Desafios de IoT sem fio no mundo super conectado (inglês)

Tyler Kern (00:00): 

Bem-vindos ao -CONNECTED World, um podcast para os engenheiros que querem saber mais sobre as principais tendências que influenciam a tecnologia e o mundo conectado transformando o impossível de hoje no incrível do amanhã. 

Tyler Kern (00:15): 

Olá! Sejam todos bem-vindos ao CONNECTED World, o podcast da TE Connectivity. Sou Tyler Kern. Muito obrigado por se juntar a mim neste episódio do podcast. Hoje, estou falando com Christian Koehler. Ele é o gerente de gerenciamento de produtos para soluções de RF na TE Connectivity, e vamos discutir desafios de IoT sem fio no mundo super conectado. Então Christian, muito obrigado por se juntar a mim hoje. 

Christian Koehler (00:35): 

Muito obrigado. Obrigado pelo gentil convite. Gostei muito. 

Tyler Kern (00:39): 

Bem, estou muito animado para saber de sua análise de especialista e insights sobre este assunto hoje, Christian. E só para começar, essa é uma pergunta que fizemos a vários de nossos especialistas no podcast até agora, mas quais são alguns dos maiores desafios enfrentados pela IoT sem fio no mundo conectado atual? 

Christian Koehler (00:53): 

Isso é realmente importante. Eu começaria com alguns desafios globais. Eu chamaria os desafios globais de desafios técnicos, pois pertencem à cobertura. Então, IOT sem fio, dispositivos de IOT. Eles geralmente precisam cobrir uma determinada área, eficiência NFT, por exemplo. As taxas de dados, que normalmente são exigidas nos dias de hoje, e outras características técnicas em combinação com os dispositivos sem fio. Então esses são alguns dos desafios técnicos. Depois, existem alguns desafios comerciais, como qualidade de serviço, vamos pegar qualidade do serviço, por exemplo. Comunicação ultraconfiável e de baixa latência. Vocês devem ter ouvido falar sobre isso. E assim, muitas vezes requer latência muito curta, reação muito rápida de serviços sem fio. E assim, a qualidade dos serviços está se tornando muito mais importante nos dias de hoje para determinadas aplicações. Então há segurança. pense em todos os dispositivos que estão conectados. Eles têm que ficar seguros, e não podem ser hackeados em nenhum momento, e devem ser atualizados por razões de segurança

Christian Koehler (02:03): 

E assim por diante. Por último, mas não menos importante, o custo e a escalabilidade são dois parâmetros importantes em termos de desafios comerciais, e a terceira coisa é o ecossistema. Então, quando se pensa no ecossistema, é essa solução, que provavelmente será desenvolvida, pronta para o futuro. Estabeleceu um alcance global ou interoperabilidade dada em dispositivos quando os mercados se expandirão dos mercados locais para outras regiões, por exemplo. Assim, há uma banda larga móvel aprimorada, o que é um desafio com as taxas de dados subindo para 10 gigabits por segundo e mais. Há uma comunicação do tipo de máquina em massa. Em massa muitas vezes significa como um milhão ou alguns milhões de dispositivos por quilômetro quadrado. Essa é comumente a comunicação ultraconfiável e de baixa latência. E existem alguns padrões sem fio, que clientes e desenvolvedores podem selecionar, aqueles com curto alcance, que são de baixa taxa de energia, padrões de área. E há um padrão celular tradicional disponível. 

Christian Koehler (03:16): 

E dependendo da sua área para cobrir e dos requisitos de consumo de energia e dos requisitos de taxa de dados, um ou outro dos padrões pode ser o bom, o certo para esta aplicação específica. Agora, o que também enfrentamos é o crescimento muito forte e exponencial do tráfego sem fio. Isso significa que tende a ficar cada vez mais congestionado. Então, não há tantas bandas de frequência novas que serão adicionadas ao espectro. Pelo menos qualquer espectro sub seis giga-hertz; apenas algumas novas frequências estão disponíveis para serem [livres de] interferências. Então, com o crescimento exponencial do tráfego, isso seria, sim, interferência em todos os lugares, que é uma espécie de competição no ar ou qualquer outra coisa, para a melhor conectividade. Há também a complexidade do design da antena. Então, o que quero dizer? As antenas são normalmente diferentes dos componentes passivos regulares ou da maioria dos componentes passivos regulares. Antenas, elas precisam... ser consideradas de forma diferente. 

