2,4GHz RC-Anlagen und Betrieb mit FPV

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Im Forum wurde in letzter Zeit oft die Frage der Verträglichkeit zwischen unser FPV Videoübertragung und RC-Anlagen im 2,4 GHz-Band diskutiert. Letztere werden seit ca. zwei Jahren als DIE Revolution im Modellbaubereich gefeiert und haben herkömmliche 35/40MHz-Fernsteuerungen fast schon vom Markt verdrängt. Tatsächlich ist die neue Technik der herkömmlichen in vielen Dingen um einiges voraus. Jedenfalls tauchen viele neue Begriffe auf (FASST, France-Mode, ...) und die Hersteller dieser Systeme haben teilweise auch recht unterschiedliche Lösungsansätze verfolgt.

Etwas Theorie kann nie schaden und ich möchte im folgenden Beitrag versuchen, Euch zumindest die wichtigsten Details etwas näher zu bringen. Eine vollständige Übersicht kann hier jedoch kaum gelingen! Alleine die Doku der verwendeten Modulations- und Übertragungsverfahren füllt ganze Bände. Noch dazu "kocht" fast jeder Hersteller hier, wie gesagt, sein eigenes Süppchen und spez. Details werden nat. entsprechend gehütet.

Deswegen kann man generell auch nicht sagen: "FPV mit 2G4 RC-Fernsteuerung geht bzw. geht nicht!"

Die Empfehlung kann daher nur lauten, FPV ausschließlich mit den "alten" Steuerungen im 35/40 Mhz-Band zu betreiben! Die Gründe hierfür werden im weiteren Verlauf dieses Artikels eventuell auch noch etwas klarer. Die folgenden Zeilen also nach bestem Wissen und Gewissen, auf Basis der aktuell verfügbaren Informationen, unter Vorbehalt und folglich auch ohne Garantie! Außerdem können u. U. Dinge bezeichnet werden, die so auch nur für Deutschland gelten! Dies aber nur der Vollständigkeit halber - der für uns FPV-ler relevante Anteil sollte jedenfalls enthalten sein.

Unsere Video-Technik, wie auch die neuen RC-Anlagen, nutzen zur Übertragung als Trägerfrequenz 2,4 GHz (kurz 2G4) im sog. ISM-Band. ISM-Band (gleichbedeutend mit "industrial, scientific, medical") steht für bestimmte Frequenzbereiche, in denen z. B. Datenübertragungen ohne spez. Frequenz-Einzelzuweisungen stattfinden dürfen. Im selben 2G4-Band sind so z. B. auch WLAN und Bluetooth angesiedelt. Kurz zusammengefasst geht es auf dieser Frequenz also recht eng zu! Die hohe Verbreitung hängt auch damit zusammen, dass dieser Bereich, was Bandbreite, erzielbare Reichweite oder Reglementierung angeht, für viele Anwendungen recht ideal ist. Für die Videoübertragung käme zwar auch ein weiterer ISM-Bereich bei 5,8 GHz in Frage, jedoch liegen hier zur Zeit noch einige Tücken im Detail! Mit zunehmender Frequenz benimmt sich die Übertragung immer "lichtähnlicher". Bei 2G4 schon problematisch, sorgen so bei noch höheren Frequenzen schon kleinste Hindernisse für Abschattungen.

Wie so oft, liegt der Ursprung der bei den 2G4-RC-Anlagen verwendeten Übertragungstechnik im militärischen Bereich! Die sog. "Spread Spectrum"-Technologie sendet ein vorhandenes Nutzsignal über eine deutlich höhere Bandbreite, als dies zur Übermittlung der Information eigentlich nötig wäre. Man spricht auch vom Aufspreizen des Nutzsignals auf eine höhere Bandbreite. Ein wichtiger Schlüssel ist hierzu der sog. Spreizcode, der festlegt wie dies im einzelnen zu geschehen hat. Er ist sozusagen auch die Information, die ein Empfänger zur Auswertung des Ursprungssignals wieder benötigt. In erster Linie sollte der Zweck der Übung natürlich eine gewisse Abhörsicherheit sein. Weiterhin erschwert "Spread Spectrum" jedoch auch die Ortbarkeit eines Senders. Bei einem der Verfahren ist sogar das bloße Erkennen einer aktuellen Übertragung schon schwierig. Ohne im Besitz eines gültigen Speizcodes zu sein, verschwindet das Signal bei einem potentiellen Empfänger im Grundrauschen! Weiterhin können schmalbandige Störungen (z. B. auch Knack-Impulse, Motorstörungen) nicht so viel Einfluss auf die Übertragung ausüben. Ein Schlüssel zum Erfolg ist dabei allerdings auch die (digitale) Nachverarbeitung der Empfangsdaten. Erste Details zu dieser Technologie wurden demnach auch erst Mitte der 80er-Jahre bekannt!

