Auswertung der Sendermessaktion beim JAF 2005

Frank Tofahrn

Beim JAF 2005 (Jahresabschlussfliegen) des RC-Network Modellsport e.V. in Grevenbroich wurde eine Messreihe an den dort verfügbaren Sendern durchgeführt. Alle Piloten, die ihren Sender dem Messknecht vorlegten, konnten die Hf-Parameter ihres Senders überprüfen und dokumentieren lassen. Die gemessenen Daten wurden protokolliert, um eine spätere Auswertung zu ermöglichen. Diese Messkampagne soll auch bei zukünftigen RCN-Events weitergeführt werden, um einen Überblick über die Hochfrequenzparameter möglichst vieler Sender zu bekommen, aus denen Tendenzen bezüglich der HF-Performance abgeleitet werden können und um defekte Sender aus dem Verkehr ziehen zu können. Die gemessenen Parameter beziehen sich hauptsächlich auf die belegte Bandbreite und die Belastung der Nachbarkanäle durch ihre Aussendung. Was leider nicht gemessen werden kann, ist die abgestrahlte Leistung der Sender. Diese Messung ist sehr aufwändig und im Rahmen eines Flugtages mit den dort zur Verfügung stehenden Mitteln nicht so realisierbar, dass sich reproduzierbare Ergebnisse ergeben.
Ungeachtet dessen sind aber die erzielten Messergebnisse sicher von hohem Interesse und in dieser Form und in diesem Umfang bisher noch nicht erfasst worden.
Neben den HF-technischen Messergebnissen ergeben sich aus der Messaktion natürlich auch statistische Daten bezüglich Hersteller, Sendertypen, Modulationsarten und der benutzten Frequenzbänder.
Da dieses die erste derartige Messaktion war und die Anzahl der gemessenen Sender für eine allgemeingültige Statistik bei weitem zu gering ist, stellen die Ergebnisse nicht unbedingt einen repräsentativen Querschnitt dar. Mit weiteren Messaktionen wird die Basis der Statistik aber breiter werden.
Diese Messung verschaffte all denen, die ihren Sender vermessen ließen, die Gewissheit, dass ihr Gerät ordnungsgemäß funktioniert. Andernfalls wurden die Eigentümer auf Fehlfunktionen bezüglich der HF-Aussendungen hingewiesen.

1 Die Datengrundlage

Getestet wurden insgesamt 63 Sender. Allerdings wurde ein Sender aus der Auswertung herausgenommen, da dieser einen massiven Defekt des HF-Moduls hatte und die durch diesen Defekt begründete mangelhafte HF-Leistung die Auswertung praktisch unbrauchbar gemacht hätte. Daraus erklärt sich die Diskrepanz der Gesamtzahl der gemessenen Sender und der in der Auswertung auftauchenden Probanden.

Messausrüstung:

Spektrumanalyzer: Anritsu MS2601
Senderankoppelung: Aufnehmerspule (Eigenbau)
Ablaufsteuerung der Messung: Steuerung durch PC via IEC-Bus, eigene Software
Protokollierung: gedrucktes Protokoll jeder Messung
Protokollierte Daten: siehe Beispiel


2 Auswertungsergebnisse

2.1 Verteilung der Hersteller:

Die Verteilung der Senderhersteller:

Klarer „Sieger“ ist hier Graupner, was aber jetzt wohl niemand wirklich überraschen dürfte.

Verteilung der Sendertypen:

Der am häufigsten vertretene Sendertyp war MC3030. Interessant war auch das Auftauchen einiger „alter Herren“ (FM35 / TM2014) unter den Sendern.

2.2 Auswertung der benutzten Frequenzbänder

Wie eigentlich zu erwarten, war das 35MHz A-Band überdurchschnittlich oft vertreten. Es war eben eine Flugveranstaltung.

2.3 Auswertung der benutzten Modulationsarten

Etwas überraschend war die, gemessen an den Möglichkeiten der vertretenen Sender, überproportional häufige Verwendung von PPM als Modulationsart.

2.4 Auswertung der Art der Frequenzaufbereitung

Bei der Art der Frequenzaufbereitung dominierte das gute, alte Quarz.