Christian Koehler (04:22): 

Havia uma tendência de evitar essa complexidade ou mesmo ignorar essa complexidade. Havia uma tendência a assumir antenas como, qualquer uma delas, como se fossem componentes como capacitor ou resistor ou algo assim. E, o próximo desafio comum é a compreensão dos requisitos de RF. Então, como sei que minha antena é boa o suficiente? E como sei que é bom o suficiente atualmente? E ainda mais importante, que seja bom o suficiente amanhã quando o crescimento exponencial será contínuo... mais interferência está sendo adicionada aos canais? E assim por diante. Há um alto nível de integração da funcionalidade em dispositivos IOT, o que é outro desafio. 

Christian Koehler (05:04): 

Então, muitos indicadores-chave de desempenho têm que competir [para] isso. Bem, o que eu tenho em mente, deve ter a maior bateria. O outro [que] queremos ter deve ter [é] a maior tela, e queremos ter a maior antena. E muitas vezes há uma luta constante pelo melhor compromisso possível dentro desses dispositivos. Isso também é consumo de energia. Acho que já mencionei isso. a relação de custo e desempenho. Outro grande desafio que estamos enfrentando é a experiência no mercado. Então, experiência de... de empresas startup, por exemplo, até mesmo empresas bem estabelecidas que não lidavam com serviços sem fio no passado. Quando tudo, de repente, precisa ter conectividade sem fio, ser integrado aos dispositivos. E o nível de complexidade disso é levado, muitas vezes também, eu diria um pouco solto ou fácil demais, o que pode conduzir a problemas.

Tyler Kern (06:00): 

Sim, com certeza. Portanto, obviamente há muitos desafios no mercado agora, e muitos desafios para os engenheiros do setor. E você mencionou vários. Frequência, congestionamento e complexidades adicionadas e coisas nesse sentido. Então, Christian, como você vê os engenheiros enfrentarem esses desafios, e quais inovações estão saindo desses desafios para ajudar a resolver esses problemas para o futuro? 

Christian Koehler (06:23): 

Se investigarmos... no setor, acho que os grupos de engenharia mais avançados podem ser encontrados em smartphones portáteis. Assim, portáteis sem fio como tablets ou até laptops. Bem, eles estão desenvolvendo antenas para esses dispositivos. Nada é simples coincidência. Qualquer um na área, baseado em décadas de experiência, sabe o que é importante e precisa ser considerado. Então, algumas pessoas, elas realmente sabem como projetar antenas, e nada dá errado. Elas chegam a um compromisso de trabalho super bom muito rapidamente, mas muitas vezes, os clientes têm que implementar serviços sem fio. Eles nunca fizeram isso antes, e apenas a disponibilidade de centenas e milhares das tão chamadas antenas padrão no mercado fazem acreditar que o que está escrito na ficha técnica é meio que verdadeiro. E o que posso dizer, por experiência própria, tudo é verdade. Aceite dados de RF. Então, é claro, antenas, 

Christian Koehler (07:34): 

Eu, no caso de implementação de antena, não posso simplesmente confiar no banco de dados de RF e na ficha técnica no que se refere a quaisquer outros componentes passivos, por exemplo, capacitores. O que está escrito na ficha técnica é comumente verdade para antenas. Também é verdade, mas está relacionado com, digamos, um plano de referência medido no espaço livre e assim por diante. Então, é muito perigoso usar folhas de dados, mas muitas vezes isso é usado, essa abordagem foi adotada. Selecione uma antena do catálogo, coloque-as no quadro, ligue a placa e não funciona. E então, às vezes, chega um problema ou ele vem à tona depois. Bem, geralmente recebemos muitos pedidos de antenas de oportunidades de IoT onde precisamos ter antenas pequenas e baratas. Precisamos ter a menor antena, a antena mais barata. E eu me pergunto, falando de coisas pequenas, "O que é barato?" 

