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Technologie ultra-large bande de Spark

SPARK a été le pionnier de la mise en œuvre pratique de la technologie ultra-large bande (UWB) pour fournir des liaisons de données sans fil ultra-basse consommation, haut débit et à faible latence pour les réseaux personnels (PAN), les réseaux corporels (BAN) et la proximité (Nano) applications. Notre conception RF brevetée et l'utilisation de la technologie UWB offrent des avantages substantiels par rapport aux solutions sans fil existantes.

QU'EST-CE QUE LA TECHNOLOGIE UWB ?

SPARK UWB est une amélioration par rapport à l’UWB traditionnel qui réduit la consommation d’énergie et offre un débit de données élevé. Il améliore les applications sans fil existantes et en permet de nouvelles passionnantes. Mais qu’est-ce que la technologie UWB ?

Conçue pour les communications à courte portée, la technologie UWB transmet les données en utilisant une méthode complètement différente par rapport aux technologies traditionnelles à bande étroite telles que WiFi, Bluetooth, Zigbee et Cellulaire. Cela permet aux réseaux sans fil UWB d’offrir une robustesse supérieure et des capacités de télémétrie améliorées. Pour comprendre comment UWB y parvient, il est utile de comparer la technologie RF sous-jacente aux systèmes RF traditionnels.

Bande ultra-large
vs bande étroite

La plus grande différence entre les systèmes RF traditionnels à bande étroite et UWB est la méthode de transmission sous-jacente. UWB utilise une radio de style impulsionnel alors que la majorité des systèmes radio à bande étroite utilisent une fréquence porteuse modulée.

Solutions sans fil traditionnelles

  • NARROW BAND RADIO
  • Cellular, WiFi, Bluetooth, etc.
  • Puissance d’émission plus élevée
  • Démarrage / initialisation lente
  • Latence élevée
  • Mauvaise portée (force du signal)
  • Mauvaise robustesse multi-trajets

Solution ultra-large bande

  • IMPULSE RADIO
  • Ultra-wideband
  • Puissance d’émission inférieure
  • Démarrage / initialisation rapide
  • Latence très faible
  • Excellente portée (temps de vol)
  • Très bonne robustesse multi-trajets

Les systèmes à bande étroite utilisent une modulation de fréquence ou d’amplitude pour envoyer des données. Cela nécessite l’établissement d’une fréquence porteuse de référence entre l’émetteur et le récepteur et ralentit l’initialisation de la liaison, ainsi que la vitesse à laquelle les données peuvent être transmises. UWB, quant à lui, utilise des impulsions pour transmettre des données, de sorte que les systèmes UWB peuvent rapidement initialiser une liaison et envoyer des données extrêmement rapidement.

UWB EST PARFAIT POUR LA COURTE PORTÉE

Les radios Impulse ne sont pas nouvelles. En fait, les toutes premières transmissions radio ont été faites de cette façon avec des émetteurs à éclateur. La technologie à bande étroite est devenue la méthode de transmission la plus répandue car elle offrait un moyen simple de permettre à plusieurs systèmes différents de coexister et de pouvoir diffuser sur de grandes distances. La radio AM/FM, les émissions de télévision et les services cellulaires en sont tous de bons exemples. Bien que les radios à bande étroite soient idéales pour les communications à longue portée, elles se heurtent rapidement à des problèmes d’interopérabilité et d’encombrement lorsqu’elles sont utilisées pour des communications à courte portée. UWB résout ce problème en transmettant une puissance de sortie spectrale très faible et en utilisant de grandes parties du spectre RF, ce qui le rend idéal pour les communications à courte portée.

Spectre UWB

Bande ultra-large

  • Très faible puissance d’émission
  • Gamme 3,1 – 10,6 GHz*
  • Largeurs de canal >= 500 MHz
  • Coexistence avec d’autres normes
  • Vu comme bruit de fond par d’autres radios

*Le spectre de fréquences ultra large bande varie selon les pays

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Faible latence

La technologie radio impulsionnelle de l’UWB présente un autre avantage. Étant donné que chaque impulsion est extrêmement courte, 5 ns ou moins, la latence des données est très faible. Dans un système à bande étroite, le signal porteur doit être modulé plus lentement afin de maintenir le signal transmis à l’intérieur de sa bande étroite. Cela est dû à la relation inverse entre le domaine temporel et le domaine fréquentiel. Plus la porteuse est modulée rapidement, plus son empreinte fréquentielle devient large. Par conséquent, les systèmes à bande étroite ont une latence de données plus longue. Ils souffrent également de temps de démarrage ou d’initialisation plus longs. Dans un système SPARK UWB, il n’est pas nécessaire d’établir un signal de porteuse stable pour permettre au récepteur de se verrouiller sur le signal. Cela signifie que, contrairement aux systèmes à bande étroite, la transmission des données peut commencer immédiatement.

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INTEROPÉRABILITÉ : L'ULB INTERFÈRE-T-ELLE AVEC D'AUTRES NORMES ?

En raison de sa faible puissance spectrale de sortie, l’UWB peut coexister avec d’autres normes de transmission sans les interférer. En fait, d’autres systèmes radio verront UWB comme un bruit de fond. La combinaison de sa large gamme de fréquences, permettant plusieurs canaux, et de la technologie radio à impulsions sous-jacente signifie que l’UWB est également moins impacté par les problèmes de trajets multiples, ce qui le rend plus robuste.

