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!
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.
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.
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 ...
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?
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.
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.
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?
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.
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.
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.
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.
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.
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