Simulazione di sistemi connessi
La simulazione di sistemi e dispositivi connessi consente una progettazione e una certificazione efficienti dei prodotti
La simulazione 5G/6G consente una progettazione e certificazione efficiente dei prodotti
I sistemi di comunicazione 5G promettono connessioni a larghezza di banda estremamente elevata, collegamenti di comunicazione ultra-affidabili a bassa latenza (URLLC) per la comunicazione e l'interazione in tempo reale e il supporto di un numero enorme di dispositivi connessi in piccole aree. Oltre a fornire un accesso a Internet più veloce a un maggior numero di utenti, la comunicazione 5G consente nuovi modi di fare business in tutti i settori, dal potenziamento dell'IIoT (Industrial Internet of Things) alla produzione intelligente, fino alla guida autonoma sicura e alla chirurgia a distanza.
I produttori di dispositivi 5G e i fornitori di infrastrutture di rete hanno il difficile compito di offrire le prestazioni elevate attese in tempi brevi, a costi contenuti e senza compromettere gli standard di conformità e sicurezza. Le sfide tecnologiche che devono affrontare le aziende che investono in questi settori sono significative e molti problemi tecnici sono ancora lontani dall'essere risolti.
La progettazione di dispositivi di comunicazione 5G/6G richiede una simulazione multi-fisica
I collegamenti di comunicazione Ubiquitous 5G a frequenze inferiori a 6 GHz e a onde millimetriche richiedono l'uso della tecnologia massive MIMO (multiple input multiple output) e array di antenne . Queste tecnologie sono utilizzate sia nelle stazioni base delle piccole celle sia nelle apparecchiature degli utenti, come gli smartphone.
L'aggiunta del supporto per gli standard di comunicazione 5G a dispositivi compatti già affollati esercita un'enorme pressione sugli ingegneri. Devono fornire soluzioni innovative ad alte prestazioni che non creino problemi di compatibilità elettromagnetica o di interferenza elettromagnetica (EMC/EMI) come difesa per altri sistemi di comunicazione. I dispositivi più densi richiedono una maggiore attenzione alle prestazioni termiche. Anche i componenti che operano a frequenze mm/onda necessitano di tolleranze meccaniche più sottili. Questi fattori aumentano la necessità di una progettazione ben integrata di prodotti multifisici e multidominio.
Una simulazione 5G accurata, in tutti gli ambiti della fisica e in tutte le fasi del processo di progettazione, dall'esplorazione iniziale del concept ai collaudi virtuali per la conformità, è essenziale. L'ampio portfolio di tecnologie di simulazione di Dassault Systèmes SIMULIA dispone di tecnologie multifisiche per la progettazione di un sistema 5G completo. Ciò include l'analisi meccanica, strutturale e delle sollecitazioni con Abaqus, la simulazione elettromagnetica con la tecnologia CSTStudio Suite e altri strumenti per la simulazione termica, della fatica e dei sistemi. Questa tecnologia, supportata dalla piattaforma 3DEXPERIENCE, consente la collaborazione tra i team. La simulazione consente di immettere sul mercato prodotti competitivi nei tempi e nei budget previsti, nonostante le maggiori sfide poste dalla progettazione per le comunicazioni 5G.
Dal 5G al 6G
Successore della rete 5G, la tecnologia 6G rappresenta un salto rivoluzionario nelle reti mobili e promette progressi sostanziali in termini di velocità dei dati, latenza, connettività e prestazioni di rete. Nella corsa verso il 6G, le principali aree di interesse includono il raggiungimento di velocità di trasmissione dati elevatissime, possibilmente in terabit al secondo, la riduzione significativa della latenza per tempi di risposta istantanei, il supporto di una connettività su ampia scala per i dispositivi IoT, l'esplorazione di bande di frequenza più elevate per una maggiore capacità, l'introduzione di nuove architetture di rete e l'integrazione di tecnologie avanzate di intelligenza artificiale e apprendimento automatico per ottimizzare le prestazioni. Inoltre, il 6G mira a dare priorità alla sostenibilità e all'efficienza energetica, offrendo al contempo maggiore capacità, affidabilità e sicurezza. Nonostante le sfide, come la disponibilità dello spettro, l'avanzamento tecnologico e i costi, il viaggio verso il 6G continua con una distribuzione commerciale prevista per il 2030.
In queste fasi di sviluppo, la simulazione svolge un ruolo fondamentale. Permette agli esperti di modellare e testare i complessi sistemi alla base del 6G, sperimentando le variabili, prevedendo i risultati e perfezionando le tecnologie, il che aiuta a ridurre i rischi, a guidare l'innovazione e ad accelerare il time-to-market.
