Die drahtlose Datenübertragung ist eines der beliebtesten Verfahren zur Übermittlung von Daten (Stichwort „Konnektivität“) zwischen zwei oder mehr Geräten. Bei dieser Technologie werden Daten per Funk über elektromagnetische Wellen, z. B. Radiofrequenzen, Infrarot und Satellit, anstatt über Kabel und Leitungen übertragen.

Die drahtlose Datenübertragung nutzt bestimmte Frequenzen im elektromagnetischen Spektrum im Bereich von 3 Hz bis 3.000 GHz (3 THz), auch Radiowellen genannt. Die Technologie kommt in zahlreichen Computer- und Kommunikationsanwendungen zum Einsatz. Dazu gehören neben Mobilfunkgeräten der dritten bis fünften Generation (3G/4G/5G), Breitbandanschlüssen, WLAN-Netzwerken im Innenbereich und Car2Car-Systemen (C2C) auch Sensor- und Funkfrequenz-Identifikationsanwendungen (RFID) sowie Mikrowellen-, Flug-, See- und weitere kommerzielle und private Funkdienste.

Aufgrund der dynamischen Anforderungen, die drahtlose Übertragungsverfahren stellen, wurden weltweit verschiedene Verfahren und Standards entwickelt. Sie basieren auf unterschiedlichen kommerziell ausgerichteten Anforderungen, z. B. spezifischen Anwendungsbereichen und Übertragungsreichweiten. Diese Technologien lassen sich grob in vier Kategorien einteilen: Wireless Personal Area Network (WPAN), Wireless Local Area Network (WLAN), Wireless Metropolitan Area Network (WMAN) und Wireless Wide Area Network (WWAN). Wie bereits aus den Bezeichnungen hervorgeht, wurden die Eigenschaften dieser Lösungen in Bezug auf Reichweite und Übertragungsrate für die persönliche, lokale, regionale oder weltweite Abdeckung und Nutzung optimiert.

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RFID

RFID (Radiofrequenzidentifikation) kann als automatische Identifikationstechnik definiert werden, die mittels elektromagnetischer Funkfrequenz-Felder Objekte identifiziert, wenn sie sich in der Nähe eines Lesegeräts befinden. RFID ermöglicht unkomplizierten Datenaustausch zwischen zwei Elementen, nämlich einem Lese-/Schreibgerät und einem Tag. Das Lese-/Schreibgerät nimmt Informationen über das Tag selbst oder das Element auf, an dem das Tag angebracht ist. Das vereinfacht viele Prozesse.

Die RFID-Technologie kommt in vielen Bereichen, z. B. in Unternehmen, im Gesundheitssektor und in Fertigungsbereichen, immer häufiger zum Einsatz . RFID ist ideal für das Asset-Tracking. Die Identifizierung erfolgt mittels einer einfachen, kostengünstigen Antenne, die an das Ziel angehängt ist. Die Technologie dient zur Identifikation sämtlicher Elemente – von der Kennzeichnung im Geschäft bis hin zur Fahrzeugverfolgung. Sie verbessert den Vertrieb und die Transparenz in Lieferketten und ermöglicht die Zutrittskontrolle in Sicherheitsbereichen.

Ähnlich wie ein Funkgerät auf verschiedene Frequenzen eingestellt werden muss, um verschiedene Kanäle zu hören, müssen RFID-Tags und Lesegeräte auf dieselbe Frequenz eingestellt werden, um miteinander zu kommunizieren. RFID kann in verschiedenen Funkfrequenzen eingesetzt werden. Es gibt viele Arten von Tags, die mit verschiedenen Kommunikationsmethoden und Stromquellen arbeiten. Die Informationen werden durch einen in das RFID-Tag eingebauten elektronischen Chip mit Antenne an den Interrogator (auch als Basisstation oder allgemein „Lesegerät“ bezeichnet) übermittelt. Die Baugruppe wird als Inlay bezeichnet. Sie ist gekapselt, damit sie nicht durch äußere Einflüsse beschädigt wird. Das Gesamtprodukt wird als Tag, Etikett oder Transponder bezeichnet.

