Das 2.4-GHz-Band
Frequenzen, Technik, Hersteller...

[09/2014] Nach den 27-, 35- und 40-MHz-Bändern ist für die Steuerung von RC-Modellen seit etwa 2006/07 das 2.4 GHz-Band verfügbar. Neben einigen kleineren Nachteilen ergeben sich eine ganze Reihe von Vorzügen: der RC-Betrieb wird einfacher und sicherer, nicht jedoch absolut störungsfrei. Sende-/Empfangsfrequenzen können sich ebenso überlagern wie bei den herkömmlichen Frequenzbändern.

Auf einen Blick:
Übertragung im Frequenzband von 2.405 bis 2.485 MHz
80 Parallel-Kanäle mit 1 MHz Bandbreite
festgelegt in der Norm EN 300328
keine Einzelgenehmigung/Anmeldung für den Betrieb erforderlich - jedoch:
vorgeschrieben für die Übertragung ist eine technische Lösung, die gegenseitige Störungen verhindert
die maximal zulässige Sendeleistung im 2.4GHz-Band ist abhängig vom Gerät und Land
bidirektionale Übertragung: Tx => Rx (Gebersignale der Steuerung) und Rx => Tx (Empfangsqualität, Telemetriedaten)

2.4GHz-Geräte und Anwendungen:
RC-Anlagen, BlueTooth Class 3, WLAN (802.11b) mit 100mW-Sendeleistung (peak)
   (RC-Anlagen Frankreich/Australien 110mW peak, USA 130mW peak)
Kamera-Übertragungen, Garagentoröffner, BlueTooth Class 2 mit 10mW-Sendeleistung
BlueTooth Class 1 mit 1mW-Sendeleistung
Alles in Allem ist im 2.4GHz-Band ziemlich viel Betrieb. Daher ist die Vorschrift einer technischen Lösung für eine Übertragung mit Verhinderung gegenseitiger Störungen sinnvoll und wichtig.

Vor- und (Nachteile) der 2.4GHz-Technologie
Die technische Umsetzung dieser Vorschrift und die Art der Signalübertragung variiert von Hersteller zu Hersteller.
   Deshalb sind die Sende-/Empfangsanlagen unterschiedlicher Hersteller zueinander nicht mehr kompatibel - einmal
   entschieden, ist man auf diesen Hersteller festgelegt. Einzige Ausnahme: wenn verschiedene Hersteller die
   identische Technik eines Drittherstellers einsetzen. So der Fall bei DSM2, DSMx oder FASST (s.u.).
Höhere Frequenzen breiten sich geradliniger aus. Solange also ein 35-MHz-Signal um ein Hindernis (Büsche, Bäume,
   Hügel, Häuser etc.) gerade noch herumkommen mag, bleibt ein GHz-Signal dran hängen. Hinter dem Hindernis
   entsteht ein GHz-Funkschatten. Für GHz gilt deshalb: eine visuelle, gerade Sicht vom Sender zum Modell ergibt eine
   sichere Verbindung.
Die Signaldämpfung ist beim Durchgang durch ein dichteres Medium bei GHz größer - ein Baum stellt somit ein
   größeres Hindernis dar, als dies bei 35MHz-Anlagen der Fall ist.
Durch die geradlinigere Ausbreitung der Funkwellen ist die Richtwirkung der Antennen größer. Eine optimale
   Antennenausrichtung ist somit wichtig und hat einen positiven Einfluss auf die Reichweite (s. RC-Sendetechnik).
Mit der automatischen Frequenzwahl entfällt die Frequenzabsprache zwischen den Piloten - ein Sicherheitsgewinn.
Die automatische Absicherung gegen Störungen ergibt eine zusätzliche hohe Betriebssicherheit. Allerdings funktioniert
   dies nicht bei allen angebotenen RC-Anlagen gleich und hängt vom implementierten Verfahren (DSSS/FHSS) ab.


