Radio Equipment Directive en short range devices

In de vorige aflevering (2.4GHz en LTE, 15 april, 2015) gaf ik een overzicht van een recent opgekomen probleem – de potentiële storing van 2.4GHz short range devices (SRD appratuur) door LTE basestations en handsets. Dat probeem werd duidelijk o.a. in besprekingen ten aanzien van nieuwe Europese toelatingseisen voor radio-apparatuur. Zoals het geval is met veel “Europese zaken” is ook dit onderwerp complex en is deze aflevering wat langer dan gewoonlijk.

Eerst iets over het proces in Europa. Zoals bekend worden de Europese toelatingseisen voor radio apparatuur ontwikkeld door ETSI – het European Telecommunications Standards Institute – in opdracht van de Europese Commissie. Een commissie van ETSI leden schrijft een zogeheten “harmonised standard” (HS) daarbij gebruikmakend van aanbevelingen en studies van de spectrum experts van de CEPT. Een harmonised standard wordt via de nationale standaardisatie organisaties – bijv. de NEderlands Norm instelling (NEN) – aan het publiek voorgelegd voor commentaar om daarna met meerderheid van stemmen op EU nivo te worden goedgekeurd. Publicatie in de Official Journal van de EU maakt zo’n harmonised standard tot wet. Voldoen aan de eisen van de harmonised standard betekent dat aangenomen wordt dat betreffende apparatuur voldoet aan de essentiële eisen voor radioapparatuur. Er zijn andere mogelijkheden voor “goedkeuring” maar ook die refereren aan diezelfde essentiële eisen. Die zijn zeer globaal geformuleerd in de Directicve en betreffen naast veiligheid ook het efficient gebruik van het radio spectrum. Een harmonised standard vertaalt die globale eisen naar technische eisen en bijbehorende meetmethodes.

Tot voor kort werd de spectrum efficientie- eis voornamelijk gezien in termen van ”geen onnodige storing veroorzaken”. Dat betekent beperkingen van frequentieband(en), van zendervermogen binnen de band en van ongewenste emissies buiten de band. Dit zijn de voornaamste technische criteria die in een harmonised standard te vinden waren. Enige jaren geleden zijn daar eisen voor beleefd spectrumgebruik bijgekomen voor frequentiebanden die door verschillende apparatuur en voor verschillende toepassingen gebruikt worden – zoals de de 2.4GHz band waarover de vorige blogitem berichtte.

In 2016 verandert ook dit beeld en worden de radioeisen verder uitgebreid. De Europese Commissie heeft een aantal doelstellingen die economische groei in Europa betreffen, waaronder het doel om iedereen in Europa voor 2020 van de breedbandverbinding te voorzien. Draadloos is daarin een belangrijke factor en omdat voor breedband veel spectrum nodig is – moet er zeer efficient met spectrum omgegaan worden. Dat laatste vereist volgens de Commissie dat er criteria voor ontvangereisen in alle harmonised standards moeten worden opgenomen. Dit is vastgelegd in de recent ingevoerde Radio Equipment Directive. *) Zoals gezegd, het doel is efficient gebruik van het radiospectrum te bevorderen. Dat is op zich een goed doel maar de uitwerking brengt potentieel grote problemen met zich mee, met name voor SRDs.

Er zijn drie aspecten van radio apparatuur die alle drie een grote rol spelen in her formuleren van technische eisen voor radio-ontvangers: toepassing, technologie en economie. Ten eerste is het domein “radio apparatuur” zeer breed – van omroepontvangers tot gehoorapparaten en draadloze model-besturingen. Het beoordelen van efficient gebruik van spectrum aan de hand van ontvanger parameters heeft geheel verschillende implicaties voor deze drie voorbeelden. Een omroep-ontvanger is die niet selectief heeft z’n nadelen als je naar een pianoconcert wilt luisteren maar die nadelen hebben geen consequenties voor anderen – een betere omroepontvanger is niet meer spectrum efficient dan een slechtere. Dat verandert als de uitgezonden omroepsignalen veranderen maar dat ligt buiten de scope van de Radio Directive. Een ander voorbeeld is een draadloze modelbesturing: die heeft een aparte zender en een aparte ontvanger in het bestuurde model. Als die ontvanger niet best werkt zal het model misschien niet altijd doen wat de bestuurder/zender opdraagt maar dat verandert niets aan de efficientie van het spectrumgebruik. Tussen deze extremen ligt de draadloze communicatie: hier is het mogelijk dat de ontvanger het gedrag van de zender – indirect – beïnvloed en dus kan onder omstandigheden een slecht functionerende ontvanger leiden tot een hoger en dus minder efficient gebruik van radio spectrum.

