal die 16-QAM-Variante dekodiert werden kann fällt in diesem Szenario schwer, da beide Sendesignale auf mehreren Wegen aber ungefähr der gleichen Richtung den Empfänger erreichen. Probeweise wurde folgendes Verfahren zur Entwicklung von Abb.~\ref{fig:vorhersage_877} angewandt:
%\begin{itemize}
%	\item Der in dieser Situation notwendige Schutzabstand von \dB{-9} wurde   NACHFRAGEN, WOHL EHER WEGLASSEN 
%\end{itemize}
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/sinad_877.png}
	\caption{Mittlerer klassierter \sinad\ entlang der Messroute, \txrb: \mhz{87,7}}
	\label{fig:sinad_877}
\end{figure}
Ändert man das Nutzsignal von \txfh\ zu FM, so ändert sich die Versorgungssituation schlagartig, s.\,\picref{fig:sinad_877}. Außer im nahen Umfeld von \txfh\ und im Bereich des gelben Streifens zwischen Erzhütten und Morlautern ist kein FM-Empfang möglich. Aufgrund des höheren Schutzabstandes für eine FM-Übertragung relativ zu dem \drmplus-System zeigen sich in dieser Situation besonders deutlich die Stärken des digitalen Verfahrens. 
%\begin{figure}[H]
%	\centering
%		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/vorhersage_877.png}
%	\caption{Abschätzung der 16-QAM-Dekodierungssituation anhand der HF-Parameter (nur gültig im Bereich der Innenstadt bis Abfahrt A6-Kaiserslautern West)}
%	\label{fig:vorhersage_877}
%\end{figure}
\newpage
\subsection{Fall (c): Störung durch \txrb~87,8 MHz}\label{sec:FallDStoerungDurchTxrbMhz878_mob}
Dieser Abschnitt beschreibt die Simulation eines kleinen Funknetzes, bei dem der Störsender \txrb\ im zweiten Nachbarkanal zu \txfh\ betrieben wird. Die in Abschnitt~\ref{sec:allgemeines_mob} durchgeführten allgemeinen Betrachtungen der Fahrtroute bleiben weiterhin gültig.
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/BER_gemessen_878.png}
	\caption{Empfangsverhältnisse der 4- und 16-QAM-Variante bewertet anhand der gemessenen Bitfehlerrate \txrb: \mhz{87,8}}	
	\label{fig:BER_gemessen_878}
\end{figure}
Abbildung \ref{fig:BER_gemessen_878} stellt in kombinierter Darstellung die gemessene Empfangssituation der 4- und 16-QAM-Variante von \drmplus\ dar. Sie zeigt, daß für beide Modulationsvarianten die ursprüngliche Versorgungssituation wiederhergestellt wurde. Die durch die Schutzabstandsmessungen abgeleitete Annahme, daß die Leistung von \txrb\ schlichtweg nicht ausreichend ist, um eine Störleistung hervorzurufen, die zur Degradation der 16-QAM-Variante notwendig wäre wird somit bestätigt. Die planerische Versorgungsprognose für den 4-QAM-Fall bildet -- von den nördlichen Bereichen abgesehen -- eine recht gut Modellierung im Vergleich zu den realen Verhältnissen. Gleiches gilt für die 16-QAM-Variante.
\begin{figure}[H]
	\centering
		\includegraphics[width=1.00\textwidth]{images/mobil/sinad_878.png}
	\caption{Mittlerer klassierter \sinad\ entlang der Messroute, \txrb: \mhz{87,8}}
	\label{fig:sinad_878}
\end{figure}
Ein anderes Bild hingegen zeigt sich bei Betrachtung einer FM-Ausstrahlung von \txfh, s.\,\picref{fig:sinad_878}: Die leichten Einbussen der FM-Versorgung, die sich an den Messpunkten im stationären Szenario gezeigt haben, äußern sich hier aufgrund der wesentlich höheren Stichprobenanzahl und der ungerichteten Empfangsantenne wesentlich deutlicher. Im Bereich der Umgebung der Hauptstrahlrichtung von \txrb\ bricht der FM-Empfang völlig zusammen. Ein Vergleich mit den Werten aus Abb.~\ref{fig:avg_FHMinusRB} zeigt, daß der verwendete Empfänger bei diesem Frequenzversatz eine höhere Selektivität aufweist, als der zur Funknetzplanung angenommene -- und somit einen geringeren Schutzabstand zum FM-Empfang benötigt: der FM-Empfang erholt sich schon an Stellen, an denen der planerische \dB{7} Schutzabstand \cite{bs412-9} noch nicht eingehalten wird.