Dachinstallationen

Antennengrundlagen

Antennengrundlagen findet ihr auch noch in einem weiteren Artikel:

• https://wiki.freifunk-rheinland.net/G%C3%BCnstige_Antennen

Dachinstallationen

Der Artikel ist noch nicht "fertiggestellt".

Das Errichten von Freifunk-Knoten an hohen Standorten ermöglicht das Meshen über große Distanzen. Im Nachfolgenden werden daher Möglichkeiten zur Realisierung einer Dachinstallation für das Freifunk-Netzwerk aufgelistet und zusammengetragen.

Antennen

Rundstrahlantenne

Eine Rundstrahlantenne dient zur Abdeckung eines 360° Bereichs. Die Bündelung erfolgt in der Querrichtung. Würde man eine CD auf die Antenne stecken, dann "In Richtung der Scheibe".

Erfahrungen bezüglich Nutzen/Reichweite bei dieser Art von Antenne sind gerne willkommen.

Nanostation

Der Hersteller Ubiquity stellt mit den Nanostations Freifunk-geeignete "Sektorantennen" her. Diese sind generell zur Überwindung von größeren Distanzen in einem gewissen Winkel geeignet. Zur lokalen Versorgung eines Gebäudes sind andere Antennen (Rundstrahler) zu bevorzugen.

Vorne:

Vorne/Innen:

Hinten/Innen:

Nanostation Loco2

Bei dem Typ "Nanostation", Modell "Loco2" wird in einem Winkel von 90° abgestrahlt. Um eine volle 360° Abdeckung zu erhalten, müssten daher 4 Nanostations in jeweils eine Himmelsrichtung orientiert werden.

Details:
Die -6dB-Grenze ("-50% Empfang vom Maximum") liegt bei der "Loco2" bei 45 Grad.

Nanostation 2M

Bei den "Nanostation2M 'nonloco'" wird in einem Winkel von 60° abgestrahlt. Um eine volle 360° Abdeckung zu erhalten, müssten daher 6 Nanostations im Vollkreis installiert werden.

Details:

Die -6dB-Grenze ("-50% Empfang vom Maximum") liegt bei der "nonloco" bei 30 Grad. Bei diesem Modell ist 
zusätzlich zu beachten, dass der Abstrahlwinkel in der Höhe nur 10° beträgt. 
Diese Antenne ist daher sehr nahe an einer Richtfunkantenne angesiedelt. 
Eine genaue Ausrichtung auf das jeweilige Ziel ist vorzunehmen.

Selbstverständlich ist nicht immer eine volle 360° Abdeckung notwendig. Hier muss jeder selbst entscheiden, in welche Himmelsrichtung eine starke Freifunk-Abdeckung sinnvoll ist. Das zur Verfügung stehende Budget spielt sicherlich die entscheidende Rolle.

Abstand von WLAN-Antennen zueinander

Für WLAN-Geräte gilt generell, dass sie nach Möglichkeit in einem Abstand von 0,5-1m installiert werden sollten. So werden negative Interferenzen zwischen den Geräten minimiert. Dies gilt ebenfalls für Richtfunkantennen. Wünschenswert wären bis zu 5m. Falls man also mehrere Dachluken, Balkone, o.ä. hat, sollte über eine möglichst weiträumige Installation nachgedacht werden. Die Maßnahme verbessert den Empfang von entfernten Stationen.

Halterungen

Weniger ist mehr. Die meisten Freifunk-Antennen bzw Router sind nicht besonders schwer. Eine Montage mit dünnem Lochblech ist geeignet. Es ist ebenfalls über ein Sicherheitsseil nachzudenken. Dieses kann z.B. durch eine Wäscheleine umgesetzt werden. Hier muss auf eine sichere Verknotung geachtet werden. (z.B. per Flachzange)

Sollten zur Installation der Router Löcher in deren Plastikgehäuse gebohrt worden sein, so ist es möglich, diese durch einen Lötkolben "zu entgraten". Dabei bildet sich ein dickerer Rand, der mechanische Belastungen gleichmäßiger aufnehmen kann. Dies gilt insbesondere für Bohrlöcher an Rändern von Plastikverkleidungen.

