Gegeben ist eine Frequenz&Bandbreite, Sendeleistung, vordefinierte Antenne, sowie eine Auswahl an Funk-ICs für diese Frequenz und für 2-FSK. Für jedes IC ist eine maximale Datenrate sowie eine maximale Empfindlichkeit bei einer bestimmten, aber immer jeweils anderen, Datenrate angegeben. Für meine Anwendung ist es wichtig, die Reichweite zu maximieren (natürlich bei sehr geringer Datenrate). Bei geringer Entfernung möchte ich aber die Datenrate erhöhen. Wie kann ich für die einzelnen ICs eine Kurve aufstellen mit Reichweite vs. Datenrate, um sie vergleichen zu können? Die maximale Datenrate der ICs ist angegeben aber natürlich nur unter optimalen Bedingungen zu erreichen, die maximale Reichweite ergibt sich aus der Empfindlichkeit, aber was passiert dazwischen mit der Datenrate? Die absoluten Werte der Reichweite sind nicht extrem wichtig; Hauptsache die ICs lassen sich untereinander vergleichen. Ausprobieren ist auch nicht so einfach weil ich nicht für jedes IC ein Board herstellen kann. Und die Eval Boards der ICs sind auch alle unterschiedlich.
Niklas G. schrieb: > Wie kann ich .. eine Kurve aufstellen mit Reichweite > vs. Datenrate..? Vorausgesetzt, die Empfängerbandbreiten sind breit genug, um die Quarzgenauigkeit auszugleichen, so kannst du über die rechnerische Empfangsleistung und die Rauschleistung im Empfängerband und der Rauschzahl des Empfänger ein Signal-Rauschabstand bestimmen. Mit diesem SNR lässt sich anhand des Modulationsverfahren die Bit-Error-Rate ermitteln. Dann hast du eine Fehlerwahrscheinlichkeit die du auf deine Datenpaketlänge umrechnen kannst. Mehr fällt mir kurz nach Mitternacht auf die schnelle nicht ein. Ich habe aber alles schon gerechnet. Für Reichweite geht es immer in die Richtung geringe Datenraten, kurze Pakete, hohe Sendeleistung, Antennen mit Richtwirkung.
Niklas G. schrieb: > Wie kann ich für die einzelnen ICs eine Kurve aufstellen mit Reichweite > vs. Datenrate, um sie vergleichen zu können? Du bewegst dich da in einem n-dimensionalen Feld wo eine Orientierung sehr schwierig wird. Verlass dich lieber auf ein paar Erfahrungswerte von Leuten (hier) die schon was mit Datenübertragung gemacht haben und dir ihre "Werte" angeben. Aus den Meldungen der verschiedenen Maker wirst du ja nicht glücklich werden. Niklas G. schrieb: > Für meine Anwendung ist es wichtig, die Reichweite zu maximieren Klingt leider bisschen nach "möglichst weit", "möglichst günstig", "möglichst schnell", "möglichst einfach", so wie viele hier nach einer Lösung suchen aber nichts von ihren konkreten Anforderungen hören lassen oder es auch gar nicht wissen. Silvio hat es bereits ganz am Anfang erwähnt: bei sehr kleinen Bandbreiten besteht immer die Gefahr dass Sender und Empfänger in ihrer Referenz-Frequenz zu weit auseinander liegen und damit die Empfindlichkeit in die Knie geht da der Sender nicht mehr mittig in das ZF-Fenster des Empfängers trifft.
Niklas G. schrieb: > aber was passiert dazwischen mit der Datenrate? Dafür brauchst du erstmal ICs, die sich in der Hinsicht freizügig genug konfigurieren lassen. Es hilft dir ja nichts, wenn du nur die Datenrate zurück nimmst, aber der Empfänger dann nicht in der Bandbreite zurück regeln kann – sonst empfängt er nach wie vor bloß Rauschen. Sinnvolles Vorgehen wäre dann, eine Verbindungsaufnahme mit kleiner Bandbreite und Datenrate zu versuchen. Stellt man dabei fest, dass es wahrscheinlich genug Reserve gibt (gutes SNR, ersatzweise gute RSSI-Werte), dann versucht man eine Umschaltung auf eine höhere Rate. Funktioniert sie nicht, fällt man nach Timeout zurück auf die niedrige Rate und wickelt seine Kommunikation darüber ab.
