di Dietmar Schnepp* | Oggi le reti di comunicazione stanno diventando sempre più importanti per le automobili. Dai sistemi di sicurezza predittivi fino alle esperienze immersive in auto, i veicoli connessi offriranno in futuro sempre più funzionalità, che cresceranno con l’espansione dei confini della rete.
Fino ad ora, la visione del veicolo connesso è stata realizzata solo in parte, sia perché i veicoli possono perdere la connessione nel momento in cui escono dalla copertura urbana, sia perché le lacune nelle reti terrestri comportano rischi per la sicurezza e interruzioni dei servizi.
Ecco, allora, l’utilità delle Non-Terrestrial Network, che offrono la copertura necessaria per i veicoli di prossima generazione, estendendo le comunicazioni Vehicle to Everything in regioni remote tramite satelliti, piattaforme ad alta quota e altre infrastrutture spaziali.
Le Ntn possono migliorare la sicurezza stradale, consentire il flusso di traffico predittivo, migliorare l’esperienza dell’utente e alimentare nuovi modelli di business. La chiave per sbloccare questa nuova fase della mobilità è l’integrazione multimodale.
Progettare reti di comunicazione non terrestri
Sebbene i nuovi modelli di auto potrebbero non essere dotati di collegamenti satellitari e altri collegamenti Ntn, per gli ingegneri elettronici e di sistema, l’aggiunta di antenne, interfacce e integrazione per questa tecnologia di rete diventerà presto una pratica standard su tutti i tipi di veicoli.
Queste piattaforme devono supportare la transizione senza soluzione di continuità tra reti terrestri e satellitari, adattandosi ai vincoli di progettazione esistenti e agli standard normativi emergenti. Il flusso di dati bidirezionale tra le reti e i vari sistemi e componenti all’interno del veicolo richiede un’infrastruttura affidabile e ad alta velocità. Le funzioni di sicurezza come gli advanced driver-assist system (Adas) e le funzioni di guida autonoma, ad esempio, si basano su queste trasmissioni per la fusione continua dei sensori e la navigazione accurata.
I progettisti dovranno quindi tenere conto di diversi aspetti: il posizionamento e confezionamento dell’antenna e del transceiver; la pianificazione delle frequenze e la coesistenza con altri sistemi wireless; la compatibilità con i quadri normativi globali; la resistenza ai cicli termici, alle vibrazioni e alle interferenze elettromagnetiche. A lungo termine, l’adozione della connettività Ntn consentirà agli Oem di rendere le loro architetture a prova di futuro e di differenziare le loro offerte in un mercato sempre più definito dal software, dai servizi digitali e dalle prestazioni di connettività.
Tecnologie per reti di comunicazione in evoluzione
Per realizzare progetti di veicoli che integrano fonti di dati sia terrestri che non terrestri, i principali ostacoli tecnici dell’integrazione sono stati superati. Tuttavia, occorre tenere conto delle soluzioni e degli standard che continuano a evolversi. Alcuni esempi:
• Standard NTN IoT | È adatto alle applicazioni a bassa velocità di trasmissione dati come avvisi, diagnostica o telemetria del veicolo. Utilizza bande a risparmio energetico e supporta una copertura ampia.
• Standard NTN NR o 5G New Radio | È ideale per casi d’uso ad alto rendimento come V2X, infotainment e Adas avanzato. Opera in canali più ricchi di dati per supportare comunicazioni robuste.
• Tecnologie Beamforming e Beam Steering | Le antenne del tipo phased array con orientamento dinamico del fascio sono fondamentali per mantenere la stabilità del collegamento in movimento. Queste caratteristiche riducono le interferenze, massimizzano l’integrità del segnale e sono essenziali per consentire l’implementazione di Ntn mmWave (FR2).
• Bande mmWave | Forniscono dati ultraveloci per casi d’uso di alto valore, ma richiedono una Line of Sight chiara e sistemi di orientamento del fascio strettamente integrati. La loro integrazione con le Ntn consente un ricco infotainment e un coordinamento edge-cloud su larga scala.
Sfide progettuali e priorità ingegneristiche
L’integrazione di reti non terrestri nei veicoli presenta un nuovo tip di complessità progettuale, che combina sfide a livello di hardware, firmware e architettura di sistema.
Il lavoro include lo sviluppo di un funzionamento dual-mode senza soluzione di continuità tra reti terrestri e satellitari. Ciò comprende l’ottimizzazione dell’instradamento del segnale, dell’efficienza energetica e della dissipazione termica all’interno di piattaforme compatte e densamente popolate. Il posizionamento dell’antenna è particolarmente critico in questo contesto.
Le aree di montaggio ideali, come i tetti dei veicoli, sono sempre più richieste da radar, Lidar e altri sistemi di sensori, pur essendo soggette a vincoli di progettazione dettati dall’aerodinamica e dallo stile. Gli ingegneri devono trovare soluzioni personalizzate che bilancino la chiarezza del segnale con l’estetica e la funzionalità esterne.
La conformità normativa aggiunge un ulteriore livello di complessità. L’utilizzo dello spettro per Tn e Ntn varia in modo significativo tra i mercati globali, con l’evoluzione degli standard e delle allocazioni di banda guidate da organizzazioni come il 3rd Generation Partnership Project e i risultati della World Radiocommunication Conference.
Infine, mantenere l’integrità del segnale in ambienti RF affollati richiede una gestione proattiva delle interferenze elettromagnetiche. Poiché le operazioni in spettro condiviso possono aumentare il rischio di interferenze, è essenziale implementare schermature, filtri e isolamento delle antenne nella progettazione di applicazioni safety-critical e ad elevata larghezza di banda.
* Dietmar Schnepp è Product Technologist presso Molex
