18.08.2011 17:00 | Expertenrunde Teil 3

Wireless: Störungen unvermeidlich?

Fachartikel von Siegfried W. Best

Das erste Roundtable-Gespräch der elektronik industrie zum Thema Wireless befasste sich mit den Themen WLAN, Bluetooth, Zigbee, ISM-Bänder, LTE und anderen Funkdisziplinen. Wenn soviel „Funk“ im Äther ist, kann es Probleme geben, wie in diesem abschließenden dritten Teil gezeigt, in dem auch die Diskussionsteilnehmer mit einem Statement zur Akzeptanz der Funktechnik zu Worte kommen.

Die Teilnehmer der Expertenrunde Wireless (von links): Bernd Hantsche, Antonio Zarcone, Johan Nilsson, Dirk Sollbach, Marian Kost, Dr. Christian Benz, Stephan Bienert. (Bild: Redaktion elektronik industrie)

Viele der Module und Geräte für WLAN, Bluetooth, Zigbee und so weiter arbeiten im 2,4-GHz-Bereich, die Frage ist: Stören sie sich nicht gegenseitig? Kann denn wirklich jemand behaupten, dass das alles gemeinsam funktioniert?

Dazu B.Hantsche: 2,4 GHz bedeutet, die jeweilige Funkanwendung ist von der Reichweite her regional beschränkt. Man muss beispielsweise analysieren ob WLAN-Netze vorhanden sind, da die sehr breitbandig sind und jedes 2,4 GHz-WLAN rund ein Drittel des ISM-Bandes belegt. Wenn irgendwo ein WLAN-Netz ist, wird es von intelligenten Protokollen (Bluetooth, Gazell, ANT) ausgespart. Drei WLAN-Netze können lokal vorhanden sein, ohne dass es Frequenzüberschneidungen gibt. Es werden jedoch immer mindestens 21 Kanäle á 1 MHz von Bluetooth genutzt und durchsprungen – zur Not auch innerhalb eines WLANs. In der Praxis kann dieser Fall durchaus vorkommen, was sich dann an einem langsameren WLAN-Netz bemerkbar macht, da Datenpakete bei der Übertragung von Bluetooth gestört wurden und erneut gesendet werden müssen. Dieser Effekt ist messbar und für industrielle Anwendungen oft ein Problem. Der private Internetsurfer würde es hingegen kaum merken.

Wireless Expertenrunde Teil 3

Teil 1 und 2 gehen auf die verschiedenen Module ein und geben Antwort auf die Frage, kaufen oder selbst bauen. Außerdem wird die EMV betrachtet und die Rolle der Distributoren in diesem zukunftsträchtigen Gebiet.

WiFi - also das im 2.4-GHz Bereich - bemerkt Stephan Bienert, wird auch weiter ausgebaut werden als Ergänzung zum Mobilfunk. Die Anzahl der Hotspots wird zunehmen, so dass das Thema Koexistenz der unterschiedlichen Technologien immer wichtiger wird. Oftmals kann man sich nicht aussuchen, in welcher Umgebung ein neues Produkt laufen wird - und dann ist mehr und mehr Softwareintelligenz gefragt.

Laut Dirk Sollbach kommen wir in Zielgebieten, wo mehrere WLANs laufen, tatsächlich wieder zu dem altmodischen Begriff der Frequenzplanung. Bei drei WLANs stehen noch Bandlücken zur Verfügung. Zigbee-Netzwerke (Bluetooth jetzt mal nicht) können dort etabliert werden ohne sich gegenseitig zu stören.
Bluetooth wäre in diesem Fall für WLAN ein Störer. Es wird nie so sein, dass gar nichts mehr geht, nur die volle Performance wird nicht erreicht. Die volle Übertragungsrate von zum Beispiel 54 Mbit/s steht dann zwar nicht mehr zur Verfügung, nur, der Endanwender wird es nicht merken. Wenn ich eine proprietäre Applikation dazwischen stelle, muss ich beachten, auf welchen Kanal ich sie platziere. Und auch da habe ich ja in 1-MHz-Schritten die Möglichkeit, meine Applikation zwischen die Bänder zu setzen. Das muss ich dann tatsächlich abstimmen. Wenn ich das willkürlich mache, vielleicht direkt in der Mitte des WLAN-Kanals, dann werde ich da keine Chance haben, dann ist meine Applikation stark gestört.

