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Sub-GHz: Eine neue WLAN-Alternative für IoT-Anwendungen

Mit der zunehmenden Verbreitung des IoT steigt die Anzahl der Edge-Geräte, die überall – in öffentlich zugänglichen Bereichen sowie zuhause und am Arbeitsplatz – anzutreffen sind. Auf diese Weise entstehen im Außenbereich Netzwerke mit großer Reichweite, wie das Smart Grid und das städtische Beleuchtungsnetz, sowie Netzwerke mit kurzer Reichweite, die mit Anwendungsbereichen wie der Heimautomatisierung einhergeht. All diese Geräte müssen in ihrer IoT-Infrastruktur sowie aus Gründen der leichteren Zugänglichkeit zumindest im Gateway miteinander vernetzt und drahtlos sein.

Da diese Geräte ihr Netzwerk und andere Bauelemente unterschiedlich stark in Anspruch nehmen, wurden neue Netzwerkstandards entwickelt, damit Designer sie für ihre individuellen Projektanforderungen optimieren können. Geht es um hohe Bandbreite und Leistung, oder besteht das Ziel in niedrigen Kosten, geringem Platzbedarf und minimalem Batterieverbrauch? Smartphones, Sicherheitskameras und andere datenintensive Geräte kommen für Protokolle mit hoher Bandbreite wie WiFi und Bluetooth in Frage, wohingegen intelligente Messgeräte und Garagentoröffner, die nur zeitweise kleine Datenpakete übertragen, keine hohen Datenraten benötigen, jedoch von einem Protokoll mit geringerem Leistungsbedarf und größerer Reichweite profitieren.

Die Sub-GHz-Technologie erfreut sich zunehmender Beliebtheit, da ihre Eigenschaften der niedrigen Datenrate dieser Geräte sehr gut gerecht werden. Abb. 1 zeigt einen Vergleich zwischen einigen Sub-GHz- und 2,4-GHz-Anwendungen und Trends.

Funkfrequenz-Trends in Unterhaltungselektronik-Anwendungen

Abb. 1: Funkfrequenz-Trends in Unterhaltungselektronik-, industriellen und Kfz-Anwendungen – Bild: ©Premier Farnell Ltd

Bei diesem Vergleich sind allerdings mehrere Aspekte zu beachten. Ein Aspekt ist, dass es viele Anwendungen gibt, die beide Technologien gemeinsam nutzen. So unterstützt der drahtlose Dual-Band-Mikrocontroller (MCU) CC1350 von Texas Instruments beispielsweise Bluetooth Low Energy (BLE) und Sub-GHz-Protokolle. Eine Anwendungsmöglichkeit ist in Rauch- oder CO2-Meldern, die in einem Haus verteilt sind. Über ein einfaches Sub-GHz-Netzwerk kommunizieren die Melder mit einem Gateway, um die Abdeckung, Reichweite, geringere Abschwächung durch Wände und die Fähigkeit des Protokolls zu nutzen, „um die Ecke zu biegen“. Inzwischen wird der BLE-Kanal zur drahtlosen Übertragung von Firmware-Upgrades verwendet, die von einem normalen Smartphone oder iPad weitergeleitet werden, ohne dass dafür spezielle Tools notwendig sind.

Der zweite Aspekt bei einem detaillierten Vergleich für eine Design-Entscheidung besteht darin, dass unbedingt alle Faktoren berücksichtigt werden müssen, durch die sich die Protokolle voneinander unterscheiden. Demzufolge werden wir im Folgenden näher auf diese Faktoren eingehen, um ein besseres Verständnis dafür zu vermitteln, wann Sub-GHz verwendet werden sollte und worin die Vorteile bestehen. Im Anschluss daran geben wir einen Einblick in die Entwicklung des Sub-GHz-Funknetzprotokolls als IEEE 802.11-Standard und stellen mehrere praktische Ansätze für das Design von „Embedded Wireless Systemen“ vor. Am Ende geben wir einige Beispiele für bei Farnell erhältliche Produkte, mit denen schnell vollständige Designs entwickelt werden können.

