Dopo la fase di campionamento, ST64UWB, il primo dispositivo monolitico IEEE 802.15.4ab con tecnologia Narrowband Assistance (NBA), è ora disponibile per i principali OEM e i produttori Tier 1. Il nuovo dispositivo consente ai produttori automobilistici di offrire serrature per portiere hands-free molto più affidabili e applicazioni radar completamente nuove.
Grazie alla tecnologia NBA, ST sfrutta la modalità multi-millisecondo introdotta dallo standard IEEE 802.15.4ab per aumentare notevolmente il budget di collegamento. In concreto, ciò si traduce in una portata di gran lunga superiore e un rilevamento più preciso, con conseguenti chiavi wireless più accurate e affidabili. Inoltre, le funzionalità radar migliorate consentono il rilevamento della presenza all’interno dell’abitacolo.
Vantaggi e limiti dello standard 802.15.4z
Il protocollo a banda ultralarga 802.15.4z non è una novità e ha contribuito, tra le altre cose, allo sviluppo di chiavi auto wireless. Tuttavia, l’implementazione nel mondo reale ha rivelato inaspettate limitazioni in termini di usabilità. Ad esempio, quando il telefono si trova nella tasca posteriore dei pantaloni o il telecomando in una borsa, il segnale subisce interferenze tali da compromettere l’esperienza utente. Un altro esempio è rappresentato dal passaggio non fluido tra Bluetooth e UWB, poiché i due protocolli RF non sono strettamente correlati e hanno coperture diverse.
Ciò ha comportato un aumento del consumo energetico, poiché le operazioni di misurazione della distanza 802.15.4z si attivavano anche quando i punti di ancoraggio erano ancora troppo distanti dal trasmettitore. Inoltre, sebbene lo standard 802.15.4z potesse teoricamente raggiungere una portata di diverse decine di metri, le sue prestazioni erano scarse quando gli oggetti non si trovavano in vista tra loro.
La soluzione 802.15.4ab
Per far progredire la tecnologia a banda ultralarga (UWB), l’industria ha lavorato a uno standard aggiornato, l’802.15.4ab, che mira a risolvere alcune delle carenze della versione precedente. Il miglioramento più importante è che il nuovo protocollo offre una portata significativamente maggiore, grazie in parte a ottimizzazioni come il narrowband assist e un link budget più elevato.
Infatti, l’802.15.4ab può coprire distanze simili a quelle del Bluetooth LE, il che significa che il Bluetooth potrebbe non essere più necessario in molti progetti. Detto questo, il BLE può comunque essere utile per la rilevazione, grazie al suo bassissimo consumo energetico. Tuttavia, per alcune applicazioni, una configurazione basata esclusivamente su UWB sarà sufficiente, contribuendo a ridurre la complessità del sistema ed evitando i costi aggiuntivi dell’integrazione del Bluetooth.
Oltre a migliorare l’efficienza energetica, la maggiore diffusione della tecnologia UWB resa possibile dallo standard 802.15.4ab rende più affidabili casi d’uso come le chiavi wireless per auto e apre la strada a nuove applicazioni.
Ad esempio, gli ingegneri potrebbero utilizzare le capacità di misurazione della distanza dello standard 802.15.4ab per il rilevamento della posizione dei passeggeri nelle auto a guida autonoma o per il rilevamento di persone in grandi spazi. In precedenza ciò era impossibile perché lo standard precedente non offriva le prestazioni necessarie.
Per aiutare i team a comprendere meglio le potenzialità del nuovo standard, ST ha pubblicato un white paper per contribuire a sbloccare il vero potenziale dell’UWB. Il documento include un’intera sezione dedicata all’esplorazione di applicazioni “oltre la chiave digitale” in città intelligenti, ambienti industriali, vendita al dettaglio, case intelligenti e altro ancora. Poiché sempre più aziende cercano di essere le prime a lanciare prodotti in nuovi mercati, comprendere come utilizzare la tecnologia a banda ultralarga in casi d’uso originali può diventare uno dei fattori di differenziazione più importanti.
“La tecnologia Ultra Wideband (UWB) è diventata la spina dorsale delle moderne esperienze digitali, dalle chiavi digitali per auto e i servizi “trova i miei oggetti” all’accesso sicuro alla casa e alla navigazione indoor. Con l’introduzione del protocollo IEEE 802.15.4ab, queste applicazioni sono destinate a progredire ulteriormente. Il nuovo standard migliora significativamente la precisione della misurazione a lungo raggio tramite Narrowband Assisted Multi Millisecond Ranging (NBA MMS), sbloccando miglioramenti rivoluzionari per le chiavi digitali per auto e i casi d’uso di tracciamento degli asset. Noi, in qualità di fornitore leader di soluzioni di test per i principali produttori mondiali di moduli wireless ed elettronica di consumo, siamo certi che il silicio ST64UWB di ST sia perfettamente posizionato per offrire queste funzionalità di nuova generazione e consentire di sfruttare appieno il potenziale della tecnologia UWB”, ha affermato John Lukez, Presidente di LitePoint, fornitore leader di soluzioni di test wireless.