Ein RFID-Tag gilt als nicht-spezifisches Gerät mit kurzer Reichweite. RFID-Tags nutzen den lizenzfreien Frequenzbereich. Die Reichweite reicht von 1 bis 12 Metern, die Daten werden mit 640 kB/s übertragen. Für die RFID-Technik gelten regional unterschiedliche Vorschriften (ETSI, FCC usw.). In den meisten Ländern ist der Frequenzbereich von 125 bis 134 kHz für niederfrequente RFID-Systeme reserviert. Hochfrequenz-RFID-Systeme arbeiten weltweit in der Regel mit 13,56 MHz. RFID-Systeme im Ultrahochfrequenzbereich verwenden 433 und 860-960 MHz. Es gibt auch Systeme, die mit 2,45/5,8 GHz besonders hohe Frequenzen nutzen.

NFC

Nahfeldkommunikation (NFC) erleichtert die drahtlose Kommunikation zwischen kompatiblen Geräten über kurze Entfernungen unter Verwendung von elektromagnetischen Wellen. Die Technologie ermöglicht den kontaktlosen Datenaustausch über kurze Entfernungen unter Verwendung von geeigneten, über einen Punkt-zu-Punkt-Kontakt gesicherten Geräten. NFC verwendet eine drahtlose Kommunikation (13,56 MHz Frequenz) mit niedriger Datenübertragungsrate. Die auf RFID basierte NFC bietet den Identifikationsprotokollen ein Medium, das eine sichere Datenübertragung bestätigt. Sie ermöglicht Benutzern die Durchführung einer kontaktlosen Transaktion, Zugriff auf digitale Inhalte und die Verbindung elektronischer Geräte, indem diese berührt oder einander angenähert werden. NFC-basierte Tags werden in Kreditkarten, Smartphones und andere Wearables integriert und in verschiedenen Anwendungen wie Datenaustausch zwischen zwei Smartphones, kontaktloses Bezahlen, Transportkarten, Parkraummanagement, mobiler Kartenverkauf, medizinische Anwendungen – von der Patientenverfolgung bis hin zur biomedizinischen Nachverfolgung – Bestandskennzeichnung (Asset-Tagging) und vieles mehr verwendet.

Die Technologie beinhaltet die Verwendung einer induktiven Kopplung, um über ein gemeinsames Magnetfeld Energie zwischen zwei Geräten zu transportieren. Wenn ein Tag in der Nähe des Lesegeräts platziert wird, koppelt das Antennenspulenfeld des Lesegeräts die Antennenspule des Tags. Im Tag wird dann eine Spannung erzeugt, die anschließend gleichgerichtet und dazu verwendet wird, die interne Schaltung des Tags zu versorgen. Das Lesegerät regelt das Feld, um seine Daten mit diesem Tag auszutauschen. Die Schaltung des Tags variiert die Spulenlast, um Daten vom Tag an das Lesegerät zurückzugeben, selbst wenn der nicht modulierte Träger des Lesegeräts derselbe bleibt. Dies erkennt das Lesegerät durch gegenseitige Kopplung. Diese Funktionalität wird als Lastmodulation bezeichnet.

Es gibt zwei Arten von Geräten, die mit NFC-Chips ausgestattet sind: Initiator (passiv) und Zielgerät (aktiv). Ein NFC-Tag kann sowohl aktiv als auch passiv sein. Ein NFC-Lesegerät ist jedoch immer ein aktives Gerät. Diese Geräte arbeiten entweder im Aktiv-Passiv- oder im Aktiv-Aktiv-Modus (Peer-Peer). Im Aktiv-Aktiv-Modus werden beide NFC-Geräte unabhängig voneinander gespeist, während das passive Gerät im Aktiv-Passiv-Modus seine Energie aus den elektromagnetischen Wellen des aktiven Geräts bezieht. Der grundlegende Kommunikationsmodus ist Halbduplex bei der NFC, wobei ein NFC-Gerät sendet, während das andere Gerät empfängt.

Ein wichtiger Vorteil der NFC ist, dass sich die Technologie an die bestehende RFID-Infrastruktur – kontaktlose Smartcards und RFID-Tags – anpasst. Ein NFC-fähiges Gerät vereint beide Komponenten: ein aktives Lesegerät und einen passiven Transponder. Es liest Daten und schreibt sie in oder von einem Tag, das die Daten empfängt, und überträgt sie direkt an ein weiteres NFC-Gerät.

