Warum SOLT FSK anstelle von LoRa, ZigBee, Wi-Fi oder BLE verwendet

Fragen wie „Warum nicht LoRa?“, „Warum nicht WLAN?“ oder „Ist ZigBee nicht besser?“ tauchen regelmäßig auf. Das ist verständlich: Diese Technologien sind weit verbreitet, werden häufig diskutiert und gelten oft als universelle Lösungen.

Unsere Geräte verwenden Funkmodule, die technisch mehrere Standards unterstützen. Die Wahl fiel jedoch bewusst auf FSK – nicht weil andere Technologien schlecht wären, sondern weil FSK am besten zu unserer Aufgabe passt .

FSK ist nicht „besser als andere“. Es ist unter bestimmten Bedingungen und für eine bestimmte Anwendung besser .

Jede Technologie hat ihre eigene Rolle

Die weite Verbreitung von LoRa, ZigBee, BLE und Wi-Fi kann den Eindruck erwecken, dass alle anderen Lösungen veraltet oder ineffizient sind. Aus technischer Sicht ist dies jedoch nicht der Fall. Diese Technologien stehen nicht in direkter Konkurrenz zueinander. Jede ist für ihren jeweiligen Anwendungsfall optimiert.

• LoRa – für große Entfernungen und sehr seltene Nachrichten

• Wi-Fi – für hohe Datenraten und ständige Verbindung

• BLE und ZigBee – für Netzwerke mit Koordination und Datenaustausch zwischen Knoten

Bei Mitarbeiterrufsystemen liegen die Prioritäten woanders: schnelle Übermittlung eines kurzen Signals, vorhersehbares Verhalten und minimaler Wartungsaufwand.

Stromverbrauch und Lebensdauer

Alle modernen drahtlosen Technologien werben damit, energieeffizient zu sein und „ein Jahr lang mit einer Batterie“ funktionieren zu können. Für Heimsensoren ist das oft ausreichend.

In kommerziellen Systemen sieht die Größenordnung anders aus. Ein einzelner Standort kann Dutzende oder Hunderte von Geräten nutzen. Der regelmäßige Batteriewechsel wird schnell zu einer Belastung für den Service. Wir benötigen lange Wartungsintervalle – 4, 5 Jahre oder mehr .

Zum Vergleich: Hier ist die Energie, die benötigt wird, um dieselbe kurze Nachricht (10 Byte) mit 9600 Bit/s zu senden:

• FSK — 23,1 µAh

• LoRa — 92,6 µAh

• BLE — 34,7 µAh

• Wi‐Fi — 347,2 µAh

FSK ist hier die effizienteste Option: etwa viermal effizienter als LoRa und mehr als fünfzehnmal effizienter als Wi-Fi.

Tatsächliche Akkulaufzeit: Berechnungen und Praxis

Es ist auch wichtig, über die tatsächliche Batterielaufzeit zu sprechen. Wir stützen uns dabei nicht nur auf Berechnungen, sondern auch auf praktische Tests. In einem Praxisexperiment mit einem sehr einfachen SB5-Taster, der mit einer einzelnen CR2032-Batterie betrieben wurde, sendete das Gerät wiederholt ein Signal, bis die Batterie vollständig entladen war. Das Ergebnis waren 25.100 registrierte Tastendrücke, bevor das Gerät den Dienst versagte.

Im Standby-Modus verbraucht das Gerät nur Bruchteile eines Mikroampere. Über ein Jahr betrachtet sind das weniger als 1 mAh, was unter der natürlichen Selbstentladung der Batterie liegt. Das bedeutet, dass das Gerät unter realen Bedingungen nicht aufgrund von Elektronikproblemen, sondern durch Zeit altert. In der Praxis kann die Fernbedienung daher viele Jahre ohne Batteriewechsel verwendet werden, selbst bei regelmäßiger Nutzung.

Dieses Ergebnis wird nicht durch Kompromisse, sondern durch kurze Übertragungsstrecken, ein vorhersehbares Stromprofil und das Fehlen von Netzwerk-Overhead erreicht – Schlüsseleigenschaften der FSK-Modulation.

Reichweiten- und Netzwerkarchitektur

LoRa bietet zwar eine sehr große Reichweite, unterliegt in lizenzfreien Frequenzbändern jedoch strengen Beschränkungen hinsichtlich des Sendezyklus. Dies erfordert lange Pausen zwischen den Übertragungen. Zudem ist das verfügbare Frequenzband schmal und unterliegt regulatorischen Auflagen.

Wi-Fi und BLE haben eine relativ geringe Reichweite und erfordern typischerweise Mesh-Netzwerke. Dies erhöht die Komplexität bei der Bereitstellung und Wartung.

ZigBee ist eine ausgereifte und zuverlässige Technologie, aber ihre Netzwerkarchitektur erfordert Koordinatoren und Router, die ständig eingeschaltet und verwaltet werden müssen.

In unserer Implementierung arbeitet FSK im Punkt-zu-Punkt- Modus. Der Sender sendet das Signal direkt an die Empfänger, ohne Zwischenstationen oder Netzwerklogik. Die typische Reichweite beträgt bis zu 200 Meter Sichtverbindung und etwa 100 Meter in Gebäuden. Dies ist mehr als ausreichend für Restaurants, Krankenhäuser und Industrieanlagen.

Zur Erweiterung der Funkabdeckung werden Repeater eingesetzt. Dabei handelt es sich um passive Geräte, die weder Konfiguration noch laufende Wartung erfordern.

Schmale Bandbreite und Störfestigkeit

FSK nutzt ein schmales Frequenzband, wodurch das Risiko von Störungen verringert und die Verbindungsstabilität verbessert wird:

• FSK — 12,5 kHz

• LoRa — 125–500 kHz

• ZigBee – etwa 2 MHz

• BLE – etwa 2 MHz

• Wi‐Fi — 20–80 MHz

Ein Schmalbandsignal durchdringt Wände und Metallkonstruktionen besser, da weniger Energie über das Spektrum gestreut wird. In dicht bebauten Gebäuden und Umgebungen mit hoher Funkfrequenzdichte ist dies von entscheidender Bedeutung.

Einfach ausgedrückt: Das ist der Unterschied zwischen dem Versuch, in einem lauten Raum zu schreien, und der Übermittlung einer ruhigen, fokussierten Botschaft direkt an den beabsichtigten Empfänger.

Das 433-MHz-Frequenzband

Das 433-MHz-Band ist heute weniger ausgelastet als viele Alternativen. Früher wurde es häufig von Autoalarmanlagen und Unterhaltungselektronik genutzt, doch im Laufe der Zeit wechselten die meisten Hersteller zu anderen Frequenzen und Technologien.

Weniger Geräte im Frequenzband bedeuten weniger Störungen und einen besser vorhersehbaren Betrieb.

Dieses Frequenzband ist lizenzfrei, und die Sendeleistung entspricht den geltenden Vorschriften.

Ehrlich über Kompromisse

In vielen Anwendungsbereichen ist FSK modernen Protokollen hinsichtlich Datenrate, Reichweite, Netzwerkfunktionen und Datenvolumen unterlegen.

Bei Systemen zur Mitarbeiterrufung sind diese Vorteile nicht erforderlich. Hier kommt es auf Zuverlässigkeit, Vorhersagbarkeit, geringe Latenz und jahrelangen wartungsfreien Betrieb an.

Deshalb ist FSK keine universelle Wahl, sondern ein präzise ausgewähltes Werkzeug für unsere Aufgabe.