2.4GHz für Modellbauer erklärt [Update]

Dieser Artikel ist eine Sammlung mit Wissenswertem zum Thema Fernsteuern mit 2,4GHz – Alles was sie schon immer mal fragen wollten.

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Der Markt der 2,4GHz Systeme ist in ständiger Bewegung. Neue Systeme sind angekündigt und der intensive Wettbewerb zwischen den verschiedenen Anbietern sorgt für zahlreiche Neuerungen.

Systemübersicht 2,4GHz

Folgende Systeme der verschiedenen Hersteller sind derzeit (Stand 20-10-2010) in Deutschland erhältlich;

  • Spektrum – DSSS (Das erste kommerzielle 2,4 GHz Fernsteuersystem)
  • JETI 2,4 – DSSS/FHSS-Hybride (Erste europäische Entwicklung)
  • Futaba FASST – FHSS (Japanisches Qualitätssystem – erstes FHSS am Markt)
  • Multiuplex MLINK – FHSS (Deutsche Entwicklung)
  • ACT S3D – FHSS (Deutsche Entwicklung)
  • Graupner IFS – IFS auf Basis XBEE (Identisch mit dem amerikanischen XPS System – wird wohl Ende 2010 durch ein neues System bei Graupner abgelöst)
  • Graupner Weatronic – FHSS (Deutsche Entwicklung)
  • HITEC – FHSS (Koreanisches System – leider nicht mit Multiplex kompatibel!)
  • FrSky – FHSS (höherwertiges China-System)
  • Assan – DSSS (sehr billiges China-System)
  • Schulze S3D – FHSS (kompatibel mit ACT S3D)
  • Graupner HOTT- FHSS (System aus Korea???)

Diese Liste erhebt keinen Anspruch auf Vollständigkeit. (Stand 20-10-2010)

Kompatibilität

Die derzeit am Markt befindlichen 2,4GHZ Systeme sind NICHT untereinander kompatibel, da Sie zwar das gleiche Frequenzband aber verschiedene Sendeprotokolle benutzen. Mit dem Kauf des Senders bzw. des Sendemoduls legt man sich also fest, welches Sendeprotokoll man benutzt und damit auch welche Marke der Empfänger man künftig kaufen muß! Wer also z.B. Multiplex MLINK fliegt, muß auch Multiplex Empfängern benutzen.

Allerdings sind findige Entwickler dabei, „kompatible“ Fremdempfänger zu entwickeln und anzubieten. Für Spectrum DSSS gibt ein einige „kompatible“ Empfänger aus Fernost – teilweise zum 1/3 des Preises der Originale. Über die Qualität kann ich leider nichts sagen, würde aber bei einem teueren Voll-GfK Modell lieber auf erprobtes Material vom Originalhersteller zurückgreifen.

Auch für Futaba FASST – in Deutschland im Vertrieb von Robbe – gibt es mittleweile kompatible Empfänger. Diese kommen zum einen aus China, auch auch die Fa. SIMPROP hat seit September 2010 FASST-kompatible Empfänger im Angebot. . Auch hier kann ich keine Aussage zur Qualität machen, da ich die Systeme nicht besitze.

Signalübertragungsverfahren

Bei den 2,4GHz Fernsteuerungen gibt es zwei verschiedene Funkverfahren zur Signalübertragung: DSSS und FHSS.

Das DSSS Verfahren

Diese Methode war das erste für Fernsteuerungen im Modellbau eingesetzte Verfahren. Die Vorteile bei DSSS sind der Störungsschutz, weclher durch die Technik der Funkstrecke erreicht wird. Daher braucht es kein spezielles Übertragungsprotokoll und die Anforderungen an die Technik sinken. Daher sind diese Empfänger in der Regel sehr günstig zu produzieren, da es bereits Low-Cost-Schaltkreise gibt, die diese Funktionalität “integriert” haben.
Allerdings hat DSSS auch einige Nachteile. Bei dieser Technik steigt der Hardwareaufwand rasch sehr stark, wenn dieser Störungsschutz ein hohes Niveau haben soll. Die nötige Schaltungstechnik wird sehr aufwändig und damit teuer. Es ist zwar theoretisch ein recht hoher Schutz vor Störungen machbar, aber die Zeiten, welche erforderlich sind um Sender und Empfänger zu synchronisieren, werden dann extrem lang. Das hat zur Folge, dass nach einer unterbrochenen Verbindung bis zu 10 Sekunden vergehen können, bis der Empfänger wieder auf die Befehle des Senders reagieren kann. Für Flugmodelle ist das definitiv zu lang. Es gibt zwar Verfahren zur schnellen Synchronisation, aber diese Verfahren versagen in der Regel beim Aufeinandertreffen von „starkem Störer“ mit „sehr schwachem Nutzsignal“ ziemlich kläglich. (Teilweise wird hier versucht mit Hardware die Empfindlichkeit des Empfängers  zu erhöhen – z.B. durch Satellitenemfänger – aber die erreichten Verbesserungen bleiben unbefriedigend)