Ein Beispiel ist die Montage am Mast. Der Mast selbst kann durch Schrauben oder Klemmen am Gebäude oder Fenster installiert werden. Beispielhaft ist hier eine auf ebay erstandene Fensterhalterung für 30 € zu sehen. Eine nanostation m2 und eine loco m2 sind per Ubiquity Universal Halterung montiert.

Des weiteren gibt es Halterungen, die sich per Saugnapf an Scheiben und glatten Oberflächen halten. Durch Wechsel des Saugnapfes gegen eine Montageplatte ist ebenfalls eine Montage per Verschraubung möglich.

Blitzschutz bei Außenantennen

Blitzschutz
Hier wird nicht der Gebäude Blitzschutz diskutiert. Dieser ist unabhängig notwendig.

Es sollte unterschieden werden zwischen

1. dem was aus Brandschutzgründen sinnvoll ist
2. dem was sinnvoll ist, damit Schaden an der eigenen Elektrik klein bleibt

Brandschutz: Mit Blitzschutz/Erdnung muss alles versehen werden, was mit seiner Spitze entweder mehr als 150cm vom Gebäude seitlich absteht oder sich außen am Gebäude auf dem Dach und innerhalb von 200cm unterm Dachrand ("Regenrinne") befindet.

Also: Wenn auf dem Dach, auch am Rand: Erden. Wenn abstehend: erden. (Philsophische Diskussionen um Geräteschuppen und Nurdachhäuser überlasse ich mal anderen)

Wie erden? Mindestens 4mm^2 "Grüngelb" ("massiver Kupferdraht"), 6mm^2 sind sicher nicht verkehrt.

Problem: Nanostation&Co haben gar keine Erdungsklemme, aber der neue TP-Link CPE210 schon. Abhilfe vorerst: Standrohr mit Schelle erden. Falls Montage "eisenlos" erfolgt: feuerverzinktes Lochblech aus dem Baumarkt ("Zaunbau"), deutlich größer als die eigene anlage direkt dahinter dübeln und den dann erden. Das ist zwar eigentlich Pfusch und/oder überflüssig. Aber man wird sich dann nicht vorwerfen lassen können, irgendwas versäumt zu haben.

Nur wohin jetzt mit dem anderen Ende des Grüngelb? An die Potentialausgleichschiene! Wenn schon eine ordentliche Antennenanlage unterm Dach vorhanden ist, dann ist das kein Problem. Aber so schön ist die Welt selten, denn meist findet man zwar noch ein paar andere Antennenanlagen, aber nach Murphy haben die keinen Blitzschutz. Die muss man dann strenggenommen gleich "mitsanieren". Früher konnte man mit einer Klemme an ein Fallrohr gehen, aber in Zeiten wo die aus Diebstahlgründen aus Kunststoff sind oder bei Defekt schnell durch Kunststoffteile ersetzt werden: Schlechte Idee! Wenn aber eine metallene Dachrinne vorhanden ist, dann muss die ebenfalls geerdet sein (hoffentlich....) da kann man sich mit einer gammelsicheren (feuerverzinkten) Klemme andocken.

Und wenn alles nichts hilft: Im Haus unterm Dach eine kleine Ausgleichschiene montieren (der nächste Installateur wird es einem danken) und von da einen 16mm^2 Grüngelb bis zum Hausanschlussraum führen, wo es von Elektro, Wasser&Co die große Potentialausgleichsschiene geben sollte. Wenn es auch die nicht geben sollte: Dann sollte man dringend mit dem Gebäudeeigentümer Kontakt aufnehmen und fragen, wie er einen Stromanschluss für das Gebäude abgenommen bekommen hat.

EOS-Protection Überspannungsschutz gegen Spannungsspitzen ist ein ziemlich mühseliges Unterfangen, für das man beliebige Mengen Geld investieren kann, ohne jemals einen 100%-Schutz zu erreichen.

Insbesondere sei hier erwähnt, dass Überspannungsschäden nicht nur von Antennen, sondern auch von "Kabeln ins Nachbargebäude" oder "Kabeln in den anderen Gebäudeflügel" drohen. Einfach weil das HF-Antennen sind, die die Sekundärinduktionen von entfernten Blitzeinschlägen auffangen. (Was auch das häufigste Schadenszenario ist. Also nicht "Einschlag im eigenen Dach", sondern "Blitzeinschlag in Straßenbaum" oder "im gut geerdeten Schornstein im Hochhaus gegenüber".

