Ich habe nun viele Threads über ZigBee gelesen und mit einigen Anwendern
gesprochen. Nun stehe ich vor der Entscheidung ein ZigBee System
auszuwählen um ein Projekt zu starten. Keiner der Infor gibt etwas über
die Reichweite an. Wie weit komme ich denn nun mit einem solchen ZigBee
Modul? In einigen Beiträgen wird der schlechte Support beklagt! Kommt
man denn überhaupt weiter, wenn man eine komplexe Applikation aufbauen
möchte? Wer kann mir dazu Empfehlungen geben?

Vllt. hilft Dir das ein wenig weiter:

http://www.uni-stuttgart.de/akamodell/projekte/?p=31

Wie weit musst Du denn ?

Wichtiger noch: wie sieht deine Umgebung aus, in der du arbeiten
musst?

Wir haben mit zwei RZ200-Modulen 700...1000 m Freifeld überbrückt.
Diese Aussage sagt aber nicht viel über die Reichweite innerhalb
eines Gebäudes aus.  Dort sind (wenn du nicht gerade Stahlbetonwände
hast) 50 m eher ein realistischer Wert, aber prinzipbedingt (Mehrwege-
ausbreitung und Interferenzen) wirst du immer auch ,,Funklöcher''
finden, d. h. Stellen von vielleicht 10 cm Ausdehnung, in denen gar
kein Funkkontakt aufgebaut werden kann.

All das hängt natürlich auch von den benutzten Funkmodulen stark ab
(HF-Chip und dessen Empfindlichkeit, Antenne).

Support wird vermutlich immer so viel sein, wie du dafür bereit bist
zu zahlen.  Du kannst beim Kauf von 2 Modulen für vielleicht EUR 30
das Stück kaum erwarten, dass du dafür auch noch 5 Stunden Support
mit in Anspruch nehmen kannst.  Wenn du 100000 davon kaufst, sieht
die Sache sicher ganz anders aus...

> Keiner der Infor gibt etwas über die Reichweite an.
> Wie weit komme ich denn nun mit einem solchen ZigBee Modul?

das kann dir auch keiner sagen, kommt auf das umfeld an.

wenn du glück hat und die module stehen richtig zueinander,
gehen im freien mit sicht 1000 meter und mehr.

wenn du pech hast, und die richtige wand dazwischen,
gehts halt kaum 5 meter.   ;-)

Es geht um eine Gebäudekommunikation. Die Module werden in
verschiedenste Sensoren integriert. Klar ist mir, dass dann die
Reichweite natürlich in die Knie geht. Das werde ích versuchen mit einem
"Koordinator" auszugleichen. Das ich viel mit dem MSP arbeite,
favorisiere ich die TI/Chipcon Lösungen. gibt es dazu von euch
Erfahrungswerte? Von TI habe ich die Info, dass es von Amber wireless
ein leistungsstarkes ZigBee Modul gibt, dass um die 400m Reichweite
machen soll, natürlich mit PA/LNA. An so etwas habe ich gedacht.

Herbert wrote:

> Von TI habe ich die Info, dass es von Amber wireless
> ein leistungsstarkes ZigBee Modul gibt, dass um die 400m Reichweite
> machen soll, natürlich mit PA/LNA.

Freifeld?

Pass auch auf, anders als in USA sind hier zu Lande nur 10 mW ERP (?
glaub ich) zugelassen, da nützt dir die PA nicht mehr so sehr viel.

Innerhalb eines Gebäudes werden die 400 m kaum zu erreichen sein
(wenn's nicht gerade in langer Korridor ist), zumindest nicht bei
2,4 GHz.

Das XBee Pro Modul von MaxStream ist mit 1 meile bei 100mW spezifiziert,
soweit ich mich erinnere. Aber in Europa darf man nur mit 10mW, und die
antenne muss auch passen und die Sicht muss auch frei sein.

Ich habs mit Jennic Eval Kits und mit Sentec Eval Kits innerhalb eines
Gebäudes durch 4 Gipskartonwände geschafft.. weiß nicht wie viel weiter
noch möglich wär..

