Neue
Technik, neue Begriffe, neue Unsicherheiten.
Hier
wollen wir Ihnen die wichtigsten neue Begriffe im 2,4GHZ Bereich
erläutern.
Die Ausgangssituation
stellt sich vielleicht für viele Anwender verworren dar, lässt sich
aber einfach aufklären.
Das
2,4 GHz Band stellt 80 Kanäle mit 1MHz Bandbreite zur Verfügung
(eigentlich 83,5). Nutzer des 2,4GHz-Frequenzbandes müssen bestimmte
technische Normen einhalten. Im Moment gelten zwei Normen: Die
bisherige Norm 300 328 1.6.1, diese wird bindend abgelöst im July
2008 durch die Norm 300 328 1.7.1. Diese Normen stellt in Europa im
Prinzip der Europarat zusammen, die Ausführungsbestimmungen werden
in der ETSI veröffentlicht.
Die
Normen für 2,4 GHz schreiben im Grunde für alle Geräte/Nutzer ein
technische Lösung vor, die verhindert, dass diese Geräte sich
gegenseitig stören können. Daraus ergibt sich die selbstständige
Frequenzwahl der Geräte beim Einschaltprozess oder im Betrieb, es
muss sichergestellt werden, dass keine gegenseitige Störungen
entstehen können.
In
den Normen werden noch ein paar zusätzliche Randbedingungen
beschrieben wie die maximale Leistung usw. Ganz generell gibt es
keine Einschränkung für Anwendungen von 2,4GHz Geräten (auch wenn da
andere Gerüchte im Umlauf sind).
Diese selbständige Frequenzwahl wird von Modellpiloten als größter
Vorteil zur bisherigen Technik empfunden und als Kaufargument
angegeben.
Alle
Geräte, welche technisch die Normen einhalten, dürfen betrieben
werden, ob Wlan, Blue tooth usw., und daher eben auch
Fernsteuerungen.
Das
Problem für Fernsteuerbetrieb ist einfach die sichere,
unterbrechungsfreie Reichweite bei kleinen, erlaubten
Abstrahl-Leistungen. Für andere Geräte im 2,4GHz-Band spielen kurze
Unterbrechungen keine große Rolle, für Fernsteuerungen schon.
Für
eine Modellfernsteuerung benötigen wir eine sichere
(unterbrechungsfreie) Funkverbindung für mindestens 1500m, auch
unter schwierigsten Bedingungen. Für 2,4 GHz gibt es da keinen
Unterschied zu 35MHz.
Da
ist lösbar, bedarf aber eines bestimmten Aufwandes.
Hier
einige Detail-Erläuterungen der Begriffe
Kompatibilität
Kein System ist untereinander kompatibel
!!!
Bedeutet für den Kunden, dass ein bestimmter Sender nur die dazu
gehörigen Empfänger vom gleichen Hersteller ansteuern kann. Die
Auswirkungen sind bekannt, denken Sie nur an die Situation mit PCM
bei 35MHZ-Technik...... Kunden müssen sich also für ein bestimmtes
“Lager” entscheiden. Das wird interessant, wenn man weiß, wieviele
Angebote es noch von unseren fernöstlichen “Freunden” geben
wird.....
Spread
Spektrum (Bandspreizmodulation)
Die Übertragungs-Technologie, die im 2,4
GHz Band standardmäßig angewendet wird. Dazu zählen
verschiedenartige Spread Spectrum Modulationen wie Frequency Hopping
Spread Spectrum (FHSS) und Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS).
Diese Modulationen sind die Grundlage von Codemultiplexverfahren und
weiten das Sendespektrum im Vergleich zum Nutzdatenspektrum extrem
auf. Der Empfang mittels Korrelation ist durch spezielle Codefolgen
gekennzeichnet, die meistens zufallsähnliche Eigenschaften besitzen,
und welche die einzelnen Kanäle voneinander unterscheiden.
Damit sind auch Übertragungen möglich, wo deren Sendesignal
unterhalb des Hintergrundrauschpegels liegt und damit nicht einmal
die Existenz einer Übertragung erkannt werden kann. Bei Bedarf kann
die Nachrichtenübertragung wie bei allen anderen Modulationen auch
verschlüsselt erfolgen. Eine Detektion ob eine Übertragung erfolgt,
ist nur bei Kenntnis der entsprechenden Bandspreiz-Codefolgen und
mittels Korrelation möglich.
