ELRS - die Revolution in der Fernsteuertechnik

Beginnen wir mit einer Darstellung der bisherigen Technik: 

Was war es früher doch einfach: Man kaufte eine 27 MHz Anlage samt Empfänger und einem Quarzpaar und nach Ausziehen der Langen Senderantenne und Befestigung der Frequenzklammer daran konnte man fliegen. Das klappte immer - na ja, ab und zu gab es Störungen: manchmal schaltete ein CB-Funker in der Nähe sein Gerät ein oder ein anderer Modellflieger war (ohne Klammer!) auf dem gleichen Kanal unterwegs, und dann ging's  flott zu Boden. 
Ein Vorteil war aber, dass sich Sender und Empfänger beliebiger Fabrikate gut verstanden - wenn der gleiche Frequenzquarz eingeschoben war. War aber auch wiederum nicht so wirklich bedeutsam, denn die Empfänger waren alle in etwa gleich groß und gleich teuer. 

Dann die erste Revolution in der Fernsteuerungstechnik: 2,4 GHz. Keine feste Frequenz mehr, die Sender und Empfänger schalteten selbständig vielfach jede Sekunde zwischen etwa 70 Frequenzen hin und her. Die Übertragungssicherheit verbesserte sich drastisch und die Störungen traten nicht mehr im Funkbereich auf, sondern ließen sich eher im Bereich zwischen den Ohren der Piloten lokalisieren.  

Nachteil hier aber ist, dass es mehr als vier verschiedene Elektronikchips im Sender gibt und dass das Übertragungsprotokoll, also die Art und Weise, wie zwischen den Frequenzen gesprungen wird und die Codierung der übertragenen Information von jedem Hersteller individuell „erfunden“ wird. Dadurch sind Empfänger nicht mehr beliebig zu tauschen, und mit einem Spektrum Sender muss man dann Spektrum Empfänger kaufen, als Besitzer eines Multiplex Senders kauft man dann nur noch Multiplex Empfänger. 
Zudem haben manche Hersteller haben im Lauf der Jahre auch immer wieder „neue und verbesserte“  Übertragungsverfahren ersonnen, die einen drei Jahre alten Empfänger beim Kauf eines neuen chicen Senders zu Elektronikschrott werden ließen. Dabei wollte man doch nur ein Farbdisplay haben oder man brauchte 2 Kanäle mehr … Treue Kunden von Graupner und Spektrum wissen, wovon die Rede ist. 

Das Problem der vielen Übertragungsverfahren und inkompatiblen Empfänger wurde ab etwa 2018 größtenteils beseitigt durch die 4-in1 Module in den Sendern.

Hier wurden die vier verbreitetsten Sendechips (CC2500, ...) gleichzeitig in den Sender eingebaut und es wurden die vielen verschiedenen Übertragungsverfahren der Hersteller analysiert und ins Modul einprogrammiert. Hier ist eine Auflistung von mehr als 90 verschieden Übertragungsprotokollen, die mit einem einzigen Sender angesprochen ausgeführt werden können. Dabei sind viele uns unbekannte chinesische „Spielzeugmarken“, aber auch bekannte und bewährte Systeme wie Futaba, Graupner, Multiplex oder Spektrum.  

Ein ideales System also für langjährige Modellflieger, die viele Modelle mit unterschiedlichen Empfängern im Keller haben und auf Modellbaubörsen immer wieder Schnäppchen mit eingebautem Empfänger machen.


Zwei Nachteile sollen genannt sein: Einige wenige „Edelmarken“ wie Jeti oder auch die Access-Empfänger von Frsky sind nicht enthalten. Auch haben die Sender, die mit diesen 4-in-1 Multimodulen ausgerüstet werden können, durchgehen die Open Source Software EdgeTX. Dazu mehr auf einer anderen Seite.

Die Nutzung von Open Source Software hat aber wiederum hat den Vorteil, das die Sender außerordentlich günstig sind: So kostet der voll ausgestattete und qualitativ hochwertige 16 Kanal Sender Radiomaster 16TX nur etwa 280 €!

Jetzt aber kommt ELRS!

