La technologie ultra-large bande, ou , est au centre des préoccupations des médias numériques ou est de plus en plus souvent mentionnée en relation avec les produits phares des plus grandes entreprises. Néanmoins, il reste encore un outsider parmi les technologies sans fil conventionnelles et souffre d'un manque d'exposition médiatique. UWB Ainsi, cet article entend résoudre cette injustice. Il s'agit d'un examen qui contient une brève perspective historique, une description des principes généraux, des méthodes, des domaines d'application et des cas d'utilisation, et analyse les capacités et les perspectives. Aperçu du contenu À propos de la technologie UWB Histoire du développement Avantages et inconvénients de la technologie UWB Méthodes de localisation UWB Applications et cas d'utilisation Conclusion À propos de la technologie UWB UWB est une technologie de communication sans fil qui utilise un spectre ultra large du signal porteur et permet de transmettre des données sur de courtes distances avec une consommation d'énergie extrêmement faible. Selon : Secteur des radiocommunications de l'UIT « La technologie ultra-large bande (UWB) est une technologie de radiocommunication à courte portée, impliquant la génération et la transmission intentionnelles d'énergie radiofréquence qui est répartie sur une très large gamme de fréquences, qui peut chevaucher plusieurs bandes de fréquences attribuées aux services de radiocommunication. Les appareils utilisant la technologie UWB ont généralement un rayonnement intentionnel de l'antenne avec soit une bande passante de -10 dB d'au moins 500 MHz, soit une bande passante fractionnaire de -10 dB supérieure à 0,2". La principale méthode de communication UWB est la transmission d'une série d'impulsions courtes, chacune d'une durée d'environ 1 nanoseconde. Et comme plus l'impulsion est courte, plus son spectre est large, de telles impulsions nécessitent une bande passante beaucoup plus grande (par rapport aux communications à bande étroite). D'où le terme "ultra large bande". Une autre caractéristique est un niveau de signal très faible, proche de la force du bruit radio. De ce fait, l'UWB coexiste avec d'autres technologies plus traditionnelles sans causer d'interférences. de communication radio Histoire du développement La méthode de transmission impulsionnelle des signaux était connue . A cette époque, des versions améliorées de l'émetteur à étincelles, avec lequel Heinrich Hertz allait prouver l'existence d'ondes électromagnétiques, étaient largement utilisées dans . à la fin des années 80 du XIXe siècle l'organisation de la communication sans fil entre les navires et les stations côtières Plus tard, pendant la Seconde Guerre mondiale, la technologie radio à impulsions a été utilisée dans de nombreux radars militaires. , des scientifiques soviétiques, essayant d'améliorer les systèmes électriques, ont entamé des recherches approfondies dans ce domaine. Ils étaient , même si le champ d'application était encore principalement militaire. Dans les années 1950 le premier à comprendre que des impulsions ultra-courtes peuvent transmettre plus d'informations sur un objet , les systèmes radar basés sur UWB ont commencé à être utilisés pour des applications civiles : balayage du sol, bâtiments, positionnement, avertissement de collision, détection de niveau de liquide, détection d'intrus et dans les stations radar mobiles. Dans les années 1970 , datée du 17.04.1973, est considérée comme une étape importante dans le développement de la technologie et souligne l'un des principaux avantages de l'UWB - la coexistence avec des normes communes sans interférence. Brevet américain 3 728 632 de Ross , en raison de l'intérêt croissant des entreprises, la Federal Communications Commission (FCC) des États-Unis a approuvé l'utilisation commerciale réglementée du spectre radio de 3,1 à 10,6 GHz. En 2002 , l'Institut européen des normes de télécommunications (ETSI) a publié la norme IEEE 802.15.4, qui définit la couche physique (PHY) et la couche de contrôle d'accès au support (MAC) pour les réseaux personnels sans fil à faible débit (LR-WPAN). Une extension de la norme axée sur la sécurité a été introduite en 2020 dans 802.15.4z, qui a introduit la couche physique PHY CSS (modulation de fréquence linéaire à 2450 MHz), défini une méthode de télémétrie bidirectionnelle et ajouté un chiffrement de substitution. En 2003 Ce n'est qu'il y a quelques années, , que l'UWB s'est fait connaître d'un public d'utilisateurs finaux plus large lorsque des entreprises de renommée mondiale