Mehrwegeeffekte

Mehrwegeeffekte entstehen, wenn ein ausgesendetes Signal nicht nur den direkten Weg zum Empfänger nimmt, sondern zusätzlich über reflektierende, refraktive oder streuende Oberflächen mehrere Pfade zurücklegt. Typische Ursachen sind Reflexionen an Gebäuden, Gelände, Wasserflächen, Diffraction um Hindernisse und Streuung durch unregelmäßige Oberflächen. Sie treten in Funkkommunikation, Radar, Akustik und Sensorik auf und gelten besonders in urbanen oder indoor Umgebungen als signifikant.

Die Pfade unterscheiden sich in Laufzeit, Phasenlage und Amplitude. Die Summierung der einzelnen Signale führt zu Interferenzmustern, die je nach relative Phase konstruktive oder destruktive Überlagerung erzeugen. Folgen sind Verzögerungen des empfangenen Signals (Delay Spread), wechselgehafte Verstärkungen und Abschwächungen (Fading) sowie zeitliche Ausdehnung von Impulsen. Bewegte Reflektoren führen zusätzlich zu Dopplerveränderungen, die Frequenzkomponenten des empfangenen Signals verschieben können. In digitalen Systemen kann Mehrwegeausbreitung Intersymbolen-Interferenz verursachen und die Datenraten verschlechtern.

Mehrwegeffekte sind in vielen Anwendungen bedeutsam: Mobilfunk und WLAN in Innenräumen, Navigationssysteme wie GPS in urbanen Gebieten, Radar- und Sonarsysteme sowie akustische Messungen in Räumen. Sie können die Positionsbestimmung, Objektlokalisation und Datentransferqualität beeinträchtigen, aber auch genutzt werden, etwa zur verbesserten Ortung durch spezielle Antennen- oder Signalverarbeitungstechniken.

Gegenmaßnahmen umfassen Antennen- und Systemdesign zur Reduktion von Mehrwegeffekten, Diversität und MIMO, sowie fortgeschrittene Signalverarbeitung wie Equalisierung, RAKE-Empfänger, Spread-Spectrum oder OFDM mit Zyklenlänge (Cyclic Prefix). In GNSS-Systemen kommen zudem optimierte Antennen, Mehrfrequenzlösungen und Kalibrierungsmodelle zum Einsatz.