RUTRONIK GmbH
Avtor: Torsten Killinger, vodja oddelka za brezžične izdelke v podjetju Rutronik
Ultraširokopasovna tehnologija (UWB) je postala pomembna brezžična komunikacijska tehnologija z izjemno širokim spektrom uporabe. Z nadaljnjim razvojem in širjenjem bo igrala ključno vlogo pri naslednji generaciji brezžične komunikacije in natančnega pozicioniranja.
UWB danes in v prihodnosti
UWB se razvija že od začetka 2000-ih let. Sprva je bila uporabljena predvsem v vojaške namene in pri razvoju radarskih naprav, danes pa je zaradi visoke natančnosti pozicioniranja in hitrega prenosa podatkov našla svoje mesto tudi v komercialnih aplikacijah.
Standardi, ki so jih razvili IEEE, WiMedia Alliance in ECMA, opredeljujejo osnovne specifikacije in protokole ter zagotavljajo združljivost naprav UWB različnih proizvajalcev. To omogoča razvoj zmogljivih in zanesljivih komunikacijskih sistemov.
Razlike in metode pozicioniranja
S pasovno širino najmanj 500 MHz (ali 20 % povprečne nosilne frekvence) ponuja UWB bistveno višje hitrosti prenosa od drugih tehnologij, kot sta Wi-Fi (20–320 MHz) in Bluetooth (1–2 MHz). Uporablja zelo širok frekvenčni pas (3,1–10,6 GHz) ter več prekrivajočih se kanalov. Posebnost je tudi delovanje pri zelo nizkih močeh oddajanja, blizu meje šuma, kar zmanjšuje motnje.
Te lastnosti omogočajo zelo natančno določanje položaja. Najpogosteje se uporabljajo metode:
Dvosmerno merjenje razdalje (TWR) – meri čas potovanja signala med oznako in sidrom. DS-TWR z dodatnim merjenjem dosega še večjo natančnost.
Časovna razlika prihoda (TDoA) – določa položaj glede na časovne razlike signala na več sprejemnikih in je učinkovita v okoljih z več točkami sprejema.
Integracija v obstoječa omrežja
Integracija UWB v obstoječa Wi-Fi ali druga omrežja zahteva natančno načrtovanje. Standard IEEE 802.15.4z zagotavlja združljivost in brezhibno soobstoj z Wi-Fi ali Bluetooth. Motnje se obvladujejo s časovnim multipleksiranjem, izbiro frekvenc in podobnimi mehanizmi.
Hibridni sistemi, ki združujejo UWB z Wi-Fi ali Bluetooth Low Energy, omogočajo izjemno natančno lokalizacijo v zaprtih prostorih, medtem ko druge tehnologije nudijo širšo povezljivost na prostem. UWB lahko služi tudi kot povratna (backhaul) povezava v omrežjih, kjer je ožičenje nepraktično.
Aplikacije: notranja lokalizacija, zdravstvo, pametna hiša
UWB se odlikuje v notranji lokalizaciji zaradi centimetrske natančnosti, manjše občutljivosti na motnje in učinkovitega obvladovanja odbojev iz večjega števila smeri. Med uporabniki so Apple iPhone (od modela 11 dalje) ter avtomobilski proizvajalci, kot so VW, Audi in Cupra, ki z UWB izboljšujejo varnost sistemov, ki se odpirajo brez ključa.
Izbrani moduli:
Murata 2AB – kompakten UWB + Bluetooth Low Energy modul, zgrajen na Qorvo IC QM33120W, s 75 % manjšim prostorom montaže, integriranim senzorjem gibanja in podporo do treh anten.
Murata 2DK – temelji na NXP Trimersion SR040 in QN9090, optimiziran za baterijsko napajane aplikacije, skladno s FiRa Consortium specifikacijami.
Murata 2BP – primeren za infrastrukturo (nadzor dostopa, plačilni terminali) ter potrošniške izdelke; podpira 3D-AoA za večjo natančnost.
Insight SiP ISP3080 – miniaturiziran LGA modul (12 × 12 × 1,5 mm) z integrirano večpasovno anteno, Cortex™ M4 procesorjem, podporo Bluetooth 5.1 in možnostjo zunanje UWB antene.
MinewSemi MS01SF1 – UWB + Bluetooth Low Energy 5.2 modul, integriran z Qorvo DW3120 SoC in nRF52833, podpira TWR in TDoA z natančnostjo do 10 cm.
Povzetek
UWB je tehnologija prihodnosti, ki bo s svojo natančnostjo in visoko hitrostjo prenosa revolucionirala številne aplikacije. Standardizirani protokoli, združljiva strojna oprema in programska podpora omogočajo enostavno integracijo v obstoječa omrežja. V prihodnjih letih bo UWB ključna tehnologija brezžične komunikacije in pozicioniranja.