ZEBRA2411
JN5139-xxx-M00
JN5139-xxx-M02

Umgebung war frei von BT. WLAN weiß ich nicht..

Grüsse
Joan

PS: Meshnetics -A2 kann ich erst testen, wenn meine Trägerboards fertig
sind ;)

Danke für die Hinweise aber wirklich weiter bringt einen das in der
Entscheidung nicht. Wie sehen denn die Ausgangsleistungen am besten in
ERP und die Empfängerempfindlichkeiten aus. Wenn Meshnetics diese großen
Reichweiten angibt (In Europa nicht erlaubt) was wurde denn mit den 10mW
erreicht und mit welcher Antenne. Gibt es Aussagen über eine BER oder
die Anzahl der Wiederholungen?
Ich habe ein wenig gegoogelt und mir fertige Systeme angesehen. Die
Firma Knick gibt ein ZigBee-System mit 400m Reichweite an. Aber auch mit
gescheiten Antennen.

Ich würde, wenn möglich, Sensor und Sender (oder wenigstens die
Antenne), in zwei mit Kabel verbundene Module auftrennen, damit man
einen kleinen Spielraum hat, wenn sich am Einsatzort gerade ein Funkloch
befinden sollte.

Frank

Herbert wrote:

> Danke für die Hinweise aber wirklich weiter bringt einen das in der
> Entscheidung nicht.

Dir wird nichts anderes übrig bleiben, als es mit ein paar Tests in
deiner Umgebung wirklich zu probieren.  Es gibt einfach zu viele
Unbekannte, die man nicht wirklich berechnen kann.

> Wie sehen denn die Ausgangsleistungen am besten in
> ERP und die Empfängerempfindlichkeiten aus. Wenn Meshnetics diese großen
> Reichweiten angibt (In Europa nicht erlaubt) was wurde denn mit den 10mW
> erreicht und mit welcher Antenne.

Nun ja, du hast ja zumindest dort auch die 1000 m Freifeld und "bis
zu" 100 m indoor für die verstärkerlose Variante genannt.  Die zu
Grunde liegenden Daten kannst du dir im Datenblatt des AT86RF230
ansehen (Sendeleistung +3 dBm, Empfängerempfindlichkeit -101 dBm).
Mit maximal +13 dBm EIRP dürfte es in EU kaum lohnen, da noch einen
PA-Modul dazwischen zu setzen.  Eine halbwegs brauchbare Antenne wird
es hoffentlich schon mal auf 5 dBi bringen, damit dürftest du also
noch bestenfalls weitere 5 dB an Verstärkung in der PA machen.  6 dB
mehr Leistung ergeben eine Verdoppelung der Reichweite.  Eine um 3 dB
bessere Antenne verdoppelt aber auch die Reichweite, da sie ja sowohl
für den Sender als auch den Empfänger wirksam ist.

@ Jörg
Danke für die Hinweise. Aber meiner Kenntnis nach, darf in der EU nur
mit 10dBm EIRP gesendet werden.
Wie kommst Du auf die 13dBm?
Eine 5 dBi Antenne wird wohl nicht gehen, da von Aufwand eher zu hoch.
Wie ist die Unterstützung seitens Atmel?

Herbert wrote:
> Wie ist die Unterstützung seitens Atmel?

Bezüglich API und so?
Kann man sich ja alles frei zugänglich ansehen (AppNotes, HeaderFiles,
Bibliotheken usw).. Falls du paar Links brauchst sag bescheid.

Ich selber brauchs für ne simple Peer-To-Peer Anwendung, mit wenigen
Bit, aber recht störsicher und schnell solls sein (<500ms Reaktionszeit)
- also kein ZigBee oder so was hohes.

Nachdem ich mich 2 Tage durch MAC, PHY und TAT gewühlt hatte (sowohl
Meshnetics als auch Atmel), bin ich zu dem Schluss gekommen, dass ich
tiefer ansetzen sollte und das alles nicht brauch.. ich blick auf diesen
abstrakten Layern einfach nicht mehr durch.
Bei Meshnetics konnte ich nicht erkennen, wo die hardwarespezifischen
Befehle/Einstellungen sind und bei Atmel kam ich durch die Verwendung
von dem Timer1 durcheinander (wird irgendwie für Zeitstamps ab MAC-Layer
benötigt).

