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超広帯域試験

産業の未来は超広帯域 (UWB) で始まり、工場やその他の産業プロセスの運営方法を変えるでしょう。 スマートカーやその他のスマートデバイスと通信する能力のおかげで、UWB 製品は世界的な成功への道を順調に進んでいます。

超広帯域 (UWB) とは何ですか?

超広帯域は、時間領域での送信パルスが非常に短いため、送信電力を広い周波数範囲に分散させる技術です。 一方では、これにより、UWB信号が他の狭帯域伝送方法に干渉できないように電力レベルが低下します。 他方では、UWB 機器は、同時に存在する複数の狭帯域信号に対して非常に堅牢です。周波数領域での UWB 信号の帯域幅が広いため、狭帯域干渉源を簡単に除去できます。 高い繰り返し率を持つ時間領域の短いパルスにより、高いデータレートが達成されます。 UWB 機器は通常、最大 40 メートルの距離で使用されます。

これらすべてにより、以前の狭帯域技術に比べてUWB はセキュリティ面で大きな利点があります。 たとえば、車のキーの キャリア周波数433 MHz 、100 kHz 帯域幅の信号をコピーするためには、単純な無線リレー (数千ユーロの機器を備えたブリーフケース) で十分です。 UWB 信号をコピーしてから再現することは、UWB 信号の特性のためだけでなく、車自体のアンテナ アレイが、車のキーの正確な位置を特定できるため、はるかに複雑になります。

ビデオ

UWBプロトタイプテスト

IB-Lenhardt AGの精密なUWB測定の世界をご覧ください!無線ラボエンジニアのセバスチャンが、UWBラボ試験に関するあらゆる情報をご案内します。車のキーやスマートフォンから壁越しの画像センサーまで、最適な試験結果と最高の顧客満足を提供します。このビデオで詳細をご覧ください。(英語字幕)

超広帯域 (UWB)ユースケース

UWB技術はますます多くの業界で使用されています

正確な位置特定と追跡

物流、コンシューマー機器、携帯電話 (Apple、Samsung、Huawei)、自動車業界 (車のキー) におけるタグ/アンカー システム

デジタル無線伝送

短距離での高データレート

レーダー

民生用 (地中レーダー、壁貫通画像システム) および軍事部門 (合成開口レーダー)

スペクトルと測定帯域幅

UWB 測定には、多くの課題があります。最大 50 MHz の測定帯域幅を備えた最新のスペクトラムアナライザ、高ゲインで、かつ最小の固有ノイズを備えた低ノイズアンプ、および狭帯域で動作する高精度ホーンアンテナ一式が必要です。正確な UWB 測定のために、弊社のエキスパートは、Rohde & Schwarz社のFSW50 スペクトルアナライザー、B&Z社のさまざまな低ノイズ アンプ (現在入手可能な最高のモデル)、Pasternack社 と Flann社のホーンアンテナ一式を使用し、数十の UWB試験プロジェクト成功させたエンジニアと連携します。

技術的な質問

UWBテストについて知っておくべきことg

試験実施には、通常のサンプル機器、またはSMA コネクタを備えた改造されたサンプル機器(以下、「改造サンプル機器」)のどちらの提供する必要がありますか?

FCC、ISED、および ETSI のほとんどの測定は、通常のサンプルを使用して放射測定で実行されます。

パラメータ測定(帯域幅測定など)は伝導測定の実施も可能です。これらの試験は、放射試験よりもはるかに短い時間で済みます。したがって、特に被試験機器 (EUT) に複数のチャネルがある場合、改造サンプル機器を利用できると、試験時間を節約できます。

日本については、測定は改造サンプル機器でのみ実行できます。適用される限度値は、ノイズレベルのために放射測定は許可されません。

試験作業用のサンプルは、どのようなテストモードで提出する必要がありますか?