Bluetooth

Bluetooth ist ein Standard für die drahtlose Kommunikation. Er basiert auf Funktechnik, die für die Kurzstrecken-Datenübertragung zwischen persönlichen Mobilgeräten entwickelt wurde. Bluetooth definiert einen kompletten Kommunikationsstack, mit dem sich Geräte finden und ihre Dienste anbieten können. Bluetooth wird häufig in WPANs (Wireless Personal Area Network), auch bekannt als Short Wireless Distance Network, eingesetzt. Der Standard IEEE 802.15.1 spezifiziert den Betrieb und die Architektur von Bluetooth-Geräten. Für den Betrieb sind aber nur die Bitübertragungsschicht und die Media Access Control (MAC)-Schicht von Bedeutung. Die Protokollebenen und Anwendungen werden von Bluetooth SIG standardisiert. Der Zugriff auf die Kanäle erfolgt per FHSS-Technik mit einer Signalrate von 1 MB/s mit GFSK-Modulation.

Jedes Bluetooth-Gerät trägt einen kleinen Mikrochip, der sowohl Daten als auch Sprachsignale senden kann. In jeder typischen Einrichtung fungiert ein Gerät als Master und ein oder mehrere Geräte als Slaves. Dieses Master-Gerät verwendet Link-Manager-Software, um andere Bluetooth-Geräte zu erkennen und Verbindungen zum Empfangen und Senden von Daten herzustellen. Bluetooth-Systeme umfassen Protokollstacks, Transceiver und Basisbänder und können mit wenigen Geräten ein kompaktes Netzwerk aufbauen. Die Systeme schaffen ein großes verteiltes Netzwerk aus zahlreichen unabhängigen Pico-Netzwerken und einer Gruppe miteinander verbundener Piconets, die als Scatteret bezeichnet werden. Ein einfaches Bluetooth-System umfasst Antennen, Software, Verbindungssteuerung und Verbindungsmanagement.

Die Funksignale von Bluetooth-Geräten werden im lizenzfreien ISM-Band für industrielle, wissenschaftliche und medizinische Zwecke (2,4 GHz) übertragen. Das macht den Datenaustausch zwischen Geräten über Entfernungen bis 100 Meter möglich. Die Hauptstärke von Bluetooth ist die Fähigkeit, gleichzeitig Daten und Sprache zu übertragen. Dies ermöglicht innovative Lösungen wie Freisprechheadsets für Sprachanrufe, Faxausgabe per Druckfunktion und die automatische Synchronisierung von PDA-, Laptop- und Handyadressbüchern.

Die beiden beliebtesten Implementierungsspezifikationen sind Bluetooth Basic Rate oder Enhanced Data Rate (BR/EDR), validiert als Version 2.0/2.1, und Low Energy (LE) Bluetooth, validiert als Version 4.0/4.1/4.2/5.0. Bluetooth BR/EDR stellt eine kontinuierliche drahtlose Verbindung mit vergleichsweise kurzer Reichweite her. Die EDR-Datenübertragungsrate von 2-3 MB macht es ideal für Anwendungen wie die Audioübertragung. BLE ermöglicht eine weitreichende Funkverbindung mit kurzen Signalen und ist somit ideal für IoT-Anwendungen (Internet of Things). Bluetooth-Beacons werden bei Anwendungen eingesetzt, die auf Lokalisierung in Innenräumen, Aktivitätserkennung und Näherungserkennung basieren. Die Verwendung von BLE wird immer beliebter, da verschiedene Branchen BLE-basierte Beacons für Anwendungen wie Asset-Tracking-Lösungen, Fertigungseinheiten und Positionsbestimmung mittels dreidimensionaler Triangulation verwenden.

