I modi più semplici per tagliare i fili
RF&Wireless forum
Milano
14 Febbraio 2008
THE ITALIAN MICROCONTROLLER, FPGA and ANALOG MAGAZINE
Ing. Maurizio Del Corso
([email protected])
• Frequenze: meglio 433MHz, 868MHz o 2.4GHz?
La scelta della frequenza dipende da diversi fattori tra cui licenze, ostacoli, range.
Ecco come orientarsi.
• Classificazione delle applicazioni: range Vs datarate
Una delle maggiori difficoltà in una applicazione wireless è trovare il giusto
compromesso tra range e velocità di trasmissione.
• Networking facile in 433/868 MHz
Esistono soluzioni che permettono di implementare reti wireless proprietarie su
frequenze diverse da quella del Wi-Fi e in modo assai semplice.
• Soluzioni Bluetooth e Zigbee
Quale criterio adottare per la scelta di queste due tecnologie?
• L’antenna: il guadagno, il tipo, il posizionamento
Scelta la tecnologia e scelto il dispositivo, resta da scegliere ed installare l’antenna
un elemento spesso trascurato ma determinante per una applicazione wireless.
Wireless alla portata di tutti
Le prestazioni di una comunicazione radio dipendono da
diversi fattori:
• Antenna e frequenza
determinano la propagazione del segnale. Tipicamente
si fissa la frequenza e si agisce sull’antenna per
migliorare la trasmissione.
• Disturbi e attenuazione
i disturbi possono essere interni (RS232, display...) o
esterni. L’attenuazione dipende dall’ambiente.
• Potenza di uscita e sensitività
La sensitività è il livello di segnale sotto il quale non
avviene la ricezione.
Wireless alla portata di tutti
Fattori di attenuazione
• Ostacoli fisici (pareti, alberi, montagne, costruzioni...)
• Ambiente di lavoro (pioggia, nebbia, umidità, ecc...)
Attenuazione in spazio libero [dB]:
32.4+20Log(Freq)+20Log(D)
Esempio: Freq=2.4GHz; D=100m Pout=+4dBm-> attenuaz.=200dB
Per ricevere correttamente a 100m il ricevitore deve avere una
sensitività di +4-200=-196dBm
Dmax = 10(Pout – sensitività – 32.4 – attenuazione)/20 – Log(Freq )
Wireless alla portata di tutti
License free
Allocazione delle frequenze
License free solo per Pout<5mW
Wireless alla portata di tutti
Suddivisione in canali
Frequency Bands Allocation
0
0
.05 4.79
3
43 43
8
.0
68
0.0 83.5
24
.0
70
0
24
8
Frequency (MHz)
Band => xx Channels
43
5
3.0
0
4
.7
34
90
Frequency (MHz)
Wireless alla portata di tutti
433 MHz band
868 MHz band









Frequency: 433.05 – 434.79 MHz
Application: Europe
Standard: ETSI 300-220
Power: 10 mW
Duty Cycle: 10%
Frequency: 868.00 – 870.00 MHz
Application: Europe
Standard: ETSI 300-220
Power: 5 to 500 mW
(depending on sub-band)
 Duty Cycle: 0.1 to 100 %
(depending on sub-band)
5mW
Wireless alla portata di tutti
2.4 GHz band




Frequency: 2400–2483.5MHz
Application: World
Power: 10mW
Bluetooth, Zigbee, Wi-Fi
915 MHz band
 Frequency: 902.00–928.00MHz
 Application: U.S. - Canada - Australia
 Power: 1 W (Frequency Hopping Spread Spectrum)
Wireless alla portata di tutti
In sintesi:
• Maggiore è la frequenza minore è la profondità di penetrazione
-> minore immunità agli ostacoli
• Maggiore è la potenza maggiore è il range (ma anche il consumo)
• Ampio range significa anche immunità agli ostacoli
• La frequenza deve essere scelta in base all’applicazione
(es. NO il 433MHz in un parcheggio...)
