超広帯域 (UWB) は、低消費電力と高速伝送を備えたワイヤレス パーソナル エリア ネットワーク通信技術であり、モノのインターネット デバイス間の測位および測距アプリケーションに非常に適しています。本稿では、UWB技術と関連アプリケーションの開発状況、および村田製作所が導入したUWBモジュールソリューションについて紹介します。
UWBテクノロジーは、無線通信アプリケーションに高品質のサービスを提供できます。
実際のところ、UWBは新しい技術ではありません。1960年代に初めて軍事通信に適用され、2002年に連邦通信委員会（FCC）が商用利用を承認しました。UWB技術は、1GHzを超える周波数帯域幅を持つ無線通信技術です。正弦波搬送波は使用せず、ナノ秒 (ns) からピコ秒 (ps) までの非正弦波の狭いパルス波を使用してデータを送信します。時間変調技術により、UWBの伝送速度が大幅に向上し、消費電力が比較的低く、より正確な測位能力を備えています。
UWBテクノロジーは広範囲のスペクトルにわたります。FCCは、UWB技術が3.1～10.6GHz帯域で500MHzを超える帯域幅を占有することを明確に定義しています。無線パーソナルエリアネットワーク（WPAN）、ホームネットワーク接続、短距離レーダーなどの分野に適用できます。
UWBは、不連続な狭いパルス波を使用するため、消費電力が低く、デバイスの送信電力が低く、伝送速度が速く、セキュリティが高いという特徴と利点があります。同時に、パルス波が短いため、検出が困難です。干渉が少なく、コストが低く、使用する部品が少なく、他の既存の無線通信システムとスペクトルを共有するなどの特性と利点があり、特に屋内などの密集したマルチパスの場所での高速無線アクセスに適しています。
UWBはリアルタイムの測位システムで使用でき、精度と低消費電力の利点により、病院などのRFに敏感な環境に非常に適しています。UWBはピアツーピアの高精度測距に使用でき、数センチメートルの測位精度を提供できるため、エンティティ間の相対距離に基づく多くのアプリケーションが可能になります。また、工場、倉庫、オフィスなどのIoTデバイスの屋内測位機能にも幅広く活用できます。関連製品には、さまざまな消費財（ゲーム コントローラー、掃除ロボット、芝刈り機）、エンジニアリング資産管理、地下駐車場ナビゲーションなどのアプリケーションが含まれます。
図1-1、NXP S150ソリューションのUWBモジュール、タイプ2BP
IoTデバイスの正確な位置特定が可能
UWB測位アプリケーション向けに、村田製作所は電波飛行時間（ToF）に基づく安全で正確な距離測定に適したモジュールを多数導入しており、UWB技術を使用したIoTデバイスの正確な測位を実現できます。村田製作所は、さまざまな要件に対応する多数のUWBモジュールを導入しており、それらはすべてFCC/IC/MIC (日本) 認証およびETSIレポートを実行する準備ができており、ISO9001仕様に準拠しています。
Murata Type 2BPは、NXPのSR150 UWBチップセット、クロック、フィルター、周辺コンポーネントを含む超小型UWBモジュールです。バッテリーで駆動する一般的なIoTデバイスに非常に適しています。樹脂成形とコンフォーマルシールド構造を組み合わせたモジュールです。NXP Trimension SR150チップセットを採用し、UWBチャネル5および9、SPIインターフェイスをサポートし、3つのアンテナ (3D AoAまたは2D AoAサポート)、電力キャリブレーション、Xtalキャリブレーションもサポートします。
Murata Type 2BPは、民生用製品アプリケーションをサポートし、128kBコードRAMと128kBデータRAMを備えたARM Cortex-M33 CPUコアを搭載し、-30℃ ～ 85℃ の温度範囲で動作し、SMTマウントをサポートし、LGAパッケージを使用し、サイズは6.6 × 5.8 × 1.2 mm、電源電圧 (Vdc) は1.8Vです。
