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IK-DATENFUNK IM ISM-BAND
INDU ST R I E L L E KO M M UN I KAT I O N
Eine kommend e Te c hnologie
Was Sie über Datenfunk wissen sollten
Die drahtlose Kommunikation ist auch bei industriellen Anwendungen weiter auf dem Vormarsch.
Neben GSM-Modems gibt es immer mehr Produkte, vorzugsweise in den als ISM bekannten
Frequenzbändern um 433 und 869 MHz sowie 2,4 GHz. Besonders beliebt sind Geräte in den lizenzfreien
Bändern 869 MHz und 2,4 GHz.
» Achim Gleim
Um eine Funkstrecke aufzubauen, ist eine
genaue Analyse – einschliesslich eventueller
Tests – der örtlichen Gegebenheiten und der
geplanten Anwendung nötig. Nur dann kann
der Anwender die richtige Geräteauswahl
treffen, um hinsichtlich Datensicherheit und
Zuverlässigkeit die richtige Entscheidung zu
fällen. Wichtig zu wissen ist die Tatsache, dass
der jeweilige Betreiber der Funkgeräte für die
Einhaltung der Bestimmungen verantwortlich
ist. Der Artikel zeigt die Vor- und Nachteile der
verschiedenen Frequenzbänder und Lösungsmöglichkeiten mit Pericom-Produkten.
Frequenzbänder und Vorschriften
Zuständig für die Vergabe bzw. Regelung der
Frequenzbänder ist das Bundesamt für Kommunikation (www.bakom.ch). Im aktuellen
Frequenznutzungsplan sind die Anwendungen mit den zugeteilten Frequenzen sowie
eventuelle Einschränkungen ersichtlich. Der
industrielle Datenfunk spielt sich in der
Schweiz vorwiegend in drei ISM-Frequenzbändern (Industrial, Scientific, Medical) ab.
«Non specific Short-Range-Devices» (SRD) –
Geräte geringer Sendeleistung und kurzer
Sendereichweite – dürfen ohne weitere Frequenzzuteilung betrieben werden, sofern sie
die technischen Voraussetzungen erfüllen.
Das 433-MHz-Band
In dem Bereich zwischen 433,050 und 434,790
MHz ist der Einsatz von SRD bis 10 mW ohne
Anmeldung möglich. Sonstige Einschränkungen liegen nicht vor. Natürlich ist durch
die Bauart der Geräte eine Begrenzung der
Reichweite gegeben. Zusätzlich dürfen Geräte
mit 500 mW im Bereich von 433,250 bis
434,500 MHz und bis zu 2,5 W im Bereich von
433,650 bis 434,200 MHz betrieben werden.
Polyscope 6/08
Frequenzen und zulässige Sendeleistung im Frequenzbereich 433 MHz
Die genauen Frequenzen sind in den RadioInterface-Regulations (RIR) definiert. Für 500mW-Geräte gilt RIR 1021-05 und für 2,5-WGeräte gilt RIR 1021-06. Zusätzlich müssen
Geräte für diesen Bereich die Richtlinie
EN 300113 erfüllen.
Der Frequenzbereich 869 MHz ist
europaweit harmonisiert
Der Frequenzbereich von 868 bis 870 MHz ist
europaweit harmonisiert und damit lizenzfrei
nutzbar. Allerdings unterliegen Anwendungen in dieser Frequenzlage weitgehenden
Einschränkungen hinsichtlich maximaler
Sendeleistung und dem sogenannten Tastver-
hältnis, das die Dauer der Signalaussendung
eines Senders pro Stunde beschreibt. Die Abbildung zeigt die Aufteilung des Frequenzbereichs bei 869 MHz und verdeutlicht die
jeweilige maximale Sendeleistung und das
zugehörige Tastverhältnis.
Um im Bereich 869 MHz grössere Reichweiten zu erzielen, muss der Frequenzblock
von 869,4 bis 869,65 MHz genutzt werden.
Dort sind ohne weitere Anmeldung Geräte
bis 500 mW Sendeleistung zugelassen. Der
gesamte Frequenzbereich kann als zusammenhängender Kanal für schnelle Datenübertragung genutzt werden. Dann lassen sich
Übertragungsraten von zirka 100 kBit/s
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IK-DATENFUNK IM ISM-BAND
bei Reichweiten von bis zu 5 km bei Sichtverbindung realisieren.
Das 2,4-GHz-Band bietet
höchste Bandbreite
Das 2,4-GHz-Band (2,400 bis 2,4835 MHz) bietet die höchste Bandbreite. Auch dieser Frequenzbereich ist ohne weitere Zulassung lizenzfrei nutzbar. Die Sendeleistung wird für
den gesamten Frequenzbereich unabhängig
von verwendeten Übertragungsverfahren in
der Summe auf 100 mW EIRP begrenzt. In
diesem Frequenzbereich kommen hauptsächlich zwei unterschiedliche Übertragungsverfahren zum Einsatz:
■ FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) ist ein Übertragungsverfahren,
das periodisch seine Übertragungsfrequenz wechselt
■ DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
ist das verbreitetste Verfahren; es kommt
wegen der hohen Datenrate derzeit in
WLAN-Systemen zum Einsatz
Übersicht der für den industriellen Datenfunk zugelassenen Frequenzen, jeweilige zulässige
Sendeleistungen und max. Tastverhältnis im Frequenzbereich 869 MHz
Geräteangebot von Pericom
Industrial-WLAN
Die industrietaugliche Lösung für I-WLAN
ist mit 11 MBit/s das Produkt 240 U-E. Dieses
Gerät ist als Bridge, Access Point oder Client
konfigurierbar, arbeitet von –35 bis +65 °C
und unterstützt Verschlüsselungsverfahren
wie WPA2. Allerdings sind in diesem
Frequenzbereich die Reichweiten mit den
zugelassenen 100 mW EIRP Sendeleistung
begrenzt, wenn keine Sichtverbindung
zwischen den einzelnen Stationen besteht.
