מאז תחילת שנות ה־2000, טכנולוגיית Ultra-Wideband (UWB) ביססה את עצמה בהדרגה כפתרון אלחוטי ייחודי עבור יישומים הדורשים מדידת מרחק מדויקת, מאובטחת ואמינה. בשונה מטכנולוגיות אלחוטיות נפוצות אחרות, UWB לא נועדה מלכתחילה להעברת נתונים בקצבים גבוהים, אלא למדידה מדויקת של מיקום ומרחק – יכולת שהפכה אותה לטכנולוגיה מועדפת ביישומים שבהם הדיוק הוא קריטי.
בין היישומים המסחריים הבולטים ניתן למנות מערכות כניסה ללא מפתח לרכב ולבניינים, איתור נכסים במחסנים, בתי חולים ומפעלים, וכן תמיכה בניווט במרחבים גדולים ומורכבים כגון שדות תעופה וקניונים. בכל אחד מהמקרים הללו, השילוב בין דיוק, אמינות ורמת אבטחה גבוהה הפך את UWB לפתרון עדיף על פני טכנולוגיות Narrowband.
היסודות הפיזיקליים של UWB – מדוע הדיוק כה גבוה?
המאפיין הבולט של שידור UWB הוא השימוש בפולסים קצרים במיוחד בתחום הזמן. בטכנולוגיית Impulse-Radio (IR) UWB, הפולסים מגיעים לאורך של ננו־שניות ואף פיקו־שניות. כתוצאה מכך, בתחום התדר האות תופס רוחב סרט רחב מאוד, בניגוד לטכנולוגיות Narrowband כגון Wi-Fi או Bluetooth, הנשענות על ערוץ צר סביב תדר נושא מוגדר.
UWB פועלת בדרך כלל בטווח תדרים רחב (כ-6–10GHz) וברוחבי ערוץ של כ-500MHz ואף יותר. רוחב הסרט הגדול מאפשר רזולוציית זמן גבוהה במיוחד, ולכן גם דיוק ranging גבוה בהרבה. בפועל, מערכות UWB מודרניות מסוגלות לספק מידע מיקום ברמת דיוק של סנטימטרים ואף מילימטרים, בין משדר (TX) למקלט (RX) הנמצאים במרחקים אופייניים של כ-10–15 מטרים.
אבטחה ותקינה: תרומת IEEE 802.15.4z
מעבר לדיוק, אחד האתגרים המרכזיים של מערכות ranging הוא אבטחה. שיפורים שנעשו בשכבה הפיזית של UWB במסגרת תיקון IEEE 802.15.4z אפשרו ranging מאובטח, עם מנגנונים המגנים מפני התקפות relay וניסיונות זיוף מיקום. תיקון זה האיץ משמעותית את האימוץ המסחרי של UWB, במיוחד ביישומי רכב ובקרה.
תרומתה של imec להתפתחות UWB
במהלך השנים מילאה imec תפקיד מרכזי בקידום UWB ובהתגברות על חסמים שאיימו על אימוצה: הפחתת צריכת הספק, הגדלת קצבי נתונים, שיפור דיוק ה-ranging, חיזוק העמידות להפרעות מטכנולוגיות אלחוטיות אחרות באותו תחום תדר, והטמעה חסכונית בשבבי CMOS.
חוקרי imec פיתחו מספר דורות של משדרים ומקלטים תואמי IEEE 802.15.4z. בצד המשדר נעשה שימוש בטכניקות מתקדמות של עיצוב פולסים ומודולציה, המבוססות על ארכיטקטורות של Polar Transmitter, Digital PLL ומתנדים מבוססי Ring Oscillator – שילוב שאפשר דיוק ranging ברמת מילימטרים בצריכת אנרגיה נמוכה. בצד המקלט, חדשנות בתכנון המעגלים הובילה לעמידות גבוהה במיוחד להפרעות תוך שמירה על צריכת הספק מינימלית, וכל דורות האב-טיפוס יוצרו בתהליכים תואמי CMOS חסכוניים וקומפקטיים.
תמונה Representation of UWB and narrowband signal :1 .transmission, in the (top) frequency and (bottom) time domain קרדיט: imec
תמונה .Photograph of imec’s Gen-4 IR-UWB radio system :2 קרדיט: imec
מעבר מ-Ranging לחישת רדאר
עם הבשלת הטכנולוגיה, התברר כי הפוטנציאל של UWB רחב בהרבה מ-“ranging מדויק ומאובטח”. בניגוד ל-ranging, שבו נדרש שיתוף פעולה בין שני התקנים, יישומי רדאר מאפשרים למכשיר יחיד לשדר פולסים ולנתח את ההחזרים שלהם לצורך זיהוי אובייקטים “פסיביים”.
שילוב יכולות הרדאר עם הדיוק של UWB פותח דלת ליישומים כגון חישת נוכחות וניטור מחוות ונשימה בתוך תא רכב, התאמת תאורה בבתים חכמים על בסיס נוכחות, ואף זיהוי נפילות בבתי אבות – ללא צורך במצלמות פולשניות.
הבסיס התקני למעבר הזה הוא IEEE 802.15.4ab, תקן הדור הבא של UWB, הצפוי להתפרסם בתחילת 2026, וכולל לראשונה תמיכה מובנית בפונקציונליות רדאר במכשירי IR-UWB.