Christian Koehler (08:30): 

E voltando para o telefone, vamos falar de celulares. Alguns tentaram fazer antenas... as maiores possíveis. E assim, o custo também é super importante, mas qual é o oposto de uma antena barata quando a conectividade não é boa o suficiente? O que também vemos muitas vezes é que as antenas são implementadas muito tarde no ciclo de design de novos dispositivos. Elas finalmente aparecem... então, quando isso ocorre, são espremidas entre outros componentes de dispositivos existentes, que precisam ser atualizados pelo serviço sem fio. Assim, a compreensão dos dispositivos, parte da antena muitas vezes não é tão bem desenvolvida, e a TE pode oferecer suporte para enfrentar esses desafios por uma abordagem holística baseada em décadas de experiência com celulares, o que para mim, eu chamaria de dispositivos desafiadores. Eles são comumente pequenos e têm que cumprir fortes requisitos personalizados. Eles geralmente têm que ser eficientes em bateria. Eles geralmente têm uma bateria grande, uma grande tela, e assim por diante. Então, tudo tem algo contraditório a ele... uma função de antenas--, e ainda até seis ou sete ou oito antenas normalmente têm que se dividir em fatores de forma tão pequenos. Então, é aqui que a equipe TE pode realmente oferecer suporte. Vemos que as abordagens adotadas por outros muitas vezes não são sintonizadas e adaptadas às antenas celulares específicas. 

Tyler Kern (09:58): 

Christian. Uma das coisas que você mencionou foi, quando durante o ciclo de projeto, a antena e a implementação foram consideradas, elas estão normalmente chegando tarde demais no processo. Estão sendo espremidas entre outros componentes. Do seu ponto de vista, o que é um bom momento durante o ciclo de projeto para considerar o local para onde a antena deve ir, e a implementação das antenas dentro do dispositivo? 

Christian Koehler (10:18): 

Esta é uma pergunta muito boa. E há algumas declarações claras de empresas como a AT&T. Eu diria na minha opinião que existem três elementos-chave ou um ciclo de design que temos para um novo desenvolvimento de um dispositivo. Primeiro, a definição de um caso de uso, para [ter] uma compreensão clara dos requisitos de RF, por exemplo, uma câmera de segurança HD que requer um painel omnidirecional, normalmente requer um sinal forte. Então, um bom tipo de atividade, talvez duas ou três antenas para executar o MIMO, para um bom monitor de taxa de transferência e energia, que normalmente tem que transmitir alguns bytes ou kilobytes por dia. E sua bateria acionada, [e] tem requisitos totalmente diferentes, e por isso a antena precisa ser muito, muito eficiente. Então, segundo, o segundo elemento chave para mim é preparar um orçamento de link para entender as piores condições do caso no campo. Mesmo que o dispositivo esteja funcionando no laboratório, isso não significa obrigatoriamente que está... está funcionando muito bem no campo e áreas rurais onde o sinal desaparece. 

Christian Koehler (11:26): 

E a questão é, temos margem suficiente para garantir o desempenho necessário? E o terceiro elemento-chave é a consideração e compreensão das condições do dispositivo. Qual é o tamanho do dispositivo que eu quero fazer? Que componentes, que outras antenas, quais câmaras de imagem, quais baterias, seus transformadores também teriam que estar perto de antenas, tudo isso pode causar um impacto. Assim, esses três elementos são normalmente o que deve descrever o nível de complexidade, que está envolvido no design da antena, e isso está deixando claro [que uma] antena comumente não pode ser projetada no final do ciclo de design. Certo. [Considerado logo no início de um produto, ou mesmo além disso [sic]. Normalmente, mesmo que pensemos no design da antena logo no início de um ciclo de produto, na troca mecânica de um dispositivo, [o design] deve ser verificado relacionado a uma possível influência no desempenho da antena, o que pode exigir ajustes rápidos de sintonia [que é] no tempo, quando necessário. 

