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Smart Medical: Mobile Com Standards

Mobile Kommunikation erfordert ein striktes Einhalten der Spezifikationen der jeweils benutzten Übertragungstechnologie. Nur dadurch kann sichergestellt werden, dass die Übertragungen von Daten korrekt erfolgen und andere Dienste nicht gestört werden. Wenn man sich die zig-Milliarden an IoT-Devices (Bild 1) vergegenwärtigt, die jeweils am Internet hängen, so kann dem Aspekt einer Einhaltung der Spezifikationen der Übertragungstechnologie nicht genügend Bedeutung zugemessen werden.

Bild 2 zeigt die in Frage kommenden Übertragungsstandards jeweils in Bezug auf ihre Anwendung, als auch auf die Übertragungsreichweite.

Die gebräuchlichsten Übertragungsstandards

Bluetooth

Bluetooth ist ein Wireless Übertragungsprotokoll für den Datenaustausch mit kurzer Übertragungsreichweite, wodurch sich PAN (Personal Area Networks) aufbauen lassen. Die Spezifikationen sind im Standard IEEE 802.15.1 fixiert. Haupteinsatzgebiete sind: PCs, Tablets, Handys, Drucker, Digitalkameras, Navigationssysteme, Medizinische Geräte, Sensorsysteme und Module für die Automatisierungstechnik. Der Frequenzträger ist bei 2,4 GHz für dieses ISM-Band (Industrial, Scientific and Medical).

NFC

Near Field Communication / NFC ist eine Übertragungstechnik ursprünglich angewendet bei RFID-Anwendungen. Charakteristisch ist die sehr kurze Übertragungsdistanz von wenigen Zentimetern bis Metern. Anwendung findet sie in ganz alltäglichen Anwendungen, im medizinischen Einsatz, aber auch in Produktionsprozessen, um Produkten in den Tags die notwendigen Informationen mitzugeben, wie Seriennummer, Produktionsstatus, usw. An entsprechenden Schreib-Lesestationen können die jeweiligen Daten in das Tag übertragen werden. Damit lassen sich Produkte und Sonderprodukte kennzeichnen und Verwechslungen ausschließen.

WLAN

Wireless Local Area Networks (WLAN) basiert auf den Standards IEEE 802.11.x. Es gibt mehrere Frequenzbänder: das 2,4 GHz-Band, das 5,0 GHz-Band (802.11ac) sowie das 5,8 GHz Band (im Automobilbereich mit 802.11p). Die Datenrate ist bis 150 Mb/s (beim 802.11.n oder ac) definiert und liegt höher als bei Bluetooth 802.15.1 oder 802.15.4 (für Stromnetzwerke). Das Einsatzfeld ist drahtlose Datenübertragung, Internetverbindung, Applikationen im industriellen Umfeld (Automatisierung) und Multimedia-Anwendungen.

ZigBee

Ist ein Standard nach IEEE 802.15.4 und hauptsächlich für WPAN (Wireless Personal Area Network) gedacht. Dieser Standard wird vorzugsweise in Smart Home-, Remote-Control-, Smart Energy und bei Medical-Applikationen angewendet.

Wireless HART

Diese Funkübertragung basiert auf dem drahtlosen Kommunikationsstandard IEEE 802.15.4 (ISM-Band). Die Kommunikation sieht eine Verschlüsselung nach dem Advanced Encryption Standard (AES 128) vor. Der Datentransfer und die Parametrierung der Geräte kann dadurch nicht unbefugt verändert werden. Das Netzwerk baut sich selbst auf (Meshed Network). Soll ein Gerät zu einem bestehenden Netzwerk hinzugefügt werden, muss lediglich eine Art Passwort eingegeben werden. Der Topologieaufbau erfolgt selbstorganisierend. Die Übertragungsdistanzen betragen im freien Feld bis zu 3 km von Teilnehmer zu Teilnehmer. Durch räumlich aufeinanderfolgende Teilnehmer können auch deutlich größere Distanzen überbrückt werden, da die Zwischenteilnehmer als Repeater wirken. Genutzt wird Wireless HART hauptsächlich zum Überbrücken größerer Distanzen zwischen einer Messstelle und der zentralen Erfassungsanlage, bei sich bewegenden Messpunkten oder wenn Infrastruktur-Hindernisse eine Funkübertragung erfordern.

