LE-UWBMC Technologie

Architecture sans fil conçue pour les systèmes intelligents en temps réel.

Qu'est-ce que le LE-UWB ?

LE-UWB™ (Low Energy Ultra-Wideband) est l'architecture technologique sans fil de SPARK Microsystems pour le transfert de données déterministe en temps réel à très faible consommation. Basée sur les principes de la radio impulsionnelle UWB et optimisée pour un fonctionnement à faible consommation, LE-UWB est conçue pour offrir une latence prévisible, un débit élevé et une connectivité robuste à courte portée pour les systèmes physiques critiques en termes de temps.

Contrairement aux implémentations UWB classiques basées sur des normes, souvent associées à la télémétrie et au positionnement, la LE-UWB est conçue comme une liaison de données sans fil en temps réel pour les systèmes qui doivent détecter, coordonner et agir en périphérie.
Aussi bas que
1 nJ
par bit
Jusqu'à
41
Mbps
Environ
25 μs
Temps de communication pour 1 kbit
Alors que la technologie UWB classique est souvent optimisée pour la portée et la localisation, la technologie LE-UWB™ est conçue pour le transfert de données sans fil en temps réel. Elle combine une faible latence déterministe, une consommation d'énergie ultra-faible et un débit de données élevé au sein d'une liaison sans fil à courte portée.

La technologie LE-UWB est spécialement conçue pour les appareils qui ne peuvent tolérer l'incertitude de synchronisation, les coupures dues aux interférences ou les budgets énergétiques qui compromettent la taille, la chaleur, l'autonomie de la batterie ou la densité de déploiement.

Comment fonctionne le LE-UWB

Bande étroite
Bluetooth · Wi-Fi · Zigbee :
Modulation de porteuse
Verrou de porte-bagages
Transfert de données
LE-UWB
Radio Impulse :
Transmission immédiate
Immédiat. Aucune initialisation.
« La technologie LE-UWB transmet les données sous forme d'impulsions ultracourtes discrètes, d'une durée de 5 nanosecondes ou moins chacune, au lieu de moduler une fréquence porteuse. Il n'y a donc pas de porteuse à synchroniser, pas de délai d'initialisation et aucune exigence de suivi de phase. »
Radio à impulsions vs. bande étroite

La plupart des normes sans fil courantes, telles que Bluetooth, Wi-Fi, Zigbee et les réseaux cellulaires, sont des technologies à bande étroite. Elles transmettent des données en modulant une fréquence porteuse : un signal de référence continu que les deux extrémités de la liaison doivent établir et maintenir avant que les données puissent circuler.

Cela a des conséquences : délai d'initialisation, débit de modulation limité et suivi de phase continu qui rendent le récepteur sensible aux interférences, aux réflexions et aux mouvements.

La technologie LE-UWB repose sur une approche fondamentalement différente : la transmission par impulsions. Au lieu d’une porteuse, elle transmet les données sous forme d’impulsions ultracourtes discrètes, d’une durée inférieure ou égale à 5 nanosecondes. Il n’y a donc pas de porteuse à synchroniser, pas de délai d’initialisation ni de suivi de phase. La transmission peut démarrer immédiatement.

Ce n'est pas une idée nouvelle. Les premières transmissions radio utilisaient des émetteurs à impulsions à éclateur. La technologie LE-UWB applique le même principe physique, enrichi d'une ingénierie de précision et d'une optimisation de puissance exclusive.

Spectre UWB

Contrairement aux radios à bande étroite qui concentrent le signal sur une portion restreinte du spectre, la technologie LE-UWB répartit son énergie sur une large bande spectrale. Le SR1120 fonctionne dans la bande 6,2–9,5 GHz, divisée en plusieurs canaux larges sur lesquels la radio peut être réglée. Cette large bande passante confère à l'ultra-large bande ses propriétés caractéristiques : une excellente résolution temporelle, une forte résistance aux trajets multiples et la possibilité de supporter des débits de données élevés.

Le spectre est reconfigurable dynamiquement, permettant ainsi au SR1120 de sélectionner les canaux en fonction des réglementations UWB régionales, au lieu d'être limité à une seule allocation fixe. Associée à la diversité d'antennes et à des débits de symboles configurables jusqu'à 40,96 MHz, cette fonctionnalité permet à un seul appareil de fonctionner dans différentes régions et de coexister avec les technologies BLE, Wi-Fi et cellulaires, évitant ainsi la saturation des bandes 2,4 et 5 GHz.

Bande étroite
Bluetooth · Wi-Fi · Zigbee :
Modulation de porteuse
Verrou de porte-bagages
Transfert de données
LE-UWB
Radio Impulse :
Transmission immédiate
Immédiat. Aucune initialisation.
« La technologie LE-UWB transmet les données sous forme d'impulsions ultracourtes discrètes, d'une durée de 5 nanosecondes ou moins chacune, au lieu de moduler une fréquence porteuse. Il n'y a donc pas de porteuse à synchroniser, pas de délai d'initialisation et aucune exigence de suivi de phase. »
Contexte

Les liaisons sans fil à courte portée présentent un problème différent.