Christian Koehler (12:30): 

Gostaria de falar sobre a próxima amostra de um medidor de energia. Chegamos no início e havia um requisito para obter uma antena LTE em um medidor de energia para controle remoto para monitoramento remoto e tudo estava perfeito. Então, o apoio dos pares foi preciso. O plano inicial foi preciso. A antena estava em um lugar perfeito. E durante o projeto, uma super tampa teve que ser movida alguns milímetros para ver a antena, o que acabou prejudicando completamente o desempenho da banda baixa. Então, levamos um tempo para encontrar a causa raiz. São mudanças tão pequenas no design do dispositivo [que] podem ter um impacto muito, muito significativo. Então, novamente, tenho certeza de que devemos conversar... o mais cedo possível no ciclo de projeto sobre a implementação da antena. 

Tyler Kern (13:23): 

Sabe, Christian, nós... falamos um pouco sobre como o desempenho da antena é afetado por sua colocação. E você teve um grande exemplo lá, apenas um exemplo onde o desempenho da banda baixa da antena foi degradado com base em componentes que foram colocados nas proximidades e coisas ao longo dessas linhas. Então, me fale um pouco mais sobre indicadores de desempenho para antenas embutidas. Como o desempenho da antena é medido e como isso funciona? 

Christian Koehler (13:49): 

Se você pensar em um projeto... bem sucedido de uma antena integrada ou embutida. Eu não gostaria de falar tanto sobre antenas externas, porque elas são bastante fáceis de implementar e... e as medidas e indicadores de desempenho são bastante previsíveis e repetíveis. Não é assim com antenas embutidas. Assim, para o design de antenas incorporadas em dispositivos sem fio, muitas vezes uma série de medições devem ser feitas para quantificar o desempenho da antena no produto real. Então, não adianta medir a antena em espaço livre, e depois implementar no aparelho e deixar a execução da mesma forma. Porque havia alguns indicadores de desempenho, como largura de banda. A largura de banda é muito, muito importante, o que tem a ver com o design da antena, com localização da antena. Outro indicador é o ganho, claro, e, finalmente, algumas, algumas pessoas, ou até mesmo várias delas que procuram alto ganho, exceto para antenas, que devem ser uma diretiva para conexões ponto a ponto, ou então a antena deve ter pouco como zero ou dois dBi. 

Christian Koehler (14:56): 

Então, muito pouco ganho significa um desempenho omnidirecional muito, muito bom, e muitos dispositivos IOT, eles têm que executar em um ambiente aleatório, então ninguém pode prever com antecedência. Enquanto meu gateway... enquanto meu ponto de acesso com relação ao device IOT--pode ser frontal, pode estar na parte de trás, pode ser à direita, à esquerda... Assim, o dispositivo IOT funciona com um omnidirecional, perfeito. Se houver um suporte com ganho, controle e isolamento, não devo esquecer o isolamento em alguns dos dispositivos. Há várias antenas necessárias. Muitas vezes elas não devem influenciar nem interferir umas nas outras. A coisa simples muito, muito importante é geralmente a eficiência. Desculpe, a eficiência da minha voz caiu um pouco e você pode ter visto ou ouvido o que acontece. Então, mesmo que minha largura de banda esteja totalmente bem, meu ganho está bem, o isolamento está bom, mas se a eficiência não é boa, é muito difícil de entender. 

Christian Koehler (16:02): 

Então, mesmo que houvesse muita interferência, preciso competir com essa interferência, passar por ela e falar alto o suficiente. Assim, eficiência, vimos que a eficiência é um dos parâmetros mais importantes a serem medidos para antenas embutidas, que podem ter uma espécie de tutor de eficiência de pico, aconteça o que acontecer, integração apertada, outros componentes potencialmente impactantes próximos. Então, a antena precisa agir como um transdutor entre o rádio e o meio de propagação. E se houve um impacto na antena, ela não vai, não vai falar. 

Christian Koehler (16:41): 

Eu quero explicar isso, o que é isso, o pior cenário? Tínhamos um cliente que tinha a antena perfeitamente sintonizada. A largura de banda era [com] um isolamento super bom. Então, as antenas não interferiam umas nas outras. E não era antena para impressora. Então, finalmente, no lado externo da impressora, havia uma tinta com conteúdo metálico. Então, com a pintura, você imprime um invólucro com metal contendo um verniz. O cliente criou uma gaiola Faraday. Todos os parâmetros eram perfeitos na antena, tudo bem ajustado, mas a eficiência era zero e a impressora não funcionava como o esperado. E todos os outros parâmetros se tornaram de menor importância neste momento com um impacto muito simples e único de uma gaiola Faraday. 