Niklas G. schrieb: > Für meine Anwendung ist es wichtig, die Reichweite zu maximieren > ... und für 2-FSK Warum dann diese Einschränkung auf 2-FSK? Andere Modulationsverfahren arbeiten noch bei deutlich schlechterem SNR.
Rainer W. schrieb: > Warum dann diese Einschränkung auf 2-FSK? Andere Modulationsverfahren > arbeiten noch bei deutlich schlechterem SNR. Da wir deine Datenraten und den Frequenzbereich nicht kennen, werfe ich mal LoRa in den Ring. Ist superempfindlich, hat aber nur relativ geringe Datenraten.
Rainer W. schrieb: > Andere Modulationsverfahren arbeiten noch bei deutlich schlechterem SNR. Letztlich auch nur, indem sie die Bandbreite (und damit Datenrate) effektiv heruntersetzen, d.h. sie haben zwar eine große physikalische Bandbreite (und damit schlechtes SNR), aber reduzieren sie durch Ausnutzung von Redundanz. Mag trotzdem die bessere Wahl sein, wenn man auf diese Weise bessere ICs findet.
Helmut -. schrieb: > Ist superempfindlich, hat aber nur relativ geringe Datenraten. Er will ja aber bei guten Verhältnissen auch eine hohe Rate erreichen können. Weiß nicht, wie weit man LoRa da tunen kann.
Wastl schrieb: > bei sehr kleinen > Bandbreiten besteht immer die Gefahr dass Sender und Empfänger > in ihrer Referenz-Frequenz zu weit auseinander liegen An dieser Stelle optimiert man dann "von Hand" indem man für beide Partner die Referenz-Oszillatoren im Kleinen auf möglichst gleiche Frequenz trimmt bzw. möglichst nahe beieinander liegende Oszillatoren auswählt.
Silvio K. schrieb: > Rauschzahl des Empfänger Die ist im Datasheet leider nicht angegeben. Silvio K. schrieb: > Mit diesem > SNR lässt sich anhand des Modulationsverfahren die Bit-Error-Rate > ermitteln. Das scheint komplexere Simulationen zu involvieren? Wastl schrieb: > Verlass dich lieber auf ein > paar Erfahrungswerte von Leuten (hier) die schon was mit > Datenübertragung gemacht haben und dir ihre "Werte" angeben. Naja, die Werte der diversen ICs müssen ja vergleichbar sein, also gleiche Antenne, gleiche Mess-Strecke usw. Da helfen mir einzelne Erfahrungswerte wenig. Wastl schrieb: > Klingt leider bisschen nach "möglichst weit", "möglichst günstig", > "möglichst schnell", "möglichst einfach", so wie viele hier nach > einer Lösung suchen aber nichts von ihren konkreten Anforderungen > hören lassen oder es auch gar nicht wissen. Mir ist klar dass man nie alles gleichzeitig erreichen kann. Ich möchte eine möglichst hohe Reichweite bei einer sehr niedrigen Datenrate erreichen können (z.B. 10 bps), aber bei besseren Bedingungen auch die Datenrate hochskalieren können. Wastl schrieb: > Silvio hat es bereits ganz am Anfang erwähnt: bei sehr kleinen > Bandbreiten besteht immer die Gefahr dass Sender und Empfänger > in ihrer Referenz-Frequenz zu weit auseinander liegen Guter Hinweis, Danke. Jörg W. schrieb: > Dafür brauchst du erstmal ICs, die sich in der Hinsicht freizügig genug > konfigurieren lassen Die gibt es durchaus. Jörg W. schrieb: > Sinnvolles Vorgehen wäre dann, eine Verbindungsaufnahme mit kleiner > Bandbreite und Datenrate zu versuchen Das ist sowieso geplant, ja. Rainer W. schrieb: > Warum dann diese Einschränkung auf 2-FSK? Andere Modulationsverfahren > arbeiten noch bei deutlich schlechterem SNR. Weil die meisten ICs das können und es somit eine gute Vergleichsbasis bietet. Welche verbreiteten Verfahren gibt es da noch? Helmut -. schrieb: > Da wir deine Datenraten und den Frequenzbereich nicht kennen, werfe ich > mal LoRa in den Ring. Das ist auf jeden Fall ein heißer Kandidat. Dem Marketing-Material zufolge kann man damit über 20 dB Steigerung der Empfindlichkeit erzielen. Das klingt fast zu gut um wahr zu sein. Allerdings gibt es auch nicht gerade viel Auswahl an LoRa-ICs. Jörg W. schrieb: > Er will ja aber bei guten Verhältnissen auch eine hohe Rate erreichen > können. Weiß nicht, wie weit man LoRa da tunen kann. Tatsächlich können LoRa-ICs auch z.B. auf FSK umschalten, sodass man bei guten Bedingungen da höhere Datenraten bekommen kann. Wastl schrieb: > An dieser Stelle optimiert man dann "von Hand" Durchaus denkbar, danke.