GSM

GSM steht für die Abkürzung „Groupe Spécial Mobile“ und wird heute als Global System for Mobile Communication genannt. Ursprünglich wurde es vom „European Telecommunications Standards Institutes“ (ETSI) für Cellulare Telekommunikationssysteme definiert. Dieser Standard ist die Grundlage für mobile Datenübertragungen, beispielsweise bei Smartphones, Tablets und vielen weiteren. GSM erfuhr bis heute kontinuierlich Verbesserungen bzw. Erweiterungen hinsichtlich der Datenrate. Die derzeitige Generation 3.9G wird auch gleichzeitig LTE (Long-Term-Evolution), bzw. 4G auch LTE-Advanced, genannt. Die 5. Generation 5G steht in den Startlöchern.

3G und 4G

3G und 4G sind der GSM-Standard der 3. bzw. 4. Generation. Kennzeichnend ist, dass diese Standards jeweils höhere Datenraten aufweisen. Derzeit ist 4G (auch LTE 3.9G / Long Term Evolution bzw. LTE-Advanced genannt) ausgebaut. Mit einer Datenrate von bis zu 100 MBit/s im Download können Daten übertragen werden.

EDGE

EDGE steht für “Enhanced Data rates for GSM Evolution” und ist eine Erweiterung und Verbesserung der digitalen Übertragung auf eine höhere Datenrate von 473 kB/s innerhalb des GSM-Standards.

5G

5G ist eine Fortführung des Standards 4G mit einer nochmaligen Steigerung der Datenrate auf bis zu 10 Gbit/s. Allerdings ist dieser Standard noch nicht eingeführt. Entsprechende Geräte sind in der Entwicklung. Unser Lieferant Keysight Technologies bietet bereits Simulationen als auch Messgeräte an, mit denen 5G-Systeme vermessen bzw. simuliert werden können.

Messtechnische Herausforderung

So vielfältig die Anzahl der Standards, Reichweiten und Frequenzbänder ist, so vielfältig ist auch die Anzahl der Messgeräte und Systeme, mit denen diese Geräte nach den jeweiligen Standards überprüft werden. Sprechen Sie uns an. Wir beraten Sie gerne.

Signal-Analysator

Ein Signal-Analysator gehört zum Grundaufbau eines jeden Messplatzes für Wireless Übertragungen. Erfassen und kontrollieren Sie diejenigen Frequenzbereiche, in denen die Signalübertragung erfolgt. Dies ermöglicht Ihnen, unerwünschte Störsignale aufzufinden und zu unterdrücken. Mithilfe eines Signal-Analysators können Sie qualifizierte Aussagen über die Signalperformance und spektrale Reinheit treffen.

Unsere Experten stehen Ihnen mit Rat und Tat zur Seite, um für Sie die passende Messtechnik und die optimalen IoT-Lösungen zu finden.

Netzwerk-Analysator

Netzwerk-Analysatoren bieten zuverlässige, leistungsfähige und präzise Netzwerkanalyse (Qualifizierung der Signale nach Frequenzgang und Phase) in einem weiten Frequenzbereich. Optional lässt sich bei bestimmten Netzwerkanalysatoren der untere Frequenzbereich, beginnend bei einigen Hertz erweitern. Damit werden zum Beispiel Gain-Phase-Messungen ermöglicht. Generell werden Netzwerkanalysatoren überall in Mobilkommunikationsanwendungen eingesetzt, um die Signale nach den Standards zu vermessen. Auch für RFID-Anwendungen und Impedanzanalysen sind diese Geräte optimal geeignet.

Unsere Experten stehen Ihnen mit Rat und Tat zur Seite, um für Sie die passende Messtechnik und die optimalen IoT-Lösungen zu finden.

