Wie genau funktioniert die drahtlose Kommunikation?

[Kibo (Gast)]

Hallo Forum,

ich möchte euch vorwarnen: Im folgenden Gebiet stehe ich noch ganz am 
Anfang und mir fehlt vermutlich einiges an Grundwissen. Es kann sein, 
dass ich Begriffe verwechsel und oder Sachverhalte falsch darstelle.

Ich habe bereits für einige Bastelprojekte Mikrocontroller in Assembler 
programmiert (Atmega 8). Nun möchte ich mich an die drahtlose 
Kommunikation wagen. Ich habe versucht mich im Internet ein bisschen 
einzulesen, aber ich fühle mich erschlagen von der Vielfalt der 
Möglichkeiten.

Ich muss dazu sagen, dass ich die Dinge gerne genau verstehe, bevor ich 
mich für ein System entscheide und mich entschließe dieses zu benutzen. 
Mir ist klar, dass es "Funkmodule" gibt, die über UART angesteuert 
werden und meine Daten verschlüsseln, damit die von einem zweiten 
"Funktmodul" wieder entschlüsselt werden. Ich würde allerdings gerne 
verstehen, was zwischen diesen "Funkmodulen" abläuft.

Ich fange jetzt einfach mal an die Abläufe so zu beschreiben, wie ich 
sie verstanden habe:

Physikalisch:
Ich erzeuge elektromagnetische Wellen ("Funkwellen"), indem ich einen 
Strom durch einen elektrischen Leiter (Antenne) fließen lasse. Die 
Häufigkeit, mit der der Strom ein- und ausgeschaltet wird, ergibt die 
Trägerfrequenz, mit der die Funkwelle übertragen wird. Die Länge der 
Antenne (abhängig von der Wellenlänge) und die höhe des Stroms bestimmen 
die Intensität / Reichweite der Funkwelle. Der Empfänger empfängt an 
seiner Antenne  diese Funkwellen und wandelt sie in Strom / Spannung um. 
Durch diverse Filter werden die Störwellen rausgefiltert und nur die 
angestrebte Wellenlänge wird durchgelassen.
Ist das bis hierhin richtig?

Informationsübertragung:
Die Trägerwelle (mit der Trägerfrequenz) wird über zeitweises Ein- und 
Ausschalten moduliert, um somit Informationen zu übertragen.
So und hier wird mein Wissen jetzt sehr dünn:

Funkstandard:
Definiert, welche Frequenz die Trägerwelle haben muss und wie eine 1 
bzw. eine 0 im Signal moduliert wird?

Netzwerkprotokoll:
Falls mehrere Teilnehmer im gleichen Netzwerk über denselben 
Funkstandard miteinander kommunizieren sollen, bestimmt das 
Netzwerkprotokoll, wie sich die Teilnehmer authentifizieren müssen und 
in welcher Reihenfolge sie kommunizieren?

Wozu gehören jetzt WLAN, Bluetooth, ZigBee etc.? Wenn ich jetzt keinen 
speziell geeigneten IC für WLAN verwenden möchte, sondern die 
Datenübertragung von Anfang an mit einem Mikrocontroller durchführen 
lassen würde, wo kann ich dann nachlesen, wie das 
Kommunikationsprotokoll auszusehen haben soll?

Sorry ich weiß, dass ich hier etwas wirr werde, aber eine ausgiebige 
Recherche im Internet / Wikipedia hat mir jetzt nicht diese 
Informationen geliefert. Vielleicht fehlen mir nur die richtigen 
Schlagworte. Wenn mir jemand gute Artikel zu dem Thema empfehlen kann 
(oder Skripte) werde ich sie mir gerne durchlesen.

Also vielen Dank bis hierhin und liebe Grüße
René

[Christian S. (roehrenvorheizer)]

Hallo,

im Prinzip und ganz grob hast Du die Sachverhalte schon in etwa richtig 
aufgefasst. Um genau zu werden müßte man nun jedes Detail extra 
erklären.

Bei den einfachen Funkmodulen wird meistens ASK (amplitude shift keying) 
und/oder FSK (frequency shift keying) angewendet. GFSK und LORA gibt es 
auch. Das ist nichts anderes als digitale Amplitudenmodulation oder 
Frequenzmodulation. Nachzulesen unter "digitale Modulationsverfahren"

Jedenfalls WLAN und Bluetooth wird niemand ohne spezielles IC mittels 
"gewöhnlichem" Funkmodul nachempfinden. Dafür sind die Verfahren zu 
kompliziert.

Normale Funkmodule haben UART-Anschluß oder SPI-Anschluß für den 
schnellen Bus, den viele Mikrocontroller mitbringen. Also ich bevorzuge 
immer diejenigen mit SPI. Diese Module verstehen Befehle und man kann 
somit einstellen, in welcher Betriebsart das Modul arbeiten soll, kann 
die Datenrate einstellen und sendet, indem in ein bestimmtes Register 
geschriebn wird oder empfängt, indem aus einem bestimmten Register 
gelesen wird.

