यूडब्ल्यूबी पर इमेक | इलेक्ट्रॉनिक्स साप्ताहिक

प्रसिद्ध उदाहरण कारों और इमारतों के लिए हैंड्स-फ़्री प्रवेश समाधान, गोदामों, अस्पतालों और कारखानों में संपत्तियों का पता लगाना और हवाई अड्डों और शॉपिंग मॉल जैसे बड़े स्थानों में नेविगेशन समर्थन हैं।

यूडब्ल्यूबी वायरलेस सिग्नल ट्रांसमिशन की एक विशेषता समय क्षेत्र में बहुत कम दालों का उत्सर्जन है।

आवेग-रेडियो (आईआर) यूडब्ल्यूबी तकनीक में, इसे नैनोसेकंड या यहां तक ​​कि पिकोसेकंड की दालों को संचारित करके चरम पर ले जाया जाता है। नतीजतन, फ़्रीक्वेंसी डोमेन में, यह एक बैंडविड्थ पर कब्जा कर लेता है जो वाई-फाई और वायरलेस ‘नैरोबैंड’ संचार तकनीकों की तुलना में बहुत व्यापक है। ब्लूटूथ.

यूडब्ल्यूबी तकनीक व्यापक आवृत्ति रेंज (आमतौर पर 6 से 10 गीगाहर्ट्ज तक) पर काम करती है और लगभग 500 मेगाहर्ट्ज और उससे अधिक के चैनल बैंडविड्थ का उपयोग करती है। और उसके कारण, इसकी रेंजिंग सटीकता नैरोबैंड प्रौद्योगिकियों की तुलना में बहुत अधिक है। आज, यूडब्ल्यूबी एक ट्रांसमीटर (टीएक्स) और रिसीवर (आरएक्स) के बीच सेमी-से-मिमी-स्तर की स्थान जानकारी प्रदान कर सकता है जो आमतौर पर 10-15 मीटर की दूरी पर होते हैं।

इसके अलावा, यूडब्ल्यूबी भौतिक परत में संवर्द्धन – कम दर वाले वायरलेस नेटवर्क के लिए आईईईई मानक में आईईईई 802.15.4z संशोधन को अपनाने के हिस्से के रूप में – सुरक्षित रेंजिंग क्षमताओं को सक्षम करने में सहायक रहा है।

चित्र 1 – (शीर्ष) आवृत्ति और (निचले) समय डोमेन में यूडब्ल्यूबी और नैरोबैंड सिग्नल ट्रांसमिशन का प्रतिनिधित्व।

इन वर्षों में, imec ने UWB तकनीक को आगे बढ़ाने और उन चुनौतियों पर काबू पाने में महत्वपूर्ण योगदान दिया है जो इसके व्यापक रूप से अपनाने में बाधा बन रही हैं: इसकी बिजली की खपत को कम करना, इसकी बिट दर को बढ़ाना, इसकी रेंजिंग सटीकता को बढ़ाना, रिसीवर चिप को समान आवृत्ति बैंड में काम करने वाली अन्य वायरलेस प्रौद्योगिकियों के हस्तक्षेप के खिलाफ अधिक लचीला बनाना। [1] और लागत प्रभावी सीएमओएस सिलिकॉन चिप कार्यान्वयन को सक्षम करना।

Imec शोधकर्ताओं ने रेंजिंग और संचार के लिए IEEE 802.15.4z मानक के अनुरूप, UWB रेडियो चिप्स की कई पीढ़ियों का विकास किया। इमेक के ट्रांसमीटर सर्किट नवीन पल्स आकार और मॉड्यूलेशन तकनीकों के माध्यम से संचालित होते हैं, जो उन्नत ध्रुवीय ट्रांसमीटर, डिजिटल चरण-लॉक लूप (पीएलएल), और रिंग ऑसिलेटर-आधारित आर्किटेक्चर द्वारा सक्षम होते हैं – जो कम बिजली की खपत पर मिमी-स्केल रेंजिंग परिशुद्धता प्रदान करते हैं।

रिसीवर की ओर से, सर्किट डिज़ाइन नवाचारों ने बिजली की खपत को कम करते हुए उत्कृष्ट हस्तक्षेप लचीलेपन में योगदान दिया है। यूडब्ल्यूबी प्रोटोटाइप ट्रांसमीटर और ट्रांसीवर चिप्स की विभिन्न पीढ़ियों को लागत प्रभावी सीएमओएस-संगत प्रसंस्करण तकनीकों के साथ तैयार किया गया है और छोटे सिलिकॉन क्षेत्रों द्वारा चिह्नित किया गया है।

