2020年05月29日 | 集数字射频和ML于一身的UWB有多出众

翻译自——eetimes

Imec表示他们已开发出下一代超宽带(UWB)技术，该技术利用数字RF和机器学习，在具有挑战性的环境中实现不到10cm的测距精度，同时耗电量比目前的实现低10倍。

研究和创新中心宣布了两项来自其安全近距离研究项目的新创新，这是用于安全和非常高精度的测距技术。一种是基于硬件的，采用数字风格的射频电路设计，例如其全数字锁相环(PLL)，以实现低于4mW/20mW (Tx/Rx)的低功耗，据称比目前的实现要好10倍。第二个是基于软件的增强，它利用基于机器学习的错误纠正算法，允许在具有挑战性的环境中实现小于10cm的测距精度。

Imec解释，目前超宽带技术非常适合于支持各种高精度和安全的无线测距用例，例如通常应用于汽车的“智能锁”解决方案;当车主靠近时，它会自动打开车门，而当车主离开时，它会自动锁上车门。

然而，尽管它的优点是比一些替代方案更难以妥协，但由于其更高的能耗和更大的占地面积，其潜力在很大程度上仍未得到开发。Imec表示, 硬件和软件创新为开启该技术的全部潜力指明了方向，并为微本地化服务带来了新机遇，这不仅仅是安全的无键访问(迄今为止该技术一直在广泛推广)，包括AR/VR游戏、资产跟踪和机器人技术。

Imec项目经理Christian Bachmann:“超宽带的功耗、芯片大小和相关成本一直是采用UWB的阻碍，特别是在部署无线测距应用程序方面。Imec的全新超宽频芯片技术基于款数字风格RF-concepts可显著减少芯片引脚，能够整合整个收发器,包括三个接收器的着陆角度测量——面积均小于1mm²。”

Bachmann介绍，这是在适用于物联网传感器节点设备的先进半导体工艺节点上实现的。芯片还符合新的IEEE 802.15.4z标准，该标准得到了汽车连接协会(CCC)和精细测距(FiRa)等具有高影响力的行业协会的支持。

为了配合硬件发展，来自IDLab(根特大学的Imec研究小组)的研究人员提出了基于软件的增强，可以显著改善超宽带在具有挑战性的环境中的无线测距性能。特别是在人与机器不停移动的工厂或仓库里，金属障碍物会产生巨大的反射——所有这些都会影响超宽带定位和距离测量的质量。

通过机器学习，它创造了智能锚选择算法，可以检测超宽带锚和被跟踪的移动设备之间的(非)视线。在此基础上，再对测距质量进行评估，并对测距误差进行修正。该方法带有机器学习功能，可以自适应调整网络物理层参数，从而允许启动适当的步骤来减轻这些测距错误——例如通过调整主播的无线电。

障碍物和非视线效应会影响超宽带定位和距离测量的质量。片上ML可以纠正这两个例子中出现的错误。

IDLab的Eli De Poorter教授表示:“我们已经证明了UWB的测距精度在这种具有挑战性的工业环境中可优于10cm，这是与现有方法相比的两个改进因素。”此外，虽然UWB本地化用例通常是定制的，而且通常依赖于手动配置，但由于它在应用层运行，所以我们的智能锚选择软件可以在任何场景下工作。”

通过这些自适应配置，下一代低功耗和高精度超宽频芯片可用于广泛的其他应用领域，例如使用小型和隐私感知设备改进疫情期间的接触追踪。

事实上，Imec已经将这项技术授权给其附属公司Lopos。Lopos发布了一款可穿戴设备，这种抗新冠神器已在国外推广，当员工在相互接近时违反安全距离准则时，可以通过声音或触觉警报来警告员工，从而增强Covid-19的社交距离。

随着企业试图恢复人与人的活动，此次的校企合作，组织设计了这款可穿戴设备。该设备通过声音或触觉警报来警告员工彼此接近时是否违反了社交距离指导方针。

Lopos 的安全距离可穿戴设备使用Lopos的超宽带（UWB）技术，该技术源自Imec和Ghent University的研发。据新闻报道，当两个可穿戴设备互相靠近时，就会测量出精确的距离；当不遵守最小距离时，就会触发警报。

该产品已经在化工、金属和建筑行业的大中型企业成功试点，Lopos现在打算扩大规模批量生产。该公司在新闻稿中表示，在过去的几周里，公司已经收到多份大规模订单，并将于5月27日推出SafeDistance，每台售价108.42美元（99欧元<1美元= 0.913092欧元>）。

“为了尽可能地限制COVID-19的传播，至关重要的是，我们必须遵守国际卫生专家和政府制定的社交距离指导方针。该款安全距离可穿戴设备是一种简便直观的解决方法，在专业环境中支持社交距离指导方针”。Lopos首席执行官Jen Rossey在发布会上说：“员工们可以通过佩戴在臀部上的夹子或系绳轻松携带可穿戴设备，并确保他们在安全距离内工作。”“我们的解决方案可以作为一个独立的解决方案；无需网关、服务器或其他基础设施，无需记录个人数据。

Lopos的安全距离可穿戴设备采用超宽带技术而非蓝牙技术，作为一个独立的解决方案，重量为75克，电池续航时间为2-5天。由于它是独立的，所以不需要记录个人数据，也不需要网关、服务器或其他基础设施。Lopos已经提高了产量以满足市场需求，在过去几周内收到了来自多个不同行业的公司的大量订单。