Sollte ein stabiles, zuverlässiges drahtloses Netzwerk aufgebaut werden, konnte man bisher immer Hardware finden, die selbstverständlich rüttelfest, wasserdicht und besonders langlebig war. Zusätzlich wurden die notwendigen Normen erfüllt, die den Einsatz der Geräte im jeweiligen Umfeld erst ermöglichen, beispielsweise die EN50155 für Züge. Auch die eingesetzten Antennen und Kabel sowie das Zubehör sind von besonderer Qualität. Und trotzdem kam es immer wieder vor, dass ein WLAN-Netz nicht so funktionierte, wie man es sich erhoffte. Alles im grünen Bereich – oder doch nicht? Ein Beispiel dafür ist eine Installation am Hamburger Hafen. Dort war die Aufgabe, Funkverbindungen von Ufer zu Ufer sowie zu anlegenden Schiffen aufzubauen. Es herrschten beinahe ideale Bedingungen. Deshalb konnte die Montageorte so gewählt werden, dass die Antennen und Access-Points sich gegenseitig ohne Hindernisse \’sehen\‘ konnten. Zudem war die Strecke von Sender zu Empfänger nicht sonderlich weit. Bei der Planung des Netzwerks wurde korrekt vorgegangen und dabei zunächst geprüft, ob es bereits vorhandene konkurrierende WLAN-Netze gab. Daraufhin wurden die besten freien Kanäle ausgewählt. Die eingesetzten Antennen waren so dimensioniert, dass die Strecke mit hoher Bandbreite laut Berechnungsformeln bestens überbrückt werden konnte. Ähnliche Installationen wurden schon hundertfach zwischen Gebäuden, als DSL-über-die-Luft-Anbindung von Gemeinden oder auf Bergen installiert, und zwar jedes Mal ohne Probleme. Zunächst sah in Hamburg auch alles gut aus. Die Geräte zeigten eine physikalisch einwandfreie Verbindung. Und das empfangene Signal war stark genug, um die erwünschte Bandbreite erreichen zu können. Alles war sozusagen im grünen Bereich. Und doch zeigte sich, dass die eigentliche Datenübertragung nur schlecht und mit vielen Unterbrechungen funktionierte. Denn auf der Strecke gingen sehr viele Datenpakete verloren oder kaputt. Insbesondere wenn ein Schiff kurzfristig angebunden werden sollte, konnte in der verfügbaren Zeit nicht die gewünschte Datenmenge übertragen werden. Die erfahrenen Installateure waren mit ihrem Latein am Ende. Schließlich war alles so geplant, aufgebaut und konfiguriert worden, wie vom Hersteller vorgegeben. Zur Fehlersuche wurde eine komplette, aufwendige Frequenzanalyse durchgeführt, die nicht nur den Frequenzbereich untersuchte, innerhalb dessen sich das WLAN befindet (das sogenannte ISM-Band im 2,4GHz-Bereich), sondern das gesamte Frequenzspektrum, in dem unter anderem auch Radar, Handynetze und Radiostationen senden. Schnell war klar, dass es sich beim Hamburger Hafen doch um ein recht anspruchsvolles Umfeld handelt. WLAN wird im 2,4GHz-Band auf eine maximale Sendeleistung von 100mW und im 5GHz-Band auf eine Leistung von 1.000mW begrenzt. Damit ist es im Vergleich mit den in unmittelbarer Nachbarschaft sendenden Technologien die schwächste. Da WLAN-Antennen nicht nur das WLAN-Signal empfangen, sondern alles, was an elektromagnetischen Wellen vorhanden ist, wird der gesamte Signalwirrwarr zum WLAN-Empfänger weitergeleitet. Dieser ist dann damit beschäftigt, daraus das richtige Signal herauszufiltern. Aus Kostengründen und weil bisherige WLAN-Funkschnittstellen nicht für diese Situationen konzipiert worden sind, ist der im Chipsatz integrierte Frequenzfilter nur sehr schwach. WLAN sendet jedoch nur mit 1W, während andere Funksysteme rechts und links des WLAN-Frequenzbereichs mit bis zu 10 oder gar 30kW senden. Abhilfe wurde geschaffen, indem zwischen Access-Point und Antenne ein zusätzlicher Bandpassfilter montiert wurde, der die störenden Nachbarfrequenzen gar nicht erst in Richtung des Empfängers durchlässt. So konnte der Noise-Level deutliche gesenkt und damit die Paketempfangsrate auf normale Werte gesteigert werden. Reibung erzeugt Entladungen Eine weitere Erfahrung aus der Praxis wurde in einem Tagebau gemacht. Dort waren WLAN-Geräte installiert, um entlang der Förderbänder eine mobile Netzwerkverbindung aufzubauen. Die Installation und die Datenübertragung funktionierten nach Abnahme des Netzwerks einwandfrei. Doch nach einigen Monaten Betriebszeit verloren die Geräte nach und nach an Sendeleistung und schafften es schließlich nicht mehr, die geforderte Datenübertragung zu gewährleisten. Die betreffenden Geräte wurden im