Wireless alla portata di tutti
Classificazione delle applicazioni: range Vs datarate
Wireless alla portata di tutti
Per scegliere la tecnologia ed il dispositivo adatto
alla propria applicazione è necessario porsi alcune
domande, quali:
• Quale è la velocità di trasmissione richiesta?
• Quale è il range richiesto?
• È richiesta la possibilità di networking?
• Si necessita di una comunicazione sicura?
Wireless alla portata di tutti
• Data rate inferiore a 1,2Kbps?
SI
NO
Utilizzare tecnologie
come WiFi, UMTS, etc...
• Range inferiore ai 10Km?
SI
NO
Utilizzare tecnologie
come GSM, GPRS, etc...
Soluzioni a 433MHz, 868MHz o 2.4GHz
Wireless alla portata di tutti
Lo sviluppo di un prodotto RF richiede tempi lunghi
ma esistono soluzioni che riducono il time-to-market
HW & SW
Development
PCB &
Routing
Antenna
Design
Requirements
HW & SW
Integration
Final product
Tests &
Verification
Product
Integration
RF
Approval
Wireless alla portata di tutti
TinyOne Plus
Soluzione a 868 MHz a 8 canali per lunghe distanze
Interfaccia RS232 TTL
Wireless alla portata di tutti
TinyOne Pro
Soluzione a 868 MHz mono-canale per lunghe distanze
Interfaccia RS232 TTL
Wireless alla portata di tutti
TinyOne Lite
Soluzione a 433/868 MHz multicanale per medie distanze
Interfaccia RS232 TTL
7 dBm
2.2 to 3.7 V
7 dBm
9.6 to 100
2.2 to 3.7 V
433.05 - 434.79
3
Wireless alla portata di tutti
TinyOne ZigBee
Soluzione a 2.4GHz a 12 canali per brevi distanze
Interfaccia RS232 TTL
Wireless alla portata di tutti
Integra-One
Soluzione a 433MHz a 10 canali (range 1Km)
Interfaccia RS232/422/485 – Package IP41 e IP65
IP65
IP41
Wireless alla portata di tutti
Power-One
Soluzione a 868MHz a 10 canali (range 5Km a potenza ridotta)
Interfaccia RS232/422/485 – Package IP65 e IP67
5 I/O analogici e digitali optoisolati su IP67
IP67
IP65
Wireless alla portata di tutti
Sono wireless!
E ora?
Possibili applicazioni
Wireless alla portata di tutti
• Local markets (<100m)
▫ Automazione industriale
▫ Trasporti e logistica
• Building or site scale markets (<1 km)
▫ Building automation
▫ Home automation
▫ Telemetria
• Urban or Landscape markets (1 to 10 km)
▫ Irrigazione/ Metering / Ferrovie/
▫ Semafori / Segnaletica / Pannelli informativi
▫ Settore militare
Wireless alla portata di tutti
• Local (<100m)
Per queste applicazioni spesso è sufficiente il
cable replacement (modalità trasparente)
▫
▫
▫
▫
POS (Point of Sale)
Bar Code Readers
Automazione ind.le / Telemetria
Transporti (RFID su containers e mezzi,
tracciabilità di teperatura, umidità, gas,ecc…)
Wireless alla portata di tutti
•
Building or site scale applications (<1km)
Per queste applicazioni può essere necessario il
supporto di rete
▫
▫
▫
▫
Sicurezza (Allarmi antincendio/anti-intrusione,
controllo accessi, luci emergenza, RFID attivo)
Telelettura utenze domestiche
Medicale (pulsanti anti-panico, monitoraggio
pazienti, localizzazione pazienti)
Gestione di edifici privati (piscine, golf, hotels,
parcheggi…)
Wireless alla portata di tutti
• Large area applications (1 to 10km)
Requisiti di ampio range e networking
▫
▫
▫
▫
Irrigazione / Metering
Ferrovie / Semafori / segnaletica attiva
Pannelli informativi
Gestioni ampi siti (porti, aeroporti, magazzini…)
Wireless alla portata di tutti
• Building automation
(access control, HVAC, telelettura)
- dispositivi da 10-25mWsullo stesso piano
- 1 modem da 500mW modems per ogni piano
- Modulo master nella centrale di controllo
Wireless alla portata di tutti
Allarmi e monitoraggio
durante l’intervento
Punti di accesso posizionati
in punti strategici
Wireless alla portata di tutti
Hospital or Retirement House configuration
Each Patient is wearing a watch allowing alarm transmission and tracking inside
the building
Stage map
Rooms
corridor
17:47
Central Monitoring
And Control
Patio
Rooms
Corridor
Base
RF Relay
LAN
Wireless alla portata di tutti
200m
500m
1000m
High Rise
Building
Control
Center
Wireless alla portata di tutti
Wireless alla portata di tutti
Wireless alla portata di tutti
Wireless alla portata di tutti
Wireless alla portata di tutti
Non funziona?