Abstrahl-Leistung
Nach
ETSI-Norm 2008, und die ist unumstößlich in Europa einzuhalten ab
July 2008, darf die maximal abgestrahlte Leistung 100mW betragen
(EIRP = Strahlungsleistung). Das ist verkürzt die maximal
abgestrahlte Leistung (Peak) zu jedem Zeitpunkt. Damit ist klar,
dass hier keine durchschnittliche (average) Leistung von 100mW
erlaubt ist wie in den USA.
10mW
ist
die Abstrahl-Leistung, die in Europa ohne Einhaltung der Normen
erlaubt ist.
10mW/Mhz spektrale Leistungsdichte
Die
Begrenzung der spektralen Leistungsdichte macht keine direkte
Aussage über die Sendeleistung. Das Limit liegt bei 10 mW/MHz. Mit
10 MHz Bandbreite (bei passendem Spektrum) hat man auch wieder 100
mW. WLAN darf auch nur 10 mW/MHz, hat aber trotzdem 100 mW
Ausgangsleistung.
Verdeutlichung:
10
mW/ MHz bedeutet, dass in einem 1 MHz breiten Segment des
Senderspektrums 10 mW Leistung enthalten sein dürfen. Man kann davon
aber viele Segmente nebeneinanderstellen und bekommt entsprechend
mehr Leistung.
Beispiel:
Wir nehmen eine normale Tüte Milch (das
ist das eine MHz). Da ist ein Liter drin (das ist die spektrale
Leistungsdichte). Wenn wir jetzt 10 Tüten nebeneinander stellen,
haben wir 10 Liter Milch zu trinken. Das Limit der Norm ist also
10x1L-Tüten Milch. Man kann die nun auch anders verteilen und man
nimmt kleine Tüten mit 0.5 Liter. Dann sind das eben 20 Tüten. Die
Summe ist aber immer gleich. Je kleiner die Tüte (spektrale
Leistungsdichte), um so mehr Tüten dürfen wir nehmen. (Quelle: Frank
Tofahrn).
USA
Bei
Geräten aus den USA werden oft 100mW Leistung angegeben, genauer
geht man nicht darauf ein. Manchmal steht dabei, dass diese
Spezifikation nur in den USA zulässig ist. Dabei ist aber gemeint,
100mW durchschnittliche Leistung. 1W für 1/10 sek ist dann z.B.
100mW durchschnittliche Abstrahlleistung.
Verschachtelt und variiert man das auch noch, kann man mit bis zu 1
Watt senden, und hat trotzdem nur 100mW Peak-Leistung. Damit kann
man natürlich auch unter schwierigen Bedingungen eine ausreichende
Verbindung über die notwendigen Entfernungen schaffen.
Nur
, das alles gilt für die USA, ist aber in Europa nicht erlaubt.
Daher ist der Vergleich von Reichweiten-Ergebnissen von 100mW
Geräten aus den USA mit den Ergebnissen von 100mW Geräten aus Europa
einfach Humbug.
Diejenigen, die hier lässig mit “100mW Leistung” und
Wahnsinns-Reichweiten um sich werfen , sollten einfach gefragt
werden, ob die Reichweite mit 100mW Abstrahlleistung EIRP (Europa,
peak) oder durchschnittlich (USA zeitweise erheblich mehr, average)
erzielt wurde.
Wie
auch immer, wer hier in Europa mit zu viel Leistung arbeitet, geht
das Risiko des ersatzlosen Einzugs der Fernsteuerung. Vereine
sollten sich absichern auf Veranstaltungen, denn mit Sicherheit wird
die Bundesnetzagentur gerade da Kontrollen durchführen. Da für die
Einhaltung der Normen im Prinzip der “Wettbewerb” der einzelnen
Hersteller sorgt, werden diese auch dafür sorgen, dass nicht mit
unzulässigen Mitteln gearbeitet wird. Da hilft auch kein Hinweis auf
Bestandsschutz, denn auch nach der jetzigen (1.6.1) noch gültigen
Norm sind bestimmte USA Geräte nicht zulässig.
Also
schnell noch ein USA-Gerät kaufen um Bestandsschutz zu erreichen
funktioniert nicht. Geräte mit Bestandsschutz sind nur die, die der
Norm bis July 2008 entsprechen.
