Meshtastic in Deutschland auf welcher Frequenz

Meshtastic arbeitet in Deutschland auf 869,525 Megahertz, in der Software als Region EU_868 mit der Voreinstellung LongFast und Frequenzslot 1. Eine Auswahl gibt es nicht: Der erlaubte Streifen liegt zwischen 869,4 und 869,65 Megahertz, ist also nur 250 Kilohertz breit, und genau diese Breite belegt ein LongFast Kanal. Der Kanalname, den viele für einen Frequenzwähler halten, hat darauf keinen Einfluss, denn es existiert nur ein einziger Platz. Alle Geräte eines Netzes müssen dieselbe Region und dasselbe Preset tragen, sonst bleibt der Funkverkehr stumm. Eine eigene Einstellung für Deutschland gibt es nicht, die Region heißt für das ganze Land schlicht EU_868.

Neben der Frequenz zählt eine zweite Zahl: 10 Prozent Sendezeit je Stunde, das sind 360 Sekunden. Ein Paket mit 30 Byte Nutzdaten und 16 Byte Kopfdaten belegt den Kanal gut 0,6 Sekunden, theoretisch passen also rund 600 solcher Pakete in eine Stunde, bevor die gesetzliche Grenze erreicht ist. In einem Teilband mit nur 1 Prozent würden daraus 59 Pakete. Deshalb sitzt Meshtastic in Europa nicht bei 868 Megahertz, wie der Regionsname nahelegt, sondern am oberen Rand des Bandes. Dahinter steckt eine Aufteilung des Frequenzbereichs, die auf den ersten Blick nach Zufall aussieht und doch eine feste Logik hat.

Warum 869,4 und nicht 868,0 Megahertz

Das europäische Kurzstreckenband zwischen 863 und 870 Megahertz ist in Streifen mit eigenen Regeln zerlegt. Von 868,0 bis 868,6 Megahertz gilt eine Sendezeit von 1 Prozent, von 868,7 bis 869,2 Megahertz sogar nur 0,1 Prozent. Beide Streifen sind auf 25 Milliwatt Sendeleistung begrenzt. Erst bei 869,4 bis 869,65 Megahertz erlaubt die Allgemeinzuteilung der Bundesnetzagentur 10 Prozent Sendezeit und 500 Milliwatt Leistung (ERP), ohne Anmeldung und ohne Gebühr.

Ein Funknetz für Textnachrichten braucht genau das: viel Sendezeit und etwas mehr Leistung. Die Mitte des Streifens liegt bei (869,4 + 869,65) geteilt durch 2, also bei 869,525 Megahertz, und dort sitzt der Slot 1. Der Streifen ist so schmal, dass die schnelleren Voreinstellungen mit 500 Kilohertz Bandbreite, die sogenannten Turbo Presets, in Europa gar nicht verfügbar sind. Die Turbo Presets würden ins Nachbarband hineinragen. Übrig bleiben die Presets mit 250 und 125 Kilohertz, von Short Fast bis Long Moderate, und alle benutzen dieselbe Mitte.

Die 500 Milliwatt entsprechen 27 Dezibel Milliwatt. Das Funkmodul gängiger Geräte liefert bis 22 Dezibel Milliwatt, es bleibt also Reserve für den Gewinn der Antenne, mehr dazu unten bei den Grenzfällen.

Sendezeit eines Pakets Schritt für Schritt

Die 0,6 Sekunden lassen sich mit der Formel für LoRa Sendezeiten selbst nachrechnen. LongFast nutzt Spreizfaktor 11, 250 Kilohertz Bandbreite und Codierrate 4/5, dazu kommen 16 Symbole Präambel. Die Sendeleistung spielt dabei keine Rolle, denn mehr Leistung verlängert die Reichweite, nicht die Dauer. Als Beispiel dient eine kurze Textnachricht mit 30 Byte Nutzdaten:

1. Symboldauer: 2 hoch 11 geteilt durch 250 000 Hertz ergibt 8,192 Millisekunden.
2. Präambel: 16 plus 4,25 Symbole, zusammen 20,25 Symbole, mal 8,192 ergibt 165,9 Millisekunden.
3. Nutzsymbole: 46 Byte Gesamtlänge ergeben 8 plus 9 mal 5 gleich 53 Symbole, bei 8,192 Millisekunden je Symbol also 434,2 Millisekunden.
4. Gesamtzeit: 165,9 plus 434,2 ergibt gut 600 Millisekunden.
5. Stundenbudget: 360 Sekunden geteilt durch 0,6 Sekunden ergibt 600 Pakete.

Das Ergebnis bricht eine verbreitete Vorstellung: Nicht die Entfernung, sondern die Länge des Pakets treibt die Sendezeit. Ein voll ausgenutztes Paket mit 237 Byte Nutzdaten braucht rund 2,1 Sekunden, fast das Vierfache. Kurze Texte schonen das Budget stärker als jede Einstellung an der Hardware. Auch die Weiterleitung kostet: Jedes Paket, das ein Router wiederholt, belegt dessen Sender erneut für dieselben 0,6 Sekunden.

