Я участвую в проекте создания чипа (system-on-chip, SoC) со сверхширокополосным (ultra-wideband, UWB) радио. Точнее это программно-аппаратная система, так как чипы мы поставляем вместе с софтом. Дальше, говоря “чип”, я буду иметь в виду чип+софт. Это же является и целевой системой проекта.
Строго говоря, чип::класс “экземпляров/индивидов чипа”::ФО, так как мы продаем много копий чипа. Это эссе написано “в классах”, то есть, говоря “чип состоит из …” имею в виду, что все индивиды чипа состоят из…
На основе чипа могут создаваться системы позиционирования (real-time location systems), использующие задержку распространения радиосигнала (time of flight), разницу в задержках (time difference of arrival), угол приёма (angle of arrival) и угол передачи (angle of departure).
Чип реализует коммуникационные протоколы стандартов IEEE 802.15.4, FiRa и CCC.
Таким образом, чип позволяет взаимодействовать с другими UWB устройствами, реализующими эти же стандарты. Чип::класс ⊂ UWB-устройство::класс.
Ближе к физическому миру
Чип позволяет отправлять и принимать радиосигналы. Радиосигналы::ФО содержат сообщения::описание и распространяются с определенной скоростью. Чип может зафиксировать время прибытия сигнала от другого UWB устройства с разрешением порядка десятков-сотен пикосекунд, а также отправить ответный радиосигнал с ещё большей временной точностью. Это позволяет точно засечь время распространения сигналов между двумя UWB устройствами и посчитать расстояние между ними.
Чип также может засечь разницу фаз прибывшего сигнала на две приемные антенны, и из этой разницы фаз посчитать угол, под которым сигнал прибыл (то есть направление на передающее UWB устройство).
Функция измерения расстояния позволяет обезопасить обмен сообщениями: если UWB-сообщениями управляется открытие замка, проверка расстояния не позволит открыть замок издалека (через ретранслятор злоумышленника).
Интеграция с надсистемами
Чип содержит микропроцессор общего назначения с ускорителем операций с плавающей запятой, DSP и Flash-память. Системный софт выполняется на микропроцессоре, пользовательский софт может загружаться на Flash и выполняться на том же микропроцессоре, взаимодействуя с системным софтом через API, или же на внешнем микропроцессоре, взаимодействуя с чипом по интерфейсу SPI.
Непоправимая польза
Чип является основой (незаменимой частью) множества систем позиционирования, в которых другие технологии позиционирования неприменимы по разным причинам.
Компактность, энергоэффективность, точность и безопасность позволяют встраивать чип в смартфоны и радио-ключи.
Точность, дешевизна установки и помехозащищенность позволяют использовать чипы в системах позиционирования на складах/фабриках.