Bi-direktional
Eine
Übertragungs- Methode, bei der Sender und Empfänger gleichberechtigt
sind und immer voneinander “wissen. Es gibt zwei(bi)
Funkstrecken(direktional), eine vom Sender zum Empfänger und eine
vom Empfänger zum Sender. Dadurch “wissen” Sender und Empfänger
immer über die Empfangsverhältnisse im Modell “Bescheid”, das System
kann notfalls bei Störungen auf eine ungestörte Frequenz wechseln.
Diese Methode ist mit 100mW Peak-Leistung erlaubt. Damit kann die
grundsätzlich vorgeschriebene Betriebsart eingehalten werden: Geräte
auf 2,4 GHz dürfen sich nicht gegenseitig stören.
Durch die Datenübertragung vom Modell zum Sender können natürlich
weitere Daten, z.B. von Sensoren, nach unten übertragen werden. Ein
weites Feld für interessante Anwendungen
Frequenz-Hopping(Continous channel
shifting)
Beim
Frequenz-Hopping wechseln Sender und Empfänger in einem genau
definiertem, sehr kurzen Takt gleichzeitig die Frequenz innerhalb
der Kanäle im 2,4Ghz Band. Damit wird kein Frequenzkanal innerhalb
des Bandes für länger als die Takt(shift)zeit (z.B. 2ms=2tausendstel
sek) gestört. Frequenzhopping ist ein Methode, welche es ermöglicht,
die Normen einzuhalten ohne Rückstrecke (bi-direktional) zu
arbeiten. Durch die kurze Einschaltzeit auf einer Frequenz wird
diese eines anderen Nutzers eben auch nur kurz gestört. Das lässt
die ETSI-Norm zu. Das Ganze ist dann mit 100mW Peak-Leistung
erlaubt. Die Möglichkeiten der Datenübertragung vom Modell zum
Sender kann auch genutzt werden, wenn das Systemzusätzlich
bi-direktional arbeitet.
Zulassungspflicht
Diese gibt es bei 2,4 GHz Fernsteuerungen nicht mehr, es handelt
sich um eine allgemeine Norm oder Vorschrift, für deren Einhaltung
der “Inverkehrbringer” haftet. Damit wird die Kontrolle der
Einhaltung von Normen auf den “Markt abgewälzt”. Und der Wettbewerb
wird dafür sorgen, viel besser als irgend welche Gesetze oder
Vorschriften, dass kein Lieferant Geräte in den Markt bringt, die
nicht den Normen entsprechen.
Aber
Achtung!
Wer
Geräte in den USA kauft, auch als Privat-Person, ist
Inverkehrbringer, beweispflichtig und haftbar für die Einhaltung der
europäischen Normen. Nicht der Hersteller in den USA.
ETSI
ist die europäische Normenkommission, die für die Ausarbeitung
solcher Vorschriften in Europa zuständig ist.
Zusammenfassung Normen :
Geräte in 2,4GHz Band mit mehr als 10mW Strahlungsleistung dürfen
sich gegenseitig nicht stören und müssen die Normen erfüllen. Dies
kann entweder durch bi-direktionalen Betrieb oder durch
Frequenz-Hopping oder beides gleichzeitig sicher gestellt werden.
Reichweite mit 100mW Peak-Leistung
Wir
setzen für eine sichere Fernsteuerung voraus, dass man die Anwendung
nicht auf bestimmte Modellgrössen einschränken muß. So wie wir
Reichweite definieren (> 1500m) ist das technisch (eigentlich) kein
Problem, lässt sich aber aus unserer Sicht nicht mit den üblichen
Lösungen aus USA sicher erreichen. Hier müssen spezielle technische
Lösungen angewendet werden, welche die technischen Vorgaben (100mW)
schon bei der Konstruktion berücksichtigen. USA-Lösungen der 2ten
Generation, wie sie derzeit angeboten werden, sind aus unserer
Sicht nicht ausreichend.
Unser System wird speziell darauf Rücksicht nehmen, der von ACT
eingeführte Begriff „Diversity“ spielt da eine noch viel größere
Rolle als im 35MHz Bereich. Wie dort gibt es bei 2,4GHz noch
vielmehr physikalisch bedingte Richtwirkungen von Antennen, und das
lässt sich nur mit Diversity erfolgreich ausgleichen. Da haben wir
als Firma ACT sicher die größte Erfahrung aller Hersteller, denn
hier geht es nicht nur um Hardware, da ist vor allem
Auswertesoftware gefragt. Und die aktuellesten 2,4GHz Chips.