telles qu'Apple et Samsung ont commencé à introduire des fonctionnalités basées sur cette technologie dans leurs appareils grand public. en 2019 Avantages et inconvénients de la technologie UWB L'un des de l'UWB est sa en raison de sa résolution temporelle élevée et de sa courte longueur d'onde. C'est pourquoi la technologie est si bonne pour la mesure et le suivi de distance : UWB est 100 fois plus précis que le Wi-Fi ou le Bluetooth Low Energy dans de telles tâches et offre une précision de quelques centimètres au lieu de quelques mètres. principaux avantages résistance aux l'effet multi-trajets L'utilisation d'UWB, à son tour, donne par rapport au Bluetooth et au Wi-Fi. Cela permet de déployer plusieurs systèmes basés sur UWB dans le même environnement sans provoquer de conflits avec d'autres normes. une grande résilience à la sélection de fréquence décoloration fait d'UWB un candidat idéal pour les systèmes de positionnement automatique d'objets se déplaçant rapidement en temps réel, par exemple les drones. La latence extrêmement faible en raison de la faible puissance des impulsions générées. Le dernier Le changement a augmenté la sécurité des données en introduisant une nouvelle couche physique de modulation de fréquence de ligne, en ajoutant des techniques de cryptage telles que l'horodatage brouillé et le chiffrement de substitution. Un autre avantage clé est le degré élevé de protection des données IEEE 802.15.04z-2020 Les autres avantages de l'UWB incluent : Aucune restriction sur la disponibilité du spectre radio ; Prise en charge simultanée de centaines de canaux ; Large gamme de débits de données : de 4 Mbit/s à 675 Mbit/s et plus, selon la fréquence ; Prise en charge inhérente des dizaines de topologies ; Utilisation flexible du spectre ; Consommation d'énergie ultra-faible : 2 mW à 1 Mbps, 6 μW à 1 kbps ; Faible coût des copeaux : ~2 – 5 USD pour la production de masse. Mais, bien sûr, tout n'est pas si fluide... En raison de la courte durée d'impulsion et du spectre ultra-large, (par rapport à la transmission à bande étroite) . le débit de l'UWB chute beaucoup plus avec la distance En théorie, (lorsque ce dernier n'est pas limité par la réglementation) . une large bande passante et une puissance élevée du signal peuvent interférer avec les systèmes et les lignes de communication existants En outre, dans un certain nombre de pays ( , dont la plupart se trouvent dans l'ex-Union soviétique) par les agences d'État et les services de sécurité. En Russie, par exemple, les trackers AirTags sont obligés d'utiliser Bluetooth au lieu de l'UWB initialement conçu. la disponibilité du spectre 12 pays est limitée Méthodes de localisation UWB Voyons comment la technologie met en œuvre l'un de ses principaux avantages - la détermination ultra-précise de la distance. Gamme bidirectionnelle (TWR) UWB utilise - le temps nécessaire pour fournir des paquets "demande-réponse" - pour mesurer la distance entre les appareils, plutôt que , qui est utilisé dans d'autres normes. ToF (Time-of-Flight) RSSI (Received Signal Strength Indicator) Cette méthode calcule la distance entre le tag et l'ancre en déterminant le ToF puis en le multipliant par la vitesse de la lumière. Le DS-TWR (Double-Sided Two-Way Ranging) plus complexe corrige implicitement les erreurs de décalage d'horloge mais nécessite plus de paquets de données et, par conséquent, consomme plus d'énergie : ToF =1/2*(T1'T2'-T1T2)/(T1'+T2'+T1+T2) Différence horaire d'arrivée (TDoA) Bien sûr, la mesure ToF à l'aide d'une seule ancre ne donnera pas l'emplacement de l'étiquette, mais à l'aide de plusieurs ancres externes, l'UWB est capable de déterminer la position bidimensionnelle et tridimensionnelle de l'étiquette dans l'espace dans une certaine zone. En même temps, les paquets d'étiquettes sont échangés avec les ancres, et la différence de temps de réception de ces paquets est calculée. Selon le côté réception, deux topologies sont reconnues : , comme par exemple dans le GPS ; Tag-Side Time-Difference of Arrival (TS-TDoA) . Différence d'heure d'arrivée côté ancre (AS-TDoA) Différence de phase d'arrivée (PDoA) Notez que le calcul ToF ne détermine que la distance, mais pas la direction. résout ce problème, ainsi que le problème de l'organisation d'infrastructures supplémentaires. Cela se fait avec deux antennes sur au moins un des appareils. Le déphasage du signal reçu sur les antennes permet de calculer l' La méthode de différence de phase d'arrivée (PDoA) angle d'arrivée du signal (Angle of Arrival, AoA). Applications et cas d'utilisation La