RC Empfänger und Sender – wissenswertes zur Funkübertagung

Grundlegende Informationen zur Funkübertragung

In der heutigen Zeit werden radioaktive Frequenzen im 2.4GHz ISM (Independent, Scientific, Medical) Band vorallem im städtischen Bereich, für Datenübertragung sehr stark genutzt. Auch die meisten Quadrocopter und viele andere RC Modelle verwenden diese Frequenzen für den Datenaustausch.

Angefangen bei den Steuerbefehlen, werden heutzutage auch diverse Telemetriedaten und oft auch Videosignale versendet. Zumeist werden diese bereits digital übertragen. Bei analoger Funktechnik, wird in der Regel ein Band, also eine bestimmte Frequenz im 2.4GHz Spektrum belegt. Dies hat den riesen Nachteil, dass nur wenige Sender gleichzeitig aktiv sein können ohne sich gegenseitig zu stören. Der Vorteil der analogen Sendetechnik im Bereich der Videoübertragung wird für viele Racing- und Freestylequadrocopter genutzt, da die Latenz bei analogen Signalen niedriger ist und somit neue Bildinhalte schneller dargestellt werden können. Folglich kann der Pilot fast in Echtzeit erkennen wohin er gerade fliegt. Digitale Systeme entwickeln eine Latenz da die binären Codes (0 und 1) erst in Videosignale umgewandelt werden müssen.

Um dem Problem einer fixierten Kanalbelegung der analogen Funktechnik entgegen zu wirken, wurde das sogenannte „Channelhopping“ erfunden. Anders als bei analogen Signalen, die immer auf der selben Frequenz, mit einer in der Regel festgelegten Leistung funken, werden beim „hopping“ die verfügbaren Kanäle sehr schnell durchgewechselt. Dadurch wird ein dauerhaftes „Übersprechen“ relativ unwahrscheinlich und der Datenverkehr von anderen Geräten weniger gestört. Somit können viele RC Modelle und auch zum Beispiel WLAN Router gleichzeitig betrieben werden. Wenn einmal ein Datenpaket ausfällt, dann ist es nur ein Paket auf einer spezifischen Frequenz und ist für den Piloten nicht spürbar.

Aktuelle Systeme arbeiten im Übrigen mit einem Feature welches sich „LBT“ nennt. Dies steht für „listen before talk„, sprich: Erst wird gescanned ob etwas auf der aktuellen Frequenz gesendet wird und nur wenn die Frequenz frei ist, werden Daten gesendet. Diese Technik kann die Wahrscheinlichkeit auf ein „Übersprechen“ weiter reduzieren und somit bessere Datenübertragungsqualität gewährleisten.

Modulationsarten

PCM SIGNAL MODULATION

PCM (Pulse Code Modulation) ist eine digitale Art der Datenübertragung und verwendet binäre Kombinationen also 0 und 1 um Steuersignale zu kodieren. Diese Daten werden dann vom RC Empfänger dekodiert und verarbeitet. Die Empfangsseite nimmt nur digitale Signale an und ignoriert andere Funksignale. Meistens wird hier auch ein „Pairing Code“ verwendet. Diese binäre Zahlenkombination ermöglicht das eindeutige Identifizieren eines bestimmten Senders. Um PCM nutzen zu können sind also eine digitale Sende- sowie Empfangseinheit nötig.

PPM SIGNAL MODULATION

PPM (Pulse Position Modulation) benutzt analoge Signale um Steuerbefehle zu übertragen. Dies war bei älteren CB Funk Modellen sehr beliebt. Bei diesem Protokoll werden Pulslängen auf verschiedenen Kanälen gemessen. Anhand dieser Pulslängen, kann der Empfänger die Postion der Sticks auf der Fernsteuerung auslesen.

Kanalsequenzen

Es gibt zwei gängige Standards für die Kanalreihenfolge. Diese Reihenfolge ist notwendig, um das Signal richtig auslesen zu können. Verschiedene Hersteller haben verschiedene Kanalsequenzen, welche auch der Multicopterfirmware richtig mitgeteilt werden müssen. Somit weiß der Quadcopter ob im Datenpaket, als Beispiel, zuerst der „Gaskanal“ oder der „Querruderkanal“ kommt. Dies ist essentiell um die Steuerbefehle richtig zu interpretieren.