Einfache Vertreter dieser Kategorie, z.B.:
RFM12, RFM75.

Oder wer 128 Register richtig einstellen möchte, nimmt RFM23.

Was man damit anstellen kann, steht wie immer im Datenblatt, sofern man 
in der Lage ist, dieses zu verstehen.

MfG

[Stefan M. (derwisch)]

Kibo schrieb:
> Die
> Häufigkeit, mit der der Strom ein- und ausgeschaltet wird, ergibt die
> Trägerfrequenz

So ungefähr.
Da muss der "Digitaliker" auch mal analog denken lernen.
Es ist eine Wechselspannung ( Sinus ).
Strom ein und aus geht auch, erzeugt aber unmengen von Oberwellen ( 
Funkstörungen ).

Was Du haupsächlich suchst, ist das Verständnis von Modulationsarten.
Das Übertragen von digitalen Informationen ist dabei nur eine von vielen 
Möglichkeiten.
Bei FM ( UKW Radio -nicht DAB!- ) ist es die Veränderung der 
Trägerfrequenz mit dem NF Signal.

Bei AM wird die Leistung des Trägers mit dem Nutzsignal ( Information ) 
moduliert.

Das sind die Grundlegenden Modulationsarten.
Alles Andere ( FSK, ASK ) baut darauf auf.
Denn physikalisch betrachtet kann man die Trägerwelle nur in der 
Leistung oder in der Frequenz verändern.
Es gibt auch noch die Phasenmodulation, die sich aber eng an die 
Eigenschaften der Frequenzmodulation anlehnt.

[Christian S. (roehrenvorheizer)]

Das Protokoll überlegt man sich in der Regel selbst. Hier ein Beispiel, 
wie das gemacht werden kann:
Beitrag "bidirektionale RS232 Funkbrücke mit RFM12"

oder Grundlagen:
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/0211195.htm

MfG

[Kibo (Gast)]

Christian S. schrieb:
>Bei den einfachen Funkmodulen wird meistens ASK (amplitude shift keying)
>und/oder FSK (frequency shift keying) angewendet. GFSK und LORA gibt es
>auch. Das ist nichts anderes als digitale Amplitudenmodulation oder
>Frequenzmodulation. Nachzulesen unter "digitale Modulationsverfahren"

> Jedenfalls WLAN und Bluetooth wird niemand ohne spezielles IC mittels
> "gewöhnlichem" Funkmodul nachempfinden. Dafür sind die Verfahren zu
> kompliziert.

Okay, ich schätze dann mal, dass für die allermeisten Projekte keiner 
mehr selbst die Modulation des Signals realisieren wird, sondern man 
immer auf die ICs zurückgreifen wird. Selbst bei "gewöhnlichen" 
Funkmodulen...

Und danke für die Schlagwörter, dann weiß ich wo ich weiterlesen kann

Stefan M. schrieb:
> Das sind die Grundlegenden Modulationsarten.
> Alles Andere ( FSK, ASK ) baut darauf auf.

Ok, ich werde die Modulationsarten mal recherchieren.

Christian S. schrieb:
> Das Protokoll überlegt man sich in der Regel selbst. Hier ein Beispiel,
> wie das gemacht werden kann:
> Beitrag "bidirektionale RS232 Funkbrücke mit RFM12"
>
> oder Grundlagen:
> https://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/0211195.htm
>
> MfG

Danke für die Links! Sehr interessant! Ok, du hast in der ersten Version 
über UART Zeichen gesendet, die vom RFM12 verschlüsselt und auf der 
Empfangsseite wieder vom RFM12 entschlüsselt wurden. Du hast dann also 
selbst definiert in welcher Form der Empfangs-Mikrocontroller die Pakete 
"erwartet". Und das kann man dann weiter treiben mit Rückantwort usw. 
Klingt gut.

[GEKU (Gast)]

Mit dem Modul  MRF89XA  von Microchip kann man sehr viel über 
Funktechnologien lernen.
(verschieden Modulationsverfahren,  Datenübertragung und Datensicherung)
Das Datenblatt 70622B.pdf beschreibt die Übertragungsverfahren und deren 
Realisierung im Chip.

[Christoph db1uq K. (christoph_kessler)]

Bei der Überschrift fiel mir erst mal Graf Bobby ein:
Wie funktioniert Telegrafie? - Ja da stellen wir uns eine gaaanz langen 
Dackel vor. Wenn man dem hinten in Wien auf den Schwanz tritt, bellt er 
vorne in Berlin. - Ah ja. Und drahtlose Telegrafie? - Ganz genauso. Nur 
ohne Dacḱel.

Die elektromagnetischen Wellen kommen tatsächlich ohne  Dackel oder 
andere Materie aus, sie sind reine Energie, die sich vom Sender aus mit 
Lichtgeschwindigkeit im Weltall verteilen. Der Empfänger pickt sich 
einen winzigen Teil davon heraus. Um Information aufzumodulieren kann 
man nur die beiden Parameter Amplitude und Phase variieren. Alle 
Modulationsarten beruhen darauf.