plupart des applications de la technologie UWB utilisent soit ses capacités de sécurité fines, soit une combinaison des deux. Étant, pendant longtemps, attrayante principalement à des fins militaires et industrielles, la technologie a récemment trouvé une nouvelle mise en œuvre en raison de l'état de l'art actuel de l'électronique grand public : appareils portables, smartphones et infrastructure intelligente. Capacités de portée fine Avec UWB, la localisation précise à quelques centimètres de toutes sortes d'objets devient réelle. , UWB aide les gens à trouver les services nécessaires dans les hôpitaux, fournit au personnel des données basées sur la proximité, telles que les dossiers médicaux des patients, et localise les patients pour les soignants. est également pratique lorsqu'il s'agit d'une recherche rapide de petits objets ou d'équipements coûteux et importants tels que les défibrillateurs. Dans le domaine de la santé Le suivi des actifs médicaux Les propriétés du radar UWB sont utilisées dans qui trouvent également leur application dans les bâtiments intelligents avec détection de présence, babyphones, applications médicales et détection de chute. la mesure à distance de paramètres vitaux tels que la fréquence cardiaque et la fréquence respiratoire La technologie a une application extrêmement large dans la navigation intérieure lorsque le guidage à travers différents types de locaux - centres commerciaux, hôpitaux, parkings, sites de production - est nécessaire. UWB peut être utilisé lors d'une en suivant et en traçant toute personne restant sur place. évacuation d'urgence est l’un des enjeux les plus pertinents en période de pandémie. Les badges et bracelets compatibles UWB peuvent avertir lorsque vous vous rapprochez et alerter en cas de violation de la zone de sécurité avec une précision inférieure à 10 cm. La distanciation sociale Avec UWB, les processus de production peuvent être numérisés et optimisés grâce , ce qui améliore les taux d'utilisation des articles et permet de gagner du temps. Le site de production devient plus sûr avec utilisant la méthode TWR d'UWB. au suivi des outils et des équipements des systèmes de détection anti-collision Et bien sûr, déjà bien connues attachées aux porte-clés ou au sac à dos et associées à votre smartphone permettent de gagner du temps pour trouver des objets personnels importants. les étiquettes UWB Contrôle d'accès et télédéverrouillage passif Avec le calcul du temps de vol, UWB assure une grande précision de télémétrie ainsi que la sécurité des données transmises, tandis que le calcul de l'angle d'arrivée (AoA) permet de définir la direction du mouvement. Par conséquent, les appareils compatibles UWB peuvent comprendre si un utilisateur s'approche d'une porte verrouillée ou en sort et déterminer de quel côté de la porte cela se produit. , le plus souvent - Bluetooth. Bluetooth est utilisé pour lancer la télémétrie et transférer des données, tandis que UWB est directement responsable de la télémétrie. Dans le cas du contrôle d'accès, UWB est utilisé en association avec d'autres protocoles La nouvelle couche physique (PHY) ajoutée dans IEEE 802.15.4z et liée à la protection cryptographique minimise le succès de . Cela ouvre un grand nombre de possibilités : et bien plus encore. Attaques MITM serrures intelligentes dans les appartements et les portes de garage, systèmes de contrôle d'accès physique sur les sites de production, services de location, clés numériques pour les véhicules Début 2022, Samsung en collaboration avec Zigbang a annoncé la sortie d'un . Pour déverrouiller cette serrure, vous n'avez même pas besoin de sortir votre smartphone de votre poche. "serrure de porte intelligente" En janvier 2021, Apple et a confirmé qu'il ajoute une gamme plus large d'options de clé numérique et d'identification numérique à iOS 15 et à watchOS 8 pour les utilisateurs d'Apple Watch. Les Pixel 6 Pro et Pixel 7 Pro de Google prennent également en charge la clé numérique UWB, ainsi que la fonction "Partage à proximité" d'Android, qui vous permet de transférer des fichiers à courte distance d'un appareil à un autre. a annoncé sa fonctionnalité de clé de voiture numérique basée sur UWB Volkswagen et suivre en proposant des fonctionnalités étendues comme la reconnaissance de la présence du siège enfant et la désactivation de l'airbag correspondant, la commande gestuelle de la porte de coffre, la détection automatique et l'extraction de l'attelage pour l'attelage à une remorque. le plus grand fabricant de puces au monde, NXP Les BMW X5 et X6 actualisés