MARCIN RYBAKOWSKI
Senior Specialist 5G RAN Architecture & Specification – Nokia

Ekspert z ponad 10 letnim doświadczeniem w rozwoju stacji bazowych dla systemów telekomunikacji mobilnej. Autor artykułów naukowych oraz współautor patentów z zakresu technologii radiokomunikacyjnych. W dziale 5G RAN Architecture & Specification we wrocławskim oddziale Nokii, zajmuje się specyfikacją i architekturą modułów radiowych dla systemów 5G oraz standaryzacją wymagań RF dla urządzeń 5G w ramach 3GPP.

Na jakie wyzwania pomiarowe z zakresu spełnienia wymagań radiowych Pan natrafiał? Które wydawały się skomplikowane, jednak po rozpoznaniu tematu okazało się, że wszystko jest dosyć logiczne?

 

W mojej pracy zawodowej zajmuję się między innymi standaryzacją wymagań radiowych dla nowych standardów systemów telekomunikacji mobilnej w ramach 3GPP. Obecnie trwają prace nad standardem 5G, który wprowadza kilka zupełnie nowych technicznych funkcjonalności mających duży wpływ na wymagania radiowe. Jednym z nich jest użycie fal milimetrowych dla przyszłych systemów telekomunikacji mobilnej. Nowe pasma częstotliwości z zakresu fal milimetrowych umożliwiają znaczne powiększanie pojemności przyszłych systemów, jakkolwiek wprowadzają dużo wyzwań technicznych, jeżeli chodzi o wymagania radiowe oraz sposób ich pomiarów. Na tych zakresach częstotliwości muszą być stosowane duże układy antenowe, które poprzez duży zysk kierunkowy umożliwiają skompensowanie wysokiego tłumienia fal radiowych. Taki zysk antenowy oznacza bardzo wąskie szerokości promieniowania wiązek antenowych, które muszą podążać za terminalem, zmieniającym swoje położenie.

Dlatego rozważano wprowadzenie w standardzie 5G nowego wymagania, który zdefiniowałby maksymalną szybkość przełączania wiązek. Jednocześnie nie wprowadzono żadnego dodatkowego czasu ochronnego (guard time) i uzgodniono na podstawie wyników symulacji, że aby zapobiec pogorszeniu wydajności systemu, czas przełączania musi być mniejszy niż 80% długości prefiksu symbolu (cyclic prefix). Maksymalny czas przełączania współczesnych przesuwników fazowych dochodzi obecnie do 100ns, co z punktu widzenia pomiarowego powoduje, że mamy w niektórych konfiguracjach warstwy fizycznej tylko kilka próbek sygnału dostępnych do obserwacji. Tak mała liczba próbek uniemożliwia lub bardzo utrudnia poprawny pomiar tego parametru. Problem ten dość mocno blokował postęp prac nad tym tematem w 3GPP.

Ostatecznie po wykonaniu większych analiz symulacyjnych okazało się, że 100ns zupełnie wystarcza do bezbłędnej transmisji mimo przełączania wiązek antenowych w tym samym czasie. W rezultacie, dzięki tym analizom, wymaganie szybkości przełączania wiązek nie zostało wprowadzone do standardu 5G i inżynierowie nie będą musieli się głowić, jak poprawnie zmierzyć ten parametr.

MATEUSZ SZCZYGIELSKI
Electronics Engineer – Metrum Cryoflex

Doświadczony inżynier elektronik mający na koncie wprowadzanie na rynek kilku aparatów medycznych zgodnie z normą EN60601-1-2. Kompatybilność elektromagnetyczna interesuje go od zawsze, dlatego wykonuje testy inżynierskie w firmie. W swojej pracy zajmuje się zagadnieniami sprzętowymi jak i oprogramowaniem, traktując je jako nieodłączną całość gwarantującą skuteczne zaliczenie obligatoryjnych badań EMC i bezpieczeństwa.

Jak różne są wymagania EMC (i bezpieczeństwa) dla urządzeń medycznych w odniesieniu do innych urządzeń powszechnego użytku? Na jakie kwestie należy zwrócić uwagę, wchodząc w temat urządzeń medycznych z innych projektów komercyjnych?

Każde urządzenie medyczne, które ma być wprowadzone na rynek musi spełniać wymagania zasadnicze dyrektywy 93/42/EEC lub nowej dyrektywy MDR (zacznie obowiązywać od 26.05.2020 r.). W przypadku bezpieczeństwa i kompatybilności elektromagnetycznej należy stosować się do normy zharmonizowanej IEC60601. Wymagania dotyczące sposobu testowania urządzeń medycznych dotyczących emisji zaburzeń o częstotliwości radiowej (RF) zebrane są w normie IEC55011, która zatytułowana jest „Urządzenia przemysłowe, naukowe i medyczne”. Sugerując się tytułem normy, można odnieść wrażenie, że typowe urządzenie medyczne nie różni się od zwykłej spawarki. Rzeczywistość jest jednak inna, jak zwykle różnice tkwią w szczegółach. Wchodząc w temat urządzeń medycznych, należy zadać pytanie, gdzie dane urządzenie będzie wykorzystywane – od tego zależy, jakie testy zostaną wykonane i jakie limity zostaną przyjęte.

