Ultra-Wideband（UWB）テクノロジーの概要
最先端のデバイスに見られる技術である超広帯域短距離無線プロトコルの基本を学びます。
132年前の通信である超広帯域（UWB）は、現在、短距離でデバイスをワイヤレスで接続するために活性化されています。多くの業界オブザーバーは、UWBは、速度が優れ、安価で、消費電力が少なく、安全性が高く、優れた位置検出とデバイス測距を提供するため、Bluetoothよりも成功する可能性があると主張しています。
Intel、Time Domain、Apple、Huawei、Samsung、Xiaomi、NXP、Sony、Bosch、Xtreme Spectrumなどの企業は、UWBテクノロジーの研究と投資を行っています。実際、AppleはすでにiPhone 11にUWBチップを提供しており、優れた測位精度と「飛行時間」測定による測距を可能にしています。
この記事では、その起源、利点、伝送方法の概要など、超広帯域技術の基本について説明します。
UWBとは何ですか？
超広帯域（UWB）は、Wi-FiやBluetoothなどの短距離無線通信プロトコルであり、ライセンスのないアプリケーションで3.1〜10.5GHzの範囲の周波数スペクトルにわたって短パルスの電波を使用します。
UWBという用語は、500 MHz以上の帯域幅（BW）、または20％を超える小数帯域幅（FBW）に使用されます。ここで FBW =BW / fc 、ここで fc は中心周波数です。
UWBの歴史
UWB技術の歴史は、マルコーニが無線通信にスパークギャップ（短い電気パルス）送信機を使用した最初の人工無線機の時代にまでさかのぼります。
1920年に、UWB信号は商用利用が禁止されました。 UWBテクノロジーは、安全な通信のための高度に分類されたプログラムの下での防衛アプリケーションに制限されていました。 UWBが科学界で注目を集め始めたのは1992年のことでした。
高速マイクロプロセッサと高速スイッチング技術の開発により、UWBは短距離で低コストの通信に商業的に実行可能になりました。初期のアプリケーションには、レーダーシステム、通信、家庭用電化製品、ワイヤレスパーソナルエリアネットワーク、ローカリゼーション、および医療用電子機器が含まれます。それ以来、UWB電磁気学、コンポーネント、およびシステムエンジニアリングの詳細な知識が開発されてきました。
2002年に、米国連邦通信委員会（FCC）は、割り当てられたスペクトルの無許可の使用を許可するUWB規制をリリースした世界で最初の組織でした。ただし、WiFi、Bluetoothなど、この周波数帯域で動作する他のテクノロジーとの干渉を避けるために、許容電力制限は非常に低く設定されています。
UWB信号のスペクトル密度が低いことは魅力的であり、UWBは他の狭帯域信号からの帯域内干渉の影響を受けにくく、電力密度が低いために検出が難しいため、非常に安全です。
超広帯域技術の利点
UWB信号の非常に広い帯域幅により、従来の狭帯域システムよりも優れた屋内性能が可能になります。
この帯域幅の機能の一部を以下に示します。
- 広い帯域幅は、高密度環境でのチャネル効果に対する耐性を提供し、UWBノード（新しいiPhone 11など）の非常に正確な屋内測位のための非常に細かい時間空間解像度を可能にします。
- 環境ノイズよりも低いスペクトル密度により、信号検出の可能性が低くなり、通信のセキュリティが向上します。
- UWBを使用すると、高データレートを短距離で送信できます。
- UWBシステムは、すでに展開されている狭帯域システムと共存できます。
UWB送信
データ送信には2つの異なるアプローチが採用されています：
- すべての周波数を同時にカバーするピコ秒範囲の超短パルス（インパルス無線とも呼ばれます）
- UWB帯域幅の合計をブロードバンド直交周波数分割多重（OFDM）チャネルのセットに分割する
最初のアプローチは、信号対雑音比の低下を犠牲にして費用効果が高いです。一般に、インパルス無線伝送はキャリアの使用を必要としません。これは、信号がUWBアンテナを介して直接放射されるため、従来の狭帯域トランシーバー（つまり、より単純なトランシーバーアーキテクチャ）と比較して複雑さが軽減されることを意味します。ガウス一輪車またはその派生物の1つは、生成が容易なUWBパルスの例です。
2番目のアプローチは、スペクトルをより効率的に活用し、複雑さの増加（つまり、信号処理が必要）と電力消費を犠牲にして、パフォーマンスとデータスループットを向上させます。
2つのアプローチのどちらを選択するかは、アプリケーションによって異なります。
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