OFW-Filter

Schlüsselbauelemente für SRD

15.01.2007 | Autor / Redakteur: Alf Hendrik Kuchenbuch* / Jan Vollmuth

Short Range Devices, kurz SRD, bestimmen zunehmend unseren Alltag. Ob im Fahrzeug oder Home Entertainment – die Zahl der Applikationen steigt täglich. Wir zeigen Ihnen, wie Oberflächenwellen-Filter hier für hohe Sicherheit sorgen und was beim Design-In zu beachten ist.

Remote-Keyless-Entry-Schlüssel (RKE) zum Entriegeln von Fahrzeugen, zur Steuerung von Garagentoren oder für die Fernbedienung von Audio- und Video-Equipment sind populäre Anwendungen von SRD (Short Range Devices). Diese Technik dient aber nicht nur dem Komfort. So können beispielsweise funkbasierte Überwachungsmodule vor schweren Unfällen schützen, indem sie ständig den Innendruck der Autoreifen messen und bei Druckabfall und Temperaturerhöhung den Fahrer rechtzeitig warnen. Weitere Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich in Funkkopfhörern, drahtlosen Alarmsensoren und Mautsystemen.

SRD nutzen lizenzfreie Frequenzbänder

Um die Eingangsstufe (Frontend) von Funkempfängern vor Übersteuerung durch starke Nachbarsignale zu schützen, stellen OFW-Eingangsfilter die effektivste Lösung dar. Nutzsignale im Filterdurchlassband erreichen den Empfänger nahezu unverändert, die übrigen Frequenzen und Störsignale hingegen werden stark abgedämpft. Bild 1 zeigt das Blockschaltbild eines Superhet-Receivers für SRD.

Alle diese Short Range Devices nutzen lizenzfreie Frequenzbänder, die auf nationaler Ebene für die Nutzung freigeben werden. Diese als SRD- bzw. ISM-Bänder (Industrial, Science, Medical) bezeichneten Frequenzbereiche sind leider nicht weltweit einheitlich. Für verschiedene Märkte müssen Hersteller, die ihre Geräte mit SRD steuern wollen, Versionen mit regionalspezifischen Frequenzen anbieten, was die Produktkomplexität erhöht.

Um in Europa das Inkompatibilitätsproblem der lokal freigegebenen Frequenzbänder für SRD zu lösen, wurde hier zusätzlich das Frequenzband von 868 bis 870 MHz (Bild 2) zur Nutzung für SRD freigegeben. Die USA nutzen dieses Frequenzband bereits für den Mobilfunk (CDMA) und haben den Bereich von 902 bis 928 MHz für die Nutzung durch SRD freigegeben.

Jedes Band hat eigene Vorschriften

Neue künftig genutzte Frequenzbänder gehen zu immer höheren Frequenzen im GHz-Bereich, da der Bereich unterhalb 1 GHz praktisch ausgeschöpft ist. Je nach Anwendung und eingesetzter Technik werden vielmehr die höherfrequenten oder die klassischen ISM-Bänder um 315 bzw. 433,92 MHz verwendet. Jedes Band hat seine eigenen Vorschriften in Bezug auf Ausgangsleistung, Duty-Cycle-Zielapplikation und max. Störausstrahlung.

Eine US-Firma nutzt beispielsweise das Frequenzband bei 915 MHz, um Materialien in Lagerhallen wiederzufinden. Hierzu werden in der Lagerhalle insgesamt vier Empfänger an den vier Wänden montiert, die die Signale aufnehmen, welche von kleinen SRD-Sendern in den Materialboxen regelmäßig in mehrminütigem Abstand gesendet werden. Zusätzlich zur Meldung wird die Signalstärke erfasst. Durch Vergleich der Signalstärken in allen vier Empfängern lässt sich der Standort jeder einzelnen Box im Lagerhaus auf einen Meter genau bestimmen.

