(Ein Beitrag in der Reihe über Ballonmissionen)

Für die Nutzung von LoRa (Long Range) Funksystemem sind einige rechtliche Rahmenbedingungen zu beachten. Grundsätzlich ist hier zwischen konzessionsfreier (license exempt) und konzessionierter Nutzung zu unterscheiden.

 

Rechtliche Situation in der Schweiz

Es gilt in der Schweiz der Frequenznutzungsplan vom BAKOM. Ergänzend dazu haben sich die Funkamateure (d.h. mit Konzession) noch selber Bandpläne mit Empfehlungscharakter auferlegt (Erläuterung beim DARC).

Dave Akerman hat für UK die Lizenzfragen teilweise zusammengestellt (Blog: „Fast HAB Imaging“). Die ISM resp. allgemeiner SRD (Short Range Devices) Bänder sind harmonisiert zwischen der EU und der CH (Link BAKOM). Bis auf wenige Abweichungen in anderen Frequenzbereichen (siehe Tabelle im Link) gelten deshalb die exakt gleichen Vorschriften wie in UK/EU. Die entsprechenden Diskussionen bei der UKHAS gelten also auch in der Schweiz 1:1.

Die wichtigsten Bänder finden sich in einer Präsentation der UKHas in Cambridge 2016 (die viel erwähnte IR2030):

 

DC bedeutet Duty Cycle, bezogen auf eine Stunde. Zur Veranschaulichung: die Übertragung eines von 26 Bildteilen, die ein gesamtes SSDV Bild vom Pi-in-the-Sky Tracker ausmachen, dauert mit LoRa Mode 3 (zu den „Modes“ s. unten) ungefähr 2 Sekunden. Ein ganzes Bild, inklusive eingestreute Telemetrie-Daten ist etwa in 1 Minute übertragen. Bei einem Duty Cycle von 10% könnte man also maximal 6 Bilder pro Stunde übertragen.

Beim BAKOM ist eine Gesamtübersicht Technische Schnittstellen Anforderungen, Allgemeiner Kurzstreckenfunk zu finden. Die genauen technischen Spezifikationen sind in den dort verlinkten RIR Dokumenten zu finden.

Zusätllich gibt es noch Bänder, die höhere Leistungen erlauben (500mW respektive 2.5W). Dabei erlaubt RIR1021-05 insgesamt 20 Kanäle mit max. 25kHz Bandbreite bei 1%DC, RIR1021-06 total 8 Kanäle mit 1%DC. Die maximale Lesitung eines typischen LoRa Moduls wie des HopRF 95 beträgt 100mW.

Interessante Frequenzbänder

Durch die verschiedenen Limitierungen reduziert sich diese Tabelle auf einige wenige Frequenzbänder von Interesse (lassen wir die Verwendung mit einer Konzession vorderhand weg), „absteigend“ sortiert:

 

Die vordefinierten LoRa Modes des PITS sind so festgelegt:

Interessant ist der Bereich 869.400 – 869.650 MHz mit 25 kHz Kanalraster (RIR1008-09) wegen der Aussage „Channel spacing must be 25 kHz, except that the whole band may also be used as a single channel for high-speed data transmission„. Das sind genau 250kHz, die sowieso maximal erlaubte Bandbreite. Das würde erlauben, den PITS mit LoRa Mode 3 resp. 4 dort zu betreiben. Die DC Einschränklung auf 10% ist hier locker zu verschmerzen und die maximale Leistung mit 500mW grosszügig.

In allen Bändern ist „airborne use“ erlaubt.

 

FHSS – Frequency Hopping Spread Spectrum

Meine Interpretation von FHSS (RIR 1008-21) ist: erlaubte Bandbreite ist 50kHz oder 25kHz, alle 60/120 Kanäle (3 MHz, eigentlich entfallen 2 Kanäle am Anfang und Schluss) dürfen total (nicht pro Kanal!) mit 1% DC belegt werden. Es gibt keine Vorgaben zum Hopping. Die 1% DC machen diesen Modus uninteressant für LoRa: man nimmt besser eine grössere Bandbreite als Kanäle zu hüpfen. Ausser bei RIR 1008-21 steht nicht geschrieben, dass die Frequenz nicht gewechselt werden darf, wenn der Duty Cycle ausgeschöpft ist. Man könnte also periodisch in einer anderen Frequenz oder mit einer höheren Leistung wichtige Daten (Postion) durchgeben. 

