Was sind die ISM-Frequenzbänder und die Anwendungsfälle?

In jedem Land wird das Funkspektrum für die drahtlose Kommunikation von einer bestimmten Behörde definiert und reguliert, die verschiedenen Anwendungen den Betrieb in ihrem definierten Band erlaubt, um den Nutzern zu dienen. In Nordamerika ist diese Behörde bekannt als FCC und in Europa trifft ETSI solche Regulierungsentscheidungen. Diese Behörden weisen die Funkfrequenzbandbreite für jede einzelne Anwendung zu, z. B. für Fernseh- und Radiosender, Telekommunikationsdienste, Militär, Behörden usw. Für den Betrieb Ihrer spezifischen Anwendung müssen Sie von diesen Behörden eine Genehmigung zur Nutzung einer bestimmten Frequenz für Ihren Dienst erhalten. Die Regulierungsbehörden haben jedoch auch bestimmte Frequenzbänder festgelegt, die von den Nutzern flexibel verwendet werden können. Diese Bänder werden als ISM-Frequenzbänder bezeichnet.

In diesem Artikel erfahren Sie alles über ISM-Bänder, welche Frequenzbänder dazu gehören und welche Anwendungen es gibt. Also, fangen wir an:

Festlegung der ISM-Bänder

ISM steht für industrielle, wissenschaftliche und medizinische (ISM) Funkbänder, die eine Gruppe von international reservierten Frequenzen enthalten, die für die Nutzung von Hochfrequenzenergie zur Erfüllung der Anforderungen in wissenschaftlichen, medizinischen und industriellen Bereichen bestimmt sind. Diese Frequenzbänder sind nicht lizenziert, was bedeutet, dass jeder sie nutzen kann, ohne vorher Genehmigungsrechte erwerben oder dafür bezahlen zu müssen. Außerdem werden sie auch nicht für Kommunikationsdienste genutzt.

Die wichtigsten ISM-Frequenzbänder und ihre Verwendung

In der nachstehenden Tabelle sind die weltweit und auf regionaler Ebene verwendeten ISM-Bänder aufgeführt:

Die wichtigsten Verwendungszwecke der angegebenen ISM-Frequenzbereiche sind folgende:

• Die ISM-Frequenz 6,78 MHz ist eine Kurzwellenfrequenz, die üblicherweise in RFID-Systeme.
• Das Frequenzband 13,56 MHz wird häufig in RFID-Systemen sowie in anderen ISM-Anwendungen wie Fernbedienungsmodellen, Fernsteuerungssystemen, Pagern und Demonstrationsfunksystemen verwendet.
• Zu den Anwendungen des ISM-Bands 27,125 MHz gehören induktiv gekoppelte RFID-Systeme, medizinische Elektrotherapiegeräte, Pager, ferngesteuertes Spielzeug und industrielle Hochfrequenzschweißgeräte.
• Das ISM-Band 40.680 MHz liegt am unteren Ende des VHF-Bandes (Very High Frequency). Zu seinen ISM-Anwendungen gehören Fernsteuerung und Telemetrie.
• Das Frequenzband 433,920 MHz ist Teil des Ultrahochfrequenzbandes (UHF) und liegt in der Mitte des Amateurfunkbandes. Dieses Frequenzspektrum ist mit Hindernissen wie Gebäuden und Bäumen konfrontiert und wird reflektiert oder abgeschwächt. Zu seinen Anwendungen gehören RFID-Systeme mit Rückstreuung, Telemetriesender, drahtlose Headsets, drahtlose Gegensprechanlagen mit geringer Leistung, kleine Telefone und drahtlose Zentralverriegelungen für Fahrzeuge.
• Das 868-MHz-ISM-Band wird für Geräte mit geringer Reichweite verwendet.
• Das Band 915 MHz reicht von 902 bis 928 MHz wird in den USA und Australien in RFID-Rückstreusystemen verwendet. In Europa ist dieses Band jedoch nicht für ISM-Dienste verfügbar.
• Das 2,4 GHz ISM-Band ist Teil des Mikrowellenbandes und wird für Backscatter-RFID-Systeme, Bluetooth und Wi-Fi, Mikrowellen und 802.11-Funkprotokoll-Netzwerk.
• Das 5,8 GHz ISM-Band wird in RFID-Systemen mit Rückstreuung und in Türöffnungs- oder -schließsystemen verwendet.
• Das ISM-Band 24.125 GHz wird hauptsächlich für mobile Signalsensoren und für die Übertragung von Daten über Richtfunk verwendet.

Warum wird das ISM-Band nicht für die Kommunikation genutzt?

