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Forum: HF, Funk und Felder Antennen Wer klärt mich auf?


Autor: Oma Camporese (Gast)
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Hallo. Mal ne Laienfrage: Ich habe habe zwei Zigbee ähnliche Module die 
eine Entfernungsmessung durchführen.Diese Module haben eine 
Omnidirektionale Antenne. Wenn ich die Module auf meinen Holzboden lege, 
dann habe ich die geringsten Fehler in meinen Messungen. Je höhe ich mit 
beiden Modulen gehe (beide gleiche höhe und gleiche 
Antennenausrichtung), desto grösser wird der Fehler. Hätte eigentlich 
vermutet dass der Fehler in direkter Bodennähe grösser ist, wegen den 
Reflexionen. Leider fehlt mir wohl das notwendige Verständniss bezüglich 
Antennen und Signalausbreitung. Wer erklärt mir warum das so ist?

Danke vorraus!

Autor: useri (Gast)
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Das direkte Umfeld der Antennen wirkt sich auf die Antennenanpassung 
aus. In dem Fall ist die Anpassung wahrscheinlich eher schlecht, und 
wird durch den Boden (wohl eher zufällig) verbessert.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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Du müsstest denjenigen fragen, der das Messverfahren entwickelt hat.
Hängt ja stark davon ab, was er denn genau auswertet.

Ein Holzboden reflektiert übrigens vergleichsweise wenig.

Autor: df1as (Gast)
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Bei Zigbee, genauer: bei den 802.15.4-Controllern, kann nur die 
Feldstärke ausgewertet werden. Erst mit dem UWB-Standard wird man die 
Signallaufzeit (aktives Echo) auswerten können. Die Feldstärke ist im 
Nahfeld und in Gebäuden ohnehin alles andere als geeignet. 
Polarisations- und Interferenzeffekte tragen wesentlich zur 
Verunsicherung bei. Im Freien sollte es allerdings ganz passabel 
funktionieren können.

Je mehr Stationen mit bekannten Koordinaten allerdings vorhanden sind, 
umso besser wird die Standortbestimmung. Es findet auch (bei den 
Controllern mit 'location engine') eine Glättung der Feldstärkewerte 
statt, die bei Bewegung etwas für corriger la fortune sorgt.

Der Holzfußboden wird ggf. zur Beruhigung des Interferenzbildes 
beitragen, da Holz auch mit geringem Wasseranteil in diesem 
Frequenzbereich noch gut absorbiert. Eine Lösung ist das aber bestimmt 
nicht. Man kann auch ein Stück Holz in einen Hohlleiter schieben. Das 
ist dann ein ziemlich gut angepasster Abschlusswiderstand ...

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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df1as schrieb:
> Bei Zigbee, genauer: bei den 802.15.4-Controllern, kann nur die
> Feldstärke ausgewertet werden.

Warum sollte man nichts anderes auswerten können?

Oder wolltest du nur darauf hinaus, dass nichts weiter standardisiert
ist?

Autor: df1as (Gast)
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Die Zeitauflösung für eine Echo-Auswertung reicht nicht aus. Das kann 
man nicht mehr in S/W erledigen, die RF-Units müssten schon diese 
Eigenschaft aufweisen. Bei UWB ist das speziell für diesen Fall (Ortung) 
vorgesehen, bei den 2,45-GHz-Teilen nicht.

Mit der Feldstärke geht es so einigermaßen nur mit trigonometrischer 
Hilfe (>= 3 Feststationen mit bekannten Koordinaten). Durch 
Interferenzen kann man von der totalen Auslöschung eines Signals bis hin 
zur Verdopplung der Spannung alles hinbekommen. Auch bei 
Polarisationsverschiebung um 90° gibt es theoretisch eine Auslöschung 
des Signals. Dem kann man mit gemischt zirkularer und linearer 
Polarisation nur zum Teil entgegenwirken. Zirkular rundstrahlend wäre 
schwer realisierbar. Am besten eignet sich daher noch allseitig 
vertikale Polaristaion (außer bei Schlitzantennen).

Häufig findet man bei Ortungssystemen für den Nahbereich gemischte 
HF-/Ultraschall-Lösungen.

Autor: df1as (Gast)
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http://cricket.csail.mit.edu/

So ein ähnliches System hatte ich mal mit einem Chipcon CC2430/31 
zusammen betrieben. War jedenfalls um Größenordnungen genauer als die 
Lösung mit den location engines vom CC2431.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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df1as schrieb:
> Die Zeitauflösung für eine Echo-Auswertung reicht nicht aus. Das kann
> man nicht mehr in S/W erledigen, die RF-Units müssten schon diese
> Eigenschaft aufweisen.

Das ist richtig, hat aber trotzdem noch nichts mit UWB zu tun.  Auch
ohne UWB kann man doch in der Hardware eine entsprechende Zeit- oder
Phasenmessung implementieren, oder was habe ich da übersehen?