Grundsätzlich gilt: Switches benützen, die vom Hersteller mit Varistoren und Funkenstrecken für midestens(!) 2kV, besser 6kV ausgelegt sind. Gibt es schon im Preisbereich ab 50€, wenn man bei z.B. Netgear oder TPLink in den Bereich "Vollblech" schaut. Dabei das Netz segmentieren, in der Hoffnung, dass der Puls nicht so weit kommt. Wer es ganz besonders sicher mag, der verbindet Stockwerke und Gebäude nur per Lichtwellenleiter. Gibt da eine ganze Industrie, die dafür Lösungen verkauft. Überspannungs-230V-Zwischenstecker aus dem Einzelhandel werden von vielen Elektrikern als Bachblüten-Therapie bezeichnet. Effektiver ist es in der Tat, in den Elektro-Unterverteilungen und Patchfeldern Funkenstrecken einzubauen. Und hochsensible Systeme werden wie beschrieben optisch entkoppelt und bekommen ihren 230V über eine echte Online-USV. Aber soetwas kostet Geld... und ist auch in den Betriebskosten teuer, weil die Wandler mit rund 15-20% Verlust zu Buche schlagen und nur die Hütte heizen. Wenn man sehen will, wie soetwas "richtig" geht, dann schaut man sich die EMP-festen Führungsstellen an alten USAF-Flugplätzen an, die hier und da noch stehengeblieben sind.

Lese-Material: http://www.elektrohamann.de/downloads/Antennenblitzschutz.pdf Freundlicherweise im Forum von adorfer zusammengeschrieben.

Energieversorgung

DC-Verkabelung

Die einfachste Form der Spannungsversorgung ist der direkte Anschluss des vom Hersteller mitgelieferten Netzteils. Sollte die Kabellänge nicht ausreichen, so kann auf ein Verlängerungskabel zurückgegriffen werden. Wir empfehlen eine maximale Länge von 3m.

Das Gleichstrom-Kabel (Trafo->Gerät) der TP-Link TL-WR841N/ND (Version 8/9) und TL-WDR3600 (Version 1) ist für viele
Aufstellungsorte zu kurz geraten.
Reichelt hat ein passendes Verlängerungskabel im Sortiment:
HK VL 21
DC-Verlängerung Länge 3,0m
DC-Stecker 2,1mm/5,5mm/9,5mm & DC-Kupplung 2,1mm/5,5mm
Aktueller Kurs: € 2,20

Die günstigen TP-Link Router können mit 4V bis 45V betrieben werden. Durch die Installation eines günstigen "LM2596S-Modul" (Spannungsregler DCDC) kann der Energiebedarf weiter gesenkt werden. Die Installation des Spannungsregler erfolgt durch Anschluss an zwei 3,3V Elkos auf der Platine des Routers.

Power over Ethernet

Für größere Distanzen oder eine allgemein elegantere Spannungsversorgung (mit der Möglichkeit die LAN-Verbindung gleich mit zu schaffen) kann Power-Over-Ethernet (PoE) verwendet werden:

Die Stromversorgung kann z.B. über Power-over-Ethernet realisiert werden. Hierbei wird am Ort der Energieversorgung ein geeignetes Netzteil in das LAN Netzwerk eingeschleust. Auf dem Dach wird die Energie durch einen sogenannten Splitter wieder von der Datenübertragung getrennt und kann zur Versorgung der elektrischen Verbraucher genutzt werden. Einige Router können schon von Haus aus PoE und benötigen keinen Splitter. Diese Information ist in den jeweiligen Produktbeschreibungen enthalten.

Für die Spannungsversorgung von Ubiquity nanostations über Power-over-Ethernet liegt das im folgenden Bild gezeigte 0,5 Ampere Netzteil bei. Zu bedenken ist hierbei, dass bei 2 Geräten ein entsprechend stärkeres Netzteil verwendet werden muss. Ein 1 Ampere Netzteil ist rechts abgebildet.

- Erfahrungen wie man mehr als 2 Nanostations mit einem Injector bedient können an dieser Stelle gerne nachgereicht werden!