Vorteile von Sub-GHz-Funknetzen

Sub-GHz-Funknetze bieten relativ einfache drahtlose Lösungen, die bis zu 20 Jahre lang kontinuierlich mit Batteriestrom betrieben werden können. Zu den deutlichen Vorteilen gegenüber 2,4-GHz-Funknetzen gehören:

Lizenzfreie Zuteilung des Frequenzbereichs: Sub-GHz-Netzwerke entsprechen den Auflagen von IEEE 802.11ah, einem neuen Wi-Fi-Standard für den Frequenzbereich unter 1 GHz, speziell für den lizenzfreien Frequenzbereich ISM (Industrial, Scientific & Medical, d. h. für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Zwecke).

Reichweite: Durch den Schmalband-Betrieb bei Sub-GHz-Funk lassen sich Daten über einen Kilometer oder mehr übertragen. Dadurch können Sub-GHz-Funkknoten direkt mit einem weiter entfernten Hub kommunizieren, ohne von Knoten zu Knoten springen zu müssen, wie es bei 2,4-GHz-Lösungen mit ihrer weitaus kürzeren Reichweite oft notwendig ist. Es gibt drei wesentliche Gründe, warum die Reichweite von Sub-GHz-Funknetzen der Reichweite von 2,4-GHz-Anwendungen überlegen ist:

Bei der Übertragung von Funkwellen durch Wände und andere Hindernisse wird das Signal schwächer. Da die Dämpfung bei höheren Frequenzen zunimmt, wird das 2,4-GHz-Signal stärker gedämpft als ein Sub-GHz-Signal.
Außerdem klingen 2,4-GHz-Funkwellen auch schneller ab als Sub-GHz-Wellen, wenn sie von dichten Oberflächen reflektiert werden. In dicht bebauten Umgebungen kann sich bei einer 2,4-GHz-Übertragung die Signalqualität schnell verschlechtern.
Funkwellen breiten sich geradlinig aus und werden beim Auftreffen auf eine Kante (z. B. die Ecke eines Gebäudes) nicht gebeugt. Mit abnehmender Frequenz steigt der Beugungswinkel, sodass Sub-GHz-Signale weiter um Hindernisse herum gebeugt werden, was deren signaldämpfende Wirkung mindert.

Die Friis-Gleichung dient als Nachweis für die hervorragenden Ausbreitungseigenschaften von Sub-GHz-Funkwellen und zeigt, dass der Pfadverlust bei 2,4 GHz um 8,5 dB höher ist als bei 900 MHz.

Die Reichweite eines 900-MHz-Funksignals ist somit 2,67-mal größer, da sich die Distanz mit jeder Leistungssteigerung um 6 dB annähernd verdoppelt. Um die gleiche Reichweite wie bei einem 900-MHz-Funksignal zu erzielen, würde eine 2,4-GHz-Lösung mehr als 8,5 dB an zusätzlicher Sendeleistung erfordern.

Geringe Störungen (Interferenzen): Der Äther ist übersät mit kollidierenden 2,4-GHz-Signalen aus verschiedenen Quellen, wie WLAN-Hubs in privaten und Büroumgebungen, Bluetooth-fähigen Rechnern und Mobiltelefonen sowie Mikrowellenherden. Dieses Verkehrschaos von 2,4-GHz-Signalen sorgt für starke Interferenzen. Sub-GHz-ISM-Bänder werden meist für proprietäre Verbindungen mit geringer Funkdauer verwendet und verursachen daher weitaus weniger Interferenzen. Der ruhiger, weniger störanfällige Frequenzbereich garantiert eine einfachere Übertragung und weniger Wiederholversuche, was effizienter und energiesparender ist.

Geringe Energie: Sowohl die Energieeffizienz als auch die Systemreichweite hängen von der Empfängerempfindlichkeit sowie der Übertragungsfrequenz ab. Die Empfindlichkeit ist umgekehrt proportional zur Kanalbandbreite. Daher erhöht eine niedrigere Bandbreite die Empfängerempfindlichkeit und ermöglicht einen effizienten Betrieb bei niedrigeren Übertragungsraten.

Generell benötigen alle Funkschaltungen, die bei höheren Frequenzen arbeiten, wie u. a. rauscharme Verstärker, Leistungsverstärker, Mischer und Synthesizer, mehr Strom, um die gleiche Leistung wie bei niedrigeren Frequenzen zu erzielen.