Tyler Kern (17:29): 

Isso é muito interessante. E eu, eu gosto da lição do objeto, o exemplo do que acontece quando certos aspectos não estão funcionando, seja interferência ou, com sua voz sendo abafada e difícil de ouvir. Eu pensei que isso era, eu pensei que era uma ótima maneira de descrevê-lo, especialmente em um podcast, onde todos podem escutar de qualquer maneira. Então, eu achei que seria muito bom. Uma das coisas sobre a qual você falou muito, a eficiência, qual é a diferença entre VSWR e eficiência? 

Christian Koehler (17:54): 

Fico feliz que você faça esta pergunta sobre VSWR. Esta relação de tensão contínua [onda] é uma espécie de medida da correspondência de impedância de cargas com uma impedância característica de uma linha de transmissão também. Então, em outras palavras, o rádio, lembre-se, ou o módulo RF com uma impedância de 50 ohms, e dentro da frequência, a antena também deve funcionar com uma impedância de 50 ohm. Em seguida, o melhor VSWR, a relação de onda contínua de tensão, seria próxima de um, que é o caso ideal. Se isso fosse um atalho em vez de uma antena, este seria infinito. Esse seria o melhor caso. Por outro lado, é para medir até ajustar a antena, é o suficiente ter um analisador de rede, para que você possa observar se a antena é bem alimentada ou não. Diz muito sobre o desempenho da antena. Está dizendo que é bom, combinado com uma dobra e a medição. 

Christian Koehler (18:53): 

Você tem um conjunto de informações muito boas para a característica da antena. No entanto, dentro de um dispositivo com todas as treliças fechadas e todos os componentes do lado de dentro, e idealmente até ligado para ter outras fontes de ruído, como interfaces interferindo com a antena, então a medição de eficiência é uma coisa totalmente diferente. A eficiência da antena é baseada na comparação com a radiação total. Quanto tempo para a energia de entrada chegar aos terminais de internet de modo fácil? Se uma antena tem uma eficiência de 10%, então 90% da potência de RF, que é transmitida a partir do módulo RF, é convertida em calor ou outra coisa, mas não irradiada para o ar. E assim, 10% irradiado, 90% transformado em calor. Não queremos fazer isso com frequência, certo? Queremos fazer uma antena. Então agora a questão é como, como fazer isso melhor, como descobrir qual é a minha eficiência necessária para ter uma câmara anecoica ou melhor uma câmara de Timo, que é uma câmara anecoica com um anel de censo. 

Christian Koehler (20:04): 

Havia uma tabela de tons medida, necessária para medir o padrão de radiação tridimensional, que leva algum tempo. E então, é uma espécie de integração do poder pela radiação. É apenas um padrão de radiação tridimension[al] que está fornecendo a eficiência. Quando este equipamento não existe em rede. O analisador é bom para verificar o básico de uma antena, mas não está dizendo nada sobre qual é a minha eficiência. Então, qual é a qualidade da transmissão e da recepção do dispositivo final. 

Christian Koehler (20:37): 

Portanto, para esses tipos de parâmetros, havia uma câmara aquática necessária. E ambos usam isso para, e eficiência, a propósito, eles precisam ser combinados com uma antena totalmente instalada no dispositivo com todos os componentes instalados. E então, o que acontece se a eficiência for zero? Você pode imaginar que não havia conectividade sem fio; o cliente não [está] satisfeito. E se a eficiência é boa o suficiente para o laboratório e não é boa o suficiente para o pior cenário, o mesmo pode acontecer:  cliente não satisfeito. Então, a medição de eficiência está dando uma boa indicação de qual desempenho, qual desempenho sem fio posso esperar neles em um campo.  

Tyler Kern (21:23): 

Excelente. Bem, Christian, estamos chegando ao fim de nossa conversa aqui hoje, mas eu quero dar-lhe a oportunidade de encerrar com qualquer coisa que talvez não tenhamos discutido até agora sobre antenas e IOT, que talvez você quisesse mencionar antes de terminarmos, ou mesmo apenas um resumo sobre a situação do setor. Portanto, se há algo que ainda não discutimos, ou se você quer fazer uma declaração final, sinta-se à vontade, pode fazê-lo. 

