Anwendungsfälle und Testanforderungen für Next Generation UWB

Fortgeschrittene Entfernungsmessung

Der Multi-Millisekunden-Modus (MMS) verbessert durch Aufteilung der Ranging-Pakete in RSF- und RIF-Fragmente, die in Millisekunden-Zeitschlitzen übertragen werden, die Präzision und Energieeffizienz der UWB-Entfernungsmessung. Damit sind höhere effektive Sendeleistungen und eine geringere Störanfälligkeit erzielbar. Es werden sowohl UWB-gesteuerte als auch schmalbandgestützte (NBA) Konfigurationen unterstützt, wodurch eine hybride Nutzung von UWB- und O-QPSK-Kanälen ermöglicht wird. Es sind mehrere One-to-One- und One-to-Many-Entfernungsmessmodi definiert und Optionen für Interleaved- oder Non-Interleaved-Sequenzen je nach Latenz- und Leistungsanforderungen vorgesehen.

UWB Sensing/Radar

UWB Sensing wird durch neue SENS-Paketformate, spezielle Pulsformen mit minimalen Nebenkeulen und standardisierte CIR-Datenschnittstellen unterstützt. Zu den Anwendungsgebieten gehören Bewegungserkennung, Überwachung von Vitalfunktionen und Umgebungskartierung. Die Genauigkeit wird durch Frequenz-Stitching – entweder innerhalb eines Pakets oder zwischen Paketen – mit überlappenden Kanalzuweisungen verbessert. Das Pulsdesign sieht ternäre Codes und vordefinierte Zeitmarkierungen vor, um die Auflösung und Objekttrennung zu optimieren.

Wake-up-Radios

Wake-up-Radios erkennen spezielle UWB-Impulse, die im Millisekundenabstand ausgesendet werden, und aktivieren Geräte aus sehr energiearmen Betriebszuständen. Die Wake-up-Nachrichten bestehen aus synchronisierten Pulsen, die mit einem Startbit und einer Zielgeräte-ID codiert sind, wobei die Binärdarstellung durch Positionsmodulation erfolgt. Das System steuert Latenz und Energieverbrauch über die Anzahl der SYNC-Wiederholungen und unterstützt Wake-up-Perioden zwischen 10,25 ms und 102,5 ms.

Low-Energy UWB (LE-UWB)

LE-UWB ermöglicht eine effiziente und einfache Datenübertragung durch obligatorische Ein-Aus-Tastung (On-Off Keying, OOK) und optionale Burst-Positionsmodulation (BPM). Beide Modulationsverfahren nutzen Pulsmuster auf Chipebene mit Frequenzen bis 245,76 MHz und unterstützen Datenraten zwischen 5 Mbps und 20 Mbps. Die Symbole sind kurz und benötigen keine HF-Trägergenerierung, sodass sie sich für LE-UWB IoT-Anwendungen eignen, die mit geringer Leistung eine niedrige Latenz erzielen müssen.

Neue Anforderungen an Tests der Bitübertragungsschicht

Die erweiterten UWB-Funktionen machen neue Testbedingungen notwendig, darunter Vorgaben zur Pulsformgenauigkeit anhand von Zeitbereichsmasken sowie Anforderungen an die Kreuzkorrelation. Zusätzlich sind Tests für O-QPSK-basierte Schmalband-Bitübertragungsschichten, die dynamische Datenratenanpassung und zum Nachweis der Konformität der Sensing-Pulse vorgesehen. Diese Tests entsprechen den IEEE-Standards sowie den regulatorischen und Zertifizierungsanforderungen von Organisationen wie FiRa, CCC und CSA.

Leistungsdichtemaske (PSD-Maske) für O-QPSK-Übertragung

Die O-QPSK-Übertragung im NBA-MMS-Ranging muss festgelegte Grenzwerte für die spektrale Leistungsdichte einhalten. Die abgestrahlte Leistungsdichte wird mit einer Auflösebandbreite von 100 kHz gemessen und muss jenseits von ±3,5 MHz zur Trägerfrequenz einen relativen Pegelabfall von −20 dB aufweisen. Der Symbol- und Trägerfrequenz-Abgleich muss engen Toleranzen von ±20 ppm entsprechen, um einen kohärenten Betrieb mit der UWB-Bitübertragungsschicht sicherzustellen.

UWB-Testlösungen

Messgeräte wie der CMP200 und die R&S®ATS800R unterstützen die UWB-Entwicklung in allen Phasen – von der frühen Forschung und dem Chipsatz-Design bis hin zu Konformität, Produktion und Zertifizierung. Die Funktionalität umfasst parametrische Tests, AoA-Verifizierung, Validierung von Sensing-Pulsen und Over-the-Air-(OTA)-Performance-Charakterisierung.