Reichweite, geringe Interferenzen und geringer Stromverbrauch sind die grundlegenden Vorteile von Sub-GHz-Anwendungen gegenüber 2,4-GHz-Anwendungen. Als Nachteil wird oft genannt, dass die Antennen größer als die sind, die in 2,4-GHz-Netzwerken zum Einsatz kommen. Beispielsweise kann die optimale Antenne für 433-MHz-Anwendungen bis zu 18 cm lang sein. Antennenlänge und Frequenz sind jedoch umgekehrt proportional. Wenn die Größe des Funkknotens ein wichtiges Designkriterium ist, können Entwickler die Frequenz (auf bis zu 950 MHz) erhöhen, um eine kleinere Antenne zu integrieren.

Abb. 2: Mit zunehmender Funkfrequenz nimmt die Antennenlänge entsprechend ab. – Bild: ©Silicon Labs

Weltweite Bereitstellung: Globale Konformität ist ein wichtiger Designaspekt für mehrere Funkanwendungen. Beispielsweise können Hersteller von Videospielen, die ihre Produkte weltweit vertreiben, 2,4-GHz-Funk für alle Konsolen verwenden, weil es sich hierbei um eine weltweite ISM-Zuordnung handelt. Auf ähnliche Weise teilen sich Funkanwendungen im 433-MHz-Band eine weltweit gültige Sub-GHz-ISM-Zuweisung; davon ausgenommen ist nur Japan. Außerdem werden 915 MHz vor allem in Nordamerika und Australien, 868 MHz in ganz Europa sowie 315 MHz in Nordamerika, Asien und Japan verwendet. Abb. 3 zeigt eine Zusammenfassung der ISM-Bänder, die für Sub-GHz weltweit zur Verfügung stehen.

Abb. 3: Weltweite ISM-Bandzuweisung für Sub-GHz – Bild: ©Premier Farnell Ltd

Vorteile von proprietären Lösungen: Mit proprietären Sub-GHz-Protokollen können Entwickler ihre Funklösung an ihre individuellen Anforderungen anpassen und sind nicht auf die Einhaltung eines Standards angewiesen, der die Netzwerkimplementierung zusätzlich erschweren könnte.

Standardlösungen bieten zwar den Vorteil von anbieterunabhängigen interoperablen Knoten, erhöhen jedoch in der Regel den Kostenaufwand und Speicherbedarf für jeden Knoten. So kostet ein 2,4-GHz-ZigBee-Funkknoten etwa zwei zwei US-Dollar; der Software-Stack erfordert ca. 128 KB Embedded-Speicher. Umgekehrt sind proprietäre Sub-GHz-Knoten für kostengünstige Systeme gedacht, wobei jeder Knoten etwa 30–40% weniger kostet und 4 KB Speicher für den Stack benötigt (beispielsweise EZMacPRO® von Silicon Labs).

Mit speziellen Funktionen und kleinen Software-Stacks können proprietäre Lösungen kleine Die- bzw. Chipgrößen erzielen und erfordern weniger Speicherplatz. Hinzu kommt, dass die weniger komplexen Stacks die Bereitstellung erleichtern und die Wartungskosten verringern. Daher eignen sich proprietäre Sub-GHz-Lösungen für sehr kostengünstige lokale Punkt-zu-Punkt-Netzwerke für Anwendungen wie Garagentoröffner oder Heimautomatisierungssysteme.

Generelle Flexibilität: Aufgrund der Flexibilität der nationalen Vorschriften bei der Auswahl der Eigenschaften der physikalischen Schicht, wie Sendeleistung, Modulationsverfahren, Datenrate und Kanalbandbreite, in Verbindung mit der möglichen Entwicklung proprietärer Protokolle können Anwender die für ihre Anforderungen am besten geeignete Lösungen mit unübertroffener Leistung und Systemeffizienz auf Kosten der Interoperabilität und des Entwicklungsaufwands finden. Außerdem lässt sich eine einfache oder Mesh-Netzwerk-Topologie bereitstellen – grundsätzlich ohne Einschränkungen in Bezug auf die Anzahl der gleichzeitig verbundenen Knoten.