3 Auswertungsergebnisse HF-Messung

3.1 Typische Senderspektren

Aus den gewonnen Messdaten wurden für jede Modulationsart zunächst die mittleren Spektren errechnet. Diese Spektren sind unten dargestellt. Bei PCM-G3 gab es allerdings nur einen Probanden, so dass dieses Spektrum keinen Mittelwert darstellt. In die Plots ist eine Maske eingeblendet, innerhalb derer sich das Spektrum bewegen sollte. Hier zeigten sich keine Auffälligkeiten.

Das PCM-G3 Spektrum erscheint etwas „breiter“ als die Spektren von PPM und PCM. Das liegt in der durch PCM-G3 verwendeten Modulation (4-Level-FSK) begründet.

3.2 Modulationshub

Das folgende Diagramm zeigt den FM-Hub der Aussendung aufgeschlüsselt nach Sendertypen.

Die gemessenen Werte bewegten sich im Rahmen der zu erwartenden Werte

3.3 99%-Bandbreite

Die 99%-Bandbreite ist die Bandbreite, innerhalb derer 99% der gesendeten Leistung liegen und stellt eine Bewertungsgröße für die belegte Bandbreite dar. Diese Größe wurde vom Spektrumanalyzer ermittelt und ist unabhängig von der Strahlungsleistung des Senders. Im unten stehenden Diagramm sind für jeden Sendertyp bzw. jede Modulationsart die Minima und Maxima der Messungen aufgetragen. Bei den Sendertypen, von denen nur ein Exemplar gemessen wurde, sind diese beiden Werte natürlich gleich.

3.3.1 Auswertung nach Sendertyp

3.3.2 Auswertung nach Modulationsart

Die relativ große Spannweite bei PPM erklärt sich aus dem bei dieser Modulationsart relativ stark vom Modulationsinhalt (z.B. Anzahl der Kanäle) abhängenden Spektrum.

3.4 Frequenzgenauigkeit

3.4.1 Frequenzgenauigkeit, Auswertung über alle Sender

Hier wurde die Mittenfrequenz der Sender ermittelt. Die Werte wurden aus den gemessenen Spektrumdaten errechnet, da eine direkte und genaue Messung der Mittenfrequenz, insbesondere bei PPM, nicht so ohne weiteres möglich ist.

Das Diagramm zeigt die Verteilung der ermittelten Abweichung von der nominalen Mittenfrequenzen über alle Sender. Ein Aufschlüsselung nach Sendertyp oder Hersteller macht hier wenig Sinn, da die Frequenz eben primär vom Quarz bestimmt wird und nur wenig vom Sendertyp oder Senderhersteller abhängt.

Es zeigt sich ein leichter Versatz der Ergebnisse nach unten. Hier muss allerdings bedacht werden, dass auch die Frequenzgenauigkeit des verwendeten Spektrumanalyzers endlich ist und dessen Frequenzungenauigkeit hier voll eingeht.

3.5 Nachbarkanalleistung

Dies ist eigentlich der interessanteste Aspekt der Messergebnisse, da hier abzulesen ist, in welchem Umfang die Nachbarkanäle eines Senders durch diesen belastet werden. Dazu zunächst eine Erklärung. Die Auswertung geht davon aus, dass alle Sender 100mW abgestrahlte HF-Leistung haben. Von dieser Gesamtleistung sollte soviel wie möglich in die 10kHz des benutzten Kanals fallen. In der Realität wird aber immer ein gewisser Teil dieser Sendeleistung in den benachbarten Kanälen abgestrahlt. Das ist aus technischen Gründen nicht vermeidbar und auch bei anderen Funksystemen durchaus üblich.
Dieser Anteil der Sendeleistung in den Nachbarkanälen wird als „Nachbarkanalleistung“ bzw. „Adjacent Channel Power“ (ACP) bezeichnet. Nur sollte dieser Anteil natürlich so gering wie technisch möglich und nur so hoch wie unbedingt nötig sein.
Ein Sender, der in den benachbarten Kanälen viel Leistung abstrahlt, bedeutet für ein System auf diesem Nachbarkanal natürlich ein höheres Störpotential, als ein Sender mit wenig Nachbarkanalleistung. Im praktischen Betrieb ist dieser Gesichtspunkt besonders dann von Bedeutung, wenn man von seinem Modell weit entfernt ist und dabei gleichzeitig nahe an einem anderen Sender vorbeifliegt. Dann ist das eigene Signal u.U. sehr schwach und es bedarf nur wenig Störleistung, um die eigene Funkverbindung zu stören.