Die aktuellen DSSS Systeme belegen beim Einschalten zwei breite Signalbereiche und springen dann zwischen diesen beiden Sendebereichen hin- und her. Nachfolgend ein Bild:

DSSS Spektrum

Das FHSS Verfahren

Die Alternative ist die FHSS Technik. Sie kommt mit der Situation „starker Störer/schwaches Nutzsignal“ sehr gut zurecht. Auch sind bei guter Schaltungstechnik die Synchronisationszeiten nach einem Verbindungsausfall sehr kurz – teilweise im Bereich von wenigen Millisekunden. Es sind dabei keine komplexen Schaltungen nötig, die erforderliche Hardware ist im Vergleich zu DSSS recht einfach. Aber auch FHSS hat (allerdings eher theoretische) Nachteile: Um einen tauglichen Störungsschutz zu erhalten, ist ein übergeordnetes Übertragungsprotokoll erforderlich. Dies hat zur Folge, dass eine Störung immer die tatsächliche Übertragungsgeschwindigkeit verringert. Allerdings kann mit moderner Schaltungstechnik eine so hohe Übertragungsrate der Steuerungssignale erreicht werden, dass ein Signalverlust für die im Modellbau relevanten Übertragungsgeschwindigkeiten keine spürbaren Verzögerungen verursacht.

Ein FHSS System nutzt den ganzen Frequenzbereich aus und springt permanent zwischen den verschiedenen Kanälen

FHSS Spektrum

Die Unterschiede zwischen den verschiedenen FHSS Systemem liegt in der Anzahl der Kanäle die benutzt werden – zwischen 32 und 80 Känalen. Je mehr Kanäle, desto besser (zumindest in der Theorie)

DSSS/FHSS Hybride

Einige Systeme am Markt sind sogenannte DSSS/FHSS-Hybride. Dabei wird versucht, die Vorteile beider Technologien zu kombinieren. Das bekannteste Hybride System ist das JETI System. Hier wird der Frequenzbereich mit einem DSSS Signal belegt, der aber nach einem festen Schema recht schnell zwischen 16 verschiedenen Kanälen wechselt.

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Man erkennt ein „breites“ DSSS Signal das zudem zwischen 16 Kanälen wechselt.

Problem der „Funklöcher“

Fast jeder Modellflieger hat schon Erfahrungen mit sogenannten „Funklöchern“ sammeln können. Damit ist das Phänomen bezeichnet, dass es auf fast jedem Modellfluggelände einzelne Bereiche gibt, an denen es regelmäßig zu Funkstörungen kommt.
Dieser Effekt entsteht durch Signalreflektionen des Funksignals bei denen es zu einer Auslöschung oder Überlagerung des Sendersignals am Empfangsort kommt. Die Lage dieser „Funklöcher “ ist aber frequenzabhängig, d.h. nach einem Wechsel der Sendefrequenz ändert sich auch die räumliche Lage des „Funklochs“. Damit sind FHSS Systeme die kontinuierlich die Frequenz wechseln erheblich störfester und vom Phänomen des „Funklochs“ spürbar geringer betroffen als DSSS System die in der Regel nur auf zwei festen Frequenzen senden.

Empfängerprobleme

Auch bei 2,4GHZ Systemen sind die Hauptursache für viel angebliche „Empfangsstörungen“ Probleme mit der Empfängerstromversorgung. Insbesondere bei Systemen mit Telemetriesensoren und Digitalservos steigen die Ansprüche an die Qualität des Empfängerakkus, da die Stromaufnahme des Empfängers steigt. Dies ist zum einen durch die Rückstrecke bedingt (der Empfänger sendet ja auch zurück) zum anderen durch die teilweise gleichzeitige Ansteuerung der Servos. Werden dann noch moderne Digitalservos benutzt kann sich der Strombedarf spürbar steigern. Die Folge: Der Empfängerakkku hat eine deutlich kürzere Betriebsdauer – oder – wenn der Akku bzw. das BEC des Reglers überlastet wird, bricht unter Belastung die Spannung zusammen. In der Folge bekommt der Empfänger einen RESET und muß sich dann erst wieder mit dem Sender synchronisieren. Das kann je nach Fabrikat und Funktechnik zwischen 0,1 bis 5 Sekunden dauern. Die Folgen bei längeren Zeiten kann sich jeder selbst ausmalen – meistens ein Absturz!