Entwicklung von Sub-GHz-Funknetzen als IEEE 802.11-Standard

Als Reaktion auf die erkannten Nachteile der vorhandenen 2,4-GHz- und 5-GHz-WLAN-Architekturen gemäß IEEE 802.11 hat die IEEE 802.11-Arbeitsgruppe ein neues Projekt namens IEEE 802.11ah in Angriff genommen, um einen 802.11-Standard unter Verwendung von Sub-GHz-lizenzfreien Bändern für kostengünstige, große Netzwerke zu implementieren. Der 802.11ah-Standard definiert neue Versionen der physikalischen Schicht (PHY) und der MAC-Layer (Media Access Control), um den Systemdurchsatz zu erhöhen.

802.11ah-Kanalisierung: IEEE 802.11ah legt die Kanäle auf Basis des in einem bestimmten Land verfügbaren Frequenzbereichs fest.

Die Basiskanalbreite beträgt 1 MHz, obwohl es möglich ist, zwei benachbarte Kanäle zu einem 2-MHz-Kanal zu bündeln, um den Datendurchsatz zu erhöhen. Es stehen auch breitere Kanäle zur Verfügung – der breiteste mit 16 MHz in den USA für das 902–928 MHz-ISM-Band. Dabei wird das gleiche Verfahren für die Kanalbündelung wie bei den Standards 802.11n und 11ac angewendet. Es können Kanalbreiten von 1, 2, 4, 8 und 16 MHz verwendet werden.

In anderen Ländern ist der gesamte Frequenzbereich anders zugeteilt; dementsprechend haben die Kanäle andere Frequenzen. Dennoch werden die gleichen grundlegenden Verfahren angewendet – natürlich mit anderen Beschränkungen in Bezug auf die maximal zulässige Anzahl von Kanälen, die gebündelt werden können.

802.11ah PHY/Funkschnittstelle: 802.11ah nutzt OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing; orthogonales Frequenzmultiplexverfahren, FDM) zur Bereitstellung des Signal-Modulationsschemas. Gemäß 802.11ah kann die physikalische Schicht PHY in zwei Kategorien unterteilt werden:

Kanalbandbreite von 1 MHz: Dieser Betriebsmodus ist hauptsächlich für Anwendungen gedacht, die eine größere Reichweite erfordern. Die geringere Bandbreite und niedrigere Datenrate unterstützen Signale mit einer geringeren Signalstärke. In der Regel sind dafür IoT- oder M2M-Anwendungen geeignete, bei denen möglicherweise kurze Datenströme – normalerweise mit niedriger Datenrate – erforderlich ist.
Da eines der Hauptziele der 1-MHz-Kanaloption in der größeren Reichweite besteht, ist ein neues Modulations- und Kodierungsschema – der MCS-Index bzw. MCS 10 – zusätzlich zu den MCSs von 802.11ac für die weiträumige Übertragung vorgesehen. Im Wesentlichen handelt es sich dabei MCS 0, jedoch mit zweifacher Datenwiederholung, um die Übertragungszuverlässigkeit und die Belastbarkeit zu erhöhen.
Bandbreiten von 2 MHz oder mehr: In diesem Modus werden Bandbreiten von 2, 4, 8 oder 16 MHz verwendet. Auch dieser Modus nutzt OFDM und ein Design, das auf einem Zehntel der Taktfrequenz von 802.11ac basiert, d. h. die Symbollänge beträgt das Zehnfache gegenüber 802.11ac. In diesem Modus wird auch MIMO in 802.11ah genutzt.

802.11ah MAC: Die Media Access Control- oder MAC-Schicht verfügt über mehrere verbesserte Elemente zur Unterstützung einer größeren Anzahl von Stationen, zur Energieeinsparung und Durchsatzsteigerung.

Unterstützung einer größeren Anzahl von Stationen: Es werden bis zu 8.191 vernetzte Stationen auf Basis einer Hierarchie von 802.11 Access-Point-Kennungen, so genannten AIDs (Association Identifiers), unterstützt.
Energieeinsparung: Energieeinsparung ist ein immer wichtigeres Thema, vor allem bei IEEE 802.11ah WLANs, die für viele IoT- und M2M-Anwendungen zum Einsatz kommen. Viele Remote-Knoten sind batteriebetrieben und müssen wochenlang oder manchmal sogar jahrelang ohne Austausch arbeiten.