Es gibt ja die bekannte Empfehlung, dass beim Flugbetrieb alle Piloten möglichst eine Gruppe bilden sollten. Die Empfehlung macht sehr viel Sinn, da dadurch sichergestellt ist, dass jeder Flieger ungefähr die gleiche Entfernung zu allen anderen Sendern hat und die Signalstärken aller Sender am Empfänger ungefähr gleich sind. Die unter Umständen tödliche Situation, dass das eigene Signal sehr schwach und das des Senders im Nachbarkanal sehr stark ist, kann dann nicht auftreten. Es spielen dabei auch noch andere Gesichtspunkte eine Rolle, wie die Großsignalfestigkeit des Empfängers, die hier aber nicht betrachtet werden soll.

Die Darstellung der Ergebnisse erfolgte nach Sendertypen aufgeschlüsselt. Dargestellt sind jeweils der minimale und maximale Wert der Nachbarkanalleistung für den unteren und oberen Nachbarkanal. Alle Werte sind auf eine Gesamtleistung von 100mW normiert.



Das Ergebnis in tabellarischer Form. Diese Tabelle zeigt analog zur obigen Grafik die Minum- und Maximumwerte für die Nachbarkanalleistungen, ebenfalls aufgeschlüsselt nach Sendertypen:

Diese Werte stellen die Ergebnisse einschließlich der Abweichung von der Mittenfrequenz dar. Diese Abweichung schlägt sich in der Verteilung der Leistungen auf oberen und unteren Kanal nieder. Wenn man die Messdaten vom Effekt der Mittenfrequenzabweichung bereinigt, ergibt sich allerdings praktisch das gleiche Ergebnis, so dass hier auf Grafik und Tabelle verzichtet wurde. Das war zwar ein hoher rechnerischer Aufwand, hat aber nichts gebracht.
Zur Veranschaulichung der Ergebnisse sollte man sich allerdings vor Augen halten, dass die absoluten Pegel im Nachbarkanal im schlechtesten Fall immer noch um ca. den Faktor 4000 unter der Sendeleistung liegen, so dass auch von dem in dieser Beziehung schlechtesten Sender kaum eine echte Gefahr ausgeht.


4 Die „Hall of Fame“

4.1 Exoten

Der absolute Exot unter den Sendern war ein Sender für ein Spielzeugauto, das auf einer 40MHz SRD-Frequenz gearbeitet hat. Dieser Sender ging nicht in die Auswertung mit ein, da er von den Betriebsparametern doch sehr weit abseits der Norm lag. Spasseshalber habe ich dem Ding aber trotzdem mal „unter den Rock“ geguckt. Das Verblüffende war, dass dieser Sender, obwohl ein Produkt aus dem absoluten Low-Cost-Segment, mit einer rein digitalen Übertragung (vergleichbar mit PCM) gearbeitet hat. Bezüglich des Übertragungsprotokolls wird die Standardtechnik offenbar mittlerweile vom Spielzeug überholt.

4.2 Nachbarkanalbelastung

Das positive und gleichzeitig eines der negativen Highlights war hier der MC3030. Einerseits als der Sendertyp mit der geringsten und andererseits mit der nahezu höchsten Belastung der Nachbarkanäle. Erstaunlich ist, dass dieser Sendertyp eine extreme Streuung bei den Werten der Nachbarkanalleistung hat.
Hier kommt der wegen eines Defektes aus der Wertung genommene Sender, der ebenfalls vom Typ MC3030 war, ins Spiel. Dieser defekte Sender hatte das Problem mit der Nachbarkanalleistung in massivem Umfang. Das Erscheinungsbild dieses Defektes, dessen Erklärung der vermutlichen Ursache allerdings abendfüllend wäre, gibt einen Fingerzeig in Richtung eines potentiellen Problems dieses Sendertyps. Allerdings ist das nur eine auf einer dünnen Datenbasis beruhende Vermutung. Da müssen erst noch weitere Erkenntnisse gewonnen werden, um eine fundierte Aussage machen zu können.