Wprowadzono prosty podział na następujące środowiska pracy:

  • profesjonalnej opieki medycznej (ŚPOM),
  • domowej opieki medycznej (ŚDOM) oraz
  • środowisko specjalne.

Warto zauważyć, że dla urządzenia używanego tylko w zakładach profesjonalnej opieki medycznej limity są mniej rygorystyczne. Wynika to z przekonania, że odseparowana sieć szpitalna jest mniej narażona na zakłócenia elektromagnetyczne. Kolejną różnicą od urządzeń powszechnego użytku jest to, że zwykle urządzenie medyczne posiada części aplikacyjne, które mają bezpośredni kontakt z pacjentem lub operatorem urządzenia. W zależności od miejsca kontaktu części aplikacyjnej należy spełnić dodatkowego wymogi odnośnie prądu upływu pacjenta oraz izolacji pacjenta (ang. MOPP) bądź izolacji operatora (ang. MOOP) urządzenia. Wszystkie urządzenia medyczne posiadają zaostrzone wymagania w stosunku do prądu upływu urządzenia, co ogranicza możliwość zastosowania niektórych filtrów sieciowych oraz zasilaczy. Każde urządzenie, które opuszcza fabrykę musi zostać skontrolowane pod względem bezpieczeństwa elektrycznego zgodnie z normą IEC60601, dodatkowo jednostka zdrowia, do której trafia dane urządzenie ma obowiązek przeprowadzenia ponownych testów bezpieczeństwa we własnym zakresie przed rozpoczęciem jego użytkowania zgodnie z normą serwisową IEC62353.

 

MATEUSZ MORAWIEC

EMC Engineer/ Electronics – Merit

Doświadczony inżynier elektronik mający na koncie wprowa Inżynier EMC z doświadczeniem w międzynarodowych firmach z branży energoelektronicznej i automotive. Jego kluczowe kompetencje to wspieranie procesu projektowania: od prototypu do certyfikacji produktu zgodnie z wymaganiami EMC i RED. Zajmuje się analizą schematów elektrycznych, dokumentacji oraz przygotowaniem scenariuszy testów i raportów. Współpracuje z polskimi oraz zagranicznymi ośrodkami badawczymi.

Jakie wymagania w Automotive przysparzają najwięcej problemów konstruktorom i dlaczego? Jaka jest specyfika wymagań samochodowych w odniesieniu do norm „cywilnych”?

Współczesne samochody osobowe wyposażone są w rozbudowane systemy multimedialne, komfortu oraz bezpieczeństwa. Przetwarzają one w czasie rzeczywistym złożone dane pochodzące z sensorów rozsianych po całym pojeździe. Wiele rozwiązań dostępnych do tej pory wyłącznie na rynku elektroniki użytkowej jest wprowadzane do ich wnętrz, aby nadążyć za trendami rynku. Projektanci elektroniki dla branży Automotive często muszą przecierać szlaki dla nowych technologii, pamiętając jednak o wymaganiach klienta oraz optymalizacji kosztów produkcji wielkoseryjnej. Duża ilość danych pochodzących z systemów wspomagających kierowcę podczas jazdy (m.in. LIDAR, kamery) wymaga wykorzystania szybkich magistral komunikacyjnych (FlexRay, Automotive Ethernet). Zadania nie ułatwia miniaturyzacja komponentów i ich zagęszczenie w obrębie PCB. Skutkuje to zwiększoną podatnością na zakłócenia elektromagnetyczne, jak również potencjalnymi problemami utrzymaniem dopuszczalnych poziomów emisji przewodzonej i promieniowanej.

Wymagania Automotive w odniesieniu do norm cywilnych są zdecydowanie bardziej rygorystyczne. Podyktowane jest to m.in. aspektami bezpieczeństwa w zależności od potencjalnego wpływu na zdrowie i życie ludzkie. Miarą wpływu na bezpieczeństwo użytkownika w przemyśle samochodowym jest klasyfikacja ASIL (Automotive Safety Integrity Level), kiedy to ASIL D stanowi najwyższy stopień integralności systemu.

Konstruktor, do każdego projektu, aplikacji oraz klienta, musi podejść indywidualnie. Wymagania EMC koncernów samochodowych różnią się znacząco w zależności od marki, ale w większości przypadków odnoszą się do zmodyfikowanych norm ISO. Przykładowo, testy ESD dla PSA (Peugeot Société Anonyme) i FCA (Fiat Chrysler Automobiles) bazują na normie ISO 10605, jednakże narażenia PSA na ogół są wyższe od FCA. W pozostałych przypadkach wymagania EMC są tworzone na potrzeby własne producentów i nie znajdują odzwierciedlenia w powszechnie stosowanych normach.