यूडब्ल्यूबी प्रौद्योगिकी के उत्कृष्ट प्रदर्शन से प्रोत्साहित होकर, विशेषज्ञ कुछ समय से दावा कर रहे हैं कि यूडब्ल्यूबी की क्षमता ‘सटीक और सुरक्षित रेंजिंग’ से कहीं अधिक बड़ी है। वे रडार जैसे अनुप्रयोगों में अवसर देख रहे थे, जो रेंजिंग के विपरीत, एक एकल उपकरण को नियोजित करता है जो यूडब्ल्यूबी दालों का उत्सर्जन करता है और ‘निष्क्रिय’ वस्तुओं का पता लगाने के लिए प्रतिबिंबित संकेतों का विश्लेषण करता है।

जब यूडब्ल्यूबी की सटीक रेंजिंग क्षमताओं के साथ जोड़ा जाता है, तो यह ऑटोमोटिव उपयोग के मामलों में अनुप्रयोगों को व्यापक बना सकता है जैसे कि केबिन में उपस्थिति का पता लगाना और रहने वालों के इशारों और सांसों की निगरानी करना – जिसका उद्देश्य उनकी सुरक्षा बढ़ाना है। या स्मार्ट घरों के बारे में सोचें, जहां लोगों की उपस्थिति के आधार पर प्रकाश वातावरण को समायोजित करने के लिए यूडब्ल्यूबी रडार सेंसर का उपयोग किया जा सकता है। नर्सिंग होम में, कैमरे की निगरानी की आवश्यकता के बिना गिरने का पता लगाने के आधार पर अलर्ट शुरू करने के लिए प्रौद्योगिकी को तैनात किया जा सकता है।

ऐसे यूडब्ल्यूबी उपयोग मामलों को सक्षम करने में वायरलेस तकनीक के लिए अगली पीढ़ी के मानक आईईईई 802.15.4ab की सुविधा होगी, जिसके आधिकारिक तौर पर 2026 की शुरुआत में जारी होने की उम्मीद है। 802.15.4ab आईआर-यूडब्ल्यूबी उपकरणों में रडार कार्यक्षमता सहित कई संवर्द्धन की पेशकश करेगा – उन्हें सेंसिंग-सक्षम उपकरणों में बदल देगा।

2025 में वीएलएसआई प्रौद्योगिकी और सर्किट पर संगोष्ठी (वीएलएसआई 2025), आईएमईसी ने अपनी चौथी पीढ़ी का यूडब्ल्यूबी ट्रांसीवर प्रस्तुत किया, जो 802.15.4एबी के प्रारंभिक संस्करणों द्वारा परिभाषित रडार सेंसिंग के लिए बेसलाइन के अनुरूप है। [2].

आधारभूत विशेषताओं में, अन्य बातों के अलावा, उच्च डेटा दरों द्वारा समर्थित उन्नत मॉड्यूलेशन शामिल है। इसके अतिरिक्त, imec की UWB रडार सेंसिंग तकनीक उन्नत रडार सेंसिंग क्षमताओं (जैसे विस्तारित रेंज) और 124.8Mb/s की रिकॉर्ड-उच्च डेटा दर की पेशकश करने वाली अनूठी विशेषताओं को लागू करती है – जो सिस्टम-ऑन-चिप में एकीकृत है। वर्तमान 802.15.4z मानक के अनुरूप होने के कारण, नया रेडियो अपनी रडार सेंसिंग क्षमताओं को संचार और सुरक्षित रेंजिंग के साथ जोड़ता है।

चित्र 2 – imec के Gen-4 IR-UWB रेडियो सिस्टम की तस्वीर।

imec के IR-UWB रडार सेंसिंग सिस्टम की एक अनूठी विशेषता 2×2 MIMO आर्किटेक्चर है, जिसमें दो ट्रांसमीटर और दो रिसीवर पूर्ण डुप्लेक्स मोड में कॉन्फ़िगर किए गए हैं। इस कॉन्फ़िगरेशन में, एक डुप्लेक्सर नियंत्रित करता है कि ट्रांसीवर ट्रांसमिट या रिसीव मोड में काम करता है या नहीं। साथ ही, TXs और RXs को एक साथ जोड़ा गया है (TX1-RX1, TX1-RX2, और TX2-RX2), जो डुप्लेक्सर द्वारा जुड़े हुए हैं। यह रडार को एक मोड से दूसरे मोड में टॉगल करने के लिए आरएफ स्विच का उपयोग किए बिना ट्रांसमिट और रिसीव मोड में एक साथ काम करने की अनुमति देता है।