Infrastruttura di telecomunicazione 5G
L'infrastruttura di telecomunicazione garantisce che i dati vengano prelevati, trasportati e consegnati al giusto destinatario. Nelle comunicazioni mobili 5G, l'ingresso all'infrastruttura è rappresentato da una stazione base. La stazione base capta il segnale di un telefono cellulare attraverso un array di antenne. La possibilità di simulare e prevedere le prestazioni dell'array di antenne installato e le interferenze con altri dispositivi di comunicazione garantisce una connettività continua.
ADAS e guida autonoma
I sistemi ADAS richiedono una conoscenza completa dell'ambiente circostante per controllare un veicolo in modo sicuro. Questo significa tutto, dalla segnaletica della corsia alle condizioni della strada, agli altri veicoli, agli utenti della strada e agli ostacoli imprevisti. Per raggiungere questo obiettivo, le auto sono dotate di una serie di sensori, come telecamere, sistemi di rilevamento radar e lidar, geolocalizzazione e altri dispositivi. La connettività dati mobile ad alta velocità, come il robusto 5G, è inoltre essenziale per i sistemi ADAS per connettersi con i servizi Internet, le infrastrutture stradali intelligenti, gli altri veicoli e i dispositivi dei passeggeri. Tuttavia, è importante notare che i componenti di questi sistemi sono sensibili alle interferenze di altre antenne ed elementi elettronici, allo sporco e alla neve e agli effetti di posizionamento. Pertanto, è fondamentale affrontare tutti questi fattori a livello di sistema per progettare sistemi ADAS e di guida autonoma sicuri e affidabili.
Fabbrica intelligente e produzione IIoT
L'Industrial Internet of Things (IIoT) e le reti private offrono connettività e funzionalità di scambio dati senza precedenti per la trasformazione digitale delle industrie. L'IIoT sfrutta i dispositivi e i sensori connessi per raccogliere grandi quantità di dati da macchine e impianti industriali che, se analizzati, possono portare a una maggiore efficienza, alla manutenzione predittiva e a servizi innovativi. Le reti private forniscono la larghezza di banda dedicata e la comunicazione a bassa latenza necessarie per le applicazioni industriali in tempo reale, garantendo una trasmissione dei dati affidabile e sicura. Tuttavia, lo sviluppo e l'implementazione di soluzioni IIoT su reti private pongono sfide significative, tra cui una complessa integrazione, scalabilità e problemi di sicurezza. La simulazione aiuta a mitigare questi problemi consentendo agli ingegneri di modellare accuratamente gli ambienti IIoT e le condizioni di rete. Grazie alla simulazione, gli sviluppatori possono testare e perfezionare i loro progetti in un ambiente virtuale controllato prima dell'implementazione effettiva, riducendo così i tempi di sviluppo, i costi e il rischio di fallimento. Inoltre, la simulazione aiuta a identificare le potenziali vulnerabilità della sicurezza e i colli di bottiglia delle prestazioni, garantendo che le soluzioni IIoT siano affidabili, sicure e scalabili.
La piattaforma 3DEXPERIENCE® offre un approccio basato su modelli e guidato dai dati per gestire la complessità dello sviluppo del 5G, facilitando la prototipazione virtuale per mitigare i rischi dell'introduzione dell'IIoT.
Tecnologie indossabili
Lo sviluppo di tecnologie indossabili, come gli smartwatch e i fitness tracker, comporta sfide quali la miniaturizzazione, l'efficienza energetica, la connettività continua e l'ottimizzazione della progettazione e del posizionamento delle antenne. La simulazione è fondamentale per affrontare questi problemi, consentendo ai progettisti di perfezionare i prototipi virtualmente prima di realizzare le versioni fisiche. Utilizzando la simulazione, gli ingegneri possono aiutare ad assicurare la compatibilità elettromagnetica (EMC) delle tecnologie indossabili per un funzionamento privo di interferenze negli ambienti connessi. È inoltre fondamentale controllare i livelli del tasso di assorbimento specifico (SAR) per mantenere l'esposizione ai campi elettromagnetici entro limiti di sicurezza. Le simulazioni agevolano la gestione termica del dispositivo. Pertanto, la simulazione è essenziale nello sviluppo delle tecnologie indossabili, in quanto promuove l'innovazione garantendo al contempo la sicurezza, la funzionalità e la soddisfazione dell'utente.
Casi di studio dei clienti
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Progettazione e simulazione di antenne 5G
La simulazione e la progettazione antenne svolgono un ruolo fondamentale nello sviluppo di sistemi connessi, garantendo che i dispositivi possano comunicare efficacemente in ambienti sempre più complessi. Il processo prevede l'utilizzo della simulazione elettromagnetica avanzata per analizzare i modelli di radiazione dell'antenna, l'impedenza e la larghezza di banda. Le simulazioni facilitano l'ottimizzazione dei progetti di antenne per applicazioni specifiche, dalle comunicazioni mobili alle reti satellitari, prima della costruzione di prototipi fisici. Identificando tempestivamente i potenziali problemi di progettazione, la simulazione consente di risparmiare tempo e risorse, permettendo agli ingegneri di perfezionare le configurazioni delle antenne per soddisfare i requisiti più severi.