Gibt es von Rohde & Schwarz spezielle Messtechnik für das Problem?

J.Nilsson: Mit einem Spektrumanalysator kann man sich zum Beispiel anschauen, was wo liegt. Wir haben natürlich auch Echtzeitanalysatoren, mit denen man sehen kann, wo was „rum hüpft". Aber was man letztendlich daraus für Konsequenzen zieht, ist eine andere Frage. Ich weiß von einem Fall, wo sich jemand an das eine Ende des Frequenzbands hingestellt hat, und dann kam jemand mit seinem Rechner aus Amerika, der auf amerikanische Verhältnisse eingestellt war. Der hat dann natürlich diesen Kanal nicht gesehen, und das WLAN hat für ihn nicht funktioniert. Von unserer Seite gibt dafür keine besondere Messtechnik.

M.Kost hatte einen Fall von fehlender Koexistenz im Industriebereich, wo die Datenübertragung garantiert werden musste. Resultat war, man ging wieder in den Bereich unter 1 GHz, selbst für das Roll-out der Produkte im weltweiten Bereich. Man kann bei manchen der SiLabs Chips das Matching über Bestückungsoptionen so auslegen, dass man 315, 433, 868 MHz abdeckt, optional noch 915 MHz. Es wird aber dann schwierig, wenn Japan mit 960 MHz noch dazu kommt. Um alles zu entzerren, gibt es Industriekunden, die sich von dem WLAN/Bluetooth-Gedanken, oder generell 2,4-GHz-Gedanken, verabschieden und alles grundsätzlich im Sub 1-GHz-Bereich machen wollen, um eine höhere garantierte Störfestigkeit sicherzustellen.

Bei WLAN kann man, so B.Hantsche, recht einfach auf das 5-GHz-Band ausweichen, wenn es die Applikation zulässt. D.Sollbach ergänzt: 5 GHz ist ja ein freies, verfügbares ISM-Band. Allerdings noch nicht so stark durch Chips unterstützt. Aber sicherlich interessant, weil es im Vergleich zu 2,4 GHz die doppelte Bandbreite bietet. Im Augenblick gibt es starke Entwicklungsaktivitäten im Bereich 802.11ac. Das ist eine Erweiterung von 802.11n auf Datenübertragungsgeschwindigkeiten bis 867 Mbit/s. A.Zarcone dazu: Bei Smartphones ist der n-Standard üblicherweise schon mit drin. Normalerweise werden dort Bluetooth- und WLAN-Module verwendet. 802.11p entwickelt sich laut Einschätzung von J.Nilsson, sehr langsam. Anwendungen sind zum Beispiel Staumeldungen, Tankstellen-Informationen, neueste Nachrichten, oder auch Car-to-Car-Communication. M.Kost hat im LTE-Bereich keine Aktivitäten, aber von seinen Kunden im 1-GHz-Bereich wird immer wieder herangetragen, dass es Ängste gibt, dass LTE durch Nebenaussendungen den 868-MHz-Bereich stört. Gibt es Erfahrungen, wie so was gemanaged werden sollte?

A.Zarcone hat diese: Im LTE-Bereich gibts im 800-MHz-Bereich ein Band, das so genannte Band 20. Es wird sehr wahrscheinlich zunächst einmal in Deutschland von t-mobile stark eingesetzt, mit dem Ziel DSL-schwache Gebiete zu versorgen. 2012 soll wahrscheinlich schon damit angefangen werden. Es gibt vom 3GPP-Konsortium sehr harte Vorschriften für zellulare Applikationen. Daher kommt es zu hohen Entwicklungskosten und auch hohen Kosten für die Chipsätze. Es geht dabei nicht nur darum, die Sendeleistung aufzubauen, sondern auch darum, die Störeinstrahlungen in den Nachbarbereichen zu minimieren. Der Vorteil von LTE ist die OFDM-Modulation, durch Spreadspectrum wird die Sendeleistung gut verteilt. Aber eigentlich könnte hier GSM mehr Probleme machen.