Was solls.. nu mach ich alles per Hand.

Herbert wrote:

> Danke für die Hinweise. Aber meiner Kenntnis nach, darf in der EU nur
> mit 10dBm EIRP gesendet werden.

Meiner Kenntnis nach für spread spectrum modulation (außer FHSS)
-20 dBW pro MHz Bandbreite, also 10 mW pro MHz.  (Quelle: EN 300 328,
Punkt 4.3.2.2).  Da IEEE 802.15.4 auf 2,4 GHz mit 2 MHz Bandbreite
arbeitet, sind das 13 dBm.

> Eine 5 dBi Antenne wird wohl nicht gehen, da von Aufwand eher zu hoch.
> Wie ist die Unterstützung seitens Atmel?

Guck dir mal die Appnote AVR2006 an.  Die 5 dBi hatte ich aus dem
Bauch raus geschrieben, ohne erst nachzugucken.  Die Antenne dort ist
mit 6,5 dBi angegeben (habe eben nochmal reingesehen).

Joan P. wrote:

> Was solls.. nu mach ich alles per Hand.

Vielleicht ist ja µracoli dann was für dich?

https://savannah.nongnu.org/projects/uracoli

Ich habe ein System aus 3 Xbee Pro aufgebaut. Eingebaut sind sie in 10
mm starke MDF-Gehäuse (Holz).

Auf freier Fläche komme ich da bei voller Leistung und Xbee-Drahtantenne
nur auf maximal 70 m Reichweite, dann folgen Paketfehler ohne Ende. Das
ganze wurde auf einem Feld getestet, weit und breit kein Gebäude. Soviel
zur Reichweite dieser Teile, die Meile ist meilenweit übertrieben.

Ich werde jetzt Antennen nachrüsten, denn das ist zu wenig. Die maximal
erlaubte Leistung bezieht sich glaube ich auf die abgestrahlte Leistung
oder? Die ist bei mir evtl. durch das Holzgehäuse recht gering.

Louis

L. Schreyer wrote:

> Ich werde jetzt Antennen nachrüsten, denn das ist zu wenig. Die maximal
> erlaubte Leistung bezieht sich glaube ich auf die abgestrahlte Leistung
> oder?

Ja, 20 mW EIRP (bei 2 MHz Bandbreite des Signals).

> Die ist bei mir evtl. durch das Holzgehäuse recht gering.

Ach?  Machst du das Holz nass, oder wie kommst du auf die Idee, dass
Holz eine nennenswerte HF-Dämpfung bei 2,4 GHz aufweisen würde?
(Einfacher Test: stelle eine Tasse Wasser als Grundlast in den
Mikrowellenofen und lege daneben einen Holzklotz.  Wie warm wird das
Holz beim Einschalten?)

L. Schreyer wrote:
> Ich habe ein System aus 3 Xbee Pro aufgebaut. Eingebaut sind sie in 10
> mm starke MDF-Gehäuse (Holz).
>
> ... Soviel zur Reichweite dieser Teile, die Meile ist meilenweit
> übertrieben.

Hallo,

naja die dämpfung von 10mm MDF (Mitteldichte Faserplatte) ist enorm! Da
wundert mich die Reichweite kein bisschen!

Das mit der Reichweite ist wie oben schon geschrieben wirklich
"Schätzungssache". Es ist immer abhängig von dem Einsatzgebiet.

Ich konnte meine Erfahrungen mit Zigbee in Industrieumgebung schon
sammeln.
Mit 0dbm EIRP konnte ich eine Strecke von 10m (durch Wände) - 70m
(Sichtverbindung) zurücklegen.

Also da hilft nix anderes als probieren. Such dir am besten einen
Transceiver mit einer mittleren bis großen Ausgangsleistung für den
Prototyp. Wenn die Verbindung klappt Leistung via Software reduzieren ->
schauen ob es einen günstigeren Transciever mit der Ausgangsleistung
gibt (gleicher Hersteller aber!) -> Transciever tauschen für Serie->
fertig

Wenn du beim gleichen Hersteller beziehst sind die Transciever meist
PIN-kompatibel und die Software passt auch.