Grundsätzlich steht für die RC-Anlagen im 2,4 GHz-ISM-Band der Bereich von 2,400-2,4835GHz zur Verfügung, der sich also auch mit unserer Video-Technik deckt! Wird bei unseren herkömmlichen 35/40MHz-Anlagen die Information lediglich in einem 10KHz breiten Frequenzbereich übertragen, steht hierfür bei 2G4 ein für "Spread Spectrum" nutzbarer Anteil von etwa 80MHz zur Verfügung!

Die 2 unterschiedlichen Verfahren der "Spread Spectrum"-Technologie

  • Das u. a. von der Fa. Spektrum genutzte "Direct Sequence Spread Spectrum"-Verfahren(DSSS)

Das eigentliche Nutzsignal wird dabei mit dem Spreizcode multipliziert! Die Datenrate ist danach deutlich größer als der Nutzdatenstrom, bzw. als dies für die eigentliche Übertragung der Nutzinformation nötig wäre. Die ausgesendete Leistung verteilt sich dabei auf einen großen Frequenzbereich. Ein Nebeneffekt ist, dass sich die spektral ausgesendete Leistung dadurch reduziert. Ohne vorhandenen Spreizcode kann lediglich ein Grund.- rauschen am Empfänger festgestellt werden. DSSS-Systeme arbeiten auf einer (zwei) (mehr oder weniger) fest zugeteilten Frequenz innerhalb des 2G4-Bandes. DSSS findet z. B. auch bei WLAN Verwendung.

  • Prinzipbedingt ist das z. B. von Robbe/Futaba eingesetzte "Frequency Hopping Spread Spectrum"- (FHSS) auch als Frequenzsprung-Verfahren bezeichnet

Robbe/Futaba führt diese Technik etwas abgewandelt unter dem Namen "FASST" (Futaba Advanced Spread Spectrum Technologie). Innerhalb des 2,4GHz- Bandes stehen anstatt fester Frequenzen 36 (Unter-) Kanäle in einer gesamten Bandbreite von 72 MHz bereit. Hier enthält der Spreizcode dann die Reihenfolge, in der die Daten nacheinander über diese Kanäle zum Senden verteilt werden. Dieser eindeutige Code ist fest im Sendemodul verankert und wird einem Empfänger über das sog."Linking" bekannt gegeben. Insg. gibt es 130 Millionen dieser eindeutigen Codes. Kennt ein Empfänger dieses Muster für den Kanalwechsel, setzt er die Befehle der Fernsteuerung auch um. Andernfalls verhält er sich passiv. FHSS findet z. B. auch bei Bluetooth Verwendung.

Ganz allgemein sind zu "FASST" Informationen auch etwas leichter zu beschaffen! Futaba hat dieses System wohl schon recht früh zur Steuerung von Industrie-Kränen eingesetzt. Der Schritt hin zur Entwicklung von RC-Anlagen war nicht mehr weit. Wenn die Informationen ab hier evtl. etwas mehr auf dieses Verfahren hinauslaufen, liegt dies u. a. auch einfach an der Verfügbarkeit von entsprechenden Daten!

Frequenz-Hopping bei FHSS bedeutet ja auch, dass die einzelnen Kanäle nur für kurze Zeit überhaupt zum Senden belegt werden. Das ganze läuft auf eine pulsierende Datenübertragung hinaus, wobei jeweils nur für 2 ms gesendet wird. Danach erfolgt eine längere Pause. Das Verhältnis zw. Senden und Pause wird auch als sog. "duty cycle" bezeichnet. Die üblicherweise genutzte "duty cycle" von 10% bedeutet, dass der Sender nur 1/10 der Zeit wirklich aktiv Daten überträgt.

Der erwähnte Spreizcode enthält ja die Information, welcher Kanal als nächstes belegt wird. Es ist ja nun durchaus denkbar, dass zwei Sender gleichzeitig die selbe Frequenz nutzen möchten. In der Praxis ist dies jedoch äußerst unwahrscheinlich, muss doch sowohl einer der 36 Kanäle als auch das exakte Zeitfenster von nur 2 ms aufeinander treffen. Selbst dann wird der Ausfall eines solchen Impulses aber auch keinerlei Auswirkung auf die Steuerbarkeit eines Modells haben! Theoretisch lassen sich dadurch also nahezu beliebig viele FASST-Systeme parallel betreiben.

FASST hat eine Sendeleistung von 100mW (gegenüber 10mW beim DSSS-Verfahren der Fa. Spektrum). Allerdings heißt das nicht, dass Futaba damit automatisch überlegen sein muss! Wie auch bei unserer Videoübertragung gibt es ja etliche andere Kriterien, die die Zuverlässigkeit des Gesamtsystems beeinflussen. Alle 2G4 RC-Sender prüfen nach dem Einschalten auf Auslastung des Frequenzbandes. Erst dann wird das Sendemodul überhaupt erst aktiviert!

France-Mode:

Im Zusammenhang mit der Verwendbarkeit bei FPV wird oft der sog. "France-Modus" erwähnt. Wie der Name erahnen lässt, ist dieser Modus in Frankreich Pflicht und muss am Sender aktiviert sein (gilt u. a. auch in Belgien, Österreich, Italien, Spanien, ...)! Bei FASST bedeutet dies, dass für die Spreizung sich nur über 22 der insg. 36 verfügbaren Kanäle erstreckt. Die genutzte Sendefrequenz liegt damit dann zw. 2,400 und 2,454 Ghz. Der dadurch ungenutzte Bereich des 2G4-Bandes ließe sich theoretisch für die Videoübertragung nutzen. (Warum ich das trotzdem eher kritisch sehe - dazu weiter unten etwas mehr!)