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RÉSEAUX PERSONNELS À HAUT DÉBIT DE DONNÉES (PAN)

La technologie radio à impulsions sous-jacente de l’UWB permet un transfert de données rapide et à faible latence par rapport aux technologies traditionnelles à bande étroite. SPARKs UWB utilise non seulement des impulsions très étroites, mais il tire également parti de la large bande passante UWB et de plusieurs canaux. Cela permet à SPARK UWB de fournir des débits de données plus élevés que les autres technologies PAN concurrentes telles que Bluetooth, BLE et Zigbee. La large bande passante de SPARK UWB le rend moins sujet aux interférences d’autres systèmes et signifie qu’il peut coexister avec des normes dans la même zone physique.

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SPARK UWB : ultra-basse consommation par conception

Comme on peut le voir dans le diagramme de spectre UWB ci-dessus, la puissance d’émission de l’UWB est nettement inférieure aux normes à bande étroite. Cela rend UWB idéal pour les réseaux personnels (PAN) à courte portée ainsi que pour économiser de l’énergie. La technologie radio à impulsions sous-jacente signifie que la transmission se fait en courtes rafales. Comme nous l’avons vu précédemment dans le diagramme de la technologie à bande étroite, les systèmes à bande étroite utilisant une porteuse modulée doivent continuellement transmettre le signal de porteuse pendant le transfert de données. Toutes les radios à impulsion UWB ne sont pas économes en énergie. SPARK UWB utilise une technologie propriétaire pour réduire considérablement la consommation d’énergie de la radio à impulsions. En combinant cela avec la puissance de sortie spectrale inférieure de l’UWB, SPARK UWB réduit considérablement la consommation d’énergie. SPARK UWB est extrêmement économe en énergie, consommant jusqu’à 40 fois moins d’énergie que BLE (Bluetooth Low Energy).

Ce fonctionnement à très faible consommation rend SPARK UWB extrêmement avantageux pour les petites applications alimentées par batterie.

SPARK UWB Durabilité : Sans piles, sans fils

Le nombre d’appareils IoT installés explose alors que de plus en plus de capteurs et d’appareils intelligents sont déployés pour améliorer nos vies et/ou améliorer l’efficacité des systèmes industriels tels que les usines de fabrication et de traitement. Les appareils de communication sans fil – alimentés par des batteries ou par récupération d’énergie – sont souhaitables dans la plupart des cas en raison de leur installation simplifiée et de leurs coûts réduits par rapport aux appareils filaires. SPARK UWB offre l’un des moyens les moins puissants pour mettre en œuvre un réseau de données sans fil à courte portée. Cela se traduit par une durée de vie de la batterie nettement plus longue et permet aux capteurs sans fil d’être alimentés par la récupération d’énergie. Le passage à une solution de capteur IoT à récupération d’énergie permet d’économiser les coûts de maintenance et de remplacement des batteries, ainsi que de réduire les déchets et les émissions de carbone, ce qui en fait une solution plus verte et durable.

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ROBUSTESSE

Toutes les liaisons de communication RF sont sujettes à des distorsions par trajets multiples causées par la réflexion du signal radio sur un ou plusieurs objets, tels que les murs, les sols, les bureaux, etc. Le récepteur voit la somme de tous ces signaux. Étant donné que le temps de vol pour toute réflexion peut être différent en raison du changement de longueur du trajet du signal, le récepteur peut voir des déphasages dans le signal reçu. Ces déphasages peuvent être exagérés par le mouvement relatif du récepteur et de l’émetteur l’un par rapport à l’autre, ainsi que par le mouvement de tout objet reflétant le signal. Les effets de trajets multiples compliquent la tâche des récepteurs à bande étroite qui s’appuient sur des porteuses modulées pour décoder avec précision le signal reçu, ce qui peut entraîner des pannes de communication lorsqu’un utilisateur se déplace dans un espace donné.

SPARK UWB utilise des impulsions pour envoyer des données. Le récepteur recherche la présence ou l’absence d’énergie RF dans une bande donnée dans un intervalle de temps particulier. Cela donne à SPARK UWB un rejet significatif de l’évanouissement par trajets multiples car les signaux par trajets multiples additionnés au niveau du récepteur augmentent la quantité d’énergie totale reçue. De plus, étant donné que la détermination de la phase n’est pas fondamentale pour décoder les données, les changements de phase provoqués par les différences de temps de vol de chaque trajet multiple n’interfèrent pas avec la capacité à décoder correctement le signal.

DISTORTIONS MULTI-CHEMINS

Réflexion statique
Tx / Objet s'éloignant de Rx
Tx / Objet se déplaçant vers Rx

Étant donné que UWB transmet des données à l’aide d’impulsions, le déphasage du signal reçu causé par les effets de trajets multiples n’interfère pas avec la capacité du récepteur à décoder le signal. De plus, le mouvement relatif du récepteur, de l’émetteur et des objets reflétant les signaux n’a pas d’importance.

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Emplacement et portée

Le système radio à impulsions UWB offre des avantages supplémentaires lorsqu’il s’agit de déterminer la position relative du récepteur et de l’émetteur. Étant donné que le signal est très court et que le front de l’impulsion est relativement net, il est possible d’utiliser le temps de vol (ToF) pour déterminer la distance entre l’émetteur et le récepteur. C’est 100 fois plus précis que l’indicateur de puissance du signal reçu (RSSI) utilisé par les technologies à bande étroite telles que le WiFi et le Bluetooth.

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Sécurité et écoute clandestine

La sécurité est une grande préoccupation pour tout système de communication et particulièrement vrai pour les systèmes sans fil où il peut être facile pour un tiers d’écouter. Parce que la force du signal UWB est si faible, cela rend l’écoute beaucoup plus difficile, obligeant le tiers à être situé relativement près à l’émetteur. Cela rend également beaucoup plus difficile la réalisation d’attaques « man in the middle » où un attaquant se situe entre l’émetteur et le récepteur et agit comme un relais, écoutant toutes les communications et les échanges de clés.