Frekvenser för kommunikation

Du känner säkert till vad en frekvens är – hur snabbt en våg av något slag svänger. Frekvens mäts i Hz och människor hör ljud mellan c:a 20 Hz och 20kHz medan vissa djur kan höra betydligt lägre eller högre frekvenser än så. I produktsammanhang så pratar vi om frekvenser för elektromagnetiska vågor där produkter kan kommunicera med varandra på (och kring) en given frekvens. Generellt är låga frekvenser bra för att skicka signaler långt (tänk valsång) medan höga frekvenser kan innehålla mer information (tänk fladdermöss som kan hitta insekter med sitt högfrekventa ekolod).

Varför finns olika frekvensband?

Ju fler som pratar på en viss frekvens, desto svårare att prata blir det (tänk dig ett cocktailparty med 30 pers i en liten enrummare) och desto fler missförstånd och missade “ord” blir det ju.

Om man kommunicerar på olika frekvenser så krockar däremot inte kommunikationen. Om du skulle stå i en grotta och prata med en vän skulle ni inte störas av 100 fladdermöss som tjattrade i 200 kHz!

Ju fler produkter man har som kommunicerar på ett frekvensband desto svårare blir det (cocktailparty-effekten). Paket, liksom ord, försvinner och måste tas om för att informationen ska gå fram.

Av bland annat denna anledning har man delat upp frekvenserna i olika frekvensband (standarder) för olika typer av produkter där olika produkter förväntas och får kommunicera. Dessa frekvensband är inte exakta frekvenser – 433 MHz har frekvenser i olika tiondelar kring 433 MHz också där det ofta skiljer sig i olika regioner i världen.

Frekvenser och protokoll

Frekvenser kan liknas vid olika typer av kommunikationsmetoder. Att en produkt skickar signaler på 433 MHz och en annan lyssnar på 868 MHz gör det lika omöjligt att kommunicera som att Anna skickar ett mejl till Bertil och Bertil lyfter upp sin analoga telefonlur för att höra meddelandet.

För att veta hur sändare och mottagare ska kommunicera över en frekvens så finns olika “språk”, så kallade protokoll, som är standardiserade sätt att kommunicera över en frekvens. Kommunicerar man över samma frekvens men med olika protokoll är det som att Anna ringer till Bertil och Bertil förstår att svara i telefonen men att Anna pratar svenska och Bertil kinesiska. De hör varandra men förstår inte varandra.

Att använda samma frekvens och protokoll är alltså en förutsättning för att två produkter ska kunna kommunicera med varandra men det är fortfarande inte en garanti! Man kan alltså både använda samma frekvens, och samma protokoll, men ändå inte förstå varandra! Tänk dig att Anna säger till sitt barn som håller på att stoja och hoppa att: “Nu sitter du still!” men barnet svarar “Nej, det gör jag ju inte. Jag hoppar ju!”. Anna och barnet behöver veta vad de menar när man säger något specifikt så att den andra förstår.

På samma sätt är det med produkter som kommunicerar trådlöst. Att en styrenhet och en sensor använder Z-wave är inte en garanti för att styrenheten är fullt kompatibel med sensorn och kan läsa av dess värden. De är alltså inte nödvändigtvis kompatibla! Genom att en styrenhets mjukvara uppdateras och konfigureras så kan den förstå hur den ska tolka sensorn – och kan då upptäcka den och vet hur den ska tolka signalerna. De är då kompatibla.

Vanliga frekvensband för produkterna i ditt smarta hem

Vilka frekvensband som används för vilka protokoll skiljer sig för olika delar av världen. Följande värden gäller för Sverige (EU). När vi här pratar om “vanliga protokoll” så betyder det alltså vanliga protokoll för smarta hem-produkter. Notera också att frekvensbanden här inte är dessa exakta frekvenser utan oftast är uppdelade i specifika frekvenser runt om denna frekvens med olika syften och förhållningsregler.

433 MHz

433 MHz är en lågeffektsfrekvens som används för larm, fjärrstyrning och dataöverföring. Frekvensen är fri att använda över hela EU. 433 MHz är ett ISM-band (vilket står för Industry, Science and Medical).

Det finns många olika protokoll för 433 MHz men inom smarta hem pratar man om 433 MHz som om det vore ett protokoll. En produkt “kommunicerar på 433 MHz” på samma sätt som den “kommunicerar med Z-Wave Plus”.

Fakta, fördelar och nackdelar med 433 MHz:

  • Betydligt billigare än andra tekniker. Vanligt för enklare och äldre produkter.
  • Mycket strömsnålt. Passar därför bra för enklare batteridrivna sensorer.
  • Lång våglängd gör att signalerna kan gå igenom tjocka väggar. Den låga effekten gör dock att täta väggar absorberar mycket av signalen.

868 MHz

Vanliga protokoll under 868 MHz, i Europa, är

  • Z-wave
  • Z-wave Plus.

Fakta, fördelar och nackdelar med 868 MHz:

  • 868 MHz är mer eller mindre störningsfritt då varje system har en sändningscykel under vilken man får skicka signaler.
  • Lång räckvidd men signalen dämpas mer än 433 MHz av tjocka väggar mm.

2.4 GHz

Vanliga protokoll under 2.4 GHz är

  • Zigbee
  • Wifi
  • Bluetooth LE

Fakta, fördelar och nackdelar med 2.4 GHz:

  • Mycket vanlig frekvens med mycket trafik – vilket innebär att systemen är känsliga för störningar om det inte hanteras väl med kanaler osv.
  • Kan hantera mycket mer data än lägre frekvenser och är nödvändigt för överföring av tex ljud och video.

5 GHz

Ju högre frekvens det är desto mer data kan överföras men på bekostnad av möjligheten att penetrera solida objekt på vägen. 5 GHz har svårare att komma igenom tjocka väggar, vilket påverkar räckvidden för frekvensen. Avancerade routers kan kommunicera på både 2.4 GHz och 5 GHz vilket gör att man kan välja frekvens baserat på hur mycket data de behöver och hur långt bort produkten sitter.

Vanliga protokoll under 5 GHz är

  • Wifi

Fakta, fördelar och nackdelar med 5 GHz:

  • Mycket mindre trafik än på 2.4 GHz
  • Kan hantera mer data än 2.4 GHz
  • Har kortare räckvidd än 2.4 GHz