2.4 GHz DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)
Zuverlässig - aber mit kleinen Schwächen...

Die Funktion von DSS, beispielsweise verwendet bei DSM2 (Spektrum), kann vereinfacht etwa so dargestellt werden:
RC-Sende-Technik DSS
Der Sender sucht beim Einschalten zwei freie und voneinander möglichst weit entfernte Frequenzen innerhalb des GHz-Bandes (deshalb den Sender zuerst einschalten und 3 bis 5 Sekunden lang suchen lassen). Wenn er passende Frequenzen gefunden hat, belegt er diese für die Kommunikation mit dem Empfänger.
Dann den Empfänger einschalten - er sucht durch alle Frequenzkanäle hindurch nach einem Sender mit einer durch den Bindevorgang eingelernten und ihm bekannten ID. Hat er sie gefunden, meldet er seine ID an den Sender.
Kennt der Sender die ID des Empfängers, kommt die Verbindung zustande - sonst nicht; dies schützt davor, versehentlich ein falsches Modell zu steuern.
Sender und Empfänger suchen sich also ihre Frequenzen selbständig und schützen sich gegen Fremdeinwirkung durch die in der Verbindung eindeutig codierte ID. Daher ist die aus dem 35-MHz-Bereich bekannte Frequenzabsprache zwischen den Piloten nicht mehr erforderlich - ein großer Sicherheitsgewinn.

Sicherheit gegen Störsignale
Wird ein Sendekanal durch ein Fremdsignal überlagert / gestört und kann der Empfänger das eigene Signal gerade noch auswerten, ist die Verbindung nicht beeinträchtigt. Der Empfänger wertet nur das Signal mit der ihm bekannten ID aus.
Ist das Sendesignal einer der beiden Kanäle komplett überlagert und nicht mehr verwertbar, liest der Empfänger automatisch den vorhandenen zweiten Kanal aus.

Soweit so gut - wo liegen die Probleme?
Trotz dieser Vorkehrungen kann es zu Problemen kommen:
Der Bindevorgang dauert bei DSS/DSM2 zirka drei Sekunden (das ist zu lange, sollte ein Sender während des Flugs auf die Idee kommen, die Verbindung neu knüpfen zu wollen).
Die Auswahl und Belegung der für die Kommunikation verwendeten zwei Frequenzen erfolgt beim Einschalten und ist statisch. Entsteht während des Betriebs eine länger anhaltende Störung/Signalüberlagerung auf beiden belegten Frequenzen, ist die Verbindung verloren – und das Modell auch.
einen weiteren Sonderfall zeigt die nächste Grafik:
RC-Sende-Technik DSS
Ist im 2.4GHz-Band heftiger Funkbetrieb durch andere Sender – das sind nicht nur Funkfernsteuerungen, sondern auch Video-Übertragungen und vieles mehr – kann es passieren, dass der Sender beim Einschalten zwei sehr nahe beieinander liegende Frequenzen belegt. Ein Störsignal kann in diesem Fall beide Funkkanäle leicht auf einmal überlagern. Die Alternative hierzu ist „Frequenz-Hopping (FHSS)“.


2.4 GHz FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)
Sicher im Betrieb...

Auch wenn keine Technik der Welt eine 100%-ige Betriebssicherheit garantiert, ist uns seit vielen Jahren tatsächlich noch kein Zucker oder gar Absturz eines Modells wegen einer Funkstörung bei Verwendung dieser Technologie zu Ohren gekommen.
Die Übertragungsfrequenz eines FHSS-Senders und -Empfängers springt innerhalb des zulässigen Frequenzbandes kontinuierlich und nach einer zufälligen Sequenz in einem genau definierten, sehr kurzen Takt durch alle verfügbaren Kanäle.
RC-Sende-Technik DSS
Die Verweildauer auf einer Frequenz beträgt dabei abhängig vom Hersteller nur wenige Millisekunden - dies ergibt mehrere hundert Frequenzwechsel pro Sekunde.
Die Chance einer gleichzeitigen Kanalbelegung bei Betrieb mehrerer FHSS-Sender ist sehr gering bis unwahrscheinlich.
Wird das Übertragungssignal durch ein anderes Signal bis zur Unkenntlichkeit überlagert (Störung), ist die Funkverbindung maximal für den Bruchteil einer Sekunde - und damit kaum merkbar - gestört.