ST64UWB: caratteristiche e prestazioni
MMS: multi-millisecond fragments
L’ST64UWB è il primo dispositivo ST a supportare lo standard 802.15.4ab e il primo dispositivo monolitico 802.15.4ab disponibile in commercio a fornire l’assistenza a banda stretta. Il cuore del nuovo protocollo è rappresentato dalla tecnologia multi-millisecond (MMS) fragments. In breve, come suggerisce il nome, il nuovo standard a banda ultralarga invia frammenti ripetuti a intervalli di un millisecondo per aumentare il budget di collegamento di almeno 18 dB, a partire dal primo MMS, spostando così l’intera comunicazione in banda stretta.
Aumenta l’energia utilizzata per il frame di ranging pur rispettando i limiti di potenza normativi, migliorando la portata di circa 8 volte rispetto allo standard 802.15.4z. Invece di un handshake una tantum, c’è un flusso costante di frame ogni millisecondo tra ricevitore e trasmettitore, che aggiunge altri 3 dB per ogni raddoppio dei frame MMS. Di conseguenza, l’utilizzo di 16 frame MMS aumenta la portata fino a 30 volte rispetto al protocollo precedente.
NBA (Narrowband Assisted)
Esistono potenzialmente molti modi per implementare gli MMS, ognuno dei quali utilizza canali diversi. Ad esempio, gli MMS out-of-band possono utilizzare il Bluetooth LE per la comunicazione wireless e i canali UWB per gli MMS, mentre gli MMS basati su UWB utilizzano il canale UWB per tutto. Tuttavia, gli MMS basati su UWB offrono un aumento di portata minimo, poiché i pacchetti di comunicazione incidono comunque sulla potenza totale consentita per il trasferimento sul canale UWB. D’altra parte, l’implementazione BLE raggiunge una portata maggiore, ma è soggetta a congestione, riducendo significativamente le prestazioni in tali casi.
Per l’ST64UWB, ST ha scelto l’approccio NBA (Narrowband Assisted), che utilizza canali a banda stretta per il controllo MMS e UWB per la misurazione della distanza MMS. Si tratta di un’implementazione di gran lunga superiore, ovvero quella con il maggiore incremento di budget di collegamento e il funzionamento più stabile. È anche la soluzione con il più ampio ecosistema esistente, pronta per essere implementata immediatamente. Per questo motivo, pur essendoci già soluzioni 802.15.4ab concorrenti, ST è la prima a supportare NBA.
Modalità radar
Il protocollo 802.15.4ab introduce anche la modalità radar, che invia impulsi UWB e analizza il segnale riflesso per determinare la presenza, la posizione o il movimento di persone o oggetti. Di conseguenza, non richiede un secondo dispositivo UWB, aumentandone ulteriormente l’utilità. In concreto, il motore radar ad alta risoluzione dell’ST64UWB può raggiungere misurazioni di distanza assoluta inferiori a 7,5 cm e rilevamento del movimento relativo fino alla scala millimetrica. Di conseguenza, diventa possibile rilevare un bambino lasciato incustodito in un veicolo, verificare che i passeggeri indossino le cinture di sicurezza o riconoscere un gesto della mano per aprire il bagagliaio senza toccare la maniglia, il tutto utilizzando un singolo chip.
Un punto di riferimento del settore
Nello specifico, l’ST64UWB può offrire un aumento del budget di collegamento fino a 30 dB utilizzando 16 frame MMS, rispetto a una soluzione equivalente basata sullo standard 802.15.4z. Inoltre, il nuovo dispositivo non solo è conforme allo standard 802.15.4ab, ma è anche progettato per funzionare con dispositivi già presenti sul mercato, consentendo ai produttori automobilistici di sfruttare l’ecosistema esistente. Grazie alla tecnologia FD-SOI, è inoltre possibile incrementare la sensibilità complessiva dell’ST64UWB di 3 dB ed estenderne la portata di un ulteriore 50% rispetto alle applicazioni esistenti basate sullo standard 802.15.4z. Di conseguenza, i progettisti possono ora utilizzare una singola antenna e ottenere prestazioni paragonabili a quelle di una soluzione a doppia antenna concorrente.
Sono inoltre presenti funzionalità di sicurezza aggiuntive che rendono le applicazioni a banda ultralarga più resilienti. Ad esempio, le migliori capacità di rilevamento della distanza intrinseche allo standard 802.15.4ab consentono a un sistema di determinare con maggiore precisione se una chiave si trova effettivamente vicino a un veicolo o se i ripetitori stanno tentando di intercettare un segnale specifico. Inoltre, l’ST64UWB può utilizzare impulsi a banda larga, timestamp con precisione inferiore al nanosecondo e frame protetti per impedire agli hacker di riprodurre i messaggi o di sfruttare una chiave all’interno dell’abitazione di qualcuno. Il maggiore budget di collegamento dello standard 802.15.4ab offre anche una migliore resistenza ai disturbatori che cercano di confondere gli utenti, facendogli credere che la loro chiave non funzioni quando in realtà è funzionante.
Ulteriori informazioni sul modello ST64UWB al seguente link.