ZigBee

ZigBee ist ein globales Kommunikationsprotokoll basierend auf IEEE 802.15. Es baut auf der Media Access Control- und der Bitübertragungsschicht auf, die im IEEE-Standard 802.15.4 für WPANs mit niedriger Rate definiert ist. Dieser Standard für Drahtlos-Netzwerke zielt darauf ab, Anwendungen zu überwachen und zu steuern, bei denen ein relativ geringer Datendurchsatz mit einer Reichweite von 10-100 Metern erforderlich ist und entfernte, batteriebetriebene Sensoren verwendet werden können. Ein niedriger Stromverbrauch ist entscheidend. Sensoren, Lichtsteuerungen, Sicherheit und mehrere Anwendungen unter dieser Technologie eignen sich für den Betrieb an abgelegenen Standorten und in rauen Funkumgebungen. ZDOs (ZigBee Device Objects) behalten den Überblick über Geräterollen, verwalten Netzwerkverbindungsanfragen sowie Gerätesicherheit und -erkennung.

Das System ist für den Betrieb in einem der drei lizenzfreien Bänder bei 2,4 GHz, 915 MHz und 868 MHz bei 2,4 GHz ausgelegt. Die maximale Datenübertragungsrate beträgt 250 kB/s. Im 915-MHz-Bereich unterstützt der Standard maximal 40 kB/s, während bei 868 MHz mit bis zu 20 kB/s übertragen werden kann. ZigBee unterstützt mit der Stern-, Mesh- und Baum-Topologie (Hybrid-Netzwerk) drei Netzwerktypen. Zu den vielen Vorteilen des ZigBee-Protokolls zählen seine Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit sowie die Fähigkeit zur Selbstheilung des Mesh-Netzwerks.

ZigBee PRO ist eine Version von ZigBee, mit der zusätzliche Funktionen wie Routingtechniken, Netzwerk-Hops, Begrenzungen der Geräteanzahl und Netzwerksicherheit realisiert werden können. Für einige Anwendungen ermöglicht ZigBee PRO als erweiterte Version die Nutzung zusätzlicher Funktionen. Der einfache und kostengünstige Kommunikationsstack kann beibehalten werden, während jene Anwendungen, die keine zusätzlichen Funktionen benötigen, weiterhin mit wenig Strom betrieben werden können.

Die ZigBee-Technologie ist einfach, zuverlässig und schnell. Ein ZigBee-Netzwerk erzeugt selbstorganisierende Netzwerke und bringt mehrere Geräte unter. Es kann eine Kommunikation mit mehreren Kanälen schaffen und findet breite Anwendung in M2M- und IoT-Branchen wie Smart Grid und Fernmessung sowie in anderen Bereichen. ZigBee PRO ist eine ZigBee-Version, die bessere Funktionen wie Routing-Techniken, Netzwerksicherheit und Netzwerk-Hops bietet. Die Einführung einer erweiterten ZigBee PRO-Version kann zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten bieten.

WiFi

WiFi (Wireless Fidelity) ist ein allgemeiner Begriff, der aus dem IEEE-Kommunikationsstandard 802.11 für WLANs kommt. Die Technologie verwendet Funkwellen, um drahtloses High-Speed-Internet und Netzwerkverbindungen basierend auf IEEE 802.11-Standards bereitzustellen. WiFi ist eine Marke der WiFi Alliance. Streng genommen darf die Bezeichnung „WiFi-zertifiziert“ nur in Zusammenhang mit Produkten verwendet werden, deren Interoperabilität zertifiziert ist.

WiFi bietet im Vergleich zu standardmäßigen Drahtlos-Technologien eine höhere Geschwindigkeit, bessere Sicherheit und größere Reichweite. Diese lokale Drahtlos-Technologie ermöglicht es elektronischen Geräten, Daten auszutauschen oder über SHF-ISM (5 GHz)- und UHF (2,4 GHz)-Funkbänder online zu gehen. Die meisten elektronischen Geräte verfügen heutzutage über integrierte Wi-Fi-Schnittstellen, wie Personal Computer, Videospielkonsolen und Smartphones usw. Diese verbinden sich mit Netzwerkressourcen (wie dem Internet) über einen Punkt, wodurch der drahtlose Netzwerkzugriff ermöglicht wird. Solche Zugangspunkte (allgemein als Hotspots bekannt) haben eine Reichweite von etwa 20 Metern im Innenbereich und eine größere Reichweite im Freien. Alle WiFi-Netze sind konkurrenzorientierte TDD-Systeme, bei denen Mobilstationen und Zugangspunkte um die Verwendung desselben Kanals konkurrieren.