काम करने का यह तरीका निकटतम दूरी को कम करने की अनुमति देता है जिस पर रडार काम कर सकता है – एक मीट्रिक जो पारंपरिक रूप से दोनों मोड के बीच स्विच करने के लिए आवश्यक समय तक सीमित है। इमेक का पूर्ण-डुप्लेक्स-आधारित रडार 30 सेमी और 3 मीटर के बीच की सीमा में काम कर सकता है – एक महत्वपूर्ण उपलब्धि। इस पूर्ण-डुप्लेक्स एमआईएमओ कॉन्फ़िगरेशन में, निकटतम दूरी केवल रडार की 500 मेगाहर्ट्ज बैंडविड्थ द्वारा प्रतिबंधित है।

IR-UWB 2TRX रडार भौतिक रूप से दो एंटीना तत्वों को लागू करता है, प्रत्येक एंटीना को एक TX और एक RX के बीच साझा किया जाता है। हालाँकि, 2×2 MIMO फुल-डुप्लेक्स कॉन्फ़िगरेशन वस्तुतः तीन एंटेना के साथ एक सरणी की अनुमति देता है, जो रडार के कोणीय रिज़ॉल्यूशन और क्षेत्र की खपत में काफी सुधार करता है। अत्याधुनिक सिंगल-इनपुट-सिंगल-आउटपुट (SISO) रडार की तुलना में, रडार 2.5 कम एंटेना के साथ 1.7x छोटे क्षेत्र की खपत करता है, जो इसे अत्यधिक प्रदर्शन करने वाला, कॉम्पैक्ट और लागत प्रभावी समाधान बनाता है। टीएक्स को आरएक्स सिग्नल से अलग करने के लिए उन्नत तकनीकों का उपयोग किया जाता है, जिसके परिणामस्वरूप 500 मेगाहर्ट्ज बैंडविड्थ पर 30 डीबी अलगाव होता है।

चित्र 3 – 2टीआरएक्स की वास्तुकला (जैसा कि वीएलएसआई 2025 में प्रस्तुत किया गया है)।

सिग्नल ट्रांसमिशन एक हाइब्रिड एनालॉग/डिजिटल ध्रुवीय ट्रांसमीटर पर निर्भर करता है, जो सिग्नल मॉड्यूलेशन के लिए एनालॉग डोमेन में फ़िल्टरिंग प्रभाव पेश करता है। इसके परिणामस्वरूप एक स्वच्छ ट्रांसमिट सिग्नल स्पेक्ट्रम प्राप्त होता है, जो यूडब्ल्यूबी रडार सेंसर के अच्छे प्रदर्शन और कम पावर संचालन का समर्थन करता है।

अंत में, एमआईएमओ-आधारित एनालॉग/आरएफ भाग के अलावा, यूडब्ल्यूबी रडार सेंसिंग डिवाइस में एक उन्नत डिजिटल बेसबैंड (या मॉडेम) शामिल है, जो सिग्नल प्रोसेसिंग के लिए जिम्मेदार है। यह घटक प्रासंगिक जानकारी निकालता है जैसे कि रडार और वस्तु के बीच की दूरी, और आगमन के कोण का अनुमान।

IR-UWB MIMO-आधारित रडार तकनीक की विशेषताएं ऑटोमोटिव उपयोग के मामलों के लिए विशेष रूप से आकर्षक हैं, जहां UWB रडार का उपयोग न केवल यह पता लगाने के लिए किया जा सकता है कि कार में कोई मौजूद है (उदाहरण के लिए, बच्चे की उपस्थिति का पता लगाना), बल्कि वाहन के अधिभोग को मैप करने और सांस लेने जैसे महत्वपूर्ण संकेतों की निगरानी करने के लिए भी। यह क्षमता वर्तमान में कई ऑटोमोटिव ओईएम और टियर-1 आपूर्तिकर्ताओं के रोडमैप पर है। लेकिन आज, कोई भी रडार तकनीक इस कार्यक्षमता को आवश्यक सटीकता के साथ प्रदान नहीं कर सकती है। रडार से समान (कम) दूरी पर दो लक्ष्यों का पता लगाने के लिए आवश्यक कोणीय रिज़ॉल्यूशन प्राप्त करना विशेष रूप से चुनौतीपूर्ण है। इसके अलावा, सांस की निगरानी के लिए, कुछ सेकंड की अवधि के भीतर लक्ष्य की छोटी-छोटी गतिविधियों को समझा जाना चाहिए।