Kontrolle durch bidirektionale Datenübertragung

Die bisher beschriebenen SRD teilen einen system-immanenten, sicherheitsrelevanten Mangel: Sie sind unidirektionale Systeme ohne Feedback-Option. So kann der Nutzer nie sicher sein, dass die Datenübertragung vollständig und fehlerfrei funktioniert hat. Bei vielen Systemen wie RKE oder Audio-/Video-Systemen erfolgt eine indirekte Rückmeldung über die ausgelöste Funktion.

Anders verhält es sich bei Anwendungen, bei denen die drahtlos ausgelöste Aktion nicht direkt sichtbar ist, wie bei drahtlosen Alarmanlagen oder Datenübertragung (Telemetrie). Einen Funkausfall in der Datenkommunikation kann der Funkempfänger nur durch Time-out-Algorithmen feststellen. Fehlerkorrekturstrukturen im Datenstrom reduzieren zwar fehlerhafte Datenübertragung, verbleibende Datenfehler führen aber zu einem Systemfehler, da das Datenpaket nicht erneut angefordert werden kann.

Hier schaffen bidirektionale Systeme Abhilfe, die jedoch wieder eine Reihe von Nachteilen mit sich bringen. Zum einen sind sie kostspieliger, da sie zusätzliche Sender-/Empfänger-Strukturen und ein aufwändigeres Protokoll benötigen, das wiederum einen leistungsfähigeren Controller erfordert. Zum anderen benötigen sie eine höhere Stromaufnahme wegen des zusätzlichen Sender-/Empfängerbetriebs um das Quittierungssignal zu übertragen. Durch den leistungsfähigeren Controller erhöht sich der Stromverbrauch zusätzlich.

ZigBee als kostengünstige Bluetooth-Alternative

An den Schwachpunkten beider Systeme setzt die ZigBee Alliance an, eine Vereinigung der großen Hardware-Hersteller. ZigBee ist der im Aufbau begriffene bidirektionale Funkstandard für energiesparende drahtlose Datenübertragung über kurze Entfernungen und wird eine technologische Lücke schließen. ZigBee, auch Bluetooth light genannt, wurde im August 2003 nach IEEE 802.15.4 für Überwachungs- und Steuerungsaufgaben auf kurze Entfernungen mit Fokus auf sehr geringem Stromverbrauch für batterie-betriebene Geräte verabschiedet. Des Weiteren soll der einfachere Systemaufbau im Vergleich zu Bluetooth die Halbleiterkosten senken. Typische Einsatzgebiete sind u.a. Hausgeräte und die Medizintechnik.

Der Standard basiert auf einem einfachen aber leistungsfähigen Protokoll mit hoher Übertragungssicherheit. Gekennzeichnet ist er durch Rückmeldung, Fehlerkontrolle, eigenmächtige Frequenzsprünge, um störungsarme Kanäle zu nutzen, festlegbare Sicherheitsstufen sowie die weltweite Verfügbarkeit durch Verwendung von frei gegebenen Frequenzbändern bei 868 MHz (Europa), 915 MHz (USA) und 2,4 GHz (weltweit).

Das 2,4-GHz-Frequenzband ist dabei komplett in 16 Kanäle mit einer Kanalrasterung von 5 MHz unterteilt. 868,3 MHz beherbergt einen Kanal, zehn Kanäle befinden sich im 902-MHz- bis 928-MHz-Band, der Kanalraster liegt hier bei 2 MHz (Bild 3).

IEEE 802.15.4 bestimmt nicht nur den Physical Layer (Hardware), sondern auch den darüber liegenden MACLayer (Media Access Control). Die ZigBee Alliance legt darauf aufbauend die standardisierte drahtlose Netzwerk-Plattform fest, auf deren Grundlage diese Geräte sicher miteinander kommunizieren.

EPCOS, Tel. +49(0)89 63624615

*Alf Hendrik Kuchenbuch ist Marketing Manager für den Bereich Kfz-Elektronik und SAW-Komponenten bei EPCOS.

Kommentar zu diesem Artikel abgeben

Schreiben Sie uns hier Ihre Meinung ...
(nicht registrierter User)

Kommentar abschicken
copyright

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 195513 / HF und Wireless)