Powersensor

Powersensoren sind Leistungsmessköpfe, mit deren Hilfe die in die Antenne abgegebene Hochfrequenzleistung gemessen wird. Der Powersensor ist das Herzstück einer HF-Leistungsmessung. Zusammen mit einem Powermeter oder einem PC wird die Messeinheit zur HF-Leistungsmessung vervollständigt. Powersensoren können je nach Signal und Anwendung sehr unterschiedliche Bewertungen des Signals haben, wie z. B. Peak-Power oder Average-Power.

Unsere Experten stehen Ihnen mit Rat und Tat zur Seite, um für Sie die passende Messtechnik und die optimalen IoT-Lösungen zu finden.

Vektor-Signal-Generator

Vektor-Signal-Generatoren werden als Stimulus für komplexe und modulierte Signale genutzt, um Schaltungen, z. B. für eine einer LTE-, GSM- oder WLAN-Übertragungseinheit, zu testen. Dazu benötigt man fehlerfreie Signale oder Signale mit definierten Fehlern, um die Antwort des Systems auf diese Anomalien zu erfassen.

Unsere Experten stehen Ihnen mit Rat und Tat zur Seite, um für Sie die passende Messtechnik und die optimalen IoT-Lösungen zu finden.

Stromtastkopf

Mit einem Stromtastkopf messen Sie sehr kleine Ströme im Mikroampere-Bereich (µA). Hochwertige Stromprobes sind zweikanalig. Somit zeigt der Kanal mit der geringeren Verstärkung den kompletten Stromverlauf über der Zeit, während der Kanal mit der größeren Verstärkung zur genauen Untersuchung von Stromspitzen und sehr kleinen Stromschwankungen genutzt wird.

Unsere Experten stehen Ihnen mit Rat und Tat zur Seite, um für Sie die passende Messtechnik und die optimalen IoT-Lösungen zu finden.

Strom-Analysator

Strom-Analysatoren / Current-Analysatoren werden eingesetzt, wenn ein sehr weiter Strombereich, von Pikoampere (pA) bis in den Ampere-Bereich gemessen werden muss. Interessant sind diese Analysatoren beispielsweise für die Entwicklung von Herzschrittmachern mit einem möglichst geringen Strombedarf, da die Strombelastung des Akkus oder der Batterie die Lebensdauer des Herzschrittmachers bestimmt.

Unsere Experten stehen Ihnen mit Rat und Tat zur Seite, um für Sie die passende Messtechnik und die optimalen IoT-Lösungen zu finden.

Wireless Test Set

Für Datenübertragungs-Standards, z. B. 3G, 4G oder 5G, werden Wireless Test Sets verwendet, um die Signalspezifikationen, Toleranzgrenzen und die maximale Datenrate zu testen. Für Produktionsumgebungen werden Test Sets verwendet, die sowohl mehrere Module parallel, aber auch Teilsysteme oder einzelne Chip-Sets vermessen können.

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Oszilloskop

Mixed Signal Oszilloskope mit einer hohen Auflösung, Bandbreite und Abtastrate bietet eine größtmögliche Messvielfalt bei einer sehr guten Signalintegrität. Eine oszilloskopbasierte Protokolldekodierung und die größte Anzahl von Analyse- und Konformitätstest-Werkzeugen ist bezeichnend für diesen Oszilloskoptyp.

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Präzisionsquelle

Batterieversorgte Systeme erfordern exakte Messungen der Versorgungsspannung und -ströme, um daraus auf die Batterielebensdauer schließen zu können. Eine High-End Präzisionsquelle beinhaltet auch Präzisions-Messeinheiten für Spannung und Strom mit hoher Messauflösung von wenigen Femtoampere (fA) bzw. wenigen Nanovolt (nV) bis in den Ampere-, bzw. Volt-Bereich.

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Femto- / Pico-Amperemeter

Sehr kleine Ströme lassen sich mit dem Femto- / Piko-Amperemeter, vom Sub-Femtoampere (fA)-Bereich bis in den Milliampere (mA)-Bereich mit hoher Auflösung messen. Wenn es darum geht, einer Batterie möglichst wenig Energie zu entziehen, ist es wichtig, die einzelnen Modi (Sleep-Mode, Standby-Mode und Active-Mode) einer Schaltung sowie die jeweiligen Schaltzeitpunkte zu überprüfen.

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