Grüße Thomas

>> Die ist bei mir evtl. durch das Holzgehäuse recht gering.
>
> Ach?  Machst du das Holz nass, oder wie kommst du auf die Idee, dass
> Holz eine nennenswerte HF-Dämpfung bei 2,4 GHz aufweisen würde?

Was sonst würde die Reichweite so beschränken? Wenn ich mit dem Teil
durch unsere Räume gehe bin ich 2 Zimmer weiter bei 35% auf dem Pin 6,
der bekanntlich die Empfangsstärke anzeigt. Da kommen schon die ersten
Framefehler. Gehe ich weiter bricht die Verbindung ab.
Draußen, freies Feld, 1 m über dem Boden sind es 70 m.

Ich kann mich ja irren, aber andere erreichen mit den Xbees weit größere
Reichweiten, also nehme ich an, dass es am Holz liegt.

Und, nein, ich pflege meine Gehäuse nicht zu befeuchten.

Aber: Dein Mikrowellentest bringt es zutage: 20 Sekunden bei 800W, und
das Holz ist so heiss, dass ich es nicht mehr anfassen kann. Die Tasse
Wasser daneben ist dann noch nicht einmal lauwarm...Schirmt anscheinend
doch ganz gut ab.

Louis

Ich hatte nur Holz gelesen, dass MDF eine Spanplatte ist, wusste ich
nicht.  Die scheinen sich ja doch anders zu verhalten.

Was für Antennen sind denn da im Moment dran (bzw. was für einen
Gewinn haben die)?

70 m Freifeld klingt wirklich mies, auch wenn die Empfindlichkeit des
(relativ alten) CC2420 ein paar dB zu wünschen übrig ließe.

Wenn aber schon klar ist, dass die Spanplatte so ein HF-Absorber ist,
warum nicht irgendwas besseres benutzen?  Die gängigen Polymere sollten
mit weniger Dämpfung aufwarten können.

Das Gerät ist ein Einzelstück, die Gehäuse dafür aus Kunststoff hätten
150 Euro gekostet, das war nicht drin. Die XBees haben im Moment noch
die kleinen Drahtantennen die auf den Modulen drauf sind. Die werde ich
gegen U.Fl Stecker tauschen und dann externe Antennen anbringen, das
sollte sehr viel bringen. Mal sehen wie die Reichweite dann ist.

MDF ist ürbigens eine Mitteldichte Feinspanplatte, das ist praktisch
verklebtes und verpresstes Sägemehl. Sehr fest und glatt, aber offenbar
enthält es viel Feuchtigkeit.

Louis

L. Schreyer wrote:

> Das Gerät ist ein Einzelstück, die Gehäuse dafür aus Kunststoff hätten
> 150 Euro gekostet, das war nicht drin.

Ich hatte eher an eine ,,fertige Schachtel'' gedacht.

> Die XBees haben im Moment noch
> die kleinen Drahtantennen die auf den Modulen drauf sind.

Ich finde erstmal keine Angabe über den Antennegewinn (oder -verlust),
allerdings werden sie damit ohnehin nur mit 100 m Freifeldreichweite
angegeben.  Da sind deine 70 m noch im Rahmen.

> Die werde ich
> gegen U.Fl Stecker tauschen und dann externe Antennen anbringen, das
> sollte sehr viel bringen. Mal sehen wie die Reichweite dann ist.

Ja, mit 'ner ordentlichen Antenne hoffentlich besser.  Vorsicht nur,
UFL ist vom Konzept her für 10maliges Stecken gebaut.

meine erfahrung mit den allerersten erhältlichen funkmodulen in Europa &
indoor: 20-40m

Mit 9db-Rundtrahlantennen habe ich heute bei 400 m noch einen RSSI-Wert
von 65 gehabt, unter 30 ist kein Empfang, 99 sind maximalempfang, also
noch sehr gut. Das sollte noch viel weiter gehen.

Louis

L. Schreyer wrote:

> Mit 9db-Rundtrahlantennen ...