Labor untersucht. Ein Blitzeinschlag oder ein ähnlicher Schaden hatte nicht stattgefunden. Die Geräte waren ja auch vorschriftsmäßig installiert, mit einer stark dimensionierten Erdung und einem vorgeschalteten Blitzschutz zwischen Antenne und Gerät. Und doch war eindeutig festzustellen, dass es eine schleichende Zerstörung von Bauteilen auf dem WLAN-Empfänger gegeben hatte, die auf elektrische Entladungen zurückzuführen war. Es stellte sich heraus, dass aufgrund der sich reibenden Luftmassen oberhalb des Tagebaus immer wieder kleine statische Entladungen stattfanden, die von den WLAN-Antennen empfangen und weitergeleitet wurden. Diese passierten den Blitzschutz, da sie unterhalb dessen Auslösespannung lagen. Aus Erfahrung bessere Produkte machen Sowohl im Hamburger Hafen als auch bei der Applikation im Tagebau wurden die Probleme durch Einzellösungen behoben, die ein vorgeschaltetes zusätzliches Bauteil erforderten. Dieses wurde in Form eines Bandpassfilters bzw. eines weiterentwickelten Überspannungsschutzes, der auch bei niedrigen Spannungen und Strömen funktioniert, realisiert. Beide Lösungen erhöhen jedoch die Installationskosten erheblich und brauchen zudem mehr Platz. Gerade in vielen Industrieanwendungen ist Platz aber ein sehr seltenes Gut, beispielsweise beim Einbau von WLAN-Geräten in Zügen. Außerdem müssten bei den Geräten der aktuellen Generation bis zu sechs solcher Überspannungsschutze und/oder Bandpassfilter pro Access-Point eingeplant werden, da es bis zu sechs Antennenanschlüsse gibt. Die Kosten dieser zusätzlichen Komponenten können den Preis eines einzelnen Access-Points schnell übersteigen. Deshalb hat Hirschman erstmals eine WLAN-Schnittstelle entwickelt, die konsequent die Ansprüche solcher Industrieanwendungen erfüllt. Dabei ist es gelungen, die Bauteile Überspannungsschutz und Frequenzbandfilter innerhalb des Access-Points unterzubringen. Die Miniaturisierung geht so weit, dass die Funktionen direkt auf dem WLAN-Funkmodul Platz gefunden haben. Somit bildet jedes Modul eine Funkschnittstelle, von denen bis zu drei in einem Access-Point eingesetzt werden können. Der integrierte Überspannungsschutz hat bei Tests Entladungen von bis zu 25kV standgehalten. Der ebenfalls integrierte Bandpassfilter funktioniert jeweils im 2,4GHz und im 5GHz-Band und befreit das WLAN so von einem störenden Rauschpegel. Fazit Die neue patentierte OpenBAT-Plattform von Hirschman ist die jüngste Generation von WLAN-Geräten, die eine neue Entwicklungsstufe der WLAN-Technologie repräsentieren und mit einer Steigerung der WLAN-Netzwerkgeschwindigkeit um bis zu 50% gegenüber den bisherigen Generation aufwarten. Darüber hinaus ermöglicht diese Plattform dem Kunden, seinen Bedarf aus einem nahezu unbegrenzten Angebot an Schnittstellen, Stromversorgungen, Gehäusetypen und spezifischen Zertifizierungen zu decken. Außerdem bietet OpenBAT zusätzliche Flexibilität durch die Möglichkeit, ein WLAN-Netzwerk entweder mit den OpenBAT-Geräten als Stand-alone-Access-Points zu konfigurieren oder es zentral über einen BAT-Controller zu verwalten. Kurzum: Die neue Plattform gestattet es, WLAN-Lösungen in Bereichen zu realisieren, in denen dies bislang nicht möglich war. Zudem kann der Kunde die passende Produktvariante für die optimale Lösung aussuchen, so dass er nur für die Features bezahlt, die er auch wirklich benötigt. Bei der Entwicklung von OpenBAT wurde vor allem auf ein Maximum an Flexibilität Wert gelegt. Deshalb eignet sich diese Plattform für Anwendungen in einer Reihe von Branchen. Dazu gehören insbesondere die Fabrik- und Prozessautomatisierung, die Energieübertragung und -verteilung, der Bergbau und die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien. Einen besonders wichtigen Bestandteil dieser Neuentwicklung bildet das patentierte WLAN-Funkmodul. Es ist nicht nur mit integriertem Bandpassfilter und ESD-Schutz ausgestattet, sondern zeichnet sich auch durch eine sehr geringe Leistungsaufnahme und einen extrem großen Temperaturbereich aus. Außerdem ist dieses Modul mit besonders robusten Antennensteckern mit geringer Signaldämpfung bestückt und lässt sich besonders rüttelfest montieren. So können erstmals stabile Funkverbindungen auch in schwierigsten Umgebungen zuverlässig realisiert werden.
Hirschmann Automation and Control GmbH
