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UWB-Technologie

Intro

UWB in iPhones und gegen COVID-19: Alles, was man über die Technologie wissen muss

Mit der Inte­gra­ti­on von Ultrab­reit­band-Sen­so­ren (UWB) im neu­en iPho­ne sorg­te Apple für einen Popu­la­ri­täts­schub für UWB. Spe­ku­la­tio­nen über den Ein­satz mach­ten die Run­de und zeig­ten die nahe­zu gren­zen­lo­sen Mög­lich­kei­ten auf. Jüngs­tes Bei­spiel: Selbst im Kampf gegen den Virus COVID-19 kommt die Tech­no­lo­gie zum Ein­satz. Doch wor­in genau lie­gen die Vor­tei­le? Für wen ist UWB inter­es­sant? Und wie funk­tio­niert Ultrab­reit­band über­haupt? Ein Überblick.

191220 Tracking Indicator

Was ist Ultrabreitband-Technologie (UWB)?

Ultrab­reit­band (auch: Ultra-Wide­band bzw. UWB”) ist eine funk­ba­sier­te Kom­mu­ni­ka­ti­ons­tech­no­lo­gie für den Nah­be­reich zur schnel­len und sta­bi­len Über­tra­gung von Daten im Innen- wie Außenraum. 

Die Geschichte von UWB im Schnelldurchlauf

Die wichtigsten Anwendungsfelder der UWB-Technologie

Die UWB-Tech­no­lo­gie ist dank ihrer hohen Prä­zi­si­on, Über­tra­gungs­ge­schwin­dig­keit und Zuver­läs­sig­keit prä­de­sti­niert für die Loka­li­sie­rung von Objek­ten und Men­schen, die sich schnell in klein­räu­mi­gen und kom­ple­xen Umge­bun­gen und Abläu­fen bewegen.

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Industrie

Bei der Digi­ta­li­sie­rung von Pro­duk­ti­on und Logis­tik gilt UWB als Schlüs­sel­tech­no­lo­gie. Denn dank ihr kön­nen nicht nur sta­tio­nä­re Din­ge“ erfasst wer­den, son­dern auch alle mobi­len. Erst dadurch ist die lücken­lo­se Digi­ta­li­sie­rung von Shopf­loo­rs, Lager­hal­len und Pro­zess­ket­ten mög­lich.

Lichter auf der Bühne

Entertainment

Auch action­ge­la­de­ne Shows wer­den via UWB digi­ta­li­siert und auto­ma­ti­siert. Denn Effek­te wer­den nicht nur höher, lau­ter, grel­ler, son­dern vor allem auch schnel­ler . Manu­ell kommt man kaum noch hin­ter­her. Mit Echt­zeit-Tracking wer­den Show­ef­fek­te daher am Bild­schirm kontrolliert.

  • Immer­si­ve Audio
  • Pyro­s­teue­rung
  • Licht­steue­rung
  • Kame­ra­steue­rung
  • VR-/AR-Expe­ri­en­ces
  • Media-Instal­la­tio­nen
  • u.v.m.
Anaheim Ducks vs Pittsburgh Penguins

Sport

Im Team- und Extrem­sport sind die Anfor­de­run­gen an Leis­tungs- und Bewe­gungs­da­ten beson­ders hoch. Um trotz ver­win­kel­ter Hal­len, klei­nen Spiel­fel­dern, vie­len Ath­le­ten und zusätz­li­chen Netz­werk­tech­no­lo­gien ultra­schnel­le und ‑genaue Wer­te zu erhal­ten, set­zen Pro­fis auf UWB.

Weitere innovative Anwendungsfelder der UWB-Technologie

Auch wenn UWB alles ande­re als in den Kin­der­schu­hen steckt, sind die Poten­tia­le der Tech­no­lo­gie noch lan­ge nicht aus­ge­schöpft. Dass Apple in sei­nem neu­en iPho­ne UWB-Sen­so­ren inte­griert hat, die­se aber zum Launch noch nicht nutz­te, ist nur ein Bei­spiel dafür…

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Einzelhandel

Wo befin­den sich Ein­kaufs­wä­gen? Wo und wie lan­ge ver­wei­len Kun­den? Fra­gen wie die­se hel­fen, das Ein­kaufs­er­leb­nis zu ver­bes­sern. Loka­li­sie­rung und Daten­ana­ly­sen via UWB lie­fern die Ant­wor­ten und eröff­nen dem Mar­ke­ting neue Wege.

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Medizin & Pflege

Auf­ent­halts­ort und Sta­tus pfle­ge­be­dürf­ti­ger Men­schen non­stop unter Kon­trol­le zu hal­ten, ist eben­falls eine Auf­ga­be, die sich mit UWB auto­ma­ti­sie­ren lässt — sowohl in Inten­siv­sta­tio­nen, Not­auf­nah­men oder häus­li­chen Umgebungen.

