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In der Gebäudeautomatisierung gewinnen niedrige Frequenzen an Attraktivität

Statt 2,4 GHz - Renaissance für »Sub-1GHz-Systeme«

14. Oktober 2011, 10:48 Uhr | Karin Zühlke

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Der kürzeste Weg zum sub-1 GHz Design

»Für kleinere und mittlere Produktionsvolumina sind zertifizierte RF-Module die beste Wahl«, empfiehlt Gellner. »Solche Module kann man als Black-Box behandeln, die typischerweise über eine SPI- oder UART-Schnittstelle angesteuert werden.« Die analoge Schnittstelle auf der RF-Seite besteht aus einer Chip- oder PCB-Antenne bzw. einem Antennenstecker zum Anschluss einer externen Antenne. Und die Vorteile für die Entwicklung liegen auf der Hand, wie Gellner zusammenfasst: »Diese Module bieten ein gutes Preis-Leistungsverhältnis, geringes Design-Risiko und sehr kurze Entwicklungszeit bis zur Marktreife.«

Auf der Software-Seite kooperieren IC-Hersteller oft mit SW-Designhäusern und bieten so komplette Netzwerk Protokoll-Stacks an, die für deren IC-Hardware und das Zielnetzwerk optimiert sind. Dabei bieten die Hersteller Module, die auf größtenteils digitalen Transceivern basieren, zusammen mit einem Netzprotokoll-Stack an. Der läuft auf einem externen Mikrocontroller oder als embedded Version. Die niedrigeren Schichten und das Netzwerk-Management werden vom Protokoll-Stack bedient, so dass sich der Designer auf die eigene Applikation in der obersten Schicht konzentrieren kann.

FCC und/oder CE zertifizierte Module gibt es zum Beispiel von Synapse Wireless und California Eastern Laboratories (CEL) erhältlich. Synapse bietet mit dem SNAP Network Stack ein kompaktes Mesh-Netzwerkprotokoll auf Basis des IEEE 802.15.4 Standards. Das CEL ZICM0900 Modul hat mit 140dB eines der höchsten Link-Budgets am Markt. Vom gleichen Anbieter ist auch der ZICM0868 erhältlich, der den Wireless M-Bus Standard unterstützt und ein Link Budget von 134dB bietet. IC-Hersteller wie Freescale Semiconductor, Microchip und Semtech haben ebenfalls Module mit eigenen sub-1GHz Transceivern im Portfolio. Und schon in naher Zukunft dürfte es weitere W-MBUS-Produkte am Markt geben.

Viel Bewegung im sub-1GHz Bereich

Auch bei ZigBee gibt es zusätzliche Standadisierungsaktivitäten für den sub-1 GHz Bereich. »Mit dem IEEE802.15.4-2007 Standard sind mehr Kanäle und eine Datenrate von 250kbit/s möglich geworden. Darüber hinaus ist mit der Neuzuteilung des 169MHz-Bandes ein weiteres lizenzfreies ISM-Band für Anwendungen wie 'Verbrauchsdatenerfassung großer Reichweite' freigegeben«, führt Gellner aus. Im Vergleich zu 868MHz ermöglicht dieses Band Transceiver mit noch geringerem Stromverbrauch, d.h. höherem Wirkungsgrad. Auf der anderen Seite macht diese niedrigere Frequenz eine größere Antenne erforderlich, um die gleiche Reichweite zu erzielen – »Das ist ein Fakt, der der Miniaturisierung entgegen läuft«, gibt Gellner zu bedenken.

Das 2,4 GHz ISM-Band mit seinen populären Standards, wie Bluetooth, WLAN und ZigBee behält seine Bedeutung in Märkten, in denen Interoperabilität unabdingbar ist. In der Gebäudeautomatisierung hingegen, mit ihren Anforderungen an sehr hohe Reichweite und lange Lebenszeit, dominieren proprietäre Systeme. »In diesem Marktsegment sind sub-1GHz Lösungen oft die bessere Wahl«, resümiert Gellner.