Posizionamento dell'antenna
Il posizionamento dell'antenna è un fattore critico nella progettazione e nell'implementazione di sistemi connessi. Qualsiasi ambiente può influenzare in modo significativo i modelli di radiazione delle antenne e, di conseguenza, le prestazioni di questi sistemi. Alloggiamenti, sistemi di montaggio e qualsiasi oggetto o forma possono alterare il modo in cui le onde radio si propagano, influenzando la potenza del segnale e la copertura. Efficienti strumenti di simulazione elettromagnetica forniscono un aiuto sofisticato nell'analisi degli effetti della piattaforma sul comportamento dell'antenna prima dell'installazione fisica. Simulando l'interazione tra le antenne e l'ambiente circostante, i progettisti possono ottimizzare il posizionamento dell'antenna per ottenere la migliore copertura e le migliori prestazioni possibili.
Simulazione della copertura
La simulazione della copertura per i sistemi connessi è un processo fondamentale per aiutare ad assicurare che le reti di comunicazione offrano prestazioni ottimali. A seconda dell'area di applicazione, gli ambienti possono essere spazi interni di edifici e laboratori, oppure siti industriali, città e territori. Efficienti strumenti di simulazione consentono a ingegneri e progettisti di sistemi di tracciare e testare virtualmente la propagazione delle onde attraverso questi ambienti diversi. Sulla base delle caratteristiche di radiazione realistiche delle antenne installate, la simulazione analizza come i segnali interagiscono con le strutture fisiche, i paesaggi naturali e le condizioni atmosferiche. La simulazione può prevedere le aree di debolezza o interferenza del segnale e identificare le posizioni più efficaci per il posizionamento di antenne e altre infrastrutture di comunicazione, garantendo una copertura completa e costante. Grazie all'uso di queste tecnologie di simulazione, i pianificatori di rete possono migliorare notevolmente l'affidabilità e l'efficacia dei sistemi connessi, riducendo al minimo le zone morte e ottimizzando la connettività per gli utenti finali in tutte le aree interessate.
Simulazione EMC/EMI
Nel panorama tecnologico odierno, i dispositivi devono funzionare senza problemi nello stesso spettro elettromagnetico. La simulazione della compatibilità elettromagnetica (EMC) e delle interferenze elettromagnetiche (EMI) è fondamentale per aiutare ad assicurare che i sistemi connessi coesistano senza interruzioni dannose. Gli strumenti di simulazione avanzati consentono agli ingegneri di identificare e correggere i potenziali problemi di compatibilità prima che si manifestino. La simulazione analizza le emissioni elettromagnetiche di un dispositivo e ne valuta l'effetto sui sistemi vicini, garantendo la conformità agli standard normativi e una schermatura e un filtraggio efficaci. Questa strategia proattiva riduce notevolmente le possibilità di costose modifiche dopo la produzione e facilita il buon funzionamento di sistemi tecnologici sofisticati.
Certificazione
Le certificazioni per i dispositivi connessi sono punti di riferimento essenziali per la sicurezza, le prestazioni e la sostenibilità ambientale. Certificazioni specifiche, come SAR (tasso di assorbimento specifico) e MPE (massima esposizione ammissibile), assicurano che i dispositivi funzionino entro limiti sicuri di esposizione ai campi elettromagnetici per proteggere gli utenti. Le certificazioni EMC (compatibilità elettromagnetica) ed EMI (interferenza elettromagnetica) attestano la capacità di un dispositivo di funzionare senza problemi senza interferire con i dispositivi vicini o essere suscettibile di interferenze. La certificazione ESD (scarica elettrostatica) dimostra la resistenza di un dispositivo a improvvisi picchi di alta tensione, mentre le certificazioni per l'impermeabilità e l'ingresso di polvere, come gli standard IP67 e IP68, verificano la resistenza di un dispositivo ai contaminanti ambientali. Gli standard di robustezza e progettazione sostenibile, compreso il nuovo ESPR (Regolamento europeo sulla progettazione ecocompatibile dei prodotti sostenibili), valutano la durata e l'impatto ambientale di un prodotto. Le certificazioni delle batterie, regolate da standard come UN 38.3 e UL 2054, garantiscono la sicurezza e l'affidabilità dei componenti per l'accumulo di energia. La simulazione aiuta a sviluppare dispositivi connessi che soddisfano gli standard di certificazione.
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