Hier sind die 869 MHz im Vorteil.
Funkmodem 805U
Serielle Übertragungen mit Funkmodems
RS 232/485
Dies ist dann der Fall, wenn z.B. SPS in
Unterstationen eingesetzt sind und keine
Modemverbindung über Draht möglich ist.
Sehr häufig sollen auch Datenlogger über
Funk oder GSM ausgelesen werden. Das
805U arbeitet im 869-MHz-Band und erfüllt
diese Forderung. Grundsätzlich arbeitet das
805 transparent. Mit Repeatern kann man
grössere Entfernungen bzw. Hindernisse
überbrücken. Im «Controlled-Mode» werden
in einem System mit mehreren Teilnehmern
Verbindungen aufgebaut. Das adäquate
Gerät für die 433 MHz ist das 455U.
WLAN 240U
Telemetriemodul
105U-L
Einzeldaten – Telemetrie
In Pumpstationen oder Brunnenschächten
überwachen Sensoren z.B. den Druck oder
den Durchfluss. Eine Energieversorgung ist
ebenfalls selten vorhanden. Eine ideale
Lösung, um diese Signale zu einer Zentrale
zu übertragen, sind die Telemetriemodule.
Sie unterscheiden sich in der Anzahl
digitaler bzw. analoger E/A. An diese Geräte
sind direkt 4- bis 10-mA-Signalgeber oder
Schalter anschliessbar. Mit einer einfachen
Konfigurationssoftware werden diese
Signale einem Empfänger in der Zentrale
zugewiesen. Dieser Empfänger gibt das
Signal entweder wieder diskret aus oder
das Signal wird auf ein Datenwort/Register
angelegt. Diese Datenworte können dann
von Profibus-DP-, Ethernet-, Device-Net-,
Modbus- oder DF1-Teilnehmern gelesen bzw.
auch beschrieben werden. Die 105U werden
standardmässig mit 869 MHz und 500 mW
ausgeliefert. Andere Frequenzen im 433MHz-Band sind ebenfalls erhältlich. Für
eine Solarstromversorgung ist bereits ein
Regler integriert.
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Autor
Achim Gleim, Geschäftsleitung Pericom AG
Die optimale Lösung finden
Bei der Suche nach der optimalen Lösung
können die folgenden Fragen nur ein Anhalt
sein. Dennoch lassen sich anhand der folgenden Liste schon wesentliche Parameter
zur Konzeption einer Datenfunkverbindung
festlegen:
■ Telemetrie oder serielle Übertragung
■ Bei serieller Übertragung – Datenrate
■ Duty Cycle > 10%
■ Entfernung/Sichtverbindung
Reichweite in Abhängigkeit der Datenrate
betrieb arbeiten kann. Um grössere Entfernungen bzw. Hindernisse zu überbrücken, ist
ein Einsatz des Funkmoduls sowohl als Modem
und zugleich auch als Repeater möglich.
Einzeldaten per Funk übertragen
Unter Telemetrie versteht man die Übertragung einzelner Digital-, Analog- oder Pulssignale. Diese häufig nachgefragte Anwendung
erfordert keine aufwendige Umsetzung in serielle Datenformate. Durch den direkten Anschluss der digitalen oder analogen Gebergeräte an das Funkmodul lassen sich derartige
Aufgabenstellungen einfach und kostengünstig durch den Einsatz von Telemetriemodulen
lösen. Dabei hat der Anwender die Wahl, die
übertragenen Signale wieder in diskreter
Form elektrisch auszugeben oder sie direkt in
eine Bussystem als Datenwort einzuspeisen.
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Infoservice
Pericom AG
Hungerbüelstrasse 17, 8500 Frauenfeld
Tel. 052 740 00 55, Fax 052 740 00 51
[email protected], www.pericom.biz
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Serielle Daten per Funk übertragen
In vielen Anwendungen besteht die Aufgabenstellung darin, serielle Daten (RS 232, RS 485
oder Ethernet) über Funk zu übertragen. Die
dazu eingesetzten Funkmodems werden für
alle hier vorgestellten Frequenzbereiche angeboten. Die Geräte arbeiten meist transparent –
also protokollunabhängig – im Broadcast-Modus, sodass die Kommunikation bei Netzwerken
über die Endgeräte gesteuert werden muss. Es
stehen aber auch kontrollierte Modi zur Verfügung, d. h., Verbindungsauf- und -abbau erfolgen bei Bedarf durch die Funkmodems selbst.
Darüber hinaus sind verschiedene Topologien
wie Punkt-Punkt oder Master-Slave möglich,
wobei die Adressierung vom Anwenderprotokoll übernommen wird. Die Datenrate auf der
Leitung und in der Luft ist meist nicht identisch,
zumal die Luftschnittstelle nur im Halbduplex-
Die Abwägung von hoher Datenrate und
Reichweite verdeutlicht noch einmal die Möglichkeiten. Mit niedrigen Frequenzen lassen
sich die besten Reichweiten erzielen. Allerdings ist die Datenrate eingeschränkt. Demgegenüber sind bei hohen Datenraten grössere Reichweiten nur bei Sichtverbindung
möglich.
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• mehr Flexibilität • mehr Support
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Der neue Massstab
für Schmalband Funktransceiver
CH-6125 Menzberg • Tel +41 41 494 07 07
mit höchster Reichweite.
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