הדור הרביעי: רדיו IR-UWB תואם 802.15.4z/ab
בכנס VLSI Technology and Circuits 2025 הציגה imec את הדור הרביעי של משדר-מקלט UWB, התואם לקווי הבסיס של 802.15.4ab לחישת רדאר. המערכת משלבת מודולציה מתקדמת, קצבי נתונים גבוהים במיוחד ויכולות רדאר מורחבות – הכול ב-System-on-Chip אחד. הרדיו החדש תואם גם ל-802.15.4z, ולכן משלב תקשורת, ranging מאובטח וחישת רדאר באותה פלטפורמה.
ארכיטקטורת 2×2 MIMO Full-Duplex – פריצת דרך לחישה בטווח קצר
מאפיין ייחודי של המערכת הוא ארכיטקטורת 2×2 MIMO full-duplex, עם שני משדרים ושני מקלטים הפועלים בו-זמנית. Duplexer ייעודי מאפשר שידור וקליטה מקבילים ללא מתגי RF, ובכך מבטל את זמן המעבר בין מצבי TX ו-RX.
גישה זו מאפשרת הפחתה דרמטית של המרחק המינימלי לחישה, ופעולה בטווח של 30 ס"מ עד 3 מטרים – הישג יוצא דופן לרדאר. המגבלה נקבעת למעשה רק על ידי רוחב הסרט של 500MHz. תצורת ה-MIMO יוצרת מערך אנטנות “וירטואלי” המשפר את הרזולוציה הזוויתית תוך חיסכון במקום, עם בידוד של מעל 30dB בין TX ל-RX.
הוכחת היתכנות: חישת תא נוסעים ברכב
ב-IEEE PIMRC 2025 הציגו חוקרי imec הדגמת היתכנות לביצוע זיהוי תפוסת מושבים והערכת קצב נשימה באמצעות רדאר IR-UWB מבוסס MIMO. הניסויים בוצעו ברכב קטן עם אנטנות במרכז התקרה; המרחק למושבים היה כ-55 ס"מ. התוצאות הצביעו על דיוק גבוה במיוחד: סטיית תקן של פחות מ-1.9 מעלות בזווית ההגעה וכ-2.95 פעימות לדקה בקצב הנשימה – גם כאשר שני המושבים תפוסים. יתרון נוסף הוא האפשרות למחזר תשתיות TRX קיימות מ-keyless entry גם ליישומי רדאר, תוך חיסכון בעלויות.
תמונה .Architecture of the 2TRX (as presented at VLSI 2025( :3 קרדיט: imec
תמונה In-cabin IR-UWB radar demo (as presented at :4 PIMRC 2025 קרדיט: imec
תמונה Extracted breathing signals for driver and :5 .passenger (as presented at PIMRC 2025 קרדיט: imec
קצב נתונים שיא ויישומי Data Streaming
מעבר לחישה, הרדיו החדש מציע קצב נתונים שיא של 124.8Mb/s – הגבוה ביותר התואם ל-802.15.4ab. זהו שיפור של פי 20 לעומת הקצבים הנפוצים כיום, עם אנרגיה נמוכה לביט (נמוכה אף מ-Wi-Fi בצד השידור). היכולת פותחת דלת ליישומי Audio/Video Streaming בצריכת הספק נמוכה, כגון משקפי AR/VR ו-Smart Glasses, שבהם לגודל ולצריכת האנרגיה חשיבות מכרעת.
Advanced Ranging ודור חמישי – NB-Assisted UWB
תקן 802.15.4ab כולל גם Advanced Ranging, המשפר את תקציב הקישור ומאפשר הגדלת טווח ה-ranging עד פי ארבע – עד 100 מטרים בקו ראייה חופשי. imec מיישמת זאת בדור החמישי באמצעות Narrowband (NB) transceiver חדש, המאפשר NB-assisted UWB (למשל, לסנכרון ואתחול ראשוניים). הארכיטקטורה תוכננה עם מבט קדימה ותומכת גם בתקנים עתידיים כגון Bluetooth Higher Bands, בדרך לפתרונות אלחוטיים אחודים ורב-תקניים.
סיכום ומבט קדימה
במהלך שני העשורים האחרונים הוכיחה UWB תואמת IEEE 802.15.4z את יכולתה לתמוך בפריסות רחבות-היקף של secure ranging ומיקום מדויק. עם הבשלת IEEE 802.15.4ab, מתווספת שכבת יכולות חדשה: חישת רדאר ו-data streaming בקצב גבוה, על גבי אותה פלטפורמה. הדור הרביעי של imec מציג לראשונה תאימות פומבית ל-802.15.4ab ברדאר UWB, והדור החמישי מסמן את הצעד הבא לאיחוד תקנים וטכנולוגיות אלחוטיות למערכות חכמות, חסכוניות ורב-שימושיות.
הערת עורך:
נכון לכתיבת שורות אלו (ינואר 2026), תקן IEEE 802.15.4ab עדיין בתהליך סיום תיקוף רשמי בתוך IEEE, אך כבר ישנם פרויקטים, שבבים ופתרונות תואמי-baseline שמתבססים על קווי התקן שלו ומאומתים על ידי גורמי בדיקה חיצוניים, מה שמצביע על התקדמות משמעותית לקראת פרסום Standard מלא במהלך 2026.
מקור:
imec – Next-gen UWB radio technology to enable radar sensing, data streaming, and advanced ranging applications