WAN/Internet-Versorgung

Sobald sich mehrere Freifunk-Router an einem Standort befinden ist die Technik "mesh on wan" zu bevorzugen. Die WAN-ports der jeweiligen Router können dann mit einem günstigen Switch zusammengeschaltet werden.

Für die beispielhafte Installation von 4 nanostations auf dem Dach wäre daher ein Switch denkbar, welches diese an den WAN-ports verbindet. Von dort aus wird ein Kabel Richtung "indoor" gelegt, wo ein weiterer TP-Link Router am WAN-port angeschlossen wird. Nur bei diesem wird die Funktion "Mesh-VPN" aktiviert, um Overhead und Rechenleistung nur bei diesem Router zu generieren. Die 4 Nanostations auf dem Dach werden durch das "LAN-Mesh" über den TP-Link Router indoor mit Internet versorgt.

Zur Konkretisierung von Mesh on WAN und Mesh on LAN siehe:

Mesh_per_Ethernet

Nanostations#Mesh_on_WAN

Nanostations#Mesh_on_LAN

Bei der Wahl des für den Internet-Uplink zuständigen Routers sollte auf ein leistungsstarkes Modell zurückgegriffen werden. Im folgenden Bild ist das Modell TP-Link 3600 dargestellt, welches dank stärkerer CPU (als WR841nd) eine höhere Bandbreite des VPN-Tunnels sicherstellt. Die Empfangs- und Sendeleistung ist dem Wr841nd allerdings unterlegen, da die Antennen auf 2,4 GHz und 5 GHz optimiert wurden. Somit fällt die Einzelleistung im 2,4 GHz Band schlechter aus. Für den Einsatzzweck Mesh-on-WAN ist das jedoch irrelevant.

Verlegetechniken

Es kommen generell Schornsteine, nicht genutzte Züge im Haus in Frage. Ebenfalls können alte Satkabel zur Versorgung der Dachinstallation genutzt werden. Da diese nicht für den Transport von hohen Strömen geeignet sind, muss auf eine ausreichend hohe Spannung geachtet werden. Geeignet sind hierbei 40V bis 45V. So kann auf einen größeren Kupferquerschnitt verzichtet werden.

Falls möglich ist das Verlegen von LAN-Kabel die einfachste Möglichkeit, da hier die PoE-Technik zur Verfügung steht. (Power-over-Ethernet) So können sowohl Daten als auch Energie auf die Dachflächen gespeist werden.

Solarbetrieb

Diese Betriebsart ist bisher als mobile Betriebsart auf Festivals von anderen Freifunk-Communities eingesetzt worden. Generell handelt es sich um eine kostspielige Alternative, die für feste Installationen auf Wohnhäusern nicht die erste Wahl ist. Hier sind zudem Windlasten, Ausrichtung und sturmsichere Montage zu beachten. Über das Nutzen von Fachfirmen sollte unbedingt nachgedacht werden, sodass auch hier ein gegenüber anderen Lösungen großer Kostenfaktor zu erwarten ist.

KIT-Vorschläge

Kit 1

4 x Nanostation M2 [280€]
4 x PoE Injector (bei den Nanostations enthalten)
4 x Halterung Ubiquity Universal (zur Montage am Mast) [40€]
Dachmontage/Halterung/Mast [?€]

TP-Link WDR 3600 (Mesh on LAN nutzen oder ein zusätzlichen Switch erwerben, 
um 4x nanostation annehmen zu können) [35€]

Ethernet-Kabel [50€]
4x Nanostation bis Spannungsversorgung am PoE Injector Netzteil 
4x PoE Injector Netzteil bis zum TP-Link WDR 3600
1x TP-Link WDR 3600 bis zum Internet-spendenden Anschluss/Router

Es ergibt sich ein überschlägiger Preis von 400€ + Mast.

Solch ein Turm hat eine theoretische Reichweite (Sichtverbindung) von 5-15km in jede Himmelsrichtung.

Beispielbilder

Allgemeine Beispiele aus der Community:

Nanostation m2 mit Metallabschirmung

Fenstermontage

Ubiquiti Bullet M mit externer TP-Link Antenne

Ubiquiti Nanobaum

Ubiquiti Nanostation M5 und Picostation