Niklas G. schrieb: > Naja, die Werte der diversen ICs müssen ja vergleichbar sein, also > gleiche Antenne, gleiche Mess-Strecke usw. Da helfen mir einzelne > Erfahrungswerte wenig. Dann teste sie! Du kannst nicht erwarten, dass die Hersteller ihre Produkte mit der Konkurrenz vergleichen und das dann auch noch veröffentlichen. > Ausprobieren ist auch nicht so einfach weil ich nicht für jedes IC ein > Board herstellen kann. Darauf wird es aber hinaus laufen. Vielleicht kannst du deine Ergebnisse eine Fachzeitschrift verkaufen, um zumindest einen Teil der Kosten zurück zu bekommen.
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Steve van de Grens schrieb: > Dann teste sie! Wenn ich an unterschiedliche Eval-Kits der diversen Hersteller die gleiche Antenne anschließe (gleiche Impedanz vorausgesetzt), bekomme ich dann vergleichbare Ergebnisse?
Niklas G. schrieb: > bekomme ich dann vergleichbare Ergebnisse? Du musst sie so vergleichen, wie du sie am Ende benutzen willst.
Niklas G. schrieb: > Wenn ich an unterschiedliche Eval-Kits der diversen Hersteller die > gleiche Antenne anschließe (gleiche Impedanz vorausgesetzt), bekomme ich > dann vergleichbare Ergebnisse? Sinnvoller ist es, gut geschirmte Kabel (am besten Semi-Rigid) zu nehmen und einstellbare Dämpfungsglieder. Ein paar feste Dämpfungsglieder (20 dB oder so) direkt an den Antennenbuchsen, dann gibt es da mittlerweile für den Weg dazwischen auch elektronisch steuerbare. Aber stell die Setups wenigstens 5 m auseinander (besser 10 m), sonst hören die sich an all deinen Dämpfungsgliedern noch vorbei. Aber mit so einer Konstellation kannst du zumindest reproduzierbare Tests fahren. Irgendwas mit Antennen ist kaum reproduzierbar, erst recht nicht, wenn du auch noch reflektierendes Gelände dazwischen hast.
Niklas G. schrieb: > Das ist auf jeden Fall ein heißer Kandidat. Dem Marketing-Material > zufolge kann man damit über 20 dB Steigerung der Empfindlichkeit > erzielen. Das klingt fast zu gut um wahr zu sein. Allerdings gibt es > auch nicht gerade viel Auswahl an LoRa-ICs. Dann nenne doch mal deine benötigten Parameter: Frequenzbereich, max. Datenrate, max. Entfernung. Und welche Antennen du dir vorstellst. Nachdem LoRa von einer Firma patentiert ist, ist die Auswahl an Bausteinen wirklich nicht sehr groß. Allerdings gibt es schöne Module (auch fertig mit einem ESP32), sodass man da wunderbar testen kann. Ich mache z.b. bei ieinem Projekt mit, wo wir Satellitensignale über 100te km (bei direkter Sicht) mit Feldstärken unterm Rauschen empfangen. Und meine Wettersensoren habe ich auch mit LoRa ausgestattet. Das ist so stromsparend, dass ich die mittels kleinen Solarzellen durchs Jahr hindurch betreiben kann.