すべての国 (FCC、ISED、日本(技適)、ETSI) の試験には、すべてのチャネルでの変調モードによる連続送信が必要です。すべてのポータブル UWB機器 には、通常の動作モードが追加で必要です。また、EUT が通常モードで試験を実行できるようにするための対向機器 も必要です。 ETSI および に日本(技適)の規格に準拠した試験では、さらに受信モードが必要です。受信モードとは、EUT が対向機器からの信号を待ち、それ自体は信号を送信しないことを意味します。技術的に可能であれば、対向機器なしで動作するように受信モードを実装すべきです。受信モードでの試験中に対向機器が存在すると、追加のエミッションが発生する可能性があります。

FCC/ISED試験において、UWB機器が屋内用であるか、またはハンドヘルドであるか は重要ですか?

はい、重要です。ポータブル UWB機器の場合、限度値はより厳しくなります。また追加の試験、送信一時停止試験が必要です。FCC はポータブル UWB デバイスを次のように参照しています。「屋外での頻繁な操作を想定した小型の UWB 機器で、固定インフラストラクチャなしで操作できます。」UWB デバイスが屋内での使用を意図している場合は、デバイス自体または付属のユーザーガイドに次の通知を含める必要があります。「この機器は、屋内での使用のみを目的としています。屋外での操作は、47 U.S.C. 301の違反であり、オペレーターに重大な法的結果をもたらす可能性があります。」この機器に関するその他の重要な情報は、固定優先ネットワークと組み合わせてのみ動作し、内蔵バッテリーはなく、AC または PoE 電源を使用することです。

FCC と ISED のテスト要件に違いはありますか?

はい、ここにはいくつかの重要な違いがあります。 ISED (RSS-220) の場合、低周波数帯域での放射エミッションの限度値は、1610 MHz ~ 4750 MHz で -70 dBmです。 FCC の場合、ハンドヘルドおよび屋内機器ともに、この値は 3100 MHz ~ 100600 MHzで -41.3 dBmです。このことは、カナダで 4750 MHz 未満の周波数帯で UWB デバイスを使用することがほとんど不可能であることを意味します。

UWB 機器を試験するラボを選択する際、何を確認すればよいですか?

FCC では、50 MHz の帯域幅内でピーク電力を測定する必要があります。これは、選択したラボで使用されるスペクトルアナライザが 50 MHz の分解能帯域幅 (RBW) で測定できる必要があることを意味します。 RBWを下げて測定する方法もあります。適切なスペクトラムアナライザを持っておらず、低い RBW に対してこの手順を使用するラボでは、通常、測定されたパワー値から正しい結果を得る問題に直面します。これにより、試験が遅れてしまい、プロジェクトが適切な機器を備えたラボに引き継がれることがよくあります。試験ラボは、低ノイズ指数で高ゲインの低ノイズアンプ一式と、狭帯域で高ゲインのアンテナ一式も必要です。ほとんどのUWBプロジェクトにおいて、少数のアンテナと不適切なパラメーター値のアンプを使用するだけでは十分ではありません。 IB-Lenhardt AG は、市場で入手可能な UWB 試験用の最高の設備を備えています。

試験実施のためには、サンプル機器を郵送するだけで十分ですか? または、機器を動作モードに設定するために立会いが必要ですか?

すべての機器の試験には、詳細な試験手順が必要です。 また、EUT を適切な動作モードに設定する方法をビデオにすることをお勧めします。 EUT が試験用に適切に準備されている場合、すべての試験は、お客様の立会いなしで実行できます。 試験中に問題が発生した場合は、リモートコントロール SW (TeamViewer など) とビデオ通話を使用して問題を解決します。 いずれにせよ、お客様が弊社のサイトに立ち会わなくても、すべての試験を実行できます。

UWB規格

欧州連合 (ETSI)

Standard: ETSI EN 302 065 (Part 1, 2, 3, 4, 5)

