Funktechnik

Grundlagen

Frequenzen

  • Niedrige Frequenzen bieten eine bessere Durchdringung bei gleicher Sendeleistung
  • 433/868 MHz sind gut geeignet für größere Reichweiten
  • 2,4/5 GHz kommen in der Regel nicht durch mehrere Wände

Zu bevorzugen ist das 868 MHz Band, da dieses nicht so belegt ist wie das 433 MHz Band. Auf der Frequenz 433 MHz ist jedes Funkthermometer, sowie unzählige weitere Funkteilnehmer, unreguliert unterwegs. Mit 868 MHz gibt es das Regelwerk, dass einzelne Teilnehmer nicht mehr als 1% Netzauslastung pro Kanal verwenden dürfen. Das ist Vorteilhaft, da hier keine Dauerbelastung im Funknetz stattfindet. Zudem ist der Bereich 868 MHz in Europa reguliert, bzw. 915 MHz in den USA und 920 MHz in Japan. In China wird der Bereich 470-510 MHz genutzt.

Antenne

  • Wellenlänge λ (griechisch: Lambda)
  • Lichtgeschwindigkeit / Frequenz ergibt die Wellenlänge
  • Bei 868 MHz reichen 8,5 cm Draht für eine λ/4-Antenne
  • Bei 433 MHz sind es 17 cm Draht für eine λ/4-Antenne

Eine richtig angepasste Antenne ist wichtig, da eine falsche Antenne die Sendeleistung nicht richtig abgeben kann bzw. die Sendeleistung zurück in den Sendechip reflektiert, wodurch dieser Schaden nehmen kann. Auch beim Empfang muss die Antenne korrekt auf die Frequenz abgestimmt sein. Jede zusätzliche Verbindung, jeder Stecker sowie ein Antennenkabel reduzieren die Sende- und Empfangsleistung.

Auch die Aufstellung der Antenne ist wichtig. Am besten an einem zentralen Punkt, sodass alle Teilnehmer kurze Wege haben. Eine freie Sicht ohne Wände, Bäume bzw. andere Bebauungen verbessern die Reichweite erheblich.

Ein interessantes Video zur Funktion von Antennen finden Sie unter: https://www.youtube.com/watch?v=fSoXIqBlg9M

Sendeleistung: dBm (Dezibel Milliwatt)

Leistungspegel werden in logarithmischer Form angegeben, um sowohl sehr große als auch sehr kleine Leistungsangaben einfach handhaben zu können.

Grundlagen: dB

Es wird grundsätzlich unterschieden zwischen Leistungen und Spannungen.

Leistungspegel in dBm

Lp (dB) = 10 log10(P1/P2)

P1 = Betrachtete Größe
P2 = Bezugsgröße
dBm (Dezibel Milliwatt)

Spannungspegel in dBu

Lu (dB) = 20 log10(P1/P2)
dBu (Dezibel Volt)

Die nachfolgende Tabelle zeigt eindrucksvoll die logarithmische Darstellung von Sendeleistungspegeln, wo zwischen 0 dBm und 20 dBm schon ein Unterschied der hundertfachen Leistung zu sehen ist.

Leistung dBm Faktor
10 µW  -20 dBm 0,01
100 µW  -10 dBm 0,1
1 mW  0 dBm 1
10 mW  10 dBm 10
100 mW  20 dBm 100
1 kW  60 dBm 1.000.000

Hinweis: dB können auch einfach verrechnet werden:
Eingang 10 dB, Verstärker 6 dB, Kabeldämpfung -2 dB = 4 dB Gewinn.

Weitere Infos: https://de.wikipedia.org/wiki/Leistungspegel
EEVblog: https://www.youtube.com/watch?v=mLMfUi2yVu8

RSSI (Received Signal Strength Indication)

  • Indikator für die Empfangsfeldstärke bei Funk
  • Beispiel RSSI (Entfernung vom Sender):

Die Beispiele in der Tabelle wurden experimentell mit einem LoRa-Sender und -Empfänger ermittelt.

Entfernung RSSI
zero 0
1 m -25
50 m -70
1.000 m -110

SNR

  • Signal-Rausch-Verhältnis

Präambel

Eine Präambel ist ein Signal, das in der Netzwerkkommunikation verwendet wird, um die Übertragungszeit zwischen zwei oder mehr Systemen zu synchronisieren. Allgemein ist die Präambel ein Synonym für „Einleitung“.

  • Mustersignal
  • 
Leitet Datenpaket ein

Modulation von Signalen

Bekannte Modulationsverfahren

  • Beispiel: Texas Instruments Radio-Chip: CC1101
FSK, 2-FSK, 4-FSK, GFSK, MSK, OOK
  • Viele Chip Anbieter

LoRa-Modulation

  • Spread Spectrum Modulation
  • Chirp Spread Spectrum (CSS)
  • Bekannt aus der Radartechnik
  • Chip-Anbieter (nur Semtech!)

 

 

 

 

 

 

https://de.wikipedia.org/wiki/Chirp_Spread_Spectrum

Der LoRa-Chip beherrscht auch die Standard-Modulationsverfahren.