2.4Ghz-Hersteller und Marken - wer verwendet was...?
Die nachfolgenden Aussagen entspringen den Erfahrungen, der Einschätzung und dem Wissen des Autors. Sie sind notwendigerweise subjektiv und erheben keinen Anspruch auf objektive Richtigkeit und Vollständigkeit. Eine Haftung wegen einer und für eine etwaige Fehldarstellung ist ausgeschlossen. Eine unverzügliche Korrektur bei nachweislich falscher Darstellung ist selbstverständlich und wird zugesichert (Stand 09/2014).

DSM2 - Spektrum, Orange, frsky
DSM2 verwendet die fixe 2-Kanalbelegung (DSSS). Markteinführung durch Spektrum, entwickelt von frsky (so zu lesen im Jahre 2012 auf der Web-Seite von frsky-rc.com - seither ist diese Aussage von deren Web-Seite wieder herunter genommen). Vertrieben werden DSM2-Sender und -Empfänger unter den Marken Spektrum, Orange/DSM2 und frsky. Eine Diskussion, wer wen geklont haben und besser oder schlechter sein könnte, ist daher müßig. Siehe hierzu auch Reichweitentests Spektrum-/Orange-Empfänger.

DSMx - Spektrum, Orange
Eine optimale Mischung aus DSSS und FHSS - belegt zwei Kanäle und springt mit diesen beiden durchs 2.4-GHz-Band. Markteinführung durch Spektrum, Entwicklung offensichtlich wieder durch frsky, Vertrieb unter den Labels Spektrum und Orange/DSMx. Nachdem es mit DSM2 doch den einen oder anderen Ausfall gab, ist DSMx möglicherweise die Antwort.
Doch Vorsicht: Spektrum-DSMx-Sender bieten die Möglichkeit, ältere DSM2-Empfänger zu betreiben. Dazu muss im Menü der Steuerung für das betreffende Modell auf den DSM2-Mode umgestellt werden. Während DSMx-Sender zu DSMx-Empfänger sehr stabil läuft, gibt es in der Kombination DSMx-Sender zu DSM2-Empfänger Schwierigkeiten. Immer wieder geht die Verbindung verloren (und viele Modelle sahen wir bei dieser Kombination vom Himmel kommen). Mal nach zwei Minuten Betrieb, mal nach einer Stunde (und man hat es nicht bemerkt weil der Akku zuvor leer war). Ein Grund könnte sein, dass DSMx bei Unterspannung des Empfängers eher geneigt ist, neu zu binden - weil dies im Bruchteil einer Sekunde geschieht. DSM2-Empfänger brauchen hierzu aber zirka drei Sekunden - was zu lange ist. Siehe hierzu auch "Abstürze durch brownouts".

FASST - Futaba, Orange, frsky
FASST hüpft durch das Frequenzband (FHSS) und wurde wie die beiden Vorgänger ebenfalls von frsky (rc-frsky.com) entwickelt. Vertrieben und angeboten werden die Produkte unter den Marken Futaba, Orange und frsky. Der Betrieb dieser Produkte scheint absolut zuverlässig zu sein – in sieben Jahren sind uns keine Ausfälle bekannt!

Andere - HoTT, Jeti
Diese beiden Hersteller verwenden in ihren Produkten die von Ihnen selbst entwickelte Technologie. Sie scheint ebenfalls sehr zuverlässig - auch hier sind bis dato keine Ausfälle bekannt. Der einzige Nachteil: Man ist beim Kauf an die Produkte genau dieses Herstellers gebunden und kann nicht auf andere Labels und Anbieter ausweichen.

Andere - XPS, Assan, iMax, Graupner iFS etc.
Diese in der Anfangszeit (2006/2008) vermarkteten Produkte gehören in der Zwischenzeit wohl eher der Vergangenheit an...