Het vaststellen van spectrum efficientie van communicatiesystemen lijkt het simpel maar dat is het niet: gevoeligheid vergroot zowel bereik als kwetsbaarheid voor storing en selectiviteit kan de gevoeligheid drukken, enzovoort. Daarnaast speelt adaptiviteit een rol: sommige apparatuur reageert op storing door naar een lagere transmissiesnelheid terug te schakelen – daarmee neemt de transmissietijd toe en dus neemt de spectrum efficiency af. Zo zijn er meer relaties tussen apparatuur parameters en –gedrag enerszijds en spectrum efficiencies anderszijds. En dan hebben we nog niet eens de verhouding tussen gewenst signaal en inbandig stoorsignaal genoemd – de signaal/stoorverhouding. Deze SIR speelt een allesoverheersende rol in spectrum efficientie bij gebruik van dezelfde band door verschillende types apparatuur met verschillende eigenschappen. Als de factoren SIR en adaptiviteit buiten beschouwing worden gelaten dan heeft het stellen van eisen aan andere ontvangerparameters voor effcient spectrum gebruik weinig of geen zin. De Radio Equipment Directive noemt dit aspect van efficient spectrum gebruik niet en ook in de commissies die ontvangereisen moeten definiëren lijken weinigen oog te hebben voor deze systeemoverwegingen.

Ten tweede wordt het ontvangergedrag van radioapparatuur gekenmerkt door een groot aantal parameters: bandbreedte, gevoeligheid en selectiviteit zijn het meest voor de handliggend maar ook de vereiste SIR (zie boven), de tolerabele verhouding tussen het gewenste signaal en een stoorsignaal van buiten de band en de gevoeligheid voor intermodulatie effecten zijn belangrijk. En er zijn meer parameters, afhankelijk van de gebruikte technologie. De voortschreidende digitalisering van de radiotechnologie speelt een belangrijke rol. Welke van die parameters in de dagelijkse praktijd het meest van belang zijn is veelal afhankelijk van het ontwerp van de betreffende ontvanger en dat wordt weer bepaald door de functie van het communicatie systeem en de wijze van gebruik.

Ten derde is er nog het economische aspect: de marges waarbinnen ontwerpers een goed functionerende ontvanger moeten realiseren bestrijken een zeer groot gebied dat globaal gezien door drie parameters beschreven wordt: grootte, stroomverbruik en productkosten. Een gehoorapparaat moet heel klein zijn en een heel laag stroomverbruik hebben, dat zelfde geldt voor smart building sensors maar die moeten ook nog zeer goedkoop zijn. Het ontwerp van een Wi-Fi zender/ontvangerchip voor een smartphone heeft minder restricties maar ook hier is stroomverbruik belangrijk – evenals een breed spectraal werkgebied.

De experts die ontvanger parameters moeten specificeren in harmonized standards moeten dus rekening houden met drie verschillende aspecten die elk weer door een aantal parameters bepaald worden. Het aantal mogelijke combinaties van parameters is gigantisch. Met name de commissies die zich bezig houden met licentie vrije banden zoals de 2.4GHz band hebben een bijkans onmogelijk complexe taak bij het stellen van ontvangereisen. De verleiding is dan ook groot om terug te vallen op de standaard radio parameters waaronder gevoeligheid, selectiviteit, blocking en intermodulatiegedrag zonder rekening te houden de bredere systeemaspecten, gebruik en omgevingsfactoren.

Het grote risico van een dergelijke uitwerking van de Radio Equipment Directive is dan ook dat het leidt, met name in het geval van licentie-vrije SRDs, tot het mogelijk ontzeggen van toegang tot de markt van met name die gevoelige, energiezuinige – lees batterij-gevoede – apparatuur. Dat kan niet de bedoeling zijn en daarom is het noodzakelijk dat bij het stellen van ontvangereisen terdege rekening houdt met de eigenschappen van en de omstandigheden waarin SRD apparatuur gebruikt wordt. Het heeft bijv. geen zin om strenge selectiviteits- of blockingeisen op te leggen aan apparatuur die zijn werkfrequentie deelt met veel andere – al of niet beleefde – apparatuur. Dat is typische het geval in de 2.4GHz band en andere licentie-vrije frequenties. Dit is slechts één voorbeeld. Maar er zijn meer factoren die een rol spelen: in druk bezet radio spectrum zal OOK het gedrag van apparatuur in aanliggende banden meegnomen moeten worden bij het opstellen van ontvangereisen en de daarbij behorende meetprocedures. Realistische testsignalen geven relevante resultaten die nuttig kunnen blijken in de praktijk.

Al met al is er veel werk aan de winkel voor commissies die de richtlijnen voor spectrumgebruik en de toelatingseisen voor apparatuur moeten uitwerken. En er is behoefte aan toezicht en bijsturing door zowel beleidsmakers als gebruikers. Dat moet ervoor te zorgen dat de uitwerking van de Radio Equipment Directive niet leidt tot onnodige en onproductieve eisen aan breed gebruikte, economisch waardevolle SRD radio apparatuur.

Wilt u meedoen? Vraag Agentschap Telecom of het NEderlands Normalisatie organizatie (NEN).

*) DIRECTIVE 2014/53/EU OF THE EUROPEAN PARLIAMENT AND OF THE COUNCIL of 16 April 2014 on the harmonisation of the laws of the Member States relating to the making available on the market of radio equipment and repealing Directive 1999/5/EC

Geef een reactie

Your email address will not be published. Required fields are marked *