Funksignale sind Schlüssel, die eine WiFi-Verbindung ermöglichen. WiFi-Empfänger (wie Mobiltelefone und Laptops) nehmen diese Funksignale, die von WiFi-Antennen gesendet werden, auf. Die Empfänger sind mit WiFi-Karten ausgestattet. Die WiFi-Karte liest diese Signale und stellt eine Internetverbindung zwischen dem Netzwerk und dem Benutzer her.

Zugangspunkte, wie Router und Antennen, sind die wesentlichen Quellen für das Senden und Empfangen von Funkwellen. Stärkere Antennen haben eine größere Reichweite bei der Funkübertragung und einen Radius von etwa 91,44-152,4 m. Diese Antennen werden in Außenbereichen verwendet. Der schwächere, aber effektive Router ist mit seiner Funkübertragung über eine Reichweite von 30,48-45,72 m besser für den Innenbereich geeignet. Ein WiFi-Hotspot kann über die Installation eines Internetzugangspunkts erstellt werden. Der Zugangspunkt fungiert als Basisstation. Das WiFi-fähige Gerät verbindet sich drahtlos mit dem Netzwerk, wenn es auf einen Hotspot trifft.

Die größten Bedenken im WiFi-Bereich gelten der Sicherheit, obwohl bessere Verschlüsselungssysteme verfügbar sind. Die Verschlüsselung ist beim WiFi freiwillig und es werden verschiedene Methoden definiert. WEP hat seine Relevanz verloren, als der WiFi Protected Access (WPA) als 802.11i-Teil initiiert und durch ein Firmware-Upgrade implementiert wurde. Die WPA-Basisversion wird mit Pre-Shared Keys (WPA-PSK) bereitgestellt. Sie ist für den persönlichen Gebrauch vorgesehen, sodass WPA keinen Authentifizierungsserver benötigt. WPA-Enterprise muss den Remote Authentication Dial-in User Service (RADIUS)-Server verwenden und unterstützt viele Extensible Authentication Protocol (EAP)-Erweiterungen.

WPA2 war die ratifizierte Version des 802.11i-Standards von 2004. Sie ähnelt WPA, aber die WPA2-Unterstützung ist eine Voraussetzung für Produkte, die Wi-Fi-zertifiziert sein müssen. WPA3 verbessert WPA/WPA2 und verwendet eine 128-Bit-Verschlüsselung und eine 192-Bit-Verschlüsselung im Personal- und Enterprise-Mode. WPA3 erweitert die Forward Secrecy.

Mobilfunk

Die Entwicklung der Mobilfunknetze erfolgt in Generationsschritten. Viele Benutzer kommunizieren mit ihren Mobiltelefonen über ein einziges Frequenzband. Mobiltelefone und schnurlose Telefone sind zwei Beispiele für Geräte, die Funksignale verwenden. Für Mobiltelefone bieten in der Regel mehrere Funknetze Empfang. Für schnurlose Telefone ist der Bereich eingeschränkt. Ähnlich wie GPS-Geräte kommunizieren einige Telefone mit Satellitensignalen.

Ein WWAN ist ein drahtloses Weitverkehrsnetz, in dem ortsunabhängig Mobilfunk- und Internetdaten genutzt werden können. WWANs ermöglichen Verbindungen über große Entfernungen (städte- und länderübergreifend). Die Infrastruktur schafft Satelliten oder Antennen, die von einem Internet-Provider (ISP) betrieben werden. Diese Systeme werden als 2G-Systeme (zweite Generation) bezeichnet. Die Bereitstellungskosten für solche Netzwerke sind hoch, da sie große Gebiete abdecken müssen. Zu den WWANs gehören auch Mobilfunkstandards wie Long Term Evolution (LTE), GSM, CDMA 2000, Cellular Digital Packet Data (CDPD) und Mobitex (zur Datenübertragung).

Universal Mobile Telecommunication System (UMTS) ist ein Standard der dritten Generation (3G). Er ermöglicht Sprachkommunikation und Hochgeschwindigkeitsdatenverbindungen ins Internet, Mobildatenanwendungen und Multimedia-Inhalte. High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) und High Speed Uplink Packet Access (HSUPA) gehören zu den Mobilfunksystemen der Generationen 3.5 bzw. 3.75. Mit HSDPA sind Bitraten von 2 MB/s (Downlink) bzw. 384 kB/s (Uplink) möglich. Unter HSUPA können Daten mit 1,45 MB/s hochgeladen werden.

