Simulación de sistemas conectados
La simulación de sistemas y dispositivos conectados permite un diseño y una certificación eficientes de los productos.
La simulación 5G/6G permite un diseño y una certificación eficientes de los productos
Los sistemas de comunicación 5G prometen conexiones de ancho de banda extremadamente alto, enlaces de comunicación de baja latencia (URLLC) ultrafiables para interacción en tiempo real y compatibilidad con un gran número de dispositivos conectados en áreas pequeñas. Más allá de solo proporcionar un acceso más rápido a Internet a más usuarios, la comunicación 5G permite nuevas formas de realizar transacciones en todos los sectores, desde la mejora del IIoT (Internet de las cosas industrial) que permite la fabricación inteligente hasta la conducción autónoma segura y la cirugía remota.
Los fabricantes de dispositivos 5G y los proveedores de infraestructuras de red tienen por delante la difícil tarea de proporcionar el alto rendimiento esperado en un breve periodo de tiempo, a un costo determinado y sin poner en peligro los estándares de conformidad y seguridad. Son amplios los retos tecnológicos a los que se enfrentan las empresas que invierten en estas áreas son significativos, y gran parte de los problemas de ingeniería siguen sin resolverse.
El diseño de dispositivos de comunicación 5G/6G requiere simulación multifísica
Los enlaces de comunicación 5G omnipresentes en rangos de frecuencia inferiores a 6 GHz y de ondas milimétricas requieren el uso de tecnología MIMO masiva (varias entradas, varias salidas) y de matriz de antenas. Estas tecnologías se utilizan tanto en estaciones base de celdas pequeñas como en equipos de usuario, como los smartphones.
Agregar compatibilidad con los estándares 5G a dispositivos compactos que ya están abarrotados añade una gran presión a los ingenieros. Les exige proporcionar soluciones innovadoras de alto rendimiento que no creen compatibilidad electromagnética o problemas de interferencia electromagnética (EMC/EMI), como la desensibilización de otros sistemas de comunicación. Los dispositivos con una compresión más densa requieren una mayor atención al rendimiento térmico. Los componentes que funcionan con frecuencias de ondas milimétricas también necesitan tolerancias mecánicas más estrictas. Estos factores aumentan la necesidad de un diseño de productos multifísico y multidominio bien integrado.
La simulación 5G precisa de la física y en todas las etapas del proceso de diseño es fundamental, desde la exploración temprana de conceptos hasta las pruebas de conformidad virtuales. La amplia cartera de tecnologías de simulación de Dassault Systèmes SIMULIA cuenta con herramientas multifísicas para un diseño completo de sistemas 5G. Estas incluyen análisis mecánico, estructural y de estrés con Abaqus, simulación electromagnética con tecnología CST Studio Suite y otras herramientas para simulación térmica, de fatiga y de sistemas. Esta tecnología, compatible con la plataforma 3DEXPERIENCE, permite la colaboración entre equipos. La simulación permite que los productos competitivos lleguen al mercado a tiempo y dentro del presupuesto, a pesar de los mayores desafíos que plantea el diseño de la comunicación 5G.
Del 5G al 6G
Como sucesora de la red 5G, la tecnología 6G representa un salto revolucionario en las redes móviles que promete avances sustanciales en la velocidad de transmisión de datos, la latencia, la conectividad y el rendimiento de la red. En la carrera hacia el 6G, las iniciativas se centran en áreas clave como alcanzar velocidades de transmisión de datos ultraaltas, a ser posible en terabits por segundo, reducir significativamente la latencia para obtener tiempos de respuesta instantáneos, admitir una conectividad masiva para dispositivos IoT, explorar bandas de frecuencia más altas para aumentar la capacidad, introducir nuevas arquitecturas de red e integrar tecnologías avanzadas de IA y aprendizaje automático para optimizar el rendimiento. Además, el 6G está destinado a priorizar la sostenibilidad y la eficiencia energética al tiempo que ofrece mayor capacidad, fiabilidad y seguridad. A pesar de los desafíos como la disponibilidad del espectro, el avance tecnológico y los costes, la transición al 6G continúa con el despliegue comercial previsto en la década de 2030
En estas etapas de desarrollo, la simulación desempeña un papel fundamental. Permite a los expertos modelar y probar los complejos sistemas que sustentan el 6G, experimentar con variables, predecir resultados y perfeccionar tecnologías, lo que ayuda a mitigar riesgos, impulsar la innovación y acelerar el tiempo de comercialización.