Niklas G. schrieb: > Silvio K. schrieb: >> Rauschzahl des Empfänger > Die ist im Datasheet leider nicht angegeben. Nimmt 2-3 dB an, dass ist ein guter Wert. Passt auf jeden Fall besser, als die Rauschzahl zu ignorieren. >> Mit diesem >> SNR lässt sich anhand des Modulationsverfahren die Bit-Error-Rate >> ermitteln. > Das scheint komplexere Simulationen zu involvieren? Wie man die Bit-Error-Rate berechnet, weiß ich gar nicht, aber man finde die Kurven BER vs. SNR für die jeweiligen Modulationsverfahren "bit error rate vs signal to noise ratio for FSK" Da du was von 10 bit pro Sekunde schriebst, kann man auf ein paar Hertz Bandbreite schließen. Ob das anhand der Referenzquarzproblematik praktikabel ist, wird sich zeigen. Viele ICs gehen nur bis 100 bps runter, wenn ich das richtig in Erinnerung habe. Um welchen Frequenzbereich geht es denn eigentlich? Besorge dir mal fertige Sendemodule und baue dir eine Testfunkstrecke auf, wie Jörg geschrieben hat. Mit Dämpfungsglieder und Antennen. Sendeleistung ganz runterdrehen und schon ist man schnell im kritischen Empfangsbereich. Dann man Übertragungsmessungen und gucke, wie viel Pakete ankommen. Variiere es über Preambellänge, Bandbreite, Datenpaketlänge etc. Das ist eigentlich eine schöne Sache und man lernt viel dabei.
Silvio K. schrieb: > Da du was von 10 bit pro Sekunde schriebst, kann man auf ein paar Hertz > Bandbreite schließen. Ob das anhand der Referenzquarzproblematik > praktikabel ist, wird sich zeigen. Man kann TCXOs nehmen, das verbessert die Frequenzstabilität um eine Größenordnung (pi · Daumen). Andererseits sind hier natürlich ICs im Vorteil, die mit Modulationsverfahren arbeiten, die viel Redundanz eingebaut haben: die sind im Signal relativ breitbandig (und damit nicht mehr so empfindlich gegenüber Frequenzversatz beider Seiten), aber holen die Empfindlichkeit dann über den Spreiz-Gewinn heraus. Ist ja letztlich auch das, was LoRa macht.
Jörg W. schrieb: > Man kann TCXOs nehmen, das verbessert die Frequenzstabilität um eine > Größenordnung (pi · Daumen). Das hilft fast überhaupt nix da die aktuelle Frequenz bei zwei Oszillatoren zweier Teilnehmer trotzdem stärker differieren kann. Üblicherweise hat man bei einer Kommunikations-Funkstrecke gleiche Transceiver auf beiden Seiten, mit ebensolchen gleichen Oszillatoren. Diese driften dann auch sehr ähnlich vor sich hin. Da hilft eben Frequenzstabilität fast gar nix ....
Wastl schrieb: > Üblicherweise hat man bei einer Kommunikations-Funkstrecke > gleiche Transceiver auf beiden Seiten, mit ebensolchen gleichen > Oszillatoren. Diese driften dann auch sehr ähnlich vor sich hin. Nicht notwendig. Einer in der Sonne, einer im Schatten, reicht schon. Außerdem, ich habe mir nur mal wahllos den erstbesten 10-MHz-TCXO bei Mouser angeguckt:
1 | ECS-TXO53-S3 |
2 | Parameters MIN TYP MAX Units Conditions |
3 | Frequency Range 10.000 52.000 MHz |
4 | Initial Frequency Tolerance ±1.0 ppm @ +25°C ±2°C |
5 | Frequency Tolerance After Reflow ±1.0 ppm Up to 2 Reflows. |
6 | Frequency Stability ±280 ppb Vs. Temp (-40 ~ +85°C) |
Das ist schon mehr als eine Größenordnung besser als das, was man mit einem einfachen Quarz schafft. Bei Quarzen bist du froh, wenn du sie auf 30 ppm genau bekommen kannst.
Niklas G. schrieb: > Welche verbreiteten Verfahren gibt es da noch? LoRa als Modulationsart sollte dir eigentlich begegnet sein, wenn du nach Funkmodulen gesucht hast.
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