4G der Mobilfunktechnik bietet mobilen Breitband-Internetzugang für Funkmodems, Smartphones und anderen Mobilgeräten. 4G-Systeme bieten erweiterte Schlüsseldienste wie HD-Videoanrufe, höhere Bandbreite (BW), hohen Datendurchsatz, bessere QoS und Streaming- sowie Online-Gaming-Dienste. Die Technologie bietet eine Bandbreiten-Kapazität von 40 MHz und gibt eine Spitzengeschwindigkeitsanforderung von 100 MB/s vor.

5G, eine aufstrebende Mobilfunktechnologie, bietet eine hohe Datenübertragungsrate und eine bessere Energieeffizienz. Sie unterstützt eine Virtual Reality-Umgebung mit Ultra-HD-Audio-/Videoanwendungen und einer Datengeschwindigkeit von 10 GB/s, um mobile Cloud-Dienste zu erweitern. 5G basiert auf Standards wie CDMA (Code Division Multiple Access), WWWW (World Wide Wireless Web) und BDMA (Beam Division Multiple Access). Die Technologie unterstützt eine große bidirektionale Bandbreite mit Datenübertragungsraten von mehr als 1,0 GB/s mit dem von 3 bis 300 GHz vorgeschlagenen Spektrum über allgegenwärtige Konnektivität. Cloud Computing und das Internet bilden die zentrale Netzwerkinfrastruktur, die unter anderem zuverlässige und schnelle Kommunikationsdienste, IoT, holographische Kommunikation, drahtlose Wearables, Cloud Computing, Virtual Reality, Fortschritte beim sicheren Online-Banking, mobiles Full-HD-TV, Telemedizin, globales Roaming, Ultra-HD-Videostreaming und Online-Gaming-Dienste bietet. 5G verbessert digitale Erlebnisse durch ML-gestützte Automatisierung. Die Nachfrage nach schnelleren Ansprechzeiten (Beispiel: selbstfahrende Autos) treibt 5G-Netzwerke dazu, die Automatisierung mit ML und – längerfristig – KI und Deep Learning (DL) voranzutreiben.

Es wird erwartet, dass drahtlose 6G-Kommunikationsnetzwerke eine globale Abdeckung, Sicherheit, verbesserte Spektral-/Energie-/Kosteneffizienz sowie ein besseres Intelligenzniveau bieten. Um diesen Anforderungen gerecht zu werden, sind die 6G-Netzwerke auf neue Validierungstechnologien sowie auf Network Slicing, Cloud/Fog/Edge Computing und eine zellfreie Architektur angewiesen. Dies kann nicht-terrestrische Netzwerke wie Kommunikationsnetzwerke über Satelliten und unbemannte Luftfahrzeuge (UAV) ergänzen. Das würde zu einem integrierten Weltall-Luft-Land-Marine-Kommunikationsnetzwerk führen, das die Sub-6-GHz-, Millimeterwellen- (mmWave), Terahertz- (THz) und optischen Frequenzbänder umfasst.

SigFox

Das französische Telekommunikationsunternehmen Sigfox bietet eine maßgeschneiderte Lösung für IoT- und M2M-Anwendungen mit niedrigem Datendurchsatz. Das dem Mobilfunknetz ähnliche Netz verbindet Remotegeräte im Ultraschmalband-Frequenzbereich (UNB) aus dem lizenzfreien Bandbereich (ISM-Band). Als Übertragungsverfahren wird die weithin unterstützte Binärphasenumtastung (BPSK) verwendet.

Diese kostengünstige Funkkommunikationstechnologie eignet sich für zahlreiche Anwendungen. Voraussetzungen sind ein preisgünstiges Funk-Endgerät und eine technisch ausgefeiltere Basisstation für die Netzverwaltung. Außerdem zielt die Lösung vorwiegend auf Anwendungen mit einer niedrigen Datenübertragungsrate ab und erfordert deutlich weniger Antennen als herkömmliche Mobilfunknetze wie GSM/CDMA. Das einfache Kommunikationsprotokoll von Sigfox ist auf die Übermittlung kleiner Nachrichten zugeschnitten. Sind weniger Daten zu übermitteln, wird weniger Energie verbraucht. Dadurch verlängert sich die Akkulaufzeit.