Wie bereits erwähnt, werden die ISM-Frequenzbänder hauptsächlich für wissenschaftliche, medizinische und industrielle Zwecke genutzt, die nichts mit Kommunikation zu tun haben. Die Bänder können zum Beispiel in Mikrowellenherden verwendet werden. Der Grund dafür ist, dass die Geräte, die ISM-Bänder nutzen, starke Signale aussenden, die elektromagnetische Störungen verursachen und die Kommunikationsdienste anderer Nutzer, die auf denselben Frequenzbändern arbeiten, beeinträchtigen können. Daher ist die Kommunikation im ISM-Band nicht völlig verboten, aber wenn ein Kommunikationsgerät im gleichen Frequenzspektrum arbeitet, ist es für die Störungen verantwortlich, die durch ISM-Anwendungen verursacht werden.

Regeln und Vorschriften auf der ganzen Welt

Für die Nutzung der ISM-Bänder gibt es bestimmte Regeln, die von den Regulierungsbehörden festgelegt wurden. Nach Angaben der FCC in den USA dürfen unlizenzierte Nutzer des ISM-Bands keine Störungen bei lizenzierten Nutzern verursachen und müssen die von lizenzierten Nutzern verursachten Störungen tolerieren. Jeder, der ein ISM-Band-fähiges Gerät entwickeln will, muss das Produkt im Rahmen eines Zertifizierungsverfahrens zulassen/registrieren. Außerdem muss ein Hersteller das neu entwickelte lizenzfreie Gerät, z. B. einen drahtlosen Sender, in einem von der FCC zugelassenen Labor testen, bevor er es auf dem Markt verkauft.

Im Vereinigten Königreich dürfen ISM-Geräte verwendet werden, aber sie dürfen nicht gegen die Vorschriften des Wireless Telegraphy Act verstoßen. Diese Vorschriften besagen, dass die von ISM-Geräten ausgehende Strahlung minimal sein muss und die Kommunikationsdienste, insbesondere die Funknavigation, nicht beeinträchtigen darf.

In Europa ist ETSI für die Zuweisung von Regeln und die Regulierung der ISM-Band-fähigen Geräte zuständig. Nach diesen Vorschriften muss der Hersteller eines Geräts, das im ISM-Band betrieben werden soll, eine Erklärung abgeben, dass das entwickelte Produkt alle gesetzlichen Anforderungen erfüllt. In Kanada wird die Produktzertifizierung von einer Regierungsbehörde namens Innovation, Science and Economic Development Canada ausgestellt.

Anwendungen des ISM-Bands

Einige der Anwendungen des ISM-Bands in verschiedenen Sektoren sind:

• Im industriellen Sektor werden ISM-Bänder häufig für die Induktionserwärmung wie die Mikrowellenerwärmung in der Industrie und zu Hause verwendet.
• Im medizinischen Bereich wird es für verschiedene medizinische Zwecke eingesetzt, darunter Diathermie, Hyperthermie-Therapie und RF/Mikrowellen-Ablation.
• Kürzlich wurden ISM-Bänder auch in Radarsystemen eingeführt, die im 2,4 GHz ISM-Band arbeiten. Dies ist auf die kostengünstigen und leicht verfügbaren ICs zurückzuführen, die in diesem Spektrum verwendet werden.
• Das ISM-Band kann auch für lizenzfreie Kommunikationssysteme mit kurzer Reichweite und geringer Leistung wie Wi-Fi genutzt werden, Zigbee, RFID, drahtlose Telefone, NFC und Bluetooth.
• Diese Bänder werden voraussichtlich auch in fortgeschrittenen Stromsparend Kommunikationstechnologien einschließlich Internet der Dinge (IoT), M2M und Industrie 4.0-Anwendungen. Einige der Beispiele für sind NB-IoT, LoRa, Z-Welle, Sigfox und Thema.
• Zu den weiteren Anwendungen der ISM-Bänder gehören drahtlose LANs, Kurzstreckenverbindungen für die elektronische Mauterhebung, die Audioverteilung zu Hause, private Punkt-zu-Punkt-Verbindungen, drahtlose Telemetriesysteme, Garagentoröffner und drahtlose Telefone.

Schlussfolgerung

Dieser Artikel vermittelt detaillierte Informationen über ISM-Frequenzbänder und welche Frequenzen zu diesem unlizenzierten Spektrum gehören. Er erklärt den Lesern, warum ISM-Bänder in der Telekommunikation nicht sehr verbreitet sind, aber allmählich halten diese Bänder auch in diesem Bereich Einzug. Außerdem werden die von den verschiedenen Regulierungsbehörden der einzelnen Länder festgelegten Regeln und Vorschriften für die Nutzung der ISM-Bänder vorgestellt. Schließlich werden die Anwendungen genannt, bei denen die ISM-Bänder wirksam eingesetzt werden.