La technologie UWB améliore la précision grâce à la correction numérique basée sur RF et ML

Imec a annoncé cette semaine avoir développé une technologie ultra-large bande (UWB) de nouvelle génération qui utilise la RF numérique et l'apprentissage automatique pour atteindre une précision de portée inférieure à 10 cm dans des environnements difficiles tout en consommant 10 fois moins d'énergie que les implémentations actuelles.

Le pôle de recherche et d'innovation a annoncé deux nouvelles innovations de son programme de recherche de proximité sécurisée pour une technologie de télémétrie sécurisée et de très haute précision. L'un est basé sur le matériel, avec une conception de circuit RF de style numérique telle que sa boucle à verrouillage de phase (PLL) entièrement numérique, pour atteindre une faible consommation d'énergie de moins de 4 mW/20 mW (Tx/Rx), qu'il prétend être en hausse à 10 fois mieux que les implémentations d'aujourd'hui. La seconde est constituée d'améliorations logicielles qui utilisent des algorithmes de correction d'erreurs basés sur l'apprentissage automatique pour permettre une précision de portée inférieure à 10 cm dans des environnements difficiles.

Expliquant le contexte, imec a déclaré que la technologie ultra-large bande est actuellement bien adaptée pour prendre en charge une variété de cas d'utilisation sans fil de haute précision et sécurisés, tels que les solutions de « verrouillage intelligent » couramment appliquées dans l'automobile ; il déverrouille automatiquement les portes d'une voiture lorsque son propriétaire s'approche, tout en verrouillant la voiture lorsque le propriétaire s'éloigne.

Avantages et défis UWB (Image :imec)

Cependant, malgré ses avantages tels qu'il est intrinsèquement plus difficile à compromettre que certaines alternatives, son potentiel est largement resté inexploité en raison de sa consommation d'énergie plus élevée et de son empreinte plus importante. Par conséquent, imec a déclaré que les innovations matérielles et logicielles qu'elle a introduites marquent une étape importante pour libérer le plein potentiel de la technologie et ouvrent la possibilité de services de micro-localisation au-delà de l'accès sans clé sécurisé pour lequel il a été largement promu jusqu'à présent, à AR / VR les jeux, le suivi des ressources et la robotique.

Christian Bachmann, directeur de programme chez imec, a déclaré :« La consommation d'énergie de l'UWB, la taille de la puce et le coût associé ont été des facteurs prohibitifs pour l'adoption de la technologie, en particulier lorsqu'il s'agit de déployer des applications de télémétrie sans fil. « Les tout nouveaux développements de puces UWB d'Imec se traduisent par une réduction significative de l'empreinte de la technologie basée sur des concepts RF de style numérique :nous avons pu intégrer un émetteur-récepteur complet - y compris trois récepteurs pour les mesures d'angle d'arrivée - sur une zone de moins de 1 mm². »

Il a ajouté qu'il s'agit d'une mise en œuvre sur des nœuds de processus de semi-conducteurs avancés applicables aux dispositifs de nœuds de capteurs IoT. La nouvelle puce est également conforme à la nouvelle norme IEEE 802.15.4z prise en charge par des consortiums industriels à fort impact tels que Car Connectivity Consortium (CCC) et Fine Ranging (FiRa).

En complément des développements matériels, des chercheurs d'IDLab (un groupe de recherche imec de l'Université de Gand) ont proposé des améliorations logicielles qui améliorent considérablement les performances de portée sans fil de l'UWB dans des environnements difficiles. C'est particulièrement le cas dans les usines ou les entrepôts où les personnes et les machines se déplacent constamment, et avec des obstacles métalliques provoquant une réflexion massive - qui ont tous un impact sur la qualité des mesures de localisation et de distance UWB.

À l'aide de l'apprentissage automatique, il a créé des algorithmes de sélection d'ancre intelligents qui détectent la (non) ligne de visée entre les ancres UWB et les appareils mobiles qui sont suivis. Sur la base de ces connaissances, la qualité de la télémétrie est estimée et les erreurs de télémétrie sont corrigées. L'approche est également livrée avec des fonctionnalités d'apprentissage automatique qui permettent un réglage adaptatif des paramètres de la couche physique du réseau, ce qui permet ensuite de lancer les étapes appropriées pour atténuer ces erreurs de télémétrie, par exemple en réglant les radios des ancres.

Les obstacles et les effets hors ligne de vue peuvent avoir un impact sur la qualité des mesures de localisation et de distance de l'UWB. On chip ML (machine learning) peut corriger les erreurs comme le montrent ces deux exemples. (Image :imec)

Le professeur Eli De Poorter de l'IDLab a déclaré : « Nous avons déjà démontré une précision de portée UWB supérieure à 10 cm dans des environnements industriels très difficiles, ce qui représente une amélioration d'un facteur deux par rapport aux approches existantes. De plus, alors que les cas d'utilisation de la localisation UWB sont généralement personnalisés et dépendent souvent d'une configuration manuelle, notre logiciel de sélection d'ancrage intelligent fonctionne dans n'importe quel scénario, car il s'exécute dans la couche d'application. »

Grâce à ces configurations adaptatives, les puces UWB basse consommation et haute précision de nouvelle génération peuvent être utilisées dans un large éventail d'autres applications, telles que l'amélioration de la recherche des contacts pendant les épidémies à l'aide de petits appareils respectueux de la confidentialité.

En fait, imec a déjà concédé sous licence la technologie à sa spin-off Lopos, qui a sorti un appareil portable qui permet l'application de la distanciation sociale de Covid-19 en avertissant les employés par une alarme sonore ou haptique lorsqu'ils enfreignent les directives de distance de sécurité tout en s'approchant les uns des autres. .

En choisissant UWB au lieu de Bluetooth, le portable SafeDistance de Lopos fonctionne comme une solution autonome qui pèse 75 g et a une autonomie de 2 à 5 jours. L'appareil basé sur la technologie UWB permet une mesure de distance sûre et très précise (marge d'erreur <15 cm). Lorsque deux wearables se rapprochent, la distance exacte entre les appareils (qui est réglable) est mesurée et une alarme est activée lorsqu'une distance de sécurité minimale n'est pas respectée.

Comme il est autonome, aucune donnée personnelle n'est enregistrée et aucune passerelle, serveur ou autre infrastructure n'est requis. Lopos a déjà augmenté sa production pour répondre à la demande du marché, avec plusieurs commandes à grande échelle reçues au cours des dernières semaines d'entreprises actives dans un large éventail de secteurs différents.

>> Cet article a été initialement publié le notre site partenaire, EE Times.