  • Part 1: Requirements for Generic UWB applications

  • Part 2: Requirements for UWB location tracking

  • Part 3: Requirements for UWB devices for ground based vehicular applications

  • Part 4: Material Sensing devices using UWB technology below 10,6 GHz

  • Part 5: Devices using UWB technology onboard aircraft

要件は規格によって大きく異なる可能性があるため、それぞれの機器に対応する規格を正しく分類することが重要です。

UWB規格

国際規格

  • 米国 (FCC)
    Standard: CFR 47 Part 15 F (Ultra-Wideband Operation), KDB 393764 D01.
    市場で認可されているほとんどの機器は、Part 15.517 (屋内デバイス) と 15.519 (ハンドヘルドデバイス) に分類されます。 その結果、機器の要件が大きく異なるため、最初から分類を正しく決定することが非常に重要です。 ここでのパラメーターの 1 つは、屋内デバイスが実際には建物内でのみ使用され、屋外では使用されないことを示す対応する証拠です。 (例: AC または LAN ケーブル接続、バッテリー動作なしなど)

  • カナダ (ISED)
    Standard: ISED RSS-220.
    UWB の周波数帯が FCC と ISED で同じであるというのはよくある誤解です。 FCC が3.1 GHz ~ 10.6 GHzの周波数帯で最大 E.I.R.P  -41.3 dBmの UWB 信号を許可する一方、 I SED の場合、同じ限度値が4.75 GHz ~ 10.6 GHz の周波数帯のみに適用されます。 これは開発中に考慮されないことが多いため、費用のかかる手直し措置 (ファームウェア更新、再認証) が後で発生する可能性があります。

  • 日本 (技適)
    Standard: ARIB STD-T91
    -10 dBにおける送信帯域幅は、450 MHz以上です。

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よくある質問

UWBに関する一般情報

超広帯域とは何ですか? また、どのように機能しますか?

超広帯域は、最大 40 メートルの距離で高速かつ安定したデータ伝送に使用される近距離用の無線ベースの通信技術です。超広帯域技術は、高精度、高速伝送、高信頼性などの特徴を持ち、入退室管理やデータ通信などで人や物の位置を特定するために利用されています。正弦搬送波周波数を変調する他の無線技術と比較して、UWB は広い周波数帯域幅 (500 MHz以上) にわたって低電力で短い送信パルスを送信します。 UWB 信号は他の狭帯域伝送方式に干渉できないため、ノイズとしてのみ認識されます。

なぜ超広帯域と呼ばれるのですか?

これは、周波数領域での UWB 信号の帯域幅が広いため、超広帯域と呼ばれます。高い繰り返し率による時間領域での短いパルスにより、高いデータレートが実現されます。

UWB はどのように距離を測定しますか?

2 つの物体間の距離は、飛行時間 (ToF) に基づいて計算できます。 ToF は光の速度を想定し、送信機から目標物体までの距離を往復するのにかかる時間を測定します。送信と受信の時間差に光の速度を掛けると、目標物体の実際の距離がミリメートル単位で高精度に得られます。

UWBの範囲は?

UWBは、機器の検出が 200 メートル未満で可能な短距離技術です。ただし、1 ~ 50 メートルの距離で最も正確に動作し、機器間の見通し内で最適に動作します。

UWB と Wi-Fi の違いは何ですか?

UWBと Wi-Fi の違いは、UWB が 500 MHz の広い周波数帯域幅をカバーし、低電力で送信する短距離技術であることです。 Wi-Fi は、約 20 ~ 40 MHz の帯域幅で動作する無線ネットワークです。また、データ通信だけでなく、測位やアクセス制御にも使用されます。 UWB は、Wi-Fi のように信号強度を測定するのではなく、ToF によって距離を測定するため、より高度な精度とセキュリティを提供します。もう 1 つの違いは、複数のワイヤレス接続テクノロジが動作している場合でも、UWB はリアルタイムであらゆる方向位置を特定できることです。 Wi-Fi は隣接するチャネルとオーバーラップする可能性があります。

どの規制要件が必要ですか?

超広帯域技術を搭載した製品を市場に投入するには、関連する各国および国際市場での正式な認可が必要です。

最も重要なものは次のとおりです。

  • 欧州 (ETSI): 

    Standard: ETSI EN 302 065 (Part 1, 2, 3, 4, 5)

  • 米国 (FCC):

    Standard: CFR 47 Part 15 F (Ultra-Wideband Operation), KDB 393764 D01

  • カナダ (ISED):

    Standard: ISED RSS-220

  • 日本 (技適):

    Standard: ARIB STD-T91

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