Colpa dell’antenna!
Suggerimenti sull’installazione
di sistemi wireless
Wireless alla portata di tutti
Non installare il modem troppo vicino a pareti: vengono
modificate le caratteristiche dell’antenna.
La minima distanza consigliata è una lunghezza d’onda (λ)
NO
YES
≥ λ
λ = 70 cm @ 433 MHz
λ = 35 cm @ 868 MHz
Wireless alla portata di tutti
Mantenere la stessa polarizzazione per le antenne: la
modifica della polarizzazione degrada le prestazioni.
YES
NO
Mantenere il modem lontano da pareti metalliche
NO
Wireless alla portata di tutti
Quando possibile evitare ostacoli tra i due punti di
comunicazione
Wireless alla portata di tutti
Non installare i modem troppo vicini per non saturare il segnale
D
D ≥ 1 m @ 25 mW
D ≥ 2 m @ 100 mW
D ≥ 3 m @ 500 mW
Se non è possibile distanziare i modem fare in modo che operino
su canali differenti.
Ch. 0
Ch. 1
D
Ch. 2
Ch. 3
Ch. 0
D
Ch. 7
Ch. 1
Ch. 6
Wireless alla portata di tutti
I modem sono sensibili alle vibrazioni: usare smorzatori e
sistemi di ancoragigo
Smorzatori
Non racchiudere il modem in ambienti ad alta schermatura.
Eventualmente portare fuori l’antenna.
Wireless alla portata di tutti
Usare un case adatto all’applicazione
Tenere presente i fattori di attenuazione
Factor
868 MHz
433 MHz
2.4 GHz
Loss
Attenuation
Loss
Attenuation
Loss
Attenuation
0%
0 dB
0%
0 dB
0%
0 dB
Window
<5%
< 1 dB
15 %
1 – 2 dB
30 %
3 dB
Thin wall (plaster)
25 %
3 dB
35 %
3 – 4 dB
50 %
5 – 8 dB
Medium wall (wood)
40 %
4 – 6 dB
50 %
5 – 8 dB
70 %
10 – 12 dB
Thick wall (concrete)
50 %
5 – 8 dB
60 %
9 – 11 dB
85 %
15 – 20 dB
Armored wall (reinforced concrete)
70 %
10 – 12 dB
80 %
12 – 15 dB
90 %
20 – 25 dB
Floor or ceiling
50 %
5 – 8 dB
60 %
9 – 11 dB
85 %
15 – 20 dB
Armored floor or ceiling
70 %
10 – 12 dB
80 %
12 – 15 dB
90 %
20 – 25 dB
Rain and/or Fog
90 %
20 – 25 dB
95 %
25 – 30 dB
??
??
Open office
Wireless alla portata di tutti
Milano – Marzo 2008
Registrazioni e info:
www.inware.it/rfday