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2-2023

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Zeitschrift für Elektro-, Gebäude- und Sicherheitstechnik, Smart Home

Gebäudetechnik und

Gebäudetechnik und -automation ISM-Funkanwendungen im und am Haus ISM steht für Industrial Scientific and Medical und damit für Hochfrequenzanwendungen in Industrie, Wissenschaft und Medizin. Mehr oder minder unbemerkt sind ISM-Funkanwendungen immer mehr in den Gebäudebereich vorgedrungen. © www.schmidiger.ch © www.nextpit.de Funkfrequenzen gelten längst als wertvolles Gut und wurden oft mit winzig kleinen Leistungen so vielfältig genutzt, dass die Störproblematik immer mehr hervortrat. Daher lag der Gedanke nahe, gewisse Frequenzen für Funkanwendungen vorzusehen, bei denen einerseits vorübergehende Störungen hingenommen werden können und bei denen andererseits nur kurze Entfernungen zu überbrücken sind. Die zündende Idee war, dass Funktechnik auf solchen ISM-Frequenzen ohne gesonderte Frequenzzuteilung gebührenfrei von Jedermann nutzbar ist. In der Regel sind die ISM-Frequenzen bereits anderen Funkdiensten zugewiesen. Diese Nutzer dürfen durch ISM- Funkanwendungen nicht gestört werden. Umgekehrt haben ISM-Anwender jedoch Störungen durch andere Funkdienste klaglos hinzunehmen. Darüber hinaus spielen auch weitere Einflüsse eine Rolle, die den Empfang behindern können. In Innenräumen können beispielsweise Wände oder Schränke die Verbindung stören. Im und am Haus Die ISM-Frequenzbänder werden von zahlreichen Funkanwendungen genutzt. Schauen wir nur mal auf Anwendungen im oder am Haus: • Audioanwendungen • Babyüberwachungsanlagen • BFWA • DECT & VoIP (Schnurlostelefone) • Funk-Alarmanlagen • Funkbusse für die Gebäudeautomation • Funkfinger • Funk-Türklingen/Türsprechanlage • Hörhilfen • Internet of Things • Mikrowellenöfen • WLAN/WiFi Allgemein zugeteilt wurden zahlreiche Frequenzbereiche. Die für Haus und Hof wichtigsten sind etwa 868 MHz und 2,4 bis 2,5 GHz. Wie auch immer: Vor dieser Strahlung muss man sich nicht fürchten. Für die für die Exposition der Bevölkerung relevanten ISM-Systeme wurde die maximal zulässige Feldstärke des Sendesignals auf ungefährliche Werte begrenzt. Etwa für Geräte, die zwischen 40,66 und 870 MHz arbeiten, beträgt die Strahlungsleistung je nach Anwendung zwischen winzigen 50 nW (Nanowatt) und 500 mW. Audioanwendungen Für die drahtlose Übertragung von Audiosignalen gibt es verschiedene Frequenzbereiche, wobei die Nutzung nicht an einen bestimmten Standard gebunden ist. Bluetooth, der Platzhirsch in privaten Gebäuden, kann jede Art von Daten übertragen, darunter Musik und Videos. Die erste Version von Bluetooth gab es 1999 und seitdem wird Bluetooth kontinuierlich weiterentwickelt. 