चित्र 4 – इन-केबिन आईआर-यूडब्ल्यूबी रडार डेमो (जैसा कि पीआईएमआरसी 2025 में प्रस्तुत किया गया है)।

व्यक्तिगत, इनडोर और मोबाइल रेडियो संचार (IEEE PIMRC 2025) पर 2025 IEEE अंतर्राष्ट्रीय संगोष्ठी में, imec शोधकर्ताओं ने अवधारणा का पहला प्रमाण प्रस्तुत किया, जिसमें imec के नवीनतम IR-UWB MIMO रडार सिस्टम की दो इन-केबिन सेंसिंग कार्य करने की क्षमता दिखाई गई: अधिभोग का पता लगाना और श्वास दर का अनुमान [3]. एक छोटी कार के अंदर केबिन में माप किया गया। यूडब्ल्यूबी प्लेटफॉर्म को कार की छत के केंद्र में, रियर-व्यू मिरर के करीब, दो इन-हाउस विकसित एंटीना तत्वों की एक श्रृंखला के सामने रखा गया था। एंटेना से ड्राइवर और सामने की यात्री सीटों के केंद्र तक की दूरी 55 सेमी थी। प्रायोगिक परिणाम आगमन के कोण और श्वास दर के अनुमान के लिए उच्च परिशुद्धता प्राप्त करने की पुष्टि करते हैं। उदाहरण के लिए, ऐसे परिदृश्य के लिए जहां यात्री और चालक दोनों सीटें भरी हुई हैं, imec की यूडब्ल्यूबी रडार प्रणाली आगमन के कोण और श्वास दर अनुमान के लिए क्रमशः 1.90 डिग्री और 2.95 बीपीएम से कम का मानक विचलन प्राप्त करती है।

चित्र 5 – ड्राइवर और यात्री के लिए निकाले गए श्वास संकेत (जैसा कि पीआईएमआरसी 2025 में प्रस्तुत किया गया है)।

अपने योगदान में, imec लेखक इन-केबिन निगरानी के लिए UWB तकनीक का उपयोग करने के एक अतिरिक्त लाभ पर प्रकाश डालते हैं: TRX आर्किटेक्चर जो पहले से ही कुछ कारों में बिना चाबी के प्रवेश के लिए उपयोग किया जाता है, उसे रडार अनुप्रयोगों के लिए फिर से उपयोग किया जा सकता है – जिससे कुल लागत में कटौती होती है।

उत्कृष्ट रडार सेंसिंग क्षमताओं के अलावा, imec का नवीनतम IR-UWB ट्रांसीवर एक और विशेषता प्रदान करता है जो इसे मौजूदा UWB समाधानों से अलग करता है: यह 124.8Mb/s की रिकॉर्ड-उच्च डेटा दर प्रदान करता है – उच्चतम डेटा दर जो अभी भी आगामी 802.15.4ab मानक के साथ संगत है। [2]. यह वर्तमान में रेंजिंग और संचार अनुप्रयोगों में उपयोग की जाने वाली 6.8Mb/s डेटा दर से लगभग 20 गुना अधिक है, और यह एनालॉग फ्रंटएंड और डिजिटल बेसबैंड दोनों के अनुकूलन का परिणाम है। उच्च डेटा दर प्रति बिट कम ऊर्जा के साथ आती है – उदाहरण के लिए वाई-फाई द्वारा खपत की तुलना में बहुत कम – विशेष रूप से ट्रांसमिट पक्ष पर।

ये सुविधाएँ ऑडियो और वीडियो डेटा स्ट्रीमिंग दोनों में नए एप्लिकेशन को अनलॉक करेंगी। संभावित उपयोग के मामले अगली पीढ़ी के स्मार्ट ग्लास या वीआर/एआर डिवाइस हैं, जिसके लिए यूडब्ल्यूबी टीआरएक्स का छोटा रूप कारक एक अतिरिक्त लाभ है।

