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A tecnologia Trusted Wireless™ foi especialmente desenvolvida para aplicações industriais pela empresa canadiana Omnex Control Systems. Esta tecnologia, que opera em faixas de frequência sem licença dos 2.4 GHz, oferece um elevado grau de fiabilidade e robustez. Outra caraterística relevante passa pelo seu elevado alcance, boas propriedades na interferência e nas operações em paralelo e ótimas possibilidades de diagnóstico. Este artigo explica como a tecnologia Trusted Wireless™ garante estes recursos e quais as suas diferenças relativamente a outras tecnologias.
ROBUSTO E SEM FALHAS A tecnologia Trusted Wireless™ baseia-se em FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum). O método FHSS foi inventado e patenteado em 1942 por Hedy Lamarr e George Antheil. Foi utilizado em aplicações militares, para eliminar interferências no controlo dos torpedos. Também foi utilizado para impedir que outros acedessem às mensagens militares transmitidas por radiofrequência. Neste método, as transmissões sem fios são feitas em vários canais de banda estreita. O transmissor e o recetor alteram frequentemente a frequência central de transmissão. As frequências utilizadas e a ordem nas quais são utilizadas formam o padrão de saltos das frequências. Este padrão é pseudo-aleatório e apenas é conhecido pelo transmissor e recetor, o que garante que a comunicação entre dois dispositivos não possa
ser monitorizada por terceiros e que a mensagem não possa ser captada e interpretada. Além da imunidade, o método também oferece outras vantagens. Devido às constantes mudanças na frequência do rádio, a interferência pode ser tolerada com muita facilidade. A Figura 1 mostra que interferências de banda estreita podem apenas afetar uma frequência ou poucas frequências adjacentes, o que pode impedir a transmissão de um período de comunicação. Mas, no próximo período, outra frequência passa a ser utilizado, evitando o sinal de interferência (como demonstra a Figura 1). Dependendo do produto, isto ocorre em apenas milissegundos. Dependendo da aplicação, a tecnologia Trusted Wireless™ permite utilizar até 830
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Trusted Wireless™, em detalhe Vantagens da tecnologia Trusted Wireless™
Figura 1. Mudanças na frequência segundo a interferência.
frequências individuais, as quais são utilizados de forma aleatória e distribuídas em toda a banda (como na Figura 2). Isto assegura um nível elevado de robustez e uma imunidade a interferências.
INTERFERÊNCIA Todos os sistemas wireless estão sujeitos a interferências, ou seja, os sinais desejados no recetor são misturados com sinais interferentes. O sinal recebido pode ser combinado com um sinal útil, as suas reflexões, e outros sinais de rádio (ver a parte das “Coexistência”). A interferência derivada de reflexões é um fenómeno físico. Para um recetor posicionado num local fixo, o sinal útil é recebido através de uma combinação do caminho direto e um número infinito de reflexões. Desde que os caminhos percorridos pelas reflexões variem em termos de comprimento, as amplitudes no recetor irão variar (mudança de fase). A mistura que daqui resulta pode ser positiva, ou seja, as reflexões ampliam o sinal, mas isso também pode ser negativo, ao atenuar o sinal. Isto pode até mesmo eliminar por completo o sinal wireless, levando a uma ”sombra”. Um sistema wireless, que opera numa frequência fixa, terá sempre este problema. No entanto, ao alterar a frequência
Correction (FEC) auxilia na restruturação da informação que tenha sido danificada no caminho da transmissão. Para isso, um bit adicional de informação é adicionado ao telegrama atual, o que torna possível reconstruir os dados, utilizando algoritmos matemáticos.
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A tecnologia Trusted Wireless™ oferece uma tecnologia de diagnóstico com ótimas opções as quais variam, dependendo do produto. O estado de ligação wireless é diagnosticado através do sinal “RF-LINK”. Entretanto, a qualidade do percurso de rádio pode ser monitorizada exatamente através de um sinal RSSI (Receiver Signal Strength Indicator). Este sinal pode ser monitorizado de forma permanente num sistema ou utilizado apenas durante o início e durante o alinhamento das antenas.
Figura 5. Energia por bit.
Painel HF com um chip Típico recetor Bluetooth com sensibilidade: -80 dB
Painel HF descontinuo Típico Trusted WirelessTM com sensibilidade de recetor: -110 dB to -115 dB
Figura 6. Sensibilidade do recetor.
A taxa de erro e outros parâmetros do serviço podem ser acedidos diretamente, dependendo do produto.
SÉRIE A tecnologia Trusted Wireless™ foi otimizada para médias e longas distâncias. Ao utilizar antenas adequadas e observando as diretivas legais e o máximo de valor, podem ser alcançadas distâncias máximas de 3 quilómetros na banda dos 2.4 GHz. Os parâmetros que afetam a gama de sistemas wireless representam a energia por bit, a qual é utilizada para transmitir alguma informação desejada, e a sensibilidade do recetor.
ENERGIA POR BIT Quanto maior a energia por bit, maior o alcance da transmissão sem fios, isto significa que há duas soluções possíveis em teoria: ou aumentar a energia ou reduzir a velocidade de transmissão. Em Portugal, a energia (potência de saída) é limitada por lei para 20 dBm na banda dos 2.4 GHz. Ambos os valores são aplicados à potência radiada pela antena, a EIRP (Effective Isotropic Radiated Power), ou seja, incluem a energia de transmissão à saída do emissor, as perdas dos cabos e juntas e o ganho da antena.
Uma vez que a energia não pode ser aumentada de forma livre, a única opção passa por reduzir a velocidade de transmissão. Dependendo da aplicação, a Trusted Wireless™ utiliza o mínimo de transmissão de velocidade necessário, para que possa ser alcançado o máximo de energia por bit. A Figura 5 mostra como a energia por bit para um sistema de Trusted Wireless™ é muito mais elevada do que um sistema WLAN, apesar de uma menor potência de transmissão.
SENSIBILIDADE NO RECETOR A sensibilidade no recetor é um parâmetro fundamental para um alcance máximo. Em geral, o alcance duplica quando a força do sinal ou a sensibilidade é aumentada por +6 dB ou -6 dB. Isto pode ser alcançado no transmissor, aumentando a transmissão de potência ou utilizando a antena com um maior ganho (atenção: a potência radiada EIRP está limitada por lei). Um método mais eficaz passa por aumentar a sensibilidade do recetor porque este não é limitado por lei e depende, em
grande medida, do circuito utilizado e da qualidade e desempenho dos componentes utilizados. A Figura 6 mostra uma placa Bluetooth standard com circuito integrado. Derivado dos processos de fabrico extremamente reduzidos destas soluções de circuito integrado, a sensibilidade do recetor é tipicamente de cerca de -80 dB. Próximo a esta placa está uma versão discreta mas fiável da placa wireless Trusted Wireless™. Através da utilização de vários componentes especiais, a sensibilidade de um recetor típico de até -110 dB até -115 dB pode ser alcançado, dependendo do produto. Isto significa uma diferença de 30 dB ou um fator de 1000. A placa Trusted Wireless™ é, assim, 1000 vezes mais sensível do que a placa Bluetooth (como se pode verificar na Figura 6). Como descrito em cima, uma melhoria da sensibilidade de -6 dB duplica o alcance. Por isso, com uma diferença de 30 dB, a gama da solução Trusted Wireless™ tem um alcance 32 vezes maior do que os da solução ilustrada de circuito integrado Bluetooth: 6 dB + 6 dB + 6 dB + 6 dB + 6 dB = 30 dB Î 2 x 2 x 2 x 2 x 25 = 32 vezes.