Einen echten Bedarf gibt es nicht, denn, wie oben beschrieben, echte Probleme gibt es auf der Funkstrecke nicht mehr. Was also ist passiert? 
Auslöser waren die Drohnenpiloten: Ihre schnellen Modelle brauchten ein schnelleres Übertragungsverfahren, dass mehr als 50 mal pro Sekunde die aktuellen Steuerbefehle übertragen konnten. Für sie gab es eine kommerzielle Neuentwicklung (Crossfire) und daraus wurde eine Open Source Entwicklung gestartet: ELRS (Express Long Range System).

In den letzten 2 Jahren wurde nun diese Drohnentechnologie auf die Bedarfe der „normalen“ Modellflieger erweitert. 

Welche Vorteile hat ELRS gegenüber „normalen“ Systemen?

1) Reichweite und Empfangssicherheit
Die ELRS Funktechnologie ist topaktuell und sehr viel empfindlicher als die üblichen 2,4 Ghz Systeme. Es werden aus dem - unvermeidlichen - Rauschen die Signale deutlich bessser herausgefiltert. Daraus folgen eine eine bessere Übertragungsqualität (weniger fehlerhaft empfangene Befehle) und umgekehrt eine extrem vergrößerte Reichweite.
Mit den bei uns erlaubten 100 mW Sendeleistung sind Entfernungen von mehr als 30 km problemlos zu erreichen, in den USA wurden mit den dort erlaubten 1000 mW schon 100 km erreicht!  
Hier eine Seite mit Reichweitentests.

2) Bis zu 1000 Hz Paketrate
Natürlich kann man mit den üblichen 50 Hz Wiederholrate fliegen, aber man kann auch 100, 333, 500 oder gar 1000 mal je Sekunde die aktuellen Kanalwerte senden. Bei höherer Wiederholrate sinkt die Reichweite, doch auch mit 500 Hz gab es mit 100 mW in einer Entfernung von 10 Km noch sicheren Empfang.  

4) Dynamische Anpassung der Sendeleistung
In der Eu sind maximal 100 mW erlaubt. Für unsere Standardanwendungen mit Entfernungen von einigen hundert Metern ist das völlig übertrieben. Da reichen 10 oder 25 mW völlig aus und es wird das Frequenzband weniger „verschmutzt“ und es werden die anderen Flieger auf 2,4 GHz weniger gestört. Was aber, wenn das doch mal nicht reichen sollte, z.B. weil irgendwelche Störsender (WLAN) im 2,4 GHz Band senden oder wenn viele Piloten gleichzeitig unterwegs sind?

Hier greift die obligatorische Telemetrie: Der Empfänger sendet ja ständig die aktuelle Datenqualität an den Sender zurück.  Die wird nicht nur zur Anzeige für den Piloten auf dem Bildschirm genutzt, sondern regelt auch die Sendeleistung: Steigt also im 10 mW Betrieb die Anzahl der fehlerhaften Datenpakete an, regelt der Sender automatisch die Sendeleistung hoch bis zum Maximum von 100 mW. Und regelt sie auch wieder runter, wenn es die aktuelle Situation erlaubt.  

5) Einfaches Binden von Sender und Empfänger
Wer kennt es nicht, dieses mühsame Gefummel beim Binden: Mit einer Hand den kleinen Knopf auf dem Sender drücken, mit der zweiten die Stromzufuhr anlegen und mit der dritten Hand dann den Bind-Knopf am Sender drücken - für Zombies aus dem All vielleicht kein Problem, aber für einen ganz gewöhnlichen Modellbauer? 

Bei ELRS ist es viel einfacher: Für Masochisten ist natürlich der kleine Knopf auf dem Empfänger weiterhin vorhanden. Für  alle anderen gibt es zwei einfache Methoden: Entweder Sender einschalten und dann die Stromzufuhr zum Empfänger drei mal kurz hintereinander einschalten. Jetzt sucht sich der Empfänger einen Sender ohne Bindung und die beiden sind dauerhaft verheiratet.
Oder aber: Man gibt (über WLAN, s.u.) dem Sender und jedem Empfänger ein einfaches Passwort. Die merken sich das. Am Platz suchen nun Sender und Empfänger nach dem Einschalten einen Partner mit genau diesem Codewort. Gebunden!

