Siden starten af nullerne har trådløse enheder – delvist med rette – haft ry for at være upålidelige. Men det kan lade sig gøre at designe trådløse systemer, der kommunikerer sikkert.

Vi kender alle, at forbindelsen til mobiltelefonen forsvinder i et område, hvor der ellers burde være dækning, at vores Bluetooth headset pludselig falder ud, eller at den trådløse fjernbetjening ”bare er holdt op med at virke”.

Men det kan lade sig gøre at designe trådløse systemer, der kommunikerer sikkert. Fx sendte Voyager 1 satellitten i 1990 billeder tilbage til jorden over ca. 150 millioner kilometer (kilde: https://www.jpl.nasa.gov/news/news.php?feature=4484). Vi bruger samtidigt radar og radiotranspondere til at undgå, at fly kolliderer, alt imens politi, brandvæsen og ambulanceførere bruger TETRA til at kommunikere med i livskritiske situationer. Med andre ord er der mange eksempler på, at trådløs kommunikation kan fungere meget pålideligt. Så hvad er det, designere og virksomheder gør, der får det til at fungere så godt?

Frekvensbånd og teknologien

Det første valg er naturligvis den teknologi og de frekvensbånd, man vælger. Meget af vores radiokommunikation fungerer i dag i de ulicenserede bånd, og der er man ikke sikret mod forstyrrelser fra andre kommunikationssystemer. Udover frekvensbåndet er der naturligvis også valg, som handler om teknologien specifikt. Fx arbejder standardiseringen for 5G for tiden på at lave tre grene af teknologien (kilde: TCCA, 4G and 5G for Public Safety):
  • Ultra broadband med datarater over 10 Gigabit/sekund
  • Massive Machine-to-Machine med 10-100 gange flere enheder end mobilnettet i dag
  • Critical communication med latency under 1 millisekund og pålidelig levering af data.

Her er det essentielt at se, at disse lever op til meget forskellige formål, og at man i den sidste gren med pålidelig kommunikation har ofret både hastighed og antal enheder for at få en mere pålidelig kommunikation. Hastigheden er fordi, en lavere datarate også sikrer længere detektionstid på hver bit og derved bliver den nemmere at detektere. Antallet af enheder er fordi, der så er lavere risiko for kollisioner med andre enheder og samtidig også er bedre plads til at retransmittere indholdet.

Hardwarespecifikke tiltag

Det er dog ikke nok alene at arbejde med teknologien. Der er også hardwarespecifikke tiltag, som kan øge pålideligheden af kommunikationen. Det første er oftest at sikre funktionsdygtigheden i alle miljøer. Da radiodesigns generelt – og især oscillatorer – er meget følsomme overfor parasitisk kapacitet og induktans, er der også ofte stor følsomhed overfor temperaturvariationer.

Samtidigt er der i radioer ofte benyttet skærme, som er monteret på printet. Da det er essentielt, at disse holder tæt fast i printet for at bevare den skærmende effekt, er det relevant at udføre en vibrationstest på disse også. Dette gælder også antennerne, hvor især lodninger til tophat-antenner og lignende ofte kan knække i vibrationsfyldte miljøer. Men i relation til antennerne ses det desværre, at de ofte ikke er designet optimalt allerede fra starten, og da dette direkte påvirker rækkevidden for den trådløse kommunikation, er det essentielt at sikre, at den er implementeret korrekt.

Det næste niveau i pålideligheden er at tilføje antennediversitet. Dette princip går ud på at have flere antenner, der modtager samme signal. Det kan føjes til eksisterende teknologier med en selection combiner eller en maximum ratio combiner. Altså komponenter som vælger det største signal på en af flere antenner eller blander signalerne for at opnå optimale forhold.

Mere info

For yderligere information om funktionskritisk design af trådløs hardware kontakt senior specialist Anders P. Mynster, tlf. 43 25 14 25.