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2.4 GHz Telemetrie
To Risk,... or not to risk
In Anlehnung an Shakespeare eine wichtige Information die von Frank Tofahrn, Vorsitzender Fachausschuss Funk im DAeC, im November veröffentlicht wurde:
(C) Frank Tofahrn
Telemetrie-Systeme bei R/C-Anlagen sind zunehmend die neuesten Gimmicks, die offenbar jede Fernsteuerung haben muss. Mittlerweile setzen fast alle Hersteller bei ihren aktuellen oder angekündigten Anlagen auf eine integrierte Telemetrie. Allerdings ist es auch so, dass zahlreiche ältere Anlagen keine systeminterne Telemetrie haben. Die Anwender dieser Anlagen wollen aber auch Telemetrie haben, um „in“ zu sein.
Hier bietet sich der Einsatz eigenständiger Telemetrie-Systeme an, die unabhängig von der verwendeten R/C-Anlage arbeiten. Die Frage ist, ob diese Kombination von zwei Funksystemen in einem Modell problemlos funktionieren kann, oder ob es hier Beeinträchtigungen gibt, die man besser nicht ignorieren sollte?
Um vorher zu verraten, wer der Mörder ist:
Im Normalfall befindet sich im Modell ein R/C-Empfänger, mit dessen Hilfe das Modell gesteuert wird. In unmittelbarer Nähe des Empfängers ist nun jedoch auch ein Telemetriesender platziert, der mit nennenswerter Leistung sendet. Damit bekommt der R/C-Empfänger zwangsläufig den vollen Segen der Sendung des Telemetriesenders ab.
Arbeiten R/C-Anlage und Telemetrie (oder Vario) in unterschiedlichen Frequenzbändern (z. B. 2,4 GHz und 433 MHz), ist das eher unkritisch, da der R/C-Empfänger mit dieser Situation zurechtkommen muss. Es gab wohl mal Empfänger, die selbst mit dieser Konstellation Probleme hatten. Solche Empfänger gehören aber nicht in ein Modell, sondern in die Mülltonne. Arbeiten jedoch beide im gleichen Band, ist die Situation allerdings schon weniger komfortabel.
Es ergeben sich zwei Situationen, die dem R/C-Empfänger das Leben schwer machen, nämlich dann, wenn er selbst auf 2,4 GHz arbeitet und der Telemetriesender dies ebenfalls tut:
1. Blocking
Der Telemetriesender erzeugt aufgrund der Nähe zum R/C-Empfänger an dessen Eingang ein sehr starkes Signal, dass den R/C-Empfänger übersteuern und in die sogenannte Sättigung treiben kann. Damit verliert der R/C-Empfänger an Empfangsempfindlichkeit und kann daher das Signal „seines“ Senders nicht mehr hören. Dazu muss der Telemetriesender nicht mal auf der gleichen Frequenz senden, auf der der R/C-Empfänger gerade hört. Dieses Blocking funktioniert auch dann ganz hervorragend, wenn die Systeme gerade auf unterschiedlichen Frequenzen rumturnen. In der Praxis bedeutet dies, dass der Telemetriesender während seiner Sendung den Empfang des R/C-Empfängers stören kann, unabhängig von den aktuellen Arbeitsfrequenzen.
2. Phasenrauschen
Es ist nun leider auch nicht so, dass ein Sender nur auf seiner nominalen Sendefrequenz Leistung erzeugt. Es gibt immer Aussendungen, die man eigentlich gar nicht haben will, die sich aber nicht vermeiden lassen. Dazu gehört z. B. das Phase Noise (Phasenrauschen). Der Sender erzeugt im Frequenzspektrum ober- und unterhalb des gewollten Signals Rauschen. „Ober- und unterhalb“ kann dabei einen Bereich von sehr vielen MHz bedeuten. Dieses Rauschen fällt direkt in den Empfangskanal und stört dort.
Geht man mal davon aus, dass der Telemetriesender im Empfangskanal der R/C-Anlage eine Strahlungsleistung des Phase Noise von -30 dBm (das ist 1 μW) hat und nahe am Empfänger ist, müsste ein 1000 m weit entfernter Sender etwa 40 Watt Leistung haben, um die gleiche Signalstärke zu produzieren. Das nur mal, um die Verhältnisse klar zu machen. 1 μW ist zwar eine pessimistische Annahme, aber durchaus im Bereich des Möglichen und Legalen.
Dummerweise treten beide Effekte gleichzeitig auf. Für weiter entfernte R/C-Empfänger ist das alles relativ belanglos. Nur wenn sich R/C-Empfänger und Telemetriesender dicht auf der Pelle sitzen, wird das spaßig.
Die spannende Frage ist: Kann das gefährlich werden?