Weitere Begriffe
Auflösung/Resolution
Hier
ist die Genauigkeit der Servoansteuerung am Servoausgang gemeint.
Die besten Servos können heute 1000Schritte für Vollausschlag
links/rechts auflösen. Ob nun doppelt so viele Schritten (2048) oder
die vierfach Auflösung (4094), die Servos können nicht mehr als 1000
Schritte. Wer allerdings Systeme anbietet mit mehr als 65.000
Schritte, sollte erklären können, zu was das sinnvoll ist.....
10bit, 11bit, usw. 15Bit, 16Bit
ist
der Hintergrund für die Servoauflösung von 65...tausend Schritte.
8Bit sind 256Schritte, 9bit sind 512Schritte, 10Bit sind
1024Schritte, 11Bit sind 2048Schritte (z.B. Futaba G3PCM),
.......4096, 8192, 16384, .... 15Bit=32768, 16Bit=65536. Sie
haben mitgezählt? Diese Zahl ist nicht anderes als die
Prozessorauflösung bzw. Prozessorleistung. Wie sinnvoll die
allerdings für die Servoaufösung ist, muß jeder selber entscheiden.
Latenz
(v.
lat.: latens = verborgen) bedeutet :unter der Oberfläche, noch nicht
in Erscheinung Tretendes. In verschiedenen Zusammenhängen spricht
man auch von der Latenzzeit als Zeitraum zwischen einer Aktion und
dem Eintreten einer Reaktion, also einer Verzögerungszeit.
Damit ist die Zeitspanne gemeint, die ein Datenpaket in
Computernetzwerken von Sender zu Empfänger benötigt. Diese kommt
durch die Laufzeit im Übertragungsmedium und durch die
Verarbeitungszeit aktiver Komponenten zustande.
2,4
GHz Fernsteuerungen sind immer mehr als schnell genug, schneller als
PPM, deutlich schneller als frühere PCM-Systeme in 35MHZ. Trotzdem
waren diese Fernsteuerungen schon immer schnell genug.
Binding
ist
die Methode, mit der Sender und Empfänger aufeinander abgestimmt
werden (Gebunden). Die Verfahren sind unterschiedlich, deshalb sind
2,4GHz Systeme auch nicht kompatibel zu einander. Im Prinzip
tauschen Sender und Empfänger beim einschalten für kurze Zeit Daten
aus und verständigen sich auf einen best. Code für die
Datenübertragung. Damit verstehen sich nur dieser Sender und dieser
Empfänger. Dies wird oft (nicht unbedingt zurecht) als Grund
genannt, dass 2,4GHz Steuerungen nicht mehr störbar sind.
Echtzeit Datenübertragung/Real Time
Die
gibt es, seit wir Fernsteuerungen haben, ob nun zu Zeiten von 27MHz
oder 35/40/72 Mhz oder jetzt 2,4 GHz. Jeder Hersteller behauptet
(verständlicherweise) seither mehr oder weniger, die Reaktion am
Empfänger erfolgt in “Echtzeit”. Sieht man es historisch und
vergleicht heutige Übertragungs-Zeiten mit denen von früher, dann
müßte heute eigentlich das Modell schon in eine bestimmte Richtung
fliegen, bevor der Pilot weiß wohin er steuern wird . In der Praxis
sind einfach alle Fernsteuerungen schneller als der Pilot steuern
kann, da sind “Geschwindigkeitssteigerungen” wenig spürbar (s.
Latenz).
Customized IC
Gemeint sind kundenspezifische Schaltkreise, die für einen
Elektronik-Hersteller für eine bestimmte Anwendung hergestellt
werden. Damit kann man u.U,. eine höhere Integrität erreichen, die
Bauteile auf der Platine werden weniger. Technische Vorteile
entstehen dadurch aber nicht automatisch. Nachteile sind, dass man
sehr hohe Stückzahlen produzieren lassen muß, und bei eventuellen
Fehlern sitzt man dann auf den Bausteinen. Außerdem können
technische Fortschritte nicht so schnell umgesetzt werden, man muß
ja erst den Lagerbestand vorhandener “Customized ICs” abbauen.
Wir kennen keinen Fernsteuerhersteller, der tatsächlich eigene
Schaltkreise einsetzt. Firmen-eigene Aufschriften auf Prozessoren
gibt es allerdings, das sind aber noch lange keine “customized
IC”.
ACT
September 2007
|