Sigfox nutzt im 200-kHz-Bereich des öffentlich verfügbaren lizenzfreien Frequenzbands den Ultraschmalband-Bereich für Funkübertragungen (868 bis 869 MHz und 902 bis 928 MHz, je nach Region). Jede Übermittlung hat eine Breite von 100 Hz und wird je nach Region mit 100 oder 600 Bit/s übertragen. Das Signal kann große Entfernungen überbrücken und ist darüber hinaus sehr rauschresistent. Die Übertragung zwischen Gerät und Netz ist nicht synchronisiert. Das Gerät sendet jede Nachricht dreimal auf 3 verschiedenen Frequenzen (Frequenzsprungverfahren). Die Basisstationen überwachen das Spektrum auf Ultraschmalband-Signale und demodulieren diese.

In ländlichen Gebieten haben die Funkzellen im Sigfox-Netz eine Reichweite von ca. 30-50 Kilometern. In städtischen Gebieten gibt es in der Regel mehr Hindernisse und Störrauschen. Dort ist die Zellendichte bei einer Reichweite von 3 bis 10 Kilometern entsprechend größer. Sind die Funkknoten außen angebracht, nennt SIGFOX für Übertragungen, die keine Hindernisse durchdringen müssen, Reichweiten über 1000 Kilometer.

LoRa

LoRa (Long Range) ist eine Wireless-Technologie, die die Kommunikation mit großer Reichweite und niedrigem Datendurchsatz zwischen Sensoren und Aktoren in M2M- und IoT-Anwendungen ermöglicht. Die Übertragung erfolgt im lizenzfreien ISM-Band (Industrie, Wissenschaft und Medizin). Dort können an das Netzwerk angeschlossene Remotesensoren und Gateways bei niedrigem Strombedarf über große Entfernungen kommunizieren. LoRa nutzt die Spread-Spectrum-Modulationstechnik in einem breiteren Band. Der frequenzmodulierte Chirp-Impuls erhöht die Empfängerempfindlichkeit mittels Codierungsverstärkung.

LoRaWAN ist eine Open-Source-LPWAN-Infrastrukturprotokollspezifikation (LPWAN, Low Power Wide Area Network), die auf der LoRa-Technologie aufbaut. Diese wurde von der LoRa Alliance entwickelt und ermöglicht es Unternehmen, ihre eignen IoT-Netzwerke nach den LoRa-Spezifikationen anzulegen. Dieser standardbasierte Ansatz zum Aufbau eines LPWAN ermöglicht die schnelle, ortsunabhängige Einrichtung von öffentlichen oder privaten IoT-Netzwerken. Dabei kommen Hardware und Software zum Einsatz, die bidirektional sicher, interoperabel und mobil sind, eine präzise Lokalisierung zulassen und nach den Vorstellungen des Netzwerkbetreibers konfiguriert werden können.

Ein LoRa-Netzwerk kann eine Reichweite ähnlich der eines Mobilfunknetzes erreichen. So überrascht es nicht, dass viele LoRa-Anbieter zugleich Mobilfunkanbieter sind, die vorhandene Masten für LoRa-Antennen mitnutzen. In einigen Fällen können die LoRa-Antennen zugleich als Mobilfunkantennen genutzt werden, da der Abstand zwischen den Frequenzen gering ist. Das birgt erhebliche Kostenvorteile. Ein Hauptmerkmal von LoRa ist die große Reichweite von 15-20 Kilometern. Die Technik kann mehrere Millionen Knoten verbinden und das bei einer Batterielebensdauer von mehr als 10 Jahren. Als Anwendungen für LoRa Wireless-Technologie eignen sich intelligente Messtechnik, Bestandsverwaltung, Verkaufsautomaten, Daten und Überwachung, die Automobilindustrie sowie Netzbetreiberanwendungen, in denen Datenberichterstellung und Datenkontrolle erforderlich sind.

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