IEEE 802.15.4ab मानक एक और सुविधा का समर्थन करता है: उन्नत रेंजिंग। यह सिग्नल ट्रांसमिशन के लिए लिंक बजट को बढ़ाएगा, जिससे रेंजिंग दूरी में चार गुना वृद्धि होगी – दृष्टि की मुक्त रेखा के मामले में 100 मीटर तक। इस सुविधा से कारों और स्मार्ट इमारतों के लिए बिना चाबी के प्रवेश समाधान के लिए उपयोगकर्ता अनुभव में उल्लेखनीय वृद्धि होने की उम्मीद है। यह न केवल ऑपरेटिंग दूरी में सुधार कर सकता है, बल्कि यह चुनौतीपूर्ण वातावरण को भी बेहतर ढंग से संबोधित कर सकता है, जैसे कि जब सिग्नल किसी अन्य वस्तु द्वारा अवरुद्ध हो जाता है (उदाहरण के लिए, बॉडी ब्लॉकिंग)।

एक नए नैरोबैंड (एनबी) ट्रांसीवर की शुरूआत imec की पांचवीं पीढ़ी की यूडब्ल्यूबी तकनीक में एक नई सुविधा के रूप में इस उन्नत रेंजिंग क्षमता को अनलॉक करती है। यह ट्रांसीवर आर्किटेक्चर एनबी-सहायता प्राप्त यूडब्ल्यूबी ऑपरेशन को सक्षम बनाता है जो पिछली पीढ़ियों की तुलना में यूडब्ल्यूबी की व्यावहारिक संचालन सीमा को चार तक बढ़ा देता है।

पिछले दो दशकों में, IEEE 802.15.4z-अनुपालक UWB तकनीक ने ऑटोमोटिव, स्मार्ट उद्योग, स्मार्ट होम और स्मार्ट बिल्डिंग बाजारों में उपयोग के मामलों को सक्षम करते हुए, बड़े पैमाने पर बाजार में सुरक्षित-रेंजिंग और स्थानीयकरण तैनाती का समर्थन करने की अपनी क्षमता साबित की है। आगामी IEEE 802.15.4ab मानक द्वारा समर्थित, उभरते UWB डिवाइस अब रडार कार्यक्षमता से भी सुसज्जित हो सकते हैं।

Imec की IR-UWB तकनीक की चौथी पीढ़ी पहली (सार्वजनिक रूप से रिपोर्ट की गई) 802.15.4ab अनुरूप रडार-सेंसिंग डिवाइस है, जो उत्कृष्ट रडार-सेंसिंग क्षमताओं को प्रदर्शित करती है – ऑटोमोटिव के साथ-साथ स्मार्ट घरेलू उपयोग के मामलों के लिए उपयुक्त है। रिकॉर्ड उच्च डेटा दर यूडब्ल्यूबी की नए बाजारों तक पहुंचने की क्षमता को भी दर्शाती है: स्मार्ट ग्लास या एआर/वीआर उपकरणों के लिए कम-शक्ति डेटा स्ट्रीमिंग।

पांचवीं पीढ़ी में पेश किया गया एनबी ट्रांसीवर आर्किटेक्चर न केवल उन्नत क्षमताओं को अनलॉक करता है, बल्कि इसे विस्तारशीलता को ध्यान में रखकर भी डिजाइन किया गया है। जबकि इसकी प्राथमिक भूमिका IEEE 802.15.4ab के तहत NB-सहायता प्राप्त UWB है, यह ब्लूटूथ हायर बैंड जैसे उभरते मानकों का समर्थन करने की नींव रखता है। [4]एकीकृत, मल्टी-बैंड, बहु-मानक कम-शक्ति वायरलेस समाधान के लिए मार्ग प्रशस्त करना।

यूडब्ल्यूबी प्रौद्योगिकी का भविष्य उज्ज्वल दिखता है। न केवल तकनीकी प्रगति तीव्र गति से एक-दूसरे का अनुसरण करती है, बल्कि चल रहे मानकीकरण प्रयास वर्तमान और भविष्य के यूडब्ल्यूबी अनुप्रयोगों को आकार देने में मदद करते हैं।