B.Hantsche weist auf eine weiteres Problem hin: Ab 863 MHz fangen auch die alten CT2-Frequenzen an, die von der Industrie inzwischen frei benutzt werden dürfen. Und M.Kost dazu: Wir wurden von 868-MHz-Kunden mehrmals darauf angesprochen, was dort passiert, vor allem, wenn LTE dann Realität ist. Und wie es sich auf die frei nutzbaren Frequenzen auswirkt. Man kann mit der Empfängerbandbreite zwar einiges machen, aber es geht immer wieder um die Kosten. Vor allem, wenn man entsprechend schmalbandige SAW-Filter davor einsetzen muss.

Bei 800 MHz muss A.Zarcone extra Filter einsetzen und das sind drei zusätzliche Komponenten nur für dieses Band. Zusammen mit anderen Maßnahmen muss er dort mit zusätzlichen Kosten von 1 bis 2 % rechnen und ergänzt: Über welche LTE-Versionen sprechen wir überhaupt? Das sei eine politische Frage. Es gibt Operatoren aus Amerika, die bereits HSPA+ als 4G vermarkten. Und es gibt Operatoren, die sagen, 3.9 sei bereits LTE und bei anderen ist erst 4G LTE oder LTE Advanced. Im Zeitraum bis 2014 sprechen wir von LTE, wenn es sich um 3.9 handelt. B.Hantsche: Bei M2M bekommen wir immer wieder als Feedback von den Kunden aus dem Industriebereich, dass 3G vollkommen ausreicht. LTE ist wesentlich teurer und bringt eigentlich nur einen Geschwindigkeitsvorteil, den man bei diesen Anwendungen nicht benötigt. Wir bekommen schon mit HSPA+ Lösungen Geschwindigkeiten von 14,4 Mbit/s und das reicht eigentlich für alle Applikationen aus, selbst für Videoübertragung. Bei GSM GPRS (also 2G und 2,5G) ist man sich eher unsicher wegen der Laufzeiten der fest vergebenen Frequenzen, so dass professionelle Geräte inzwischen 3G Module einsetzen, wo man sich über noch viele Jahre hinweg einer vorhandenen Infrastruktur sicher sein kann – auch wenn GPRS Geschwindigkeit bereits ausreichen würde.

Wie sehen Sie die Akzeptanz für moderne Funktechnik in Deutschland?

Dr.-Ing. Christian Benz, Vertriebsleiter, Municom (Bild: Redaktion elektronik industrie)

Diese Frage stellten wir zum Abschluss des Roundtables. Hier die Statements der Vertreter von Atlantik Elektronik, IMST, Municom, Rutronik, Rohde&Schwarz, Silicon Labs, und Renesas Mobile.

Dr. Cristian Benz, Municom: Das Thema Energie ist für Wireless ein sehr wichtiger Punkt und Smart Metering spielt in diesen Bereich mit hinein. Außerdem Multimedia und die Verfügbarkeit von Daten an jedem Ort. Die junge Generation wächst damit auf und es findet auch in den Schulen statt. Generell wird sich die jetzt schon vorhandene Akzeptanz weiter verbessern.

Marian Kost, Strategic Sales, Central and Eastern Europe, Silicon Labs (Bild: Redaktion elektronik industrie)

Marian Kost, SiLabs: Ich denke die Flexibilität, die der Markt oder auch der Endverbraucher fordert, beginnend im Consumerbereich. Jeder hört auch Radio und schaut Fernsehen über drahtlose Nachrichtentechnologien. Letztlich ist es auch die Industrie, wo immer mehr drahtlose Technik Einfluss gewinnt. Gerade Firmen, die mit drahtlos noch nichts zu tun hatten, schreien geradezu nach Wireless, um die Applikation zu erweitern, um weitere Services anzubieten. Auch wird das Thema Energieeffizienz wichtig sein, das durch Wireless optimiert wird.