Klingt nach perpetuum mobile. ;-)

SCNR

Ja, das stimmt wohl, aber sie funktionieren sehr gut.

Der Rest ist mir egal, billig waren sie auch noch, was will man mehr.

Louis

L. Schreyer wrote:

> Ja, das stimmt wohl, aber sie funktionieren sehr gut.

Dann mach mir mal vor, wie du mit einer Antenne 9 dB in allen
Richtungen gewinnen kannst.

Wozu? Sie erfüllen ihren Zweck.

Louis

Rein interessehalber:
Wer verkauft die 9dB-Rundstrahlantennen?

Profineon GmbH
www.profineon.de

L. Schreyer wrote:
> Mit 9db-Rundtrahlantennen habe ich heute bei 400 m noch einen RSSI-Wert
> von 65 gehabt, unter 30 ist kein Empfang, 99 sind maximalempfang, also
> noch sehr gut. Das sollte noch viel weiter gehen.
>
> Louis
Louis, waren die Antennen ausgerichtet (z.B. beide vertiakl) oder
hattest Du auch gute Werte bei 90° gewinkelten Antennen (z.B. eine
waagrecht, eine senkrecht)

Gruß

Gerd

Sie waren beide in der selben Richtung

Louis

Louis,

falls Du das nochmal testest wärs für Dich (und uns Mitleser)
interessant welche Reichweite Du mit gewinkelten Antennen hast.

Grund: Die Polarisierung kann sich im Raum ändern/drehen (muß nicht,
hast Du aber auch nicht in der Hand).

Der sinnvollste Reichweitenwert wäre also der worstcase, d.h.
Empfängerantenne drehen bis minimaler Wert. Denn auch wenn Du beide
Antennen in Deiner Anwendung ausrichtest, kann sich die Pol. dazwischen
ändern. Natürlich gilt das nur bei je einer Sende- und Empfangsantenne.
Bei beidseitigem Antennendiversity sollte die Technik das ausgleichen.

Aber: bei Test mit je einer Antenne bekommst Du ein besser Gefühl für
Reichweitengrenzen.

Gruß

Gerd.

Hallo Louis,

danke für die Info.
Gut, die Leute sind IT-Spezialisten und haben mit Antennen eigentlich
nichts zu tun.
Daher haben sie wohl einfach die Angaben des Fernost-Importeurs
übernommen, ohne böse Absicht.

Dass die nicht so gut sind ist mir schon klar, aber was solls, günstig
und funktionsfähig.

Louis

Nachdem ich weit oben als Funk-Anwendung "Gebäudekommunikation" gelesen
habe, tauchen bei mir sofort weitere Fragen neben der eigentlichen
Entferungsfrage auf.

1. Wie will Herbert die Funk-Module die nächsten Jahre mit Strom
versorgen?
2. Wie wird garantiert, daß die benutzte Frequenz die nächsten Jahre
frei ist?
Wer schon mal mit seiner funktionierenden Funkfernbedienung sein Auto
NICHT öffnen konnte, wird bestimmt diese 2. Frage noch besser verstehen.
3. Wie sicherheitsrelevant Anwendung? Nur Spaß oder wichtig ?
4. Ein Pessimist ist ein Optimist, der Erfahrung gesammelt hat.
5. Die Feldstärke am Tatort könnte man sogar messen. Sie kann jedoch
schon morgen anders sein, wenn z.B. Reflektionen oder neue Fremdgeräte
ins Spiel kommen...
6.Dann wäre da noch ein "winziger" Unterschied zwischen Stahlbeton oder
Reichweite mit Sicht
7. Die Antennenhöhe + Standorte sollte man gut wählen.

Gruß Lutz

Zu den Reichweitenangaben der Hersteller:
Es gibt keinerlei einheitliche Testumgebungen und Prozedre daß man
Funkverbindungen reproduzierbar vergleichen kann. Beim Spritverbrauch
von Autos können Anwender noch ähnliche Ergebnisse erreichen.  Bei Funk
halte ich das für ausgeschlossen. Zwischen 5m und 1000m kann jede Zahl
richtig sein.  Meine Erfahrung mit mehreren Tausend Anwendungen in
Industriumgebung: Es gibt Funktechniken die hier funktioniert und
woanderst nicht. So setze ich wahlweise 802.11 WLAN, Bluetooth, Zigbee
für unsere industriellen Systeme ein. Ich würde erwarten daß man mit
Rundstrahlantennen 50m im Aussenbereich senden kann, wenn sich die
Antennen sehen.