Die Zählung betrifft jeden Knoten für sich. Ein Router mitten in der Stadt, der 20 Nachbarn mit je 4 Positionsmeldungen pro Stunde weiterleitet, sendet im ungünstigen Fall 80 Pakete, das sind 48 Sekunden oder 13 Prozent seines Budgets. Bei 100 Nachbarn wären es 240 Sekunden, 67 Prozent. Die Firmware führt Buch über die gesendete Zeit und hält den Sender an, sobald die Grenze erreicht ist.

Grenzfälle bei Modul, Antenne und Nachbarband

Die Regionseinstellung allein genügt nicht. Auch Hardware und Zubehör müssen zur Frequenz passen, sonst geht Reichweite verloren oder der Betrieb verlässt den erlaubten Rahmen. Ein Funkmodul ist auf ein Band abgestimmt, genauso wie ein Radio auf UKW, und Software kann Bauteile nicht umlöten.

Ein Rechenbeispiel zeigt, wie knapp die Grenze beim Antennengewinn ausfällt. Eine Dachantenne mit 9 Dezibel Gewinn gegenüber dem Kugelstrahler an einem Modul mit 22 Dezibel Milliwatt kommt auf 31 Dezibel Milliwatt EIRP, das sind 28,9 Dezibel Milliwatt ERP und damit 1,9 Dezibel zu viel, ein Faktor von etwa 1,5 in der Leistung. Fünf Meter Koaxkabel RG58 mit rund 3 Dezibel Dämpfung bringen den Wert auf 25,9 Dezibel Milliwatt ERP zurück in den erlaubten Rahmen.

• 915 Megahertz Module: Geräte der US Variante sind für 902 bis 928 Megahertz abgestimmt. Auf 869 Megahertz arbeiten sie mit stark verstimmter Antenne, und die Einstellung der US Region wäre in Deutschland unzulässig.
• 433 Megahertz: Die Region EU_433 mit Slot 4 bei 433,875 Megahertz erlaubt nur 10 Milliwatt. Dieses Netz ist von 868 Megahertz getrennt, beide Seiten hören sich nicht.
• Antennengewinn: 22 Dezibel Milliwatt am Modul plus 7 Dezibel Antennengewinn ergeben 29 Dezibel Milliwatt EIRP, ungefähr 27 Dezibel Milliwatt ERP. Das ist die Obergrenze. Kabeldämpfung verschafft zusätzlichen Spielraum.
• Zwei Geräte mit verschiedener Region oder verschiedenem Preset senden aneinander vorbei, auch wenn alles andere stimmt.
• Die Einstellung EU_868 gilt in den meisten Ländern der EU gleichermaßen, wer über die Grenze fährt, behält sie bei.

Der Vergleich mit 433 Megahertz fällt gegen das schmale Band aus. Die niedrigere Frequenz dämpft zwar etwas weniger, doch 10 gegen 500 Milliwatt bedeuten einen Leistungsunterschied von Faktor 50, das sind 17 Dezibel. Dieser Nachteil wiegt schwerer als jeder Vorteil der Wellenlänge. Hinzu kommt, dass auf 433 Megahertz viele Funkfernbedienungen und Wetterstationen senden, der Kanal also stärker belegt ist als der ruhige Streifen bei 869 Megahertz.

Wann ein anderes Preset Sinn ergibt

LongFast ist der Standard, auf dem fast alle öffentlichen Netze liegen. Ein Presetwechsel führt aus diesem Netz heraus. Dafür verschiebt sich das Verhältnis aus Sendezeit und Reichweite deutlich. Das Paket mit 46 Byte braucht je nach Preset sehr unterschiedlich lange:

• Short Fast: 50 Millisekunden, damit rund 7000 Pakete je Stunde.
• Medium Fast: 170 Millisekunden, rund 2100 Pakete.
• Long Fast: 600 Millisekunden, rund 600 Pakete.
• Long Moderate mit 125 Kilohertz Bandbreite: 1364 Millisekunden, rund 260 Pakete.

Dem steht ein Unterschied im Linkbudget gegenüber, das von 143 Dezibel bei Short Fast auf 156 Dezibel bei Long Moderate steigt. Pro 3 Dezibel mehr Linkbudget verdoppelt sich ungefähr die Sendezeit. Mehr Reichweite wird also mit Sendezeit bezahlt, und die ist durch die 10 Prozent begrenzt.

Wichtiger als das Stundenbudget des einzelnen Knotens ist die Auslastung des gemeinsamen Kanals. Alle Geräte in Hörweite teilen sich dieselben 250 Kilohertz, und bei Zufallszugriff ohne Abhören erreicht ein Kanal höchstens 18 Prozent Nutzlast. Meshtastic hört vor dem Senden ab, doch bei 100 Knoten mit je 4 Positionen pro Stunde und je einer Weiterleitung entstehen schon 800 Sendungen, rund 480 Sekunden, also 13 Prozent der Kanalzeit. Mehr Teilnehmer bedeuten mehr Kollisionen, und genau dort lohnt ein schnelleres Preset in einer abgeschlossenen Gruppe. Wie lange einzelne Zeichen dauern und wie sich Zeitverhältnisse auf die Übertragung auswirken, zeigt der Beitrag über die Verteilung der Morsezeichen.