Traffic Indication Map- (TIM) Stationen: Diese Stationen sind immer im Betriebsmodus und überwachen kontinuierlich die gesendeten Beacon Frames. Sie können Daten empfangen, sobald sie sendebereit sind.

Nicht-TIM-Stationen: Nicht-TIM-802.11ah-Stationen haben einen Standby-Modus. In diesem Modus können keine Daten empfangen. Daher werden die gepuffert und übertragen, sobald sie wieder im aktiven Betriebsmodus sind.

Durchsatzverbesserungen: Zur optimalen Nutzung der verfügbaren Bandbreite wurden mehrere Verbesserungen vorgenommen, damit Daten möglichst effizient übertragen werden. Diese Verbesserungen wurden mit mehreren Innovationen erzielt. Dazu gehören kompakte MAC-Header-Formate, die Speicherplatz freigeben und die Systemeffizienz erhöhen, sowie MAC-Mechanismen, mit denen die Verzögerung beim Kanalzugriff und der ACK-Übertragungsaufwand vermieden werden.

Praktische Embedded-Wireless-Lösungen

Die verschiedenen Optionen für die Implementierung von praktischen Embedded Wireless-Lösungen hängen von der Auswahl der IC-Bauelemente sowie von der Software/Hardware-Partitionierung ab. Abb. 4 zeigt drei Optionen auf Basis des OSI-Modells für die Partitionierung der Software- und Hardware-Blöcke eines Embedded-Systemdesigns.

Abb. 4: OSI-Modell für ein typisches Embedded-Systemdesign – Bild: ©Premier Farnell Ltd

SoC: Ein SoC-Gerät (System-on-Chip), wie der Sub-GHz Wireless Mikrocontroller (MCU) der Baureihe Si1060 von Silicon Labs, kombiniert einen MCU und einen Transceiver in einer Einchip-Lösung zur Ausführung des Wireless Software Stack und der Anwendungssoftware. Das SoC muss über ausreichende Funktionen zur Unterstützung des eingebetteten Geräts verfügen, z. B. über die notwendigen I/O-Tasten und A/D-Wandler (ADCs) für Messungen, wie u. a. von Temperatur und Feuchtigkeit. In der Regel haben SoC-Geräte einen äußerst geringen Energieverbrauch und kleinen Formfaktor – zwei Faktoren, die eine extrem lange Batterielebensdauer ermöglichen sollen. Oft bietet diese Option die kostengünstigste und platzsparendste Lösung.

Zu den typischen Anwendungsbereichen von SoCs zählen Geräte mit festgelegten Funktionen und einer einfachen oder oft gar keiner Benutzeroberfläche, wie z. B. Fernbedienungen, Schlüsselanhänger zum Verriegeln/Entriegeln von Autotüren oder Sicherheitssensoren für Haustüren/Fenster.

MCU + Transceiver: Wenn kein geeignetes SoC zur Verfügung steht, können Entwickler Systemarchitekturen, die einen separaten MCU und einen drahtlosen Transceiver miteinander kombinieren, zur Auswahl des optimalen MCU für die jeweilige Anwendung verwenden. Zu den MCU-Optionen gehören nicht nur die MCU-Architektur (8-Bit gegenüber 32-Bit, einschließlich einer Auswahl von ARM Cortex-M-Prozessorkernen), sondern auch die auf dem Chip integrierten Funktionen, wie ein LCD-Controller, USB -Unterstützung, mehrere Ein-/Ausgänge, Timer, Komparatoren, ADCs sowie verschiedene Flash-Speichergrößen. Der Entwickler kann die optimale Transceiver-Lösung hinzufügen, um den anwendungsspezifischen Anforderungen an die Funkübertragung gerecht zu werden. Aus Anwendungssicht ist ein „MCU + Transceiver“-System ähnlich wie ein SoC, insofern als das Netzwerk in der Regel recht einfach ist und es nur relativ wenige zeitliche Bedenken im System gibt. Der MCU führt die gesamte Software, einschließlich der Anwendungssoftware und der Wireless-Software, aus. Doch oft sind die physikalische Schicht (PHY) und die Datenverbindungsschicht im Transceiver integriert. Das Endprodukt sieht häufig eine einfache Benutzeroberfläche für die Einrichtung und Bedienung vor.