Aber: Kann man das falsche Modell mit dem Sender verbinden, denn der Sender und alle meine Empfänger haben ja das gleiche Passwort? Nein, denn jedes Modell hat im Sender eine Nummer und diese Nummer kann ich dem Empfänger einmal mitteilen und dann ist das Modell immer eindeutig mit dem Sender und passendem Modellspeicher im Sender verbunden. 

6) WLAN-Updates und Empfängereinstellungen
Die Software ist Open Source und in ständiger Weiterentwicklung. Das ist natürlich schön, aber gleichzeitig auch ein Fluch: Alle paar Monate werden Softwareupdates bereitgestellt, und der natürliche Spieltrieb des Modellbauers verlangt natürlich immer nach den allerneuesten und allerbesten. Wir alles wissen, wie kompliziert sich solch ein Update gestalten kann. Anders bei ELRS: 

Zwingend vorgeschrieben in den Spezifikationen ist eine WLAN Funktionalität in jedem Empfänger. Findet der Empfänger nicht innerhalb von einer Minute nach dem Einschalten „seinen“ Sender, dann öffnet er automatisch einen WLAN Zugang.  Verbindet man nun einen Computer/Laptop mit diesem Netzwerk, so öffnet sich automatisch im Browser ein Fenster fürs Update und für die Einstellungen des Empfängers. 

7) Vorgegebene Hardwarekonfiguration und Kosten
Die ELRS Entwickler haben für Sendemodule und Empfänger die Hardware fest vorgegeben. Platinen und elektronische Bauteile zur Bestückung sind fest vorgegeben. Die Hersteller haben nur noch für Bestückung und Gehäuse zu sorgen. Wenn dann eine Firma einen neuen Empfänger bringen will, wird dieser von der ELRS Truppe eingehend getestet und es wird eine maßgeschneiderte Software bereitgestellt. 
Die Hersteller sparen sich so jeglichen Entwicklungsaufwand, was die Kosten drastisch senkt. So ist  bei Radiomaster ein Empfänger mit 4 Kanälen für 18,67 € erhältlich, 6 Kanäle kosten 30,48 €, 8 Kanäle 42,28 € und 8 Kanäle mit eingebautem Vario 48,18 €. Und bei Betafpv gibt es einen 14 Kanal Empfänger mit zwei vollständigen Empfängern (nicht nur zwei Antennen!) für unfassbare 33, 57 €. 
Kleines Detail am Rande: Alle Empfänger sind grundsätzlich im Spannungsbereich von 4,5 V bis 8,4 V zu betreiben - ideal für Modelle mit Hochvoltservos und reine Segelmodelle mit direkter Stromversorgung über 2s-LiPo.

8) Umfangreiche Telemetrie

Die obligatorisch eingebaute Telemetrie sendet alle Werte, die für den Funkbetrieb relevant sind. Zusätzlich können externe Sensoren von Hott, SM oder anderen angebunden werden. Höhenmessung, Tankinhalt, GPS Daten - es wird übertragen, was die Sensoren hergeben.

9) 4-in-1 und ELRS gleichzeitig

Einen neuen Sender kauft man bei Radiomaster, Jumper oder einem anderen chinesischen Hersteller. Die sind mit eingebautem ELRS Sendemodul ausgerüstet oder mit 4-in1. Einen 4-in-1 Sender rüstet man dann mit einem ELRS Sendemodul für etwa 50 € nach und kann dann alle alten Modell fliegen und auch ELRS nutzen. (Preise Juli 2024)

10) Ausgänge von Empfängern frei zuordnen und Summensignal

Manchmal hat man ein kleines Problem mit der Verkabelung und es wäre schön, wenn z.B. das rechte Querruder an der Steckerleiste des Empfängers ganz rechts ausgegeben würde (Kanal 1) und das linke Querruder ganz links auf Kanal 8. Die meisten bekannten Systeme bilden aber die Senderkänäle exakt auf die Steckerleiste des Empfängers ab.
Bei ELRS kann man die Senderkanäle frei den Plätzen auf der Steckerleiste des Empfängers zuordnen. 
Manchmal hätte man auch gern einen SBus Ausgang, d.h. alle Signale werden von einem Pin ausgegeben und an das erste Servo geschickt, von da aus mit einem Kabel ans zweite und so weiter. Das kann auch praktisch sein, wenn man einen Vierklappensegler hat: Man steckt beim Zusammenbau nur noch ein Kabel ein und in der Fläche übernimmt ein SBus—>PWM Konverter die Signalverteilung. Manche „klassische“ Empfänger, z.B. einige bei Multiplex, haben dazu einen eigenen SBus Ausgang. 
Bei ELRS kein Problem: Jeder Ausgang auf der Steckerleiste kann SBUS rausgeben, die anderen Ausgänge können weiter als normale PWM Kanäle arbeiten. 