Bei Erfahrungen über 50m Entfernung muss man das Funkumfeld mit in die
Betrachtung einbeziehen. Ein WLAN Sender im Umfeld erhöht das
Grundrauschen, sodaß andere Funktechnologien wie Zigbee dann deutliche
BER erzeugen. Deshalb muss für Funkanwenudngen eine Koexistenzplanung
für den Einsatzort durchgeführt werden wenn die Funkanwendung wichtig
ist. Im VDI wird demnächst eine neue Richtlinie 2185 zu diesem Thema
veröffentlicht.

Zu 9db Rundstrahlantenne: die funktioniert praktisch wie ein
Laserpointer, das kann in einigen wenigen Fällen Vorteile bringen, aber
der Antennengewinn in dbi gibt keine Auskunft ob das nachher besser
funktioniert. Stichwort Empfängerübersteuerung, schädliche Laufzeiten
bei Mehrwegeausbreitung.

Auf der SPS Messe 2007 habe ich ein 3 stündiges Tutorial zu diesem Thema
gehalten und hätte auch locker 6 Stunden nur mit diesen Fragen
verbringen können.

Die Reichweite hängt natürlich auch von der Höhe der montierten Antenne
ab. Man kann sich das wie einen großen American Football vorstellen.
Fehlt z.B. unten etwas, oder sind Gebäude, Bäume etc im Weg wird die
Reichweite verringert. (Fresnel Zone: Football-shaped path : Acceptable
= 60% of Zone 1 + 3 meters)

Fresnel Zone Diameters
Range / Distance  |  2.4 GHz Required Fresnel Zone Diameter
-----------------------------------------------------------
300 m             |  5.4 m
1.6 km            |  8.4 m

Path Loss
---------

Concrete 12” (305mm) 35 dB
Masonry Block 24” (610mm) 28 dB
Reinforced Concrete 27 dB
3.5” (203mm)
Concrete 8” (203mm) 23 dB
Masonry Block 16” (406mm) 17 dB
Brick faced concrete 14 dB
7.5“ (192mm)
Masonry Block 8” (203mm) 12 dB
Concrete 4” (102mm) 12 dB
Brick 10.5” (267mm) 7 dB
Brick 7” (178mm) 5 dB
Brick 3.5” (89mm) 3.5 dB
Lumber 3” (76mm) 2.8 dB
Glass 0.5” (13mm) 2 dB
Glass 0.25” (6mm) 0.8 dB
Attenuation @900
Material MHz
Figure 1: Typical path loss in common building material
Concrete 10-15 dB

Wall
Brick Wall 8 dB
Marble 5 dB
Dry Wall 4 dB
Cubicles 3-5 dB
Wooden 3 dB

Door 2 dB


Maxstream (jetzt Digi) gibt folgendes bezüglich Sendeleitung an:

2.4GHz band limited to 100mW (20dBm) EIRP which means that the largest
antenna that can be used with the module would be a 3dBi gain antenna to
bring the power from 50mW (17dBm) to 100mW (20dBm)

Ich hoffe das Hilft Euch weiter ....

Gruss
Markus

> 2.4GHz band limited to 100mW

Nur in Nordamerika.  In Europa ist es (für IEEE-802.15.4-Modulation
mit 2 MHz Bandbreite) auf 20 mW limitiert, d. h. die Module mit der
PA braucht man eigentlich nur, wenn man eine hundsmiserable Antenne
hat (aber die empfängt dann auch nüscht mehr, und da hilft die PA
rein gar nix).

Fuer den Vergleich der Reichweiten unterschiedlicher System empfehle
ich das Link-Budget = Sendeleistung - Empfindlichkeit [dB]
auszurechnen. Dabei gehe ich davon aus, dass der Antennengewinn
in den Angaben fuer Ausgangsleistung und Empfindlichkeit schon drin
sind.