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大規模システムの RF エミッションの確認： リスク管理アプローチ

翻訳: T.Sato

概要

システム特有の技術的要求を含む整合規格の不在により、 システム・インテグレータはそのシステムの性能を それを構成している装置に適用できる整合規格の 技術的要求と比較できるだけである。

それらがシステムが近傍での無線受信への干渉を引き起こす主因であることから、 この状況は放射性エミッション要求に適用された際に特に問題である。 さらに根本的な問題もある： 単体でエミッション要求に適合する多数の装置が システムとして纏められた時、 累積されたシステム・レベルのエミッション性能はどうなるだろうか？ 混成システムは それを構成している装置と同一のエミッション要求を満たすであろうか？ CE + CE = CE となるだろうか？

従って、そのシステム・レベルの放射性エミッションは、 そのシステムが稼働中止の強制と 干渉の告発に対処するための対策作業を被るリスクを生じる。 BTexact Technologies は、システム・レベルのエミッション試験、 及び／もしくは数学的モデリングに基づいた戦略の適用の意味の検討から、 このリスクの管理のための適合戦略を開発した。

システム・レベルのエミッション試験

まず、そのシステムを構成する装置と 試験に際してそれを駆動するために必要な相当量の試運転用機器の、 その試験施設とのあいだでの輸送に関係する兵站的コストがある。 試験を現実的なものとするためには、 全ての装置と試運転用機器の配送スケジュールは同期させなければならない： これは、特に複数のベンダから供給を受ける環境で働いている場合には、 実際上困難なものとなることがある。 このため、システム・レベルのエミッション試験の実施の可能性は、 しばしば非常に狭い時間幅に制限される。

第二に、その構成のコストがある。 それは３つの要素を含む： そのシステムと試運転用機器のテスト・サイトへの 試験に先立っての最初の設置と稼働開始； 試験計画の実行中の追加の装置の設置と稼働開始 (後で議論する)； そして試験後のそのシステムの最終的な解体。 関係するシステムの複雑さのため、構成プロセスのそれぞれの部分が、 完了までにそれぞれ何日かを要すかも知れず、 熟練作業者の多くの工数を確保できることを必要とする、 それ自身些細ではない作業である。

第三に、実際の試験の実施のコストがある。 システムに関しては、 そのシステムがネットワーク内に配備されるであろう 様々な構成全てを網羅する試験計画を作成して実行する必要がある。 典型的には、最小限の構成が最初に試験され、 その後にシステムは次に展開された構成に再構成されていく。 それぞれの構成について、 (そのシステムの物理的寸法は、 おそらくターンテーブルの使用を不可能とするので) その外周のいくつかの箇所で試験する必要がある。 従って、多くの構成と、 典型的にはそれぞれの構成の周囲の多くの箇所とを考慮する必要性は、 組織的に実行するために何日も、 あるいは何週間も要し得る試験計画の作成をもたらす。

第四に、そのシステムを正しく構成し、 また試験に際して正しい運用を確認するために、 その試験計画の実行のあいだ専門家を待機させておく必要があることによる 支援コストがある。

最後に、そのシステムを構成する装置と 関連する試運転用機器の双方を試験のあいだ占有することに関連した損失がある。 ベンダにとっては、それらの装置は 供給チェーン内にあって販売による収入を生じている訳ではない。 また、もしそのシステムがプロトタイプの装置を含んでいるならば、 しばしば相当の額になるそのプロトタイプへの投資は 試験のあいだ凍結されることになる。

その現実性の見積りに際しては、 事業者に対する負担に関係する時間と費用とが調べられたが、 システム・レベルのエミッション試験が 法外に高価となるであろうことは明らかであった。 この結論は、そのような活動の根本的な価値に関する懸念 ――得られた結果が配備された一連のシステムで観察される エミッション・レベルを代表するであろうという根拠は何か？―― の表明と同時に出された。

80-80 ルール

X + S k ≦ L

これから、 配備された一連のシステムがエミッション要求を満たすであろうという統計的確信を システム・インテグレータが 80-80 アプローチを用いて得るためには、 いくつかの (３個以上の) システム・レベルのエミッション試験が必要となり、 適合のためのコストを著しく増加させるであろう。

数学的モデリング

これらのテクニックをシステムの放射性エミッションの分析に適用するためには、 そのシステムとそれに含まれる放射を生じる要素全ての 正確な形状を取り込んだモデルの作成が必要となるであろう。 これを行なうためには多量の情報を集めることが必要となり、 その分析を実施するために必要なコンピュータ資源は 普及品の PC の能力を遥かに超えたものとなるであろう。

再度、そのような活動の根本的な価値に関する懸念 ――得られる結果は考慮されたモデル特有のものとなるであろうが、 そのモデルは配備された一連のシステムをどの程度代表するか？―― が表明された。 システムの構成の厳密な物理的詳細のあいだに存在する極度の相違から、 この疑問は多くのモデルの作成と分析を通してのみ扱うことができ、 実際の試験のように高価で時間を要するものとなりかねない。

BTexact Technologies の戦略

この状況に対処するため、BTexact Technologies は リスク管理に基づいたシステム・レベルのエミッション適合戦略を開発した。 これは、オン・サイトでの測定に裏付けられた、 革新的な高度な数学的モデリング・アプローチの成果に基づく。 これは、適合へのルートとしての技術構成ファイル (TCF) の利用を許す。 このアプローチは、システム・レベルのエミッションの予測のための 伝統的な高度なアプローチの検討から自然に発展した。

