alessandro cunha - rf para sistemas embarcados - esc brazil 2013

APLICAÇÕES DE RF PARA SISTEMAS EMBARCADOS

APLICAÇÕES DE RF PARA SISTEMAS EMBARCADOS

• Porque sistemas sem fio? • Espectros de frequência no Brasil • Definições e classificações • Redes celulares • Bluetooth • WiFi • WiMAX • ZigBee • Qual a melhor opção? • Kits e módulos de diversos fabricantes • Demonstração prática de alguns kits

AGENDA

Lei Geral de Telecomunicações Art. 163. O uso de radiofreqüência, tendo ou não caráter de exclusividade, dependerá de prévia outorga da Agência, mediante autorização, nos termos da regulamentação. § 1° Autorização de uso de radiofreqüência é o ato administrativo vinculado, associado à concessão, permissão ou autorização para prestação de serviço de telecomunicações, que atribui a interessado, por prazo determinado, o direito de uso de radiofreqüência, nas condições legais e regulamentares. § 2° Independerão de outorga: I - o uso de radiofreqüência por meio de equipamentos de radiação restrita definidos pela Agência;

Uso licenciado

Uso não licenciado

Espectro de RF no Brasil

Connecting Everything Wirelessly

24 billion connected devices anticipated by 2020

Lighting

Automotive

Home automation

Wearables & equipment

Appliances

Alarm & Security

Telehealth Industrial

Electronic Shelf

Remote control toys

Metering / smart grid

1. WPAN - Wireless Personal Area Network

2. WLAN - Wireless Local Area Network

3. WMAN - Wireless Metropolitan Area Network

4. WWAN - Wireless Wide Area Network.

Rede sem fios (também chamada rede wireless) refere-se a um agrupamento de computadores (e outros dispositivos) em rede,

interligados sem o uso de cabos mas sim através de ondas de rádio ou outras formas de ondas eletromagnéticas.

Definição e classificação

Classificação e alcance

Choosing the Right Technology

Technology

<250 kbps

<2 Mbps

20 Mbps

BLE Zigbee RF4CE

Sub-1GHz

Bluetooth

2.4GHz prop

WiFi

Li-I

on

C

oin

C

ell

AA

A

RFID

BLE

Bluetooth

Zigbee

RF4CE

WiFi

10,000+ Range (m)

Tech

no

logy

RF4CE

Zigbee

WiFi

2.4GHz Proprietary

BLE

Bluetooth

Sub-1GHz

10 100

Sub-1GHz

2.4GHz Proprietary

Range Throughput

Typical power source Typical Topology

Star P2P

Zigbee

Prop Sub 1Ghz, Prop 2.4Ghz

WiFi, Bluetooth

RF4CE

Mesh

Proprietary

Industry Standard

Advantages Disadvantages

Tailored to the application

Specialized functions

Potentially smaller software stack

Simpler deployment

Choice of frequency bands

Each OEM’s topology can be different

Less options among suppliers

Inter-Operability among different suppliers

Standardization: customer choice

of suppliers

Ease of network expansion

Larger software stack in most cases

Potentially higher current consumption

Sub 1GHz

2.4GHz

PurePath

Examples

ZigBee Bluetooth

BLE ANT

6LoWPAN Wi-Fi RF4CE

Proprietary vs. Industry Standard

The strength of a signal and resulting range is an outcome of transmit (output) power and receiver sensitivity

• How loud can you yell?

• Higher is better

•Measured in dBm (for example +10dBm)

• How well can you hear?

• Lower is better

• Measured in dBm (for example -93dBm)

Transmitter Power

Receiver Sensitivity

Signal Strength

Grey = Coordinator Coverage Area

Coordinator

End Device

Interferer

TI Wireless Typical competitor

Coordinator

End Device

Interferer

• More Coordinators needed • Temporary interference will result in higher packet loss, more re-transmissions needed

• Less Coordinators needed • Longer links possible • Fewer re-transmissions

Why is RF Selectivity Important ?