NCP: Ein NCP (Network Coprocessor) kann verwendet werden, wenn die Komplexität und die Leistungsanforderungen des Endprodukts einen High-End-MCU oder -Mikroprozessor (MPU) erfordern. Wie ein Wireless-SoC kombiniert ein NCP einen MCU und einen Transceiver in einer einzelnen Chip-Lösung, hat jedoch keine Funktionen zur Unterstützung der vollständigen Anwendung. Er führt den gesamten Kommunikationsstack aus und ist über eine serielle Schnittstelle, wie UART oder SPI, an den Hostprozessor angeschlossen. Die NCP-Architektur trennt die komplexe Anwendungssoftware von der Kommunikationssoftware, was in Anwendungsbereichen, in denen es auf das Stack-Timing im Netzwerk oder hohen Durchsatz ankommt, von großer Bedeutung ist. Dieser Ansatz ist zwar die kostspieligste Systemlösung, doch die Produktkosten werden häufig durch die geringere Komplexität bei der Entwicklung und die schnellere Markteinführung wettgemacht. Zu den gängigen Geräten, die für eine NCP-Architektur geeignet sind, gehören Gateways, Sicherheitspanels und Geräte, auf denen mehrere Protokollstacks ausgeführt werden.

Abb. 5 zeigt einen Vergleich der relativen Vorteile dieser drei Ansätze für Embedded-Design.

Abb. 5: Zusammenfassung der Designaspekte – Bild: ©Premier Farnell Ltd

Sub-GHz Development Kits

Führende Anbieter wie Farnell bieten eine große Auswahl an Development Kits und Evaluierungsboards, um den Lernprozess, der mit der Entwicklung von Embedded Wireless-Systemen einhergeht, zu vereinfachen und zu verkürzen. Nachstehend finden Sie einige Beispiele dafür.

LaunchXL-CC1310 – Development Kit, SimpleLink™ Sub-1GHz-Wireless-MCU der Baureihe CC1310, Konnektivität mit großer Reichweite

Das LAUNCHXL-CC1310 ist ein LaunchPad-Development Kit für den SimpleLink Sub-1GHz-Wireless-MCU der Baureihe CC1310. Dabei handelt es sich um das erste LaunchPad-Kit, das einen Sub-GHz-Funk mit großer Reichweite und einen 32-Bit-ARM Cortex-M3-Prozessor auf einem einzigen Chip vereint. Die Wireless-MCU der Baureihe CC1310 basiert auf einem 32-Bit-ARM Cortex-M3-Prozessor mit einer Betriebsfrequenz von 48 MHz als Hauptprozessor. Zudem verfügt sie über eine umfangreiche Peripherie, einschließlich eines einzigartigen Sensorreglers mit äußerst geringer Leistungsaufnahme. Dieser Sensorregler eignet sich hervorragend für den Anschluss an externe Sensoren und für die autonome Sammlung von analogen und digitalen Daten, während sich das restliche System im Ruhemodus befindet.

Zum Lieferumfang dieses Kits gehört eine integrierte PCB-Trace-Breitbandantenne, die das 868-MHz-ISM-Band für Europa und das 915-MHz-ISM-Band für die USA unterstützt. Ein auf der Platine integrierter Emulator erleichtert den Einstieg in die sofortige Code-Entwicklung in der CCS-Cloud.

Abb. 6:SimpleLinkLaunchXL – Development Kit für das CC1310

CC1310DK – Evaluierungsboard, SimpleLink™ Sub-GHz-MCU der Baureihe CC1310, 2 SmartRF06, 2 Peitschenantennen

Das CC1310DK ist ein Development Kit für das SimpleLink Sub-1GHz-Kit der Baureihe CC1310. Dieses Development Kit enthält die gesamte Hardware, die Anwender für die Evaluierung der besonders energieeffizienten SimpleLink Wireless-MCU-Plattform benötigen. Das Paket umfasst ein Evaluierungsmodulkit der Baureihe und ein Evaluierungsboard der Baureihe SmartRF06. Das Evaluierungsmodulkit der Baureihe CC1310 enthält zwei Platinen mit dem Wireless-MCU und das HF-Layout, das auf einem 7 x 7 mm Gehäuse, externer Vorspannung und einem differentiellen HF-Ausgang (Variante 7XD) basieren. Das Evaluierungsboard der Baureihe SmartRF06 ist die Hauptplatine für das Evaluierungsmodul der Baureihe CC1310. Es ist insbesondere für die Durchführung von Funkleistungstests und die Entwicklung von Software gedacht. Die Geräte der Baureihe CC1310 auf Evaluierungsboards verfügen über eine einfach zu bedienenden Testanwendung, die zum Testen der tatsächlichen Funkreichweite verwendet werden kann.