さらに、ムラタは、UWBケーブルで電源供給し、PCのCOMポートから接続できるType 2BPとNXP QN9090（BLEチップ）、USB-UART変換ICを搭載したUWBモジュールType 2BPの評価ボード「LBUA0VG2BP-EVB」を発表しました。Type-2BPはQN9090で制御できます。この開発キットはAppleによって承認されています®また、AppleのNearby Interactionフレームワークを使用して、U1チップを搭載したApple製品と対話するUWB対応アクセサリを評価するために使用できます。
図1-2、NXP S150ソリューションのUWBモジュール、タイプ2DK（UWBおよびBluetoothアンテナ付き）
UWBとBLEを組み合わせたコンビネーションモジュール
ムラタタイプ2DKは、UWBとBluetooth Low Energy（BLE）をオンボードアンテナと組み合わせたコンボモジュールで、NXP Trimensionを統合しています。™ SR040 UWBチップセット、NXP QN9090 BLEおよびMCUチップセット、オンボード アンテナおよび周辺コンポーネントは、周波数帯域5および9をサポートし、コイン型電池で駆動する低電力UWBタグ/トラッカーや一般的なIoTデバイスに最適です。
Murata Type 2DKは民生用製品をサポートし、640KBフラッシュメモリと152KB SRAM (QN9090) を備えたARM Cortex-M4 (QN9090) CPUを搭載し、-30℃ ～ 85℃ の温度範囲で動作し、SMTマウントとLGAパッケージをサポートし、サイズは19.6 × 18.2 × 2.3 mm、電源電圧は3V (Vdc) です。 Murataタイプ2DKの評価キットはLBUA2ZZ2DK-EVKで、タイプ2DK、UART-USB IC、SWDポート、コイン型電池ホルダーが含まれています。
図1-3、QorvoソリューションのUWBモジュール、タイプ2AB
小型でバッテリー駆動のIoTデバイス向けUWBモジュール
村田製作所は、超小型、高品質、低電力のUWBモジュールとして設計されたタイプ2ABモジュールも提供しており、これは小型のバッテリー駆動のIoTデバイスやアプリケーションに最適です。タイプ2ABモジュールは周波数帯域5と9をサポートし、Qorvo DW3110/3120 UWBチップセットを採用し、Nordic nRF52840チップと統合されたホストレス モジュールを備えています。UWBを起動してファームウェアを更新するためのBLE機能を備え、バッテリーを節約するための3軸センサーを統合し、UWBとMCUの基準クロックを組み込み、現在市場で最も小型で高度に統合されたUWBモジュールであり、CoB (チップ オン ボード) ソリューションよりも面積が75% 小さく、各デバイスの周波数、送信電力、遅延アンテナを校正でき、マルチアンテナの設計と評価をサポートします。
Murataタイプ2ABモジュールは、コンシューマー アプリケーションをサポートします。1MBのフラッシュメモリと256KBのRAMを備えたARM Cortex-M4 CPUコアを搭載し、-40℃～85℃の温度範囲で動作し、VDD1、VDD2、VDDMCUに3.0V、VUSB1.8Vに5.0Vを使用し、SMT実装をサポートし、サイズ10.5×8.3×1.44mmのLGAパッケージを使用しています。
Murata Type 2AB用LBUA5QJ2AB-EVB評価ボードが導入されました。ボード上のType-C USB端子はUSBインターフェースを介してPCに接続され、電源を供給し、シリアル ポートを利用できます。ユーザーはシリアル端末を介してATコマンドを入力してRFパフォーマンスを評価できます。また、デモ ファームウェアをモジュールに新たにプログラムして、TWR (双方向測距) 機能やPDoA (到着位相差) 機能を評価することもできます。
結論
UWBは、高精度かつ低消費電力の無線通信技術であり、モノのインターネット デバイスの正確な位置決めに非常に適しています。村田製作所のUWBモジュールには多くのモデルがあり、さまざまな分野のUWBアプリケーションの要件を満たすことができ、また、UWB関連製品の開発を加速できる完全な評価キットも提供しており、皆様のさらなるご理解に値します。