Poor selectivity require interfering RF systems to be physically moved away

Global Frequencies; license free (315 MHz - 2.4 GHz)

433 MHz

315/915 MHz

433/868 MHz

415/433 MHz Local ISM bands

426 920 MHZ

433/915 MHz

GLOBAL 2.4 GHz

Japan

Europe

USA

Asia

China

Africa Australia

470 433 779 MHz

433 MHz

Satellite

Macrocell Microcell

Urban In-Building

Picocell

Global

Suburban

Basic Terminal

PDA Terminal

Audio/Visual Terminal

Convivência múltipla

Redes celulares

Frequências em 800 MHz e 900 MHz

Redes celulares

Frequências em 1700 MHz e 1800 MHz

Redes celulares

Frequências em 1900 MHz e 2100 MHz

Redes celulares

Redes celulares

Redes celulares

• Tecnologia destinada a eliminação de cabos

• Criado em 94 pela Ericsson – Harold Bluetooth (Dinamarca e Noruega)

• Curto alcance {1m (0,1mW – Classe 3), 10m (1mW – Classe 2), 100m (100 mW – Classe 1)}

– Lower power exatamente como o WiFi

• Banda de 2.4 GHz (extremamente poluída)

• 1 canal de dados (723.2 Kbps, canal reverso 57.6kbps: ACL)

• Ou 3 canais sícronos de voz (64kbps, SCO)

• Frequency-hopping para múltiplo acesso com um espaçamento de frequência de 1 MHz para até 8 dispositivos por pico-net. – 80 portadoras 80MHz. – Existem colisões quando múltiplas piconets estão próximas.

• É suportado simultaneamente por telecomunicações, PC, eletroeletrônicos, etc. – Hands free phone (ear set) para carro, internet chat/VoIP

Wireless Fidelity (Wireless Ethernet Compatibity Alliance) - 1997

Curtas e Longas Distâncias ( Com Repetidor / Amplificador )

Ondas de Rádio

Taxa de Transferência entre 11 e 108(a+g) Mbps

Alcance de 100 mts (indoor) à 300 mts (outdoor) (Sem Repetidor / Amplicador )

Baixo Custo

PDAs, Celulares, Notebooks, etc

Não necessita de Licença ( Uso doméstico )

802.11a – 5Ghz, 54Mbps

802.11b – 2.4Ghz, 11Mbps

802.11g – 2.4Ghz, 54Mbps

Transmissão de vídeo Full-HD (30 min)

802.11 - comparativo

100 mW 50 mW 1000 mW EIRP power

250 mW

902 928 2400 2484 5150 5250 5350 5725 5825 f/MHz

83.5 MHz 100 MHz 100 MHz 100 MHz

Região

Padrão

Global

802.11 & 802.11b/g

North America (Europe/Japan são diferentes)

802.11a

Canais versus frequências

Canais versus frequências

Convivência com o Bluetooth

Novo padrão(802.16) similar ao 802.11

Outubro de 2001

802.16d Fixo, 802.16e em movimento

Longas Distâncias

Ondas de Rádio

Taxa de Transferência 70Mb

Alcance de até 50 Km

Melhor Performance

PDAs, Celulares, Notebooks, etc

3.5Ghz a 10.5 Ghz

•Global operation in the 2.4GHz frequency band according to IEEE 802.15.4 •Regional operation in the 915Mhz (Americas) and 868Mhz (Europe). •Frequency agile solution operating over 16 channels in the 2.4GHz frequency •Incorporates power saving mechanisms for all device classes •Discovery mechanism with full application confirmation •Pairing mechanism with full application confirmation •Multiple star topology and inter-personal area network (PAN) communication •Various transmission options including broadcast •Security key generation mechanism •Utilizes the industry standard AES-128 security scheme •Supports Alliance standards (public application profiles) or manufacturer specific profiles