2016 wurde Bluetooth 5.0 vorgestellt. Bluetooth nutzt das 2,4 und das 2,48-GHz- Band. Da auch andere Funkstandards, wie zum Beispiel WLAN/WiFi oder Mikrowellenherde, hier arbeiten, sind gegenseitigen Störungen möglich. Im Gegensatz zum WLAN/WiFi kommt Bluetooth ohne Mittler (Router) aus. Es gibt drei Geräteklassen, die richten sich an verschiedene mobile Geräte und deren Bedürfnisse: Klasse 1 für den Außenbereich, Reichweite maximal 200 m, Klasse 2 100 und Klasse 3 maximal 10 m. Laptops, PCs, Smartphones, Tablets oder Kopfhörer sind wohl die Hauptanwendungen. Im Vergleich zu WLAN/WiFi ist die Datenübertragung langsam. Die erste Bluetooth-Version schaffte nicht mal 1 Mbit/s, doch Bluetooth 5.x erreicht bis zu 50 Mbit/s. Auch ans Stromsparen wurde immer gedacht. Bluetooth 4.0 hat den Begriffszusatz Low Energy (LE) erhalten. Ab Bluetooth 5.0 ist es möglich, zwei Geräte zeitgleich zu verbinden. Die aktuellen Varianten 5.1, 5.2 und 5.3 können zudem beispielsweise Kopfhörer automatisch finden. Das Schöne an Bluetooth: Über die verschiedenen Versionen muss man sich keine Gedanken machen. Handys, Kopfhörer oder Computer können trotz unterschiedlicher Versionen gekoppelt werden. Alle Spielarten von Bluetooth sind miteinander kompatibel. Einschränkungen gibt es höchstens vonseiten der Hersteller, doch in dem Fall helfen Adapter. Wie sicher ist dieser Funkstandard? Sehr sicher, denn Hacker müssen sich in der Nähe befinden. Nutzern stehen überdies Kontrollmechanismen zur Verfügung. So können sie die automatische Bluetooth-Verbindung ohne PIN in den Einstellungen eines Geräts deaktivieren. Als energieeffizienteres und moderneres Funkprotokoll hat Bluetooth die einfachen induktiven Funkanwendungen („Schleifen“) zur Übertragung von Sprachsignalen über kurze Entfernungen fast vollständig verdrängt. Übrigens: Der Name Bluetooth leitet sich vom dänischen König Harald Blauzahn ab. Er sorgte einst für ein Bündnis – also eine feste Verbindung – zwischen Norwegen und Schweden. Das Logo ist eine Kombination seiner Initialen H und B in germanischen Runen. Babyüberwachungsanlagen © www.babyone.de Babyüberwachungsanlagen dienen der akustischen Überwachung von Personen, wobei die Frequenznutzung nicht an einen bestimmten technischen Standard gebunden ist. Zur Verfügung stehen die Frequenzen 26.995, 27.045, 27.095, 27.145 und 27.195 kHz. Die maximale Strahlungsleistung beträgt jeweils 50 mW. Zur 26 Haus und Elektronik 2/2023