Nachfolgend eine kurze Gegenüberstellung der wichtigsten Betriebsdaten der gängigsten 2,GHz-RC-Systeme (ohne Gewähr und u. U. nicht ganz vollständig):

Graupner (iFS) Spektrum Robbe (FASST) ACT
  • DSSS (1 Frequenz genutzt)
  • 100 mW
  • mit Downlink Empfänger -> Sender (bidirektionale Übertragung von Empfangsparametern über Rückkanal)
  • DSSS (2 Frequenzen genutzt)
  • 10 mW
  • Diversity
  • FHSS
  • 100 mW
  • FHSS
  • 100 mW
  • 2-Sender-/2-Empfänger-Diversity



Ja, ... und was bedeutet das alles für unseren FPV-Flug?!

  • Es ist immer problematisch zwei so elementar wichtige Übertragungssysteme im selben Bandbereich in unmittelbarer Nähe zu betreiben. Zumal wenn die technischen Standards, die Übermittlung betreffend, soweit voneinander abweichen.
  • Man darf nicht vergessen, dass wir in unmittelbarer Nähe des RC-Senders verzweifelt versuchen, das recht schwache Video-Signal unseres u. U. mehrere hundert Meter entfernten Modells einzufangen. Auf annähernd der selben Trägerfrequenz unterwegs, muss man da gerade im Nahbereich einfach mit negativen Auswirkungen rechnen.
  • Von meiner Funkerzeit ist mir noch ein Effekt in Erinnerung, der sich "HF ziehen" nannte. Selbst bei unterschiedlich eingestellter Sende-/Empfangsfrequenz hatte sich zwei Funkgeräte im Nahbereich stark gestört. Reichweite und Verständlichkeit wurden dadurch extrem negativ beeinflusst. Grunds. möchte ich solche Auswirkungen auch beim gleichzeitigen Betrieb von FPV und RC-Anlage auf ähnlicher Frequenz nicht ausschließen.
  • Auch dem sog. "France-Modus" ist daher etwas mit Vorsicht zu begegnen!
  • Die Kanal-Einteilung und -Bandbreite hängt bei 2G4 u. a. ja von der verwendeten Übertragungstechnologie (FHSS, DSSS, ...) ab. Auch die Hersteller haben dafür ganz eigene Standards entwickelt. Deswegen ist es nicht ganz einfach zu sagen, wie die Auswirkungen auf unsere Videoübertragung sein können. Besonders mit generellen Aussagen tut sich dabei jeder etwas schwer. Würde sogar behaupten, dies ist ob der Fakten eigentlich eher unmöglich!
  • Die RC-Sender "prüfen", wie erwähnt, vor der Aktivierung des eigentlichen Sendemoduls auf Auslastung des Frequenzbereiches. Nach welchen Kriterien dies jedoch genau "entschieden" wird, ist nicht offengelegt! Ein z. B. 200m entfernter Video-Sender dürfte darauf demnach aber wohl kaum Einfluss haben.
  • Von Jamara ist bekannt, daß demnach mind. 15 Kanäle für das „Hopping“ frei sein müssen, bevor sich der Sender aktiviert. Ob dies jedoch lediglich der eigenen Mindestanforderung an die Betriebssicherheit dient und belegte Frequenzen anschließend auch beim Senden ausgelassen werden, bleibt fraglich.
  • All diesen Übertragungsverfahren wird ja eigentlich auch vorgeworfen, sich relativ wenig um die Belange anderer Systeme auf dem gleichen Frequenzband zu kümmern. Im ISM-Band gibt es dafür aber auch kaum Regularien. Bei FASST fallen kurzzt. Störungen z.B. kaum ins Gewicht und werden ggf. hingenommen. Emfängerseitig gibt es Mittel und Wege, die mögliche Auswirkungen gezielt abfangen zu können. Die Nachverarbeitung der Daten spielt dabei also eine große Rolle.
  • Anders bei unserer Videoübertragung: Wird der Frequenz-Bereich unserer analogen Videoübertragung z. B. nur kurzzeitig "gestriffen", äußert sich dies schon in Bild- Störungen oder -Ausfällen!

Zusammenfassung

All diese Gründe legen es nahe, beim FPV-Flug auf den Einsatz von 2,4 GHz RC-Anlagen zu verzichten. Meine persönliche Empfehlung kann demnach auch nur so lauten! Wir setzen für unsere Videoübertragung hochwertige Sende- und Empfangssysteme ein, kombinieren diese mit Patchantennen und Diversity. Im günstigsten Fall kann der parallele Betrieb einer 2G4 RC-Anlage einfach nur den hart erarbeiteten Gewinn an Reichweite und Zuverlässigkeit wieder zunichte machen.