11) Einstellung über Sender
Wenn man den Empfänger frisch aus der Packung holt, muss man zwingend erst mal ein Update über Computer machen. Dann aber kann man - falls wirklich nötig ist - die meisten Parameter über ein kleines LUA-Programm auf dem Sender einstellen. 

Eine Besonderheit gibt's aber doch: Arming auf Kanal 5

ELRS für normalen Modellflug hat aber doch ein Feature aus der Drohnenwelt mitgebracht, die am Anfang typisch für Verwirrung sort: Arming (Scharfschalten) auf Kanal 5.

Einige Automatiken bei ELRS funktionieren nur, wenn Kanal 5 auf +100% geschaltet ist. Das ist z.B. die dynamische Anpassung der Sendeleistung.

Dazu muss zwingend ein Kanal 5 im Sender auf einen Schalter gelegt werden, mit dem man vor dem Start die Sache "scharfschaltet".
Das hat (bei uns!) nichts zu tun mit der Sicherheitsabschaltung der Motoren, die mit einem weiteren (oder dem gleichen) Schalter zum Start durchgeführt wird.

Wenn aber doch Kanal 5 Mit Arming belegt werden muss, fehlt mir dann nicht ein Ausgang am Empfänger?
Nein, denn ich kann ja die Ausgangspins beliebig belegen, wie unter Punkt 10 bereits beschrieben!
Im Bild rechts habe ich acht Funktionskanäle. Bei einem 8-Kanal Empfänger ordne ich die Funktionskanäle 1-4 und 5-9 den acht Empfängerausgängen zu.
Was ist mit Kanal 5? Ganz einfach: es werden immer alle 16 Kanäle es Senders übertragen. Kanal 5, der Arming Kanal wird keiner Empfängerbuchse zugeordnet. Er wird nur vom Empfänger intern als Kanal 5 und damit als Armingsignal erkannt

Mein ganz persönliches Fazit: 

Die Einstellung der ELRS Parameter im Sender und in den Empfängern ist beim ersten mal natürlich etwas nebulös, aber es gibt viele nützliche Anleitungen auf Youtube. Damit klappt es dann schnell. 

Im der praktischen Erprobung ist die Empfangsqualität überragend: Der TQL-Wert gibt an, wie viel Prozent der Datenpakete vollständig übertragen werden, und das sind bei meinen Flügen fast immer 100%. Ganz selten werden mal 99% oder 98 % angezeigt, das aber bei 250 Datenpaketen je Sekunde! Mehr geht doch wohl nicht.  

Die Telemetriedaten werden als Logfile im Sender gespeichert und können zu Hause als Exceltabelle angeschaut und ausgewertet werden. Beim ersten mal ist man gespannt, danach schaut man selten rein - läuft doch alles!  

Ich erwarte, dass auch andere Markenanbieter auf die ELRS Übertragungstechnologie umsteigen. Sicherlich aber in eigener Version, mit mehr  Einstellungen für maximalen Komfort des Modellbauers. Sicherlich aber auch mit Inkompatibilität zu anderen Systemen, um die Kunden bei ihrer Marke zu halten. 

Fernsteuerungen mit dem Open Source Betriebssystem EdgeTX  gewinnen immer mehr Anhänger und sie werden in Zukunft ein signifikantes Marktsegment in unserem Hobbie besetzen. Darin werden in wenigen Jahren praktisch alle vollständig auf ELRS umsteigen und die herkömmlich 2,4 GHz Technologie nur als 4-in-1 Zustzmodul für ihre bestehenden Modelle nutzen.

Die Zukunft ist ELRS!

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