システム・レベルのエミッションの予測： 伝統的アプローチ

E_System = E_Apparatus + 20 log₁₀(n)

システム・レベルのエミッションが 限度 E_limit を超えることを防ぐためには、 装置のエミッションを 20log₁₀(n) のマージンで限度よりも下に制限することが必要である。 すなわち：

E_Apparatus = E_limit - 20log₁₀(n)

このアプローチの適用は、システム・インテグレータに、 その調達手続きの一部として、新たな、より厳しいエミッション限度を規定させるであろう。 システム内の装置の数が増加すると、 COTS 装置ではその制限されたエミッションは満足できなくなるであろう。 結果として、そのインテグレータは、 既存製品のカスタマイズされた再設計を行なわなければならなくなるであろう。 これは、通常はシステムの配備の著しい遅延とユニット・コストの著しい上昇 (量産効果の減少と再設計費用の負担の必要の結果としての) の双方を引き起こす。 基本的に、このアプローチは、 物理的に不可能なエミッション要求の規定をもたらすかも知れない。

システム・レベルのエミッションの予測： BTexact Technologies のアプローチ

最悪条件アプローチは、 独立に放射する装置のエミッションが測定点で位相が合ったものとなり、 従って加算的に干渉すると仮定している。 では、これはどの程度適当なものか？ この検討は、個々の装置のエミッションの位相の関係は 不明で制御不能であるという結論をもたらす： 原理的に、どのような値ともなり得る。 所定の知識の先天的な欠落のもとに、それぞれの位相はランダムである ――可能な (すなわち 0〜2π ラジアンのあいだの) どの値となることもあり、 かつ等しく起こりやすい―― と仮定される。

個々の装置によって放射されたフィールドをいくつかの箇所で取り込み、 システム・レベルのエミッションを示す 確率分布、及び累積確率分布の双方を生成するアルゴリズムが開発された。

そのシステムの適合性は この累積確率分布と 80-80 ルールを用いて証明される。

例

生成される最悪条件エミッション・レベルは、 25 + 20 log₁₀(10) = 45 dBmV/m、 すなわち限度を 5 dB 超えるものとなる。 従って、この最悪条件の検討は、そのインテグレータに、 40 - 20 log₁₀(10) = 20 dBmV/m 以下の放射の代替の装置を探し、 あるいは再設計するようにさせるであろう。

Figure 1: 確率分布の例

Figure 2: 累積確率分布の例

しかし、Figure 1 は、 システム・レベルのエミッションが 30〜35 dBmV/m の範囲、 すなわち限度から少なくとも 5dB 下になる可能性が最も高いことを示している。 また、Figure 2 は、そのシステム・レベルのエミッションが 96% の確からしさでその限度を満足するであろうことを示している。

BTexact Technologies のアプローチは、 システム・レベルのエミッションが 限度を超える可能性がある (最悪条件で 5dB) ものの、 そうなる可能性は 4% に過ぎず (80-80 ルールは少なくとも 20% の不合格の可能性を許容している)、 そのシステム・レベルのエミッションは 少なくとも 5dB のマージンで適合する可能性が最も高いことを示す。 従って、BTexact Technologies は、 このシステムはエミッション要求を満足するであろうと主張し、 いかなる対策作業も行なわずに配備することを勧告するであろう。 これから、COTS 装置が用いられている場合でさえも、 そのシステム・レベルのエミッションが 装置エミッション限度に適合することを示し得る。

この例では同一の装置のみを含むシステムを検討しているものの、 これは単に単純化のためであることに注意されたい： このアプローチは同一でない装置を含むシステムに対しても 同様に適用できる。

BTexact Technologies はこの戦略に関する PCT Patent Application をファイルしている (publication number WO00/11483)。

アプローチの確認

システムのアップグレード

そのシステムがこのアプローチを用いて分析されていない場合 (例えば、そのシステムが EMC 指令の適用の前に配備されていた場合) には、それを構成する共通の装置に対する一連のエミッション測定が実施され、 その結果がアップグレード前の性能の分析のために用いられるであろう。 アップグレードのための装置のエミッション性能の追加によって アップグレード後の性能を決定でき、 そのシステムに対する全体としての影響を決定するために用いられる。

結論

BTexact Technologies が そのシステムの適合性の証明のための選択肢を調査した時、 伝統的な試験や数学的モデリングのアプローチの システム・レベルへの適用は不適切であることに気付いた。 このため、BTexact Technologies は、 適合のための TCF ルートを利用する先進的な戦略を開発し、 リスク管理アプローチを適用した。 システム・レベルの放射性エミッション性能は 不合格のリスクが定量化された統計的基礎の元に予測され、 他の整合規格で与えられた基準と比較される。 この戦略は、適合宣言のための費用と時間の双方の著しい低減をもたらした。

この戦略は、 Simple Legislation in the Marketplace (SLIM) のもとに現在用意されている 改定版 EMC 指令の適用範囲への固定施設の包含の見込みにより、 特に興味が持たれるものである： 他のアプローチで、低コストと定量化された統計的確信の組み合わせによって 適合性をもたらすものとして知られているものはない。

これは、EMC+Compliance Journal に掲載された記事を、 その許諾を得て T. Sato が翻訳したものです。 この翻訳については、原著者らはいかなる責任も持ちません。 これについての意見、質問などは VEF00200@nifty.com (T.Sato) 宛にお送り下さい。

Last update: 2001-12-11