Infraestructura de telecomunicaciones 5G
La infraestructura de telecomunicaciones garantiza que sus datos se recopilen, transporten y entreguen al destinatario correcto. En las comunicaciones móviles 5G, la entrada a la infraestructura está representada por una estación base. La estación base capta la señal de un teléfono móvil a través de una matriz de antenas. Ser capaz de simular y predecir el rendimiento instalado de la matriz de antenas, así como la interferencia con otros dispositivos de comunicación garantiza una conectividad continua.
ADAS y conducción autónoma
Los sistemas ADAS requieren un conocimiento completo de su entorno para controlar de forma segura un vehículo. Esto significa todo, desde marcas y señales de carril hasta condiciones de la carretera, otros vehículos, usuarios de la carretera y obstáculos inesperados. Para lograrlo, los automóviles están equipados con una gama de sensores, como cámaras, Sistemas de telemetría por radar y LiDAR, geolocalización y otros dispositivos. La conectividad de datos móviles de alta velocidad, como la robusta tecnología 5G, también es esencial para que los sistemas ADAS se conecten con servicios de Internet, infraestructura de carreteras inteligentes, otros vehículos y dispositivos de pasajeros. Sin embargo, es importante tener en cuenta que los componentes que forman estos sistemas son sensibles a las interferencias de otras antenas y sistemas electrónicos, a la suciedad y la nieve, y a los efectos de su colocación. Por lo tanto, es crucial abordar todos estos factores a nivel del sistema para diseñar sistemas de transmisión autónomos y ADAS seguros y fiables.
Fábricas inteligentes e IIoT de fabricación
El Internet de las cosas industrial (IIoT) y las redes privadas ofrecen conectividad y capacidades de intercambio de datos sin precedentes para la transformación digital de distintos sectores. El IIoT aprovecha los dispositivos y sensores conectados para recopilar grandes cantidades de datos de equipos industriales, lo que, cuando se analiza, puede conducir a una mayor eficiencia, mantenimiento predictivo y servicios innovadores. Las redes privadas proporcionan el ancho de banda específico y la comunicación de baja latencia necesarios para las aplicaciones industriales en tiempo real, lo que garantiza una transmisión de datos fiable y segura. Sin embargo, el desarrollo y la implementación de soluciones IIoT en redes privadas plantean desafíos importantes, como la integración compleja, la escalabilidad y los problemas de seguridad. La simulación ayuda a mitigar estos inconvenientes al permitir a los ingenieros modelar con precisión los entornos IIoT y las condiciones de red. Gracias a la simulación, los desarrolladores pueden probar y optimizar sus diseños en un entorno virtual controlado antes de la implementación real, con lo que se reducen el tiempo de desarrollo, los costes y el riesgo de fallos. Además, la simulación ayuda a identificar potenciales vulnerabilidades de seguridad y cuellos de botella en el rendimiento, lo que garantiza que las soluciones de IIoT sean robustas, seguras y escalables.
La plataforma 3DEXPERIENCE® ofrece un enfoque basado en modelos y datos para gestionar la complejidad del desarrollo de la tecnología 5G, lo que facilita la creación de prototipos virtuales para mitigar los riesgos que supone la introducción del IIoT.
Dispositivos portátiles
El desarrollo de tecnología portátil como relojes inteligentes y dispositivos de fitness plantea desafíos como la miniaturización, la eficiencia energética, la conectividad sin interrupciones y la optimización del diseño y la ubicación de las antenas. La simulación es clave para abordar estos problemas, permitiendo a los diseñadores perfeccionar los prototipos virtualmente antes de realizar versiones físicas. Mediante el uso de la simulación, los ingenieros pueden garantizar la compatibilidad electromagnética (EMC) de los dispositivos portátiles para un funcionamiento sin interferencias en entornos conectados. También es fundamental comprobar los niveles de la tasa de absorción específica (SAR) para mantener la exposición al campo electromagnético dentro de los límites seguros. Las simulaciones ayudan con la gestión térmica del dispositivo. Por lo tanto, la simulación es esencial en el desarrollo de tecnología portátil, impulsando la innovación y garantizando la seguridad, la funcionalidad y la satisfacción de los usuarios.
Estudios de casos de clientes
Conozca cómo las empresas líderes utilizan las soluciones de simulación SIMULIA para diseñar y optimizar sistemas de comunicación conectados.
