TRP e TIS: misure chiave della potenza in trasmissione
Quando si parla di prestazioni radio in un dispositivo mobile, due parametri fondamentali che spesso emergono nei test e nelle certificazioni sono il TRP (Total Radiated Power) e il TIS (Total Isotropic Sensitivity). Oggi vediamo in cosa consistono, perché sono importanti e soprattutto qual è la differenza tra questi due indicatori. Analizzeremo anche come vengono misurati e quali sono le implicazioni pratiche nelle reti cellulari moderne, soprattutto nelle tecnologie 4G e 5G.
Che cos’è il TRP
Il TRP rappresenta la potenza totale irradiata da un dispositivo in tutte le direzioni durante la trasmissione. Non si tratta della semplice potenza in uscita dal trasmettitore (PA), ma di quella effettivamente emessa dall’antenna tenendo conto di perdite, accoppiamenti e dell’efficienza dell’intero sistema radio. È una misura isotropica, cioè integrata su tutta la sfera tridimensionale che circonda il dispositivo.
Che cos’è il TIS
Il TIS misura la sensibilità totale isotropica del ricevitore. In parole semplici, indica la capacità di un dispositivo di ricevere segnali deboli da qualsiasi direzione. Anche in questo caso, non si valuta solo il guadagno dell’antenna o la sensibilità del ricevitore, ma il comportamento globale del sistema, incluso il rumore interno, le perdite RF e l’efficienza di ricezione.
Confronto diretto tra TRP e TIS
Entrambe le misure sono fondamentali nei test OTA (Over-The-Air), cioè test che simulano le condizioni reali d’uso del dispositivo in un ambiente controllato e ripetibile. Non si possono ottenere questi valori solo con analisi elettroniche dirette, ma richiedono camere anecoiche o ambienti schermati che riproducano fedelmente il comportamento del campo elettromagnetico.
Perché sono importanti
Il TRP è essenziale per garantire che un dispositivo sia in grado di trasmettere un segnale sufficientemente forte da raggiungere la stazione radio base (gNodeB o eNodeB). Se il TRP è troppo basso, la qualità della chiamata o la velocità dati possono degradare sensibilmente. Al contrario, un TRP troppo alto può causare interferenze e consumi energetici elevati.
Il TIS invece è cruciale per garantire una buona capacità di ricezione. Se il dispositivo ha una bassa sensibilità isotropica, potrebbe non riuscire a decodificare segnali utili in ambienti con copertura scarsa o in presenza di interferenze. Questo si traduce in perdita di pacchetti, ritrasmissioni o chiamate interrotte.
Metodologia di misura
Per misurare il TRP si posiziona il dispositivo in una camera anecoica su un supporto rotante. Si trasmette un segnale noto e si misura la potenza ricevuta da un’antenna calibrata in vari punti della sfera. I valori vengono integrati per calcolare la potenza totale.
Nel caso del TIS, il processo è inverso: si invia un segnale da un’antenna di riferimento verso il dispositivo, ruotandolo lungo diversi angoli. Si misura la sensibilità del ricevitore, determinando il livello minimo di segnale ricevibile con tasso di errore accettabile (es. BER o BLER sotto una certa soglia).
Influenze ambientali e progettuali
Diversi fattori influenzano TRP e TIS. Tra questi:
- Layout dell’antenna: posizionamento e tipologia influenzano notevolmente la distribuzione del campo.
- Materiali del case: plastica, vetro, metallo possono attenuare o riflettere il segnale.
- PCB design: accoppiamenti non ottimali e linee RF mal progettate possono introdurre perdite.
- Interferenze interne: clock, convertitori DC-DC e altri circuiti possono generare rumore che peggiora il TIS.
Considerazioni pratiche nel design
Un buon design RF cerca di ottimizzare sia il TRP sia il TIS. Tuttavia, migliorare uno può penalizzare l’altro. Ad esempio, isolare l’antenna può migliorare il TIS riducendo il rumore, ma potrebbe peggiorare il TRP se il campo irradiato viene schermato.
Un approccio equilibrato prevede simulazioni elettromagnetiche in fase progettuale e una validazione con misure OTA nei prototipi. Inoltre, l’ottimizzazione software tramite algoritmi di gestione dinamica della potenza può compensare alcuni limiti hardware.
Esempio applicativo
Consideriamo uno smartphone che mostra prestazioni di uplink insoddisfacenti in ambienti interni. Un’analisi TRP evidenzia che la potenza irradiata nella direzione dell’orecchio dell’utente è inferiore alla soglia raccomandata. La causa viene identificata in una schermatura eccessiva introdotta da una placca metallica nel telaio. Modificando il design meccanico e sostituendo la placca con un materiale composito, il TRP migliora del 4 dB, portando benefici evidenti in copertura indoor.
Standard e soglie
Organizzazioni come CTIA, 3GPP e FCC definiscono i limiti minimi e le metodologie standardizzate per le misure di TRP e TIS. Ad esempio, nel caso del TRP, vengono stabiliti valori minimi accettabili in funzione della banda di frequenza e della tecnologia (LTE, NR, ecc.). Lo stesso vale per il TIS, con soglie che assicurano un livello minimo di prestazione in ricezione.
| Tecnologia | TRP minimo consigliato (dBm) | TIS massimo accettabile (dBm) |
|---|---|---|
| LTE Band 7 | 23 | -101 |
| NR n78 (5G) | 20 | -98 |
| GSM 900 | 30 | -104 |
Questi valori aiutano a garantire la compatibilità tra dispositivi e rete, evitando problemi di accesso, caduta di chiamata o throughput degradato.
Conclusione
TRP e TIS sono due facce della stessa medaglia: la qualità radio. Capire come vengono misurati e cosa rappresentano è fondamentale per chi progetta dispositivi wireless o valuta le loro prestazioni. Mentre il TRP riflette la capacità di parlare, il TIS misura quanto bene un dispositivo riesce ad ascoltare. Entrambi sono determinanti per l’esperienza utente e devono essere ottimizzati con attenzione sin dalle fasi iniziali di sviluppo.
Per approfondire come l’efficienza d’antenna influisce sulle prestazioni globali, ti consiglio di leggere l’analisi dedicata all’antenna matching nei dispositivi mobili.