diff --git a/artifact.3/README.md b/artifact.3/README.md new file mode 100644 index 0000000..15b4f5a --- /dev/null +++ b/artifact.3/README.md @@ -0,0 +1,177 @@ +# Dokumentation des UKW-Spektrum-Scans in urbaner Umgebung (Passau) + +## Purpose + +Erfassung und Charakterisierung von UKW-Signalen im Frequenzbereich 87,5–108 MHz mittels Software Defined Radio (SDR) in urbaner Umgebung. + +**Problemstellung:** In urbanen Räumen überlagern sich viele Reflexions- und Störquellen. Ziel ist die messtechnische Erfassung und Differenzierung von Rausch- und Signalanteilen im UKW-Band. + +**Ziele:** +- Ermittlung urbaner Rauschcharakteristik und Signalverteilung im UKW-Band. +- Vergleich städtischer und offener Messpunkte zur Identifikation multipler Reflexionsquellen. +- Validierung des Geräterausschlags und Noise Floor unter realen Außenbedingungen. + +## Kontext & Hintergrund + +CSV-Datei mit UKW-Messwerten (Signalstärke, Noise Floor, GPS, Zeit, Temperatur, Luftfeuchte). + +**Gruppierung:** +- Standorte (z. B. Medienzentrum, Donauufer) +- Frequenzbänder (87,5–108 MHz) + +**Trace-Metadaten / zusätzliche Tags:** +- GPS-Koordinaten zur Georeferenzierung +- Zeitmarken zur Synchronisierung der Scanzyklen + +**Domänenkontext:** +- Urbanes HF-Spektrum +- SDR-basierte Frequenzanalyse +- Signalreflexion an metallischen und wasserführenden Oberflächen + +**Outlier-Definition:** +- Methode: Signalabweichung außerhalb ±5 dB des medianen Noise Floor +- Beschreibung: Signale oberhalb der Toleranz gelten als potenzielle HF-Reflexionen oder Senderpeaks. +- Metrik: signal_dB + +**Motivation:** +- Messung elektromagnetischer Aktivität nächtlicher Stadtumgebung +- Beobachtung möglicher Multipath-Effekte +- Vergleich von Messergebnissen an unterschiedlichen Standorten + +## Methode / Spezifikation + +**Übersicht:** +- SDR-Hardware: RTL-SDR v3, Bias‑T aktiviert. +- Antennenkonfiguration: Horizontaler Dipol (1,2 m). +- Softwarestack: GQRX zur Empfangssteuerung, Python für logbasierte Spektrumsauswertung. +- Messintervall: 87,5–108 MHz in 200 kHz-Schritten. + +**Algorithmen / Verfahren:** +- Automatischer Frequenzscan mit Protokollierung jeder Kanalstufe. +- Berechnung des Noise Floors und Signaldifferenz. +- Plotten gemittelter Signalstärken pro Frequenz (mittels pandas/matplotlib). + +## Input / Output + +### Input-Anforderungen + +**Hardware:** +- RTL‑SDR v3 Empfänger +- Laptop (Linux/Windows/macOS) +- Bias‑T Versorgung +- GPS-Modul + +**Software:** +- GQRX +- Python (pandas, matplotlib) + +**Konfiguration:** +- Frequenzbereich: 87,5–108 MHz +- Bandbreite pro Scan: 200 kHz +- Gain manuell eingestellt (empfohlen: moderate AGC-Abschaltung) + +### Erwartete Rohdaten + +**Felder pro Run:** +- timestamp +- latitude +- longitude +- frequency_MHz +- signal_dB +- noise_dB +- temperature_C +- humidity_percent + +**Formatbeispiele:** +- 2024-03-14T22:59:16Z,48.570,N13.460,87.5,-92,-102,0.9,82 + +**Trace-Daten:** +- Format: CSV +- Hinweis: Daten pro Frequenzschritt mit zugehöriger GPS-Position. + +### Analyse-Ausgaben + +**Pro Gruppe / pro Governor:** +- Mittelwert Signal_dB je Frequenz +- Standardabweichung des Noise Floors +- Signalpeaks oberhalb +10 dB über Grund + +**Vergleichsausgaben:** +- Medienzentrum Passau vs Donaubrücke + - Δ: ≈ 3–5 dB + +## Workflow / Nutzung + +**Analyse-Workflow:** +- Bereitstellen der SDR-Hardware und Antenne. +- Durchführen des Scans in 200 kHz-Schritten per Skript. +- Loggen der Daten in CSV. +- Nachbearbeitung: Plotten und Vergleich der Messpunkte. + +### Trace-Template-Anforderungen + +**Ziel:** Erfassung von Frequenz, Signal, Noise und GPS zur räumlichen Interpretation. + +**Erforderliche Tags & Metadaten:** +- timestamp +- frequency_MHz +- signal_dB +- noise_dB +- lat +- lon + +**trace-cmd-Setup:** +- Verwende GQRX-Logfunktion oder Python-Skript mit rtl_power. +- Definiere Scanbandbreite und Schrittweite konsistent. +- Füge GNSS-Zeitstempel zur Synchronisierung hinzu. + +**Run-Design für Contributors:** +- Messungen an verschiedenen urbanen Positionen. +- Wiederholungen zur Erfassung tageszeitabhängiger Variationen. +- Einhaltung rechtlicher HF-Empfangsbeschränkungen. + +## Interpretation & erwartete Ergebnisse + +**Kernbefunde:** +- Urbaner Noise Floor stabil bei ca. –100 dB ±2 dB. +- Dominante Signalpeaks bei 93,2 MHz, 99,4 MHz, 104,8 MHz. +- Flächennahe Wasseroberflächen (Donau) erhöhen Signalstärke um 3–5 dB. + +**Implikationen für Experimente:** +- Reflexionsumgebungen können als zusätzliche Senderverstärkung wirken. +- Vertikale Antennenpolarisation könnte Differenzen reduzieren. + +**Planungsziel:** +- Ziel: Verständnis städtischer Signalüberlagerungen. +- Vorgehen: + - Vergleichende Messung zwischen reflektierenden und offenen Flächen. + - Statistische Auswertung der Signal-Stärke-Profile. + +## Limitationen & Fallstricke + +**Datenbezogene Limitationen:** +- Begrenzte Frequenzauflösung durch feste 200 kHz-Schrittweite. +- Kein Spektralmittel über längere Integrationszeiten. + +**Kausalität & Generalisierbarkeit:** +- Daten gelten nur für getestete Lokalität und Zeitfenster. +- Keine kausale Zuordnung zu spezifischen Senderquellen. + +**Praktische Fallstricke:** +- Interferenzen durch Metallkonstruktionen (Geländer). +- Feuchtigkeitseinwirkung auf Kabel und Antennenkontakte. + +## Nächste Schritte & Erweiterungen + +**Geplante Experimente:** +- Wiederholung bei Morgennebel und DAB-Band III. + +**Analyseziele:** +- Vergleich UKW vs. DAB-Spektren für Reflexionsanalyse. + +**Regression & Modellierung:** +- Modellierung von Signalabfall und Multipath-Verstärkung über Entfernung. + +**Community-Beiträge:** +- Bereitstellung anonymer Frequenz-Spektren zur gemeinsamen Auswertung. +- Dokumentierter Aufbau für Replizierbarkeit durch andere SDR-Nutzer.