Konkret könnte im 860MHz Band man den PITS periodisch Positionsdaten mit voller Leistung (20dBm = 100mW, RIR10008-09) senden lassen und dazwischen für die Bilder 5mW nutzen (RIR1008-10, DC 100%).

 

Übrigens lässt sich der Nationale Frequenzzuweisungsplan auch online durchsuchen:

LoRaWAN

Lora stellt nur den Kommunikations (PHY-) Layer dar. LoRaWAN umfasst dagegen den gesamten Netzwerkstack bis zu Verschlüsselung etc. Eine sehr empfehlenswerte Quelle ist das TTN (The Things Network), ein Community/Crowdsourcing Projekt. Dort sind auch weitere rechtliche Erklärungen zu finden.

Ich interpretiere die rechtlichen Vorgaben im Amateurfunk derart, dass LoRaWAN nicht im Amateurfunk verwendet werden darf, da die Datenübertragung auf höherer Ebene verschlüsselt wird. Ob diese Verschlüsselung zwingend ist, weiss ich derzeit nicht.

 

LoRa im Amateurfunk — Bemerkungen und Fragen

Einige Kommentare und rechtliche Fragen zum Schluss:

1. Funk auf den ISM Bändern ist bewilligungsfrei gem. den Vorgaben der Tabelle oben.
2. Dies auch im 70cm Amateurfunk Band, da die Nutzung primär zugewesen ist.
3. Im 70cm Amateurfunk Band darf mit Amateurfunkkonzession die Leistung erhöht werden, allerdings nur solange der primäre Nutzer nicht gestört wird (sekundäre Zuweisung).
4. Anschlussfrage dazu: darf unter Amateurfunk“regime“ Lora überhaupt als Digitaler Modus genutzt werden? In den Vorschriften steht:  Digitale Übertragungen sind gestattet, wenn die verwendeten Protokolle und Modulationsarten im Amateurfunk allgemein gebräuchlich und die verwendeten Protokolle offengelegt sind, die Übertragung unverschlüsselt erfolgt und die erforderliche Software für jedermann zugänglich ist. Dave Akerman macht das offenbar, da er mit 7 W UHF LoRa Daten zum Ballon hochschickt.
   Ich gehe davon aus, dass LoRa auch in der Schweiz im Amateurfunk erlaubt ist.
   
5. LoRa-WAN ist hingegen stark verschlüsselt und fällt deshalb nicht unter Amateurfunk.
6. Wir gehen davon aus, dass der Betrieb von LoRa und APRS in Ballons erlaubt ist. In den Vorschriften steht, dass es mit Zustimmung des Luftfahrzeugführers jederzeit erlaubt ist.
   Ich verstehe das so, dass es bei unbemannten Ballons immer erlaubt ist.
7. Welcher Rufzeichenzusatz wäre denn zu verwenden? Hierzu habe folgenden Kommentar erhalten: Piloten in Flugzeugen nehmen am Flugfunk teil. Diese Flugzeuge sind dem Dienst aeronautical mobile /am zugewiesen. Flugobjekte ohne Flugfunk sind nicht dem Dienst aeronauitical mobile /am zugewiesen. Befindet sich der Sender am Boden, kann er dem Dienst mobile zugwiesen sein. Zwischen diesem Sender am Boden und dem Flugzeug mit Flugfunk ist eine Zone, die nicht eindeutig bestimmt ist. Ein APRS Ballon nimmt nicht am Flugfunk teil und ist deshalb nicht zwingend /am.
8. Ein Amateurfunk APRS Sender am Ballon ist ein unbemannter Sender, muss also von einem Verein betrieben sein.
9. Der UHF Bandplan (Quelle: DARC) lässt sich nicht weiter über 434.200-434.7875MHz aus. Beachte die max. Bandbreite von 200kHz zwischen 434.000MHz und 434.200MHz sowie zwischen 434.800MHz und 435.000MHz. Somit kann man 434.000 – 435.000MHz nutzen, wenn man 434.7875MHz auslässt und allenfalls die PITS MoRa Modi mit 250kHz (Modi 3 und 4) nicht verwendet.

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Disclaimer / Haftungsbeschränkung

Dieser Artikel enthält meine Interpretation der gesetzlichen Vorschriften und teilweise auch Vermutungen. Die Benützung dieser Angaben erfolgt auf eigenes Risiko. Der Autor lehnt jede Haftung ab.

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Update 20171219