Технология UWB повышает точность с помощью цифровой коррекции на основе RF и ML

На этой неделе компания Imec заявила, что разработала сверхширокополосную (UWB) технологию следующего поколения, в которой используются цифровые радиочастоты и машинное обучение для достижения точности определения дальности менее 10 см в сложных условиях и при этом потребляется в 10 раз меньше энергии, чем в современных реализациях.

Центр исследований и инноваций объявил о двух нововведениях в рамках своей программы исследования безопасного приближения для технологии безопасного и очень высокоточного измерения дальности. Один из них аппаратный, с цифровой схемой RF, такой как полностью цифровая схема фазовой автоподстройки частоты (PLL), для достижения низкого энергопотребления менее 4 мВт / 20 мВт (Tx / Rx), что, как утверждается, выше в 10 раз лучше, чем сегодняшние реализации. Второй - программные усовершенствования, в которых используются алгоритмы исправления ошибок на основе машинного обучения, обеспечивающие точность определения дальности менее 10 см в сложных условиях.

Объясняя контекст, imec заявила, что сверхширокополосная технология в настоящее время хорошо подходит для поддержки множества сценариев использования с высокой точностью и безопасностью беспроводной связи, таких как решения «умных замков», обычно применяемые в автомобильной промышленности; он автоматически открывает двери автомобиля при приближении его владельца и запирает его, когда владелец уходит.

Преимущества и проблемы UWB (Изображение:imec)

Однако, несмотря на такие преимущества, как то, что компромисс по своей природе сложнее, чем у некоторых альтернатив, его потенциал в значительной степени остался неиспользованным из-за более высокого энергопотребления и большей занимаемой площади. Поэтому компания imec заявила, что внедренные ею аппаратные и программные инновации являются важным шагом на пути к раскрытию всего потенциала технологии и открывают возможности для услуг микролокализации помимо безопасного доступа без ключа, который до сих пор широко продвигался, в AR / VR. игры, отслеживание активов и робототехника.

Кристиан Бахманн, менеджер программ в imec, сказал:«Энергопотребление UWB, размер микросхемы и связанная с этим стоимость были препятствующими факторами для внедрения технологии, особенно когда дело доходит до развертывания приложений для беспроводного измерения дальности. «Совершенно новые разработки Imec в области микросхем UWB приводят к значительному сокращению занимаемой площади технологии на основе цифровых радиочастотных концепций:мы смогли интегрировать весь приемопередатчик, включая три приемника для измерения угла прихода сигнала, на определенной площади. менее 1 мм². »

Он добавил, что это реализовано на современных узлах обработки полупроводников, применимых к узловым сенсорным устройствам Интернета вещей. Новый чип также совместим с новым стандартом IEEE 802.15.4z, поддерживаемым влиятельными отраслевыми консорциумами, такими как Car Connectivity Consortium (CCC) и Fine Ranging (FiRa).

В дополнение к разработкам оборудования исследователи из IDLab (исследовательская группа imec в Гентском университете) разработали программные усовершенствования, которые значительно улучшают производительность беспроводной связи UWB в сложных условиях. Это особенно характерно для заводов или складов, где люди и машины постоянно перемещаются, а также с металлическими препятствиями, вызывающими массивные отражения - все это влияет на качество локализации СШП и измерений расстояний.

Используя машинное обучение, он создал интеллектуальные алгоритмы выбора привязки, которые обнаруживают (не) прямую видимость между привязками СШП и отслеживаемыми мобильными устройствами. На основе этих знаний оценивается качество измерения дальности и исправляются ошибки измерения дальности. Этот подход также включает в себя функции машинного обучения, которые позволяют адаптивно настраивать параметры физического уровня сети, что позволяет затем инициировать соответствующие шаги для смягчения этих ошибок определения дальности - например, путем настройки радиомодулей якорей.

Препятствия и эффекты отсутствия прямой видимости могут повлиять на качество определения местоположения СШП и измерения расстояния. Машинное обучение на микросхеме может исправлять ошибки, как показано в этих двух примерах. (Изображение:imec)

Профессор Эли Де Портер из IDLab сказал:«Мы уже продемонстрировали точность определения дальности СШП лучше 10 см в таких очень сложных промышленных условиях, что является двукратным улучшением по сравнению с существующими подходами. Кроме того, хотя сценарии использования UWB-локализации обычно создаются на заказ и часто зависят от ручной настройки, наше программное обеспечение для интеллектуального выбора привязки работает в любом сценарии - поскольку оно выполняется на уровне приложения ».

Благодаря этим адаптивным конфигурациям микросхемы UWB с низким энергопотреблением и высокой точностью следующего поколения могут использоваться в широком спектре других приложений, таких как улучшенное отслеживание контактов во время эпидемий с использованием небольших устройств с учетом конфиденциальности.

Фактически, imec уже предоставила лицензию на эту технологию своему дочернему предприятию Lopos, которое выпустило носимое устройство, которое позволяет применять социальное дистанцирование от Covid-19, предупреждая сотрудников с помощью звукового или тактильного сигнала тревоги, когда они нарушают правила безопасного расстояния при приближении друг к другу. .

Выбрав UWB вместо Bluetooth, носимое устройство Lopos SafeDistance работает как автономное решение, которое весит 75 г и имеет срок службы батареи 2-5 дней. Устройство, основанное на технологии UWB, позволяет безопасно и с высокой точностью (погрешность <15 см) измерять расстояние. Когда два носимых устройства приближаются друг к другу, измеряется точное расстояние между устройствами (которое регулируется), и включается сигнал тревоги, когда минимальное безопасное расстояние не соблюдается.

Поскольку он является автономным, никакие личные данные не регистрируются и не требуется шлюза, сервера или другой инфраструктуры. Lopos уже увеличила объемы производства, чтобы удовлетворить рыночный спрос:за последние несколько недель было получено несколько крупномасштабных заказов от компаний, работающих в самых разных секторах.

>> Эта статья была первоначально опубликована на наш дочерний сайт EE Times.