TAER – SEQUENZ

T – Kanal 1 – Throttle (THR) – Schub
A – Kanal 2 – Ailerons (AIL) – Querruder
E – Kanal 3 – Elevator (ELE) – Höhenruder
R -Kanal 4 – Rudder (RUD) – Seitenruder

AETR – SEQUENZ

A – Kanal 1 – Ailerons (AIL) – Querruder
E – Kanal 2 – Elevator (ELE) – Höhenruder
T – Kanal 3 – Throttle (THR) – Schub
R -Kanal 4 – Rudder (RUD) – Seitenruder

Steuerungsbelegung – Mode 1 und Mode 2

Der grundlegende Unterschied zwischen den beiden „Mode“ Optionen bei Fernsteuerungssytemen, ist die Belegung der Sticks. Bei „Mode 2“ ist der Gas- und Gierknüppel links, Rollen und Neigen rechts. Bei „Mode 1“ befindet sich Gas- und Gierknüppel rechts, Rollen und Neigen links, also genau umgekehrt. Während in Europa zumeist „Mode 2“ verwendet wird, ist in Amerika eher „Mode 1“ die Wahl der Piloten. Im Prinzip würde ich dem Anfänger jedoch empfehlen den „Mode“ seiner Pilotenfreunde zu wählen, um auch deren Quadcopter fliegen zu können.

Bekannte RC Protokolle

FRSKY

FrSky verwendet in der Regel das eigene Protokoll namens ACCST (Advanced Continuous Channel Shifting Technology) um Daten zwischen Sender und Empfänger auszutauschen. Es wird zwischen D8 und D16 unterschieden. Wobei die Zahl immer für die Anzahl der Kanäle steht die übertragen werden können. D8 ist die ältere Variante und nicht zwingend kompatibel zu allen neuen Sendern. Man sollte sich definitiv informieren ob gewählte Empfänger und Sender miteinander kommunizieren können.

Frsky bietet „full range“ (500 Meter oder mehr) , sowie „Parkflyer“(~300 Meter) Empfänger. Diese unterscheiden sich meist durch Größe und Gewicht.

Außerdem hat FrSky auch „long range“ Hardware mit den Namen R9 / R9M im Angebot. Die R9 Serie besteht aus Funkmodulen welche es ermöglichen Fernsteuerungen diverser Hersteller mit deren „long range“ Technologie zu versehen. Die verwendeten Frequenzen sind für EU und Russland 868Mhz und für USA, Asien, Australien bei 915Mhz einstellbar. Die nicht EU Variante besitzt zudem eine Option zum Einstellen der Sendeleistung. Reichweiten bis zu 10 Kilometern oder mehr sollten damit abhängig von Wetter und verwendbarer Sendeleistung möglich sein.

FLYSKY

Das namentlich gleich betitelte Flyskyprotokoll ist die Eigenentwicklung des Herstellers und verwendet AFHDS (Automatic Frequency Hopping Digital System) und aktuell AFHDS2 als Übertragungstechnologie. AFHDS2 unterstützt zusätzlich die Übertragung von Telemetriedaten. Diese beiden Technologien sind untereinander nicht kompatibel, aber aktuelle Sender, beherrschen in der Regel aber beide Technologien.

Auch bei Flysky gibt es Empfänger für volle Reichweite (500 Meter oder mehr) und micro Empfänger mit weniger Reichweite (~300 Meter). Flysky bietet eine zumeist günstige Option die gut funktioniert. Aktuell sind mir allerdings keine „long range“ Systeme von diesem Hersteller bekannt.

TBS CROSSFIRE

Crossfire ist ein „long range“ System für RC Modelle, welches von Team Blacksheep entwickelt wird. Es beherrscht das Versenden sowie Empfangen von Telemetriedaten, MAVLink Daten, Firmware für Empfänger, Flugcontroler Einstellungen und noch mehr.

DSSS , FHSS sind die Bezeichnungen für die verwendete selbstheilende „Channelhopping“ Technologie die bei diesem Setup verwendet wird.

Die Sendeleistung der Module ist zwischen 10mW und 2W regelbar oder kann automatisch verwaltet werden. Hier sind geltende Gesetze zu beachten. Die genutzten Frequenzen sind für EU und Russland 868Mhz und für USA, Asien, Australien bei 915Mhz angesiedelt. Crossfire kann für alle Regionen der Welt legal eingestellt werden. Je nach Region, Wetter beziehungsweise Lizenz sind Reichweiten über 10Km damit möglich.

WEITERE PROTOKOLLE

Viele Hersteller haben eigene Protokolle wie zum Beispiel Futaba, WALKERA, HiSky, Cheerson. Modelle die nicht mit anderen Empfängern verbunden werden können sind dann jeweils auf die gewählte Übertragungsvariante des Herstellers limitiert.

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