Die traurige Antwort lautet: Ja, es kann!
In einer „Worst Case“-Betrachtung wird der R/C-Empfänger immer dann nichts empfangen, wenn der Telemetriesender gerade sendet. Zum Glück passiert das nicht oft gleichzeitig. Es ist zu untersuchen, wie häufig diese Situation auftritt. Eine grafische Darstellung der Vorgänge ergibt folgendes Bild:
Die untere Linie zeigt die Sendungen einer typischen R/C-Anlage. Die mittlere Linie zeigt die Sendungen eines Telemetrie-Systems. Dabei sind alle Sendungen unabhängig von der Frequenz dargestellt. Die obere Linie zeigt die Kollisionen zwischen R/C und Telemetrie. Im Falle einer Kollision kann man die Sendung der R/C-Anlage als zerstört betrachten. Die Daten basieren auf einer realen Messung. Der Beobachtungszeitraum beträgt 0,5 Sekunden. Innerhalb dieser Zeit sendet das R/C-System 60mal. Davon werden 15 Sendungen zerschossen. Es gehen also 25% der Übertragungskapazität verloren.
Im Normalfall, also wenn das Signal des R/C-Senders am Empfänger stark genug und ungestört ist, ist das kein großes Problem. Allerdings kann sich die Latenzzeit kurzfristig erhöhen. Kritisch wird die Geschichte, wenn gleichzeitig viele andere 2,4 GHz-Systeme aktiv sind oder das Signal am Empfänger sehr schwach ist (oder beides) und somit ohnehin viele Sendungen verloren gehen. Die durch die Telemetrie eventuell zerstörten 25% der Übertragung können hier den Unterschied zwischen Leben und Tod ausmachen. Solange nur das Modell stirbt, ist das ärgerlich und teuer. Wenn es um Personen geht, ist das nicht mehr akzeptabel. Der Einfluss des Telemetrie-Systems hängt von der Senderate ab. Im vorliegenden Fall sind das ungefähr 20 ms, was VIEL! zu hoch ist. Einmal pro Sekunde hätte für dieses System auch gereicht. Das System ist aber nun mal am Markt und wird, obwohl illegal, verkauft und eingesetzt.
Fazit
Wird eine 2,4 GHz R/C-Anlage eingesetzt, sollte man sich gut überlegen, ob man parallel dazu eine autarke 2,4 GHz-Telemetrie einsetzt. Hier sind R/C-Anlagen mit integrierter Telemetrie eindeutig zu bevorzugen, da der oben geschilderte Effekt nicht eintreten kann. Der „Telemetriesender“ ist normalerweise gleichzeitig der R/C-Empfänger, und dieser kann nicht gleichzeitig senden und empfangen. Somit gibt es zwangsläufig eine zeitliche Koordinierung der Sendungen von R/C und Telemetrie. Der Fall, dass die Telemetrie sendet während der Empfänger etwas empfangen soll, tritt nicht auf. Wenn der Empfänger nicht auf Empfang ist, kann er auch nicht gestört werden.
Die Kombination von 2,4 GHz-R/C und 433- oder 868 MHz-Telemetrie oder Vario (kommt bestimmt auch noch) ist eher unkritisch. Ebenso die Kombination 35/40 MHz-R/C (soll es ja vereinzelt noch geben) und 2,4 GHz-Telemetrie. Noch eine abschließende Bemerkung. Es wird sicher Einige geben, die jetzt sagen: „Bei mir funktioniert das doch problemlos“. Das ist schön und gut und wird wahrscheinlich auch in 99% der Fälle gut gehen. Für diejenigen, die vom verbleibenden Prozent betroffen sind, ist das allerdings nicht wirklich tröstlich. Daher ist diese Argumentation wenig hilfreich.
2,4 GHz-Videosysteme wurden hier nicht separat betrachtet. Es gelten aber die gleichen Überlegungen. Hinzu kommt, dass Videosysteme immer senden und das Problem dadurch noch verstärkt wird. Allerdings zeigt die Praxis, dass der parallele Betrieb von 2,4 GHz-Video und 2,4 GHz-R/C eh keinen Sinn macht, da die Videosysteme nicht mit FHSS-Systemen kooperieren können und kein gescheites Bild liefern. Diese Kombination sollte ebenfalls vermieden werden.
Der köllsche Jung sagt: Et hätt noch immer jot jejange!
Murphy sagt: Alles, was schief gehen kann, geht schief und alles, was nicht schief gehen kann, geht auch schief!
Ich halte mich vorsichtshalber lieber an Murphy. Das schützt vor Überraschungen.
Den gesamten Thread findet ihr hier im RC-Network
Die offizielle Info des DAeC gibt es hier zum Download