Gebäudetechnik und -automation © https://eyenetworks.no Vermeidung von Störungen anderer Funkanwendungen ist die Nutzung der Frequenzen nur im Zusammenhang mit einem Nutzsignal gestattet. BFWA Bei BFWA (Broadband Fixed Wireless Access) handelt es sich um gewerbliche, öffentliche, breitbandige und ortsfeste Informationsverteilsysteme auf Funkbasis. Hierfür steht der Frequenzbereich 5755 bis 5875 MHz zur Verfügung. Die Nutzung der Frequenzen ist nicht an einen bestimmten technischen Standard gebunden. Es gibt hier vier Konzepte: Punkt zu Punkt, Punkt zu Mehrpunkt, vermaschte und kombinierte Netze. Die effektive Strahlungsleistung ist auf 2 bzw. 4 W beschränkt. Zur Vermeidung von Gleichkanalbetrieb mit Radarstationen ist ein dynamisches Frequenzwahlverfahren zu implementieren. FWA (Fixed Wireless Access) ist ein Internet-Zugang, der drahtlos an einem festen Punkt/einer bestimmten Adresse bereitgestellt wird, ohne dass Glasfaser oder Kabel verwendet wird. FWA gibt es schon lange - zu den älteren Technologien gehören WiMAX, LTE und 4G -, aber Nachfrage und Popularität sind mit dem Aufkommen von 5G NR, das neue Möglichkeiten eröffnet, erheblich gestiegen. DECT & VoIP DECT ist die Abkürzung für Digital Enhanced Cordless Telecommunications („verbesserte digitale Schnurloskommunikation“) und wurde schon 1993 eingeführt auf Basis des Frequenzbands von 1880 bis 1900 MHz. DECT ist kein alter Hut, sondern für die Festnetztelefonie, was das WLAN für das Internet ist. Denn es hat eine ganze Palette von Vorteilen, u.a.: • Reichweite innen (außen) bis zu 50 (300) m • hohe Abhörsicherheit • sehr energiesparend • vom WLAN verschiedener, geschützter Frequenzbereich • gleichzeitige Nutzung mehrerer Mobilteile möglich • automatischer Wechsel der Basisstation (Handover) Switch mit IP auf DECT-Basis © www.direct.de Die maximal erlaubte Ausgangsleistung beträgt 250 mW. Bei der IP-Telefonie (Internet Protocol), auch als Voice over IP (kurz VoIP) bekannt, nutzen schnurlose Telefone eine Basisstation, die mit einem Ethernet-Kabel mit dem Netzwerk verbunden ist. IP-Telefonie ermöglicht es also, den Telefondienst auf IP-Infrastruktur zu realisieren, sodass diese die herkömmliche Telefontechnik samt ISDN und allen Komponenten ersetzen kann. IP-Telefonie bedeutet damit eine Kostenreduktion durch ein einheitlich aufgebautes und zu betreibendes Netz. Während des Übergangs von DECT aus VoIP existieren beide Techniken meist parallel. Reine WLAN-DECT-Telefone lohnen sich für große Firmen, die über eine WLAN-Struktur verfügen. Im Zusammenhang mit VoIP trifft man manchmal auf das Kürzel SIP für Session Initiation Protocol. Das ist ein Satz an Regeln, die es zwei Systemen ermöglichen, Informationen über ein Netzwerk, etwa eine Internet-Verbindung, auszutauschen. Eine SIP-Telefonanlage erlaubt also Gespräche über eine Internet-Verbindung mittels VoIP. Ein herkömmlicher Telefonanschluss ist somit nicht länger erforderlich. Moderne SIP-Telefonanlagen werden über die Cloud realisiert mit dem großen Vorteil, dass sie standortunabhängig betrieben werden können. Benötigt werden ein Internet- Anschluss sowie VoIP-fähige Endgeräte wie z.B. ein SIP-Telefon, Laptop oder Smartphone. Funk-Alarmanlagen Für diese nichtöffentlichen Funkanwendungen zum Zwecke der Alarmierung wurden Frequenzen im 169- und 868-MHz-Bereich allgemein zugeteilt. Die Nutzung der Frequenzen ist nicht an einen bestimmten Standard gebunden. Da diese Frequenzen nun einmal gut bekannt sind (868 gilt als „Sicherheitsfrequenz“), so können Funk-Alarmanlagen auch durch sogenanntes Jamming leicht beeinträchtigt oder ausgelöst werden. Auch für Alarmmeldungen durch hilfsbedürftige Personen gibt es bei 868 MHz enge Frequenzbereiche. Bei Funk-Feueralarmsystemen handelt es sich u.a. um funktechnisch vernetzte Rauchmelder-Anordnungen. Hierfür wurden die Frequenzen 148,9375 und 148,9625 MHz allgemein zugeteilt. Die Nutzung dieser Frequenzen ist nicht an einen bestimmten technischen Standard gebunden. Funkbusse für die Gebäudeautomation Hier versuchte zunächst einmal jeder Hersteller, sein eigenes System zu etablieren. Inzwischen haben sich Hersteller zu Allianzen formiert, um eine größere Interoperabilität zu ermöglichen. Einer anfangs vermuteten Störanfälligkeit wurde durch Auswahl der Frequenzen begegnet und ist bislang nicht aufgetreten. Hier die wichtigsten Protokolle/Hersteller (Quelle: Wikipedia): • KNX-RF (auch ISO/IEC 14543-3) Übertragung auf 868 MHz des KNX- Standards, eine Erweiterung des EIB (EN 50090) Basis-Set für eine größere Funk-Alarmanlage © https://safe2home.de Haus und Elektronik 2/2023 27

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