Autor: df1as (Gast)
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UWB bzw. die UWB-Chips sind nur ein Beispiel. Es ist drei, vier Jahre 
her, dass ich mit  802.15.4 experimentiert hatte. Ich meine aber, dass 
es auch aktuell keine Funktionserweiterungen diesbezüglich für 
2,45-GHz-Chips gibt. Ob mit oder ohne location engines, die nehmen immer 
noch die Empfangsfeldstärke. Außer BT low-energy vielleicht (?) - oder 
man baut alles selbst. Klar, dann könnte man so ziemlich alles machen.

Autor: Maikh (Gast)
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Hi Omi,
das Problem liegt in der endlichen Auflösung = Zieltrennung des 
Entfernungsmeßverfahrens im Zusammenspiel mit Mehrwegeausbreitung.
Kernproblem fast jeder Funkentfernungsmessung in realer Wohn- oder 
Industrieumgebung.

Die Auflösung Deines "Radar" Systems liegt im Bereich dr = c0 / 2B.
Die Bandbreite ist im 2,4 GHz ISM Bereich bei Nutzung vernünftiger 
Sendeleistungen auf 100MHz gesetzlich begrenzt. Bei angenommenen B=50MHz 
entspräche das  3m. Mehrwegesignale die weniger als diese 3m Unterschied 
haben können dann nicht mehr auseinandergehalten werden. Dummerweise 
reflektiert aber in Gebäuden vieles besser, als man glaubt. Besonders 
der Fußboden.

Wenn Deine Module auf dem Boden liegen erreicht das Signal Sender und 
Empfänger auf kürzestem Wege. Die Reflexion an der Raumdecke ist 
wahrscheinlich schon mit so einem großen Wegunterschied belegt, dass sie 
als Mehrwege / Multipathsignal identifiziert werden könnten - daher 
misst Du da erstmal die erwartete Entfernung. Wenn Du nun die beiden 
Module einige zig Zentimeter über dem Boden betreibst, wird der 
"Empfänger"* ein eintreffendes Signal aus direkter Sendersicht sehen und 
ein , länger gelaufenes, über den Boden reflektiertes.
Dann ist das Malheur da. Zusätzlich zu dem Auflösungsproblem gibt es 
dann je nach System auch noch direkte Überlagerungen bis hin zu 
Auslöschungen direkt am Empfänger, diese sind bei konstanter Höhe über 
dem Boden sehr schön periodisch meßtechnisch nachweisbar (schon selbst 
gemacht ...).

Mehr Genauigkeit geht nur mit deutlich höherer Bandbreite : "UWB"

mfg

Maik

DG3OMH


* Es werden ja wahrscheinlich bidirektionale Verbindungen sein, ich 
vermute mal Chipcon o.ä.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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df1as schrieb:
> Ich meine aber, dass
> es auch aktuell keine Funktionserweiterungen diesbezüglich für
> 2,45-GHz-Chips gibt.

Nanotron?  Viel konnte ich auf Anhieb nicht über deren Messprinzip
erfahren, aber mir dünkt, die nutzen nicht nur RSSI.

Maikh schrieb:
> Die Bandbreite ist im 2,4 GHz ISM Bereich bei Nutzung vernünftiger
> Sendeleistungen auf 100MHz gesetzlich begrenzt.

Es sind sogar nur 80 MHz.  Im Afu-Band hätten wir ein bisschen mehr.

Autor: df1as (Gast)
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Jörg Wunsch schrieb:
> Nanotron?  Viel konnte ich auf Anhieb nicht über deren Messprinzip
> erfahren, aber mir dünkt, die nutzen nicht nur RSSI.

http://www.nanotron.com/EN/events/presentations/Sc...

(Man schenke Herrn Dr. Schlichting bitte einen Koffer mit Koppelstrichen 
...)

Und wo wir mit 802.15.4a wieder bei UWB angekommen wären.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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df1as schrieb:

> Und wo wir mit 802.15.4a wieder bei UWB angekommen wären.

Eine spektrale Breite von 80 MHz würde ich noch nicht als UWB
verstehen.

Autor: df1as (Gast)
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In der Ausgangsfrage ging es um Zigbee, das auf 802.15.4 aufsetzt. Dort 
wird nur die Feldstärke ausgewertet. 802.15.4a spezifiziert CSS (2,45 
GHz; Nanotron) oder eben UWB.

Autor: Jörg Wunsch (dl8dtl) (Moderator) Benutzerseite
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df1as schrieb:
> In der Ausgangsfrage ging es um Zigbee

Nein, er schrieb "Zigbee-ähnliche Module".  Im weiteren hatte ich
mich nur dagegen gewehrt, dass es "nur mit UWB" möglich sei und
dass alle anderen "nur RSSI auswerten".

Aber was die Module denn genau tun, weiß er ja offenbar selbst nicht.

Autor: df1as (Gast)
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Und was heißt außerdem Zigbee-ähnlich?

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