Die anderen negativen Highlights waren ein Oldie und ein Flaggschiff unter den Sendern. Der Oldie war ein Graupner TM2014 aus den grauen Vorzeiten der R/C-Technik. Nun gut, solchen Oldtimern wird man nicht oft begegnen und es war auch nur ein Proband vertreten, so dass sich keine allgemeingültige Aussage über diesen Sendertyp ableiten lässt. Außerdem mag man dem „alten Herrn“ diese Unart verzeihen.

Das Flaggschiff war ein T14MZ mit PCMG3 als Betriebsart. Diese Anlage verwendet eine Modulation (4-FSK), die prinzipbedingt ein Spektrum erzeugt, das potenziell „breiter“ ist als FSK. Hinzu kommt, dass dieser Sender auch mit sehr viel Hub gearbeitet hat und daher in den Kategorien Hub, 99% Bandbreite und Nachbarkanalleistung einen Highscore erzielte. Dabei muss man berücksichtigen, dass diese drei Parameter sehr eng miteinander verknüpft sind. Auch hier ist festzuhalten, dass nur ein Proband gemessen wurde und daher das Ergebnis nicht verallgemeinert werden darf. Sollte sich aber im Rahmen weiterer Messaktionen dieses Ergebnis bestätigen, sollte Futaba über eine Reduzierung des Modulationshubs nachdenken; zumindest auf dem europäischen Markt mit seinem 10kHz-Kanalraster.

4.3 Frequenzabweichung

Die tatsächliche Sendefrequenz hängt primär vom Quarz ab. Deshalb macht eine Aufschlüsselung nach Sendertyp wenig Sinn. Den Highscore hat ein Sender erreicht, der ca. 1kHz oberhalb der Nominalfrequenz lag. Der Besitzer hat die Empfehlung: „Quarz ’rausziehen und wegschmeißen!“ bekommen.

4.4 Modulationsbandbreite

Auffällig war hier lediglich die T14MZ mit PCMG3 als Highscore. Siehe dazu weiter oben unter Punkt 4.2. Alle anderen Sender gaben da ein recht einheitliches Bild ab.

4.5 Die Unwissenden

Hier muss ich mal meckern. Was ich als recht erschreckend empfunden habe, war der Umstand, dass am Messplatz mehr als einer auf der Matte stand, der etwas falsche Vorstellungen davon hatte, auf welchem Kanal sein Sender läuft. Bei der Messung fällt das natürlich sofort auf, ist da aber noch relativ unkritisch. Im realen Flugbetrieb jedoch holt man damit Flieger vom Himmel. Synthesizer-Sender scheinen, nebenbei bemerkt, dieses Unwissen noch zu fördern.


5 Fazit

Das Ergebnis der in dieser Form erstmals durchgeführten Messaktion ist erfreulich. Abgesehen von einem absoluten Ausreißer mit einem massiven Defekt im HF-Modul, der aber nicht in die Auswertung einging, waren bei den Probanden keine „großen Sünder“ dabei. Es ist natürlich klar, dass bei den technologisch sehr einfachen HF-Modulen eine Streuung der Modulationsparameter unvermeidbar ist. Diese Streuung zeigt sich dann auch in den Messdaten. Sie liegt aber im Rahmen der nach oben durch die Belastung der Nachbarkanäle (ACP) und die Mittenfrequenz und nach unten durch die Performance der Anlage (Hub) vorgegeben ist. Sogar die „Alten Herren“ unter den getesteten Sendern konnten neben ihren modernen Nachfahren ihr (schon etwas faltiges) Gesicht wahren.

Alles in Allem können wir wohl mit den Modulationseigenschaften der getesteten Sender im Rahmen dessen, was man in Anbetracht der verwendeten Modulationsarten und Technologien erwarten kann, zufrieden sein.

Diese Aktion soll bei passender Gelegenheit weitergeführt werden. Damit wird eine breitere Basis für die Auswertung geschaffen und gleichzeitig an Ort und Stelle den anwesenden Piloten eine direkte Überprüfung ihrer Sender ermöglicht, um unerkannte Defekte feststellen zu können.

 

Stand: 08.03.2006