Christian Koehler (21:48): 

Uma questão que está aparecendo com frequência é a banda estreita, o famoso serviço de IOT de banda estreita, muitas vezes fornecendo serviço seguro, e um serviço registrado e bandas licenciadas com responsabilidade. Então, às vezes era uma espécie de banda estreita mal-entendida. Preciso de antena de banda estreita onde o IOT de banda estreita se divida em curvas LTE irregulares. E mesmo que o serviço em si, a banda estreita funcionando com uma largura de banda de 200 quilowatts, não signifique que seja uma antena de banda estreita. Assim, a antena para IOT de banda estreita é basicamente uma antena LTE e a implementação de antena LTE que geralmente requer antenas de banda certa, como 670 megawatts para 2,2 ou 2,7 giga-hertz ou banda muito leve. 

Christian Koehler (22:43): 

Geralmente requer muita experiência, muita competência para integrá-los muito bem. E este é apenas um ponto que eu gostaria de mencionar, então a IOT de banda estreita parece fácil, talvez seja fácil, mas a implementação da antena muitas vezes requer uma abordagem muito mais cuidadosa em comparação com antenas de banda única ou serviços Viola como LoRa que é 868, 915 MHz ou 6 para o seu Bluetooth, 2,4 GHz ou Wi-Fi ou algo assim; isso tudo é relativamente fácil comparado com a implementação de uma antena celular de IOT de banda estreita, para concluir eu diria que a antena é um conector muito importante. 

Christian Koehler (23:27): 

Somos uma empresa conectada, certo? E para mim, a antena é o conector mais importante de dispositivos sem fio. É um componente essencial, e é bom ter parceiros não apenas com os equipamentos disponíveis, mas também a competência para integrar antenas e sintonizá-las, basicamente fazer a integração bem sucedida de uma antena embutida em dispositivos sem fio. Depende da compreensão de que toda a parte do dispositivo faz parte da antena. Muito provavelmente. Este é o caso. Então, na minha opinião, a antena não pode ser adicionada no final do ciclo de design. Ela deve ser projetada desde o início e às vezes percebemos que estamos corrigindo problemas de antena no laboratório de certificação e isso consome tempo e é muito caro. 

Christian Koehler (24:11): 

E é aqui que a TE Connectivity é bem conhecida por--sua abordagem profissional para gerar soluções de antenas de alto desempenho, embutidas e externas. Eu provavelmente diria que uma antena é uma solução de antena, e não apenas o componente. E isso atende às necessidades do tráfego sem fio em crescimento exponencial, e os engenheiros da TE têm desenvolvido soluções de antena para algumas das aplicações mais desafiadoras nos últimos 20 anos, eu diria. E, ficaríamos muito felizes em fazer parcerias com nossos clientes e tornar um desenvolvimento de antena muito fácil e simples, mesmo que seja super complexo. Um final feliz para solução sem fio! 

Tyler Kern (24:54): 

Excelente. Bem, Christian Koehler, gerente de gerenciamento de produtos para Soluções de RF na TE Connectivity. Christian, muito obrigado por se juntar a mim hoje e mergulhar nos desafios no mundo super conectado para IOT sem fio e falar sobre antenas e muito mais. Realmente agradecemos o seu tempo dedicado aqui hoje. 

Christian Koehler (25:11): 

Foi um grande prazer, Tyler. Muito obrigado, Tyler. 

Tyler Kern (25:15): 

Obrigado. Muito obrigado, Tyler. E obrigado a todos os nossos ouvintes por se juntarem a nós para este episódio do programa. Nós agradecemos muito. Não esqueçam que temos episódios anteriores. Vocês podem voltar e ouvir, e também teremos episódios futuros. Então, inscrevam-se lá em podcasts da Apple ou Spotify, e estaremos de volta em breve com esses novos episódios, mas até lá, um abraço do seu apresentador de hoje, Tyler Kern. Tyler Kern. Obrigado por ouvir.