prendront en charge la fonction de clé numérique UWB, qui peut être partagée avec jusqu'à cinq personnes supplémentaires via une application native. Les appareils UWB peuvent former une soi-disant autour d'une certaine zone, utilisée notamment pour déverrouiller automatiquement les appareils personnels. Quelques vidéos avec une démonstration du fonctionnement de telles "bulles": "bulle de sécurité" La technologie peut être utilisée dans une variété d' . Dans le domaine de la surveillance de la santé, un réseau de capteurs UWB tels que l'électrocardiogramme (ECG), le capteur de saturation en oxygène (SpO2) et l'électromyographie (EMG) peut être utilisé pour développer un système de santé proactif et intelligent. applications WBAN Multimédia, réalité augmentée et virtuelle La faible valeur de latence (5-10 ms pour le streaming audio lors de l'utilisation de codecs et jusqu'à 2 ms pour l'audio non compressé) rend UWB attrayant pour une utilisation dans . le streaming de données vidéo et audio, en VR et AR, et divers types de contrôleurs Les appareils UWB peuvent créer qui sont utilisées dans . des expériences contextuelles basées sur la proximité et l'orientation les systèmes de vente au détail intelligents et de maison intelligente Les haut-parleurs Apple HomePod, HomePod mini et Nest de peuvent capter instantanément la musique diffusée sur un smartphone, un podcast ou une conversation téléphonique en cours lorsqu'il s'approche du haut-parleur (fonction "Handoff" d'Apple). Google Un bon exemple d'appareil domestique intelligent est . Sorti en 2016 ce produit était malheureusement en avance sur son temps. L'ensemble comprenait pour définir son orientation afin que le menu contextuel de l'appareil pointé par la télécommande soit appelé. Le principal inconvénient était le prix prohibitif : 399 $ au départ. Télécommande intelligente Sevenhugs X la télécommande et des ancres Les détecteurs de présence avec UWB peuvent être utilisés dans . Allumer la lumière lorsqu'un mouvement est détecté permet d'économiser de l'électricité, et la haute sensibilité des capteurs UWB peut détecter même le moindre mouvement d'une personne assise tranquillement devant un ordinateur ou un téléphone et maintenir l'éclairage dans la zone souhaitée. les systèmes d'éclairage professionnels des immeubles de bureaux propose aux clients des offres individuelles en fonction de leur itinéraire et de leurs préférences. Les entreprises peuvent bénéficier de . Le marketing ciblé l'analyse du trafic piétonnier et du comportement d'achat Automobile Plusieurs cas pour l'automobile comprennent : : le conducteur peut laisser la voiture au bon endroit, et la voiture trouvera une place et se garera d'elle-même. Plus tard, grâce à une application sur le smartphone, le conducteur peut appeler la voiture pour être servi à l'endroit souhaité ; Service voiturier sans conducteur et prise en charge ; V2X* (communication véhicule à tout) et conduite autonome et diverses fonctions de confort, mentionnées précédemment ; Clé de voiture numérique (un réseau social pour les automobiles) peut réduire considérablement les accidents grâce aux communications entre les véhicules et les éléments de l'infrastructure de circulation. La communication C2X Les fonctions "Suivez-moi" et anti-collision utilisant la technologie UWB ont trouvé une application surprenante dans la valise intelligente Airwheel SR5 qui libère les mains du propriétaire et se comporte comme un "bon garçon" suivant "le papa" et évitant les obstacles. En outre, UWB est un candidat technologique de premier plan pour les applications de micro-véhicules aériens (MAV). Conclusion Il est juste de dire que la norme UWB est prête pour un avenir radieux - en plus de nombreux cas d'utilisation b2b, il y a de fortes chances qu'elle devienne bientôt l'une des interfaces standard des smartphones, comme cela s'est produit avec Bluetooth et NFC. . Prévision d'un CAGR du marché UWB de 16,06 % à 3,129 milliards USD d'ici 2026, pourrait être doublé, voire triplé, au cas où UWB deviendrait l'une des interfaces standard - il apparaît déjà dans les smartphones phares et pourrait bientôt faire son chemin vers le milieu de gamme. tel que rapporté par « Research and Markets » en 2021 À , nous avons examiné de près les développements UWB et avons participé à un certain nombre de projets alimentés par UWB, y compris des cas d'utilisation typiques, comme RTLS, ainsi que des implémentations plus rares du support, y compris le streaming audio. Serait heureux de discuter de vos besoins en produits! pas un autre