Diseño y simulación de antenas 5G
El diseño y la simulación de antenas son aspectos muy importantes del desarrollo de sistemas conectados y garantizan que los dispositivos puedan comunicarse de manera eficaz en entornos cada vez más complejos. El proceso implica aprovechar la simulación electromagnética avanzada para analizar los patrones de radiación, la impedancia y el ancho de banda de las antenas. Las simulaciones permiten optimizar los diseños de antenas para aplicaciones específicas, desde comunicaciones móviles hasta redes de satélites, antes de construir prototipos físicos. Al identificar los posibles problemas de diseño desde el principio, la simulación ahorra tiempo y recursos, permitiendo a los ingenieros refinar las configuraciones de antena para cumplir con requisitos más estrictos.
Ubicación de antenas
La ubicación de antenas es un factor importante en el diseño y la implementación de los sistemas conectados. Cualquier entorno puede influir significativamente en los patrones de radiación de las antenas y, por extensión, en el rendimiento de estos sistemas. Las carcasas, los sistemas de montaje y cualquier objeto o forma pueden alterar el modo en que se propagan las ondas de radio, modificando la intensidad y la cobertura de la señal. Las eficientes herramientas de simulación electromagnética proporcionan una sofisticada ayuda para analizar los efectos de la plataforma en el comportamiento de las antenas antes de su instalación física. Al simular la interacción entre las antenas y su entorno, los diseñadores pueden optimizar su ubicación para lograr la mejor cobertura y rendimiento posibles.
Simulación de cobertura
La simulación de cobertura para sistemas conectados es un proceso clave para garantizar que las redes de comunicaciones ofrezcan un rendimiento óptimo. Según el área de aplicación, los entornos pueden ser espacios interiores de edificios y talleres, o fábricas, ciudades y territorios. Las herramientas de simulación eficientes permiten a los ingenieros y diseñadores de sistemas trazar y probar virtualmente la propagación de las ondas a través de estos diversos entornos. Basándose en las características realistas de radiación de las antenas instaladas, la simulación analiza cómo las señales interactúan con las estructuras físicas, los paisajes naturales y las condiciones atmosféricas. La simulación puede predecir áreas de debilidad o interferencia de la señal e identificar ubicaciones más eficaces para colocar antenas y otras infraestructuras de comunicaciones, asegurando que la cobertura sea completa y uniforme. Mediante el uso de estas tecnologías de simulación, los planificadores de redes pueden mejorar drásticamente la fiabilidad y la eficacia de los sistemas conectados, minimizando las zonas muertas y optimizando la conectividad para los usuarios finales en todas las áreas seleccionadas.
Simulación de EMC/EMI
En el panorama tecnológico actual, los dispositivos deben funcionar sin problemas en el mismo espectro electromagnético. La simulación de compatibilidad electromagnética (EMC) y de interferencias electromagnéticas (EMI) son fundamentales para garantizar que los sistemas conectados coexistan sin interrupciones perjudiciales. Las herramientas avanzadas de simulación permiten a los ingenieros identificar y rectificar posibles problemas de compatibilidad antes de que surjan. La simulación analiza las emisiones electromagnéticas de un dispositivo y evalúa su efecto en sistemas cercanos, asegurando su cumplimiento con las regulaciones y eficacia de protección y filtrado. Esta estrategia proactiva reduce significativamente las posibilidades de modificaciones de elevado coste tras la producción y facilita el buen funcionamiento de sistemas tecnológicos sofisticados.
Certificación
Las certificaciones de dispositivos conectados son puntos de referencia esenciales para la seguridad, el rendimiento y la sostenibilidad medioambiental. Algunas certificaciones específicas, como la de tasa de absorción específica (SAR) y exposición máxima permitida (MPE), garantizan que los dispositivos funcionen dentro de los límites seguros de exposición al campo electromagnético para proteger a los usuarios. Las certificaciones de compatibilidad electromagnética (EMC) e interferencia electromagnética (EMI) dan fe de la capacidad de un dispositivo para funcionar sin problemas sin interferir con dispositivos cercanos o ser susceptible a interferencias. La certificación de descarga electrostática (ESD) demuestra la resistencia de un dispositivo a picos de alta tensión repentinos, mientras que las certificaciones de impermeabilización y entrada de polvo, como las normas IP67 e IP68, verifican la resistencia de un dispositivo a los contaminantes ambientales. Las normas de robustez y diseño ecológico, como el nuevo reglamento europeo sobre diseño ecológico para productos sostenibles (ESPR), evalúan la durabilidad y el impacto medioambiental de un producto. Las certificaciones de las baterías, guiadas por normas como la UN 38.3 y UL 2054, garantizan la seguridad y fiabilidad de los componentes de almacenamiento de energía. La simulación ayuda a desarrollar dispositivos conectados que cumplan los estándares de certificación.
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Preguntas frecuentes sobre simulación de sistemas conectados
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