Les technologies à bande étroite ont été conçues pour la portée. La technologie LE-UWB a été conçue pour la proximité, notamment pour les réseaux personnels (PAN), les réseaux corporels (BAN) et les liaisons de dispositif à dispositif en champ proche, où les contraintes de puissance, la densité des environnements RF et les exigences de synchronisation précises imposent une architecture différente.
Radio à bande étroite
Sans fil traditionnel
• Puissance d'émission plus élevée
• Démarrage/initialisation lent
• Mauvaise portée
• Latence élevée
• Faible robustesse face aux trajets multiples
Performance

Les quatre piliers de la preuve.

LE-UWB™ répond aux exigences des quatre piliers essentiels des systèmes physiques intelligents. Chacun repose sur des performances sans fil mesurables, et non sur des affirmations abstraites en matière de connectivité.

Latence ultra-faible

La transmission radio par impulsions ne nécessite ni établissement de porteuse ni verrouillage de phase. La transmission des données est immédiate. La latence de bout en bout est déterministe : elle reste constante, sans aucune gigue due à la congestion, aux tentatives de reconnexion ou à la surcharge du protocole.
25 µs
temps d'antenne pour 1 kbit

Débit élevé

La technologie LE-UWB combine des impulsions ultracourtes avec une large bande passante et de multiples canaux pour fournir des débits de données élevés sur une courte portée, surpassant ainsi les technologies BLE, Zigbee et PAN comparables à des niveaux de puissance équivalents.
40,96 Mbps
débit de données maximal

Connectivité robuste

L'architecture impulsionnelle de la technologie LE-UWB ne repose pas sur la phase pour décoder les données. Le récepteur détecte la présence ou l'absence d'énergie RF dans un intervalle de temps défini. Les réflexions multi-trajets ajoutent de l'énergie au lieu de la corrompre ; la technologie est robuste aux mouvements de l'appareil, de l'émetteur ou de l'environnement.
Très résistant
à évanouissement multi-trajets

Ultra-faible puissance

La technologie LE-UWB transmet par brèves impulsions à très faible puissance spectrale. L'architecture propriétaire de SPARK réduit la consommation d'énergie jusqu'à 40 fois par rapport au BLE, permettant ainsi des configurations de récupération d'énergie et une autonomie considérablement accrue pour les appareils aux ressources limitées.
1 mW
@1 Mbps
Robustesse

Voies multiples et coexistence

Toutes les liaisons sans fil subissent des trajets multiples : le récepteur ne reçoit pas seulement le signal direct, mais aussi les réflexions provenant des murs, des sols, des objets et des éléments mobiles de l’environnement. Les récepteurs à bande étroite, qui reposent sur le suivi de phase, sont sensibles aux déphasages induits par ces réflexions.

L'architecture impulsionnelle de la technologie LE-UWB est intrinsèquement immunisée contre ce type de défaillance. Le décodage étant indépendant de la phase, les réflexions multi-trajets ajoutent de l'énergie au signal reçu au lieu de le déformer. Les mouvements de l'appareil, de l'émetteur ou des objets environnants n'affectent pas la qualité de la liaison.
Comparaison des formes d'onde
Radio à bande étroite traditionnelle
SPARK LE-UWB
La coexistence découle de la même conception spectrale : la très faible densité de puissance du LE-UWB fait que les normes BLE, Wi-Fi et cellulaires le perçoivent comme un bruit de fond. Aucune concurrence spectrale. Aucune interférence.
Rayonnement

100 fois plus précis que le RSSI

Grâce à la brièveté extrême et à la netteté des fronts des impulsions LE-UWB, le temps de vol entre l'émetteur et le récepteur peut être mesuré avec une grande précision. La distance peut être déterminée avec une précision de l'ordre du degré. 100 fois supérieur aux méthodes basées sur le RSSI utilisé par les systèmes à bande étroite.
RX
Durée du vol
100×
précision de la portée RSSI
+/-30 cm LoS
Précision du ToF
Sécurité

Intercepter de manière intrinsèquement difficile

La faible puissance spectrale d'émission des ondes LE-UWB rend l'écoute passive intrinsèquement difficile et exige la présence d'un tiers à proximité immédiate pour intercepter un signal. Cette même caractéristique rend les attaques de type « homme du milieu » considérablement plus complexes à mettre en œuvre.
écoute passive
Nécessite une proximité physique étroite, bien en deçà de la portée d'interception pratique pour la plupart des vecteurs d'attaque.
L'homme au milieu
La très faible densité de puissance rend les attaques par relais beaucoup plus difficiles à exécuter sans être détectées.
LE-UWB contre BLE · Wi-Fi · UWB standard

Comparaison des technologies LE-UWB

Les performances annoncées doivent être prouvées. Le tableau comparatif met en parallèle la technologie LE-UWB avec les technologies BLE, Wi-Fi et UWB standard 802.15.4z en termes de latence, de consommation d'énergie, de débit et de portée ; les conditions de test sont précisées.

Et ensuite ?

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