Abb. 7:Evaluierungsmodulkit der Baureihe CC1310

EV-ADF70301-915AZ – Development Kit, Sub-GHz-Funk-Transceiver-IC der Baureihe ADF7030-1, leistungsstark

Das EV-ADF70301-915AZ ist eine Tochterplatine mit einem leistungsstarken Sub-GHz-HF-Transceiver der Baureihe ADF7030-1. Der ADF7030-1 ist ein vollständig integrierter, sehr energieeffizienter Funk-Transceiver mit hoher Leistung. Dieser IC eignet sich hervorragend für Anwendungen, bei denen große Reichweite, sehr zuverlässige Netzwerkleistung und lange Batterielebensdauer erforderlich sind. Die Tochterplatine der Baureihe ADF7030-1 wird auf die Stifte P1, P2 und P3 auf der Hauptplatine der Baureihe ADuCM3029 aufgesteckt.

Die ADuCM3029 von Analog Devices ist eine äußerst energiesparende ARM Cortex-M3-MCU mit integriertem Power-Management und einem Embedded Flash-Speicher von 256 KB.

Abb. 8:EV-ADF70301-915AZ – Development Kit

MRF89XAM8A-I/RM – Transceiver-Modul, Oberflächenmontage, äußerst geringe Leistungsaufnahme, 868 MHz

Das MRF89XAM8A-I/RM ist ein oberflächenmontiertes Transceiver-Modul der Baureihe MRF89XAM8A mit ultrageringer Leistungsaufnahme für Anwendungen unter 1 GHz. Es verfügt über einen integrierten Quarz, einen internen Spannungsregler, passende Schaltungen und eine PCB-Antenne mit PICtail/PICtail Plus Tochterplatine. Das Modul der Baureihe MRF89XAM8A arbeitet im europäischen Frequenzband von 863 MHz bis 870 MHz und entspricht den Anforderungen der ETSI-Norm. Alle HF- und Antennenfunktionen sind integriert, wodurch sich die Anzahl der externen Komponenten und der Aufwand für die Prüfung gesetzlicher Auflagen reduzieren und die Markteinführungszeit verkürzt wird. Die Tochterplatine kann an mehrere Demo- und Entwicklungsboards angeschlossen werden. So kann sie zum Beispiel zusammen mit dem PIC18-Explorer-Board für die Entwicklung eines 8-Bit-Mikrocontrollers eingesetzt werden. Zusammen mit dem Entwicklungsboard Explorer 16 kann sie für die Entwicklung von 16-Bit- oder 32-Bit-Mikrocontrollern eingesetzt werden.

Abb. 9:MRF89XAM8A-I/RM – Transceiver-Modul

Zusammenfassung

Proprietäre Sub-GHz-Lösungen kommen für die drahtlose Verbindung von Knoten in Heimnetzwerken und Gebäudeautomationssystemen sowie in industriellen Prozessanwendungen häufig zum Einsatz. Die Echtzeitüberwachung und Steuerung zahlloser Knoten ermöglichen die Optimierung von Prozessen und ein effizienteres Ressourcenmanagement, verhindern Ausfälle und sparen in Energie in Smart Factories ein.

Sub-GHz-Lösungen werden auch bei der Implementierung von Smart City-Infrastrukturen genutzt, in denen jeder Funkknoten Bestandteil eines Netzwerks ist. Die Knoten werden überwacht und gesteuert. Ihre Daten können für das Management von Beleuchtungs-, Park- und Verkehrssystemen genutzt werden, wodurch Energie eingespart und die Lebensqualität verbessert wird. Dank ihrer großen Reichweite, Effizienz und Flexibilität trägt die Sub-GHz-Technologie maßgebend zur Ausweitung des IoT bei, selbst wenn sie für die Anbindung an das IoT ein Internet-Gateway benötigt.