Dipl.-Ing. Bernd Hantsche, Produktbereichsleiter Wireless Competence Center, Rutronik, (Bild: Redaktion elektronik industrie)

Bernd Hantsche, Rutronik: Man muss ganz klar den Nutzen für den Menschen sehen. Durch die Funktechnik wird ganz klar der Lebenskomfort erhöht und auch die Sicherheit für den Menschen. Oftmals ist es auch so, dass sich durch eine Funkverbindung im Vergleich zu einer Kabelverbindung Kosten einsparen lassen. Und daher glaube ich, dass es ein Technologiebereich ist, der zukünftig weiter wachsen wird.

Johan Nilsson, Product Manager Spectrum Analyzers, Rohde & Schwarz (Bild: Redaktion elektronik industrie)

Johan Nilsson, Rohde & Schwarz: Für mich ist klar, es gibt keinen Weg mehr zurück. Wir werden immer wieder neue Applikationen finden. Apple hat es beim Smartphone vorgemacht: alles war bei Nokia schon vorhanden, und wurde kein Erfolg. Erst Apple hat die ganze Smartphone-Welle losgetreten. Und so wird es auch in anderen Bereichen sein: In Industrieanlagen, bei der Machine-to-Machine Kommunikation und so weiter wird immer mehr Wireless werden.

Dipl.-Ing. Dirk Sollbach, Vertriebsleiter IMST GmbH (Bild: Redaktion elektronik industrie)

Dirk Sollbach, IMST: Wenn ich zurück schaue ist durch den Funk, durch die Applikationen um den Funk herum, im Prinzip ja eine ganz neue Mobilität entstanden. Ob die gut oder schlecht ist, sei einmal dahingestellt. Man kann ein Handy ja auch ausschalten und muss nicht ständig erreichbar sein. Aber es ist natürlich so, dass wir dadurch eine neue Mobilität erreichen. Wenn ich in Richtung unserer Kunden schaue, ist es tatsächlich so, dass solche auf uns zukommen, die mit Funk noch nie etwas zu tun hatten, und als wichtigsten Innovationsparameter die Funktechnik sehen. Dies um ihr Portfolio zu erweitern, um andere Kunden für sich zu gewinnen, mit neuen Features, die in der Regel irgendwie drahtlos sind, nach welchem Standard auch immer.

Dipl.-Ing. Stephan Bienert, Business Unit Manger Wireless (Bild: Redaktion elektronik industrie)

Stephan Bienert, Atlantik: Ich denke, dass sie hauptsächlich bei Consumer-Geräten akzeptiert wird. Ein Handy hat heute jeder, auch einen WiFi Access Point. Ich glaube, dass Consumergeräte hier weiterhin die treibende Kraft sind. Und die konzentrieren sich in erster Linie auf Standards. 868 MHz finde ich nicht in Handys, sondern ich finde dort Bluetooth und WLAN. Das sind die Geräte, die den Markt treiben, die auch die Stückzahlen haben und bei den Konsumenten akzeptiert sind.

Antonio Zarcone, Director Marketing, Modern Platforms, Renesas Mobile (Bild: Redaktion elektronik industrie)

Antonio Zarcone, Renesas Mobile: Ich glaube, es gibt verschiedene Faktoren in dieser Gesellschaft, nicht nur in Deutschland, sondern allgemein, um aus sozialen Aspekten immer verbunden zu sein. Immer im Kontakt mit anderen Personen zu sein, die ebenfalls Daten austauschen wollen. Nicht etwa über eine Kabelverbindung, sondern immer genau dort, wo ich grade bin. Kosten spielen dabei eine wichtige Rolle. Wie schaffen wir es, die Kosten auf ein Niveau runter zu bringen, mit denen es möglich ist, die drahtlose Kommunikation für den Konsumenten immer weiter zu verbreiten. Aber auch Perspektiven wie Infrastruktur und Energie darf man nicht unterschätzen. Die Infrastrukturkosten zur Energie-Steuerung sind relativ hoch, wenn man es über Draht macht. Das kann unter dem Stichwort Machine-to-Machine auch einen Impuls für die drahtlose Kommunikation geben. Mittelfristig sehe ich dort besonders im Energie-Management gute Möglichkeiten. Und auch im Bereich Entertainment beziehungsweise Infotainment im Automobilbereich. 

(sb, jj)

Weblinks zum Thema

Siegfried W. Best

Über den Autor

Siegfried W. Best : ist Chefredakteur der AUTOMOBIL ELEKTRONIK

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