Belastung der Stromversorgung

Wenn viele große Servos an den Empfänger angeschlossen sind und diese zeitgleich angesteuert werden, dann fällt der recht hohe Anlaufstrom aller angeschlossenen Servos ebenfalls zeitgleich an. Dies können bei 6 Servos durchaus Ströme in einer Größenordung von 12-15A sein. Das führt zu einer enorm hohen Belastung des Empfängerakkus (bzw. des BEC) mit der Folge, dass dessen Spannung kurzzeitig einbrechen kann. Dieser Spannungseinbruch wird umso stärker sein, je höher der Innenwiderstand des Empfängerakkus ist. Daher ist es sehr wichtig, beim Empfängerakku Zellen mit einem geringem Innenwiderstand zu verwenden.
Die Kapazität des Akkus – also dessen Größe – spielt hier eine untergeordnete Rolle.

Die derzeit in Deutschland erhältlichen 2,4 GHz Anlagen verhalten sich wie dabei folgt:

  • Weatronic zeitgleich oder versetzt (ist einstellbar)
  • Graupner IFS annähend zeitgleich
  • Fasst teilweise zeitgleich (4 Kanäle)
  • ACT teilweise zeitgleich (4 Kanäle)
  • Jeti versetzt wie PPM
  • Spektrum versetzt wie PPM
  • MPX teilweise (je 2 Kanäle) zeitgleich
  • Sanwa RDS-8000 versetzt wie PPM
  • Sanwa SD-10G teilweise (2 Kanäle) zeitgleich.

Wenn Sie also Ihr Segelflugmodell auf 2,4GHz umrüsten, dann gönnen Sie dem Flieger bitte auch einen neuen Empfängerakku! Und bei Motorflieger bitte einen modernen Regler mit einem leistungsfähigen BEC System benutzen.

Fazit

Reine DSSS Systeme sind also nicht so ganz das Gelbe vom Ei wenn man Flugmodelle damit im 2,4GHz Bereich steuern will. Die Probleme der langen Synchronisationszeiten nach einer Störung sind in der Regel für das Modell tödlich. Auch das Problem der festen Sendefrequenzen nach dem Einschalten kann zu obskuren Empfangsproblemen führen, die nur sehr schwer nachvollziehbar sind, denn bei nächsten Mal werden ja „andere“ Kanäle belegt. Da die Hersteller aufgrund gesetzlicher Bestimmungen gezwungen sind, mit recht geringen Signalstärken zu arbeiten, ist wegen des besseren Verhaltens bei „starker Störer/schwaches Nutzsignal“, wegen der schnellen Synchronisation im Falle einer Verbindungsunterbrechung und der vollständigen Ausnutzung aller Sendekanäle durch regelmäßigen Frequenzwechsel für den Flugmodellbau auf jeden Fall ein FHSS-System oder ein DSSS/FHSS-Hybridsystem zu bevorzugen.

Vom Kauf und Einsatz von reinen DSSS Systemen – also z.B. SPEKTRUM oder ASSAN – im Flugmodellbau rate ich daher dringend ab.

Nur die Systeme von SPEKTRUM, Corona, Assan, und WFly sowie diverse „Billig-Spielzeug-Helikopter“ benutzen noch ein DSSS Verfahren. Die Gründe dürften in der deutlich billigeren Technik liegen, mit der sich niedrigere Preise bzw. deutlich höhere Gewinnspannen realisieren lassen. Ich gehe aber davon aus, dass mittelfristig alle DSSS Systeme aus dem Flugmodellbau verschwinden werden.

Nachtrag März 2011

Auch die Firma Spektrum hat die Zeichen der Zeit erkannt und hat mit viel Marketing-Getöse ein neues Modulationsverfahren eingeführt. Man nennt es DSMX und wurde mit dem neuen Sender DX8 eingeführt. Damit sendet dieser Sender auch FHSS, allerdings nur in Verbindung mit den entsprechenden neuen Empfängern wie z.B. AR8000. Bei den alten Empfängern und den billigen CHINA-Empfängern (z.B. von HobbyKing) geht auch weiterhin nur DSSS und diese Empfänger sind damit extrem unsicher!

Es bleibt spannend. Wenn es etwas gibt das hier noch fehlt, schreiben Sie bitte einen Kommentar. Die Informationen werden dann bei passender Gelegenheit ergänzt.

 

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