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Smart Home

Von der Loka­li­sie­rung ver­lo­re­ner Schlüs­sel über das auto­ma­ti­sche Auf- und Absper­ren von Türen bis hin zu smar­ten Zugangs­be­schrän­kun­gen für Haus­tie­re — die Ein­satz­mög­lich­kei­ten von UWB im Smart Home Bereich sind vielfältig.

Aktuelle News rund um UWB

Hier halten wir Sie auf dem aktuellen Stand über die jüngsten UWB-Innovationen und -Trends.

Warum ist UWB besser als vergleichbare Lokalisierungstechnologien?

200123 Tracking Technologie Vergleich DE

Selbst in ver­win­kel­ten Hal­len und Räum­lich­kei­ten, in denen sich unter­schied­li­che draht­lo­se Ver­bin­dungs­tech­no­lo­gien über­schnei­den, kön­nen Objek­te live und in alle Rich­tun­gen getrackt werden.

Für beson­ders anspruchs­vol­le Anwen­dungs­be­rei­che wie etwa dem Inter­net der Din­ge (IoT) gehört UWB daher zu den Schlüs­sel­tech­no­lo­gien. Dank UWB ist es mög­lich, nicht nur sta­tio­nä­re Maschi­nen ver­bin­dungs­sta­bil zu digi­ta­li­sie­ren und auto­ma­ti­sie­ren, son­dern auch alle mobi­len Din­ge”.

Technische Spezifikationen

UWB ist eine Draht­los­tech­no­lo­gie, die trotz ihrer lan­gen His­to­rie als neu­ar­tig zu betrach­ten ist. Im Gegen­satz zu ande­ren Tech­no­lo­gien ist sie an kei­ne Fre­quenz gebun­den. Zudem kann UWB Daten über ein extrem brei­tes Fre­quenz­spek­trum über­tra­gen. Unge­nutz­te Fre­quenz­ka­pa­zi­tä­ten kön­nen also ide­al genutzt wer­den. Der Fre­quenz­be­reich der UWB umfasst min­des­tens 500 MHz. Zum Ver­gleich: WLAN-Kanä­le sind nur etwa ein Zehn­tel so breit.

200121 UWB Frequenzbereich EN

Zahlen & Fakten

  • nutz­ba­rer Fre­quenz­be­reich: 3,110,6 GHz
  • Aus­brei­tungs­ge­schwin­dig­keit: gerad­li­ni­ge Licht­ge­schwin­dig­keit (0,3 m/​ns)
  • maxi­ma­le Reich­wei­te: 200 m
  • maxi­ma­le Daten­ra­te: 480 Mbits/​s
  • maxi­ma­le Sen­de­leis­tung: < 1 mW
  • Reich­wei­te: 10200 m (je nach Anwendungsfall)
  • Loka­li­sie­rungs­ge­nau­ig­keit: 0,1 — 0,5 m
  • gerin­ge Stör­an­fäl­lig­keit (kei­ne Inter­fe­ren­zen mit WLAN- und ISM-Kanälen)
  • Loka­li­sie­rung via Lauf­zeit­ver­fah­ren (ToF, Time of Flight“, d.h. Lauf­zeit des Signals wird mit der Licht­ge­schwin­dig­keit mul­ti­pli­ziert, um Ent­fer­nung zwi­schen Funk­sen­dern und ‑emp­fän­gern zu ermitteln)
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Aktuell geltender UWB-Standard

Die UWB-Tech­no­lo­gie basiert auf dem inter­na­tio­na­len Stan­dard IEEE 802.15.4a, der die phy­si­sche Ebe­ne der IR-UWB defi­niert. 2018 wur­de der Stan­dard in Form von 802.15.4z wie­der geöff­net. Damit soll­te der phy­si­schen Ebe­ne wei­te­re Sicher­heit ver­lie­hen werden.

3 Möglichkeiten zur Ortung via UWB

UWB kom­bi­niert sehr kur­ze Impul­se, die sich mit Licht­ge­schwin­dig­keit bewe­gen. Über eine hohe Band­wei­te wird die Ankunfts­zeit des Signals exakt gemes­sen und so die Posi­ti­on des Sen­ders hoch­prä­zi­se ermittelt. 

Besteht Sicht­kontakt, kön­nen Ent­fer­nun­gen von bis zu 250 Metern erreicht wer­den. Je nach Anfor­de­run­gen wird eines der fol­gen­den Ver­fah­ren zur Posi­ti­ons­be­rech­nung angewandt:

191220 KINEXON System Methoden TWR

Two-way Ranging (TWR)

Vor­teil: höchs­te Prä­zi­si­on und Positionsstabilität

Funk­ti­ons­wei­se: Die Anker sen­den UWB-Signa­le, die Sen­so­ren geben die­se zurück. Anhand der Zeit, wel­che die Impul­se zwi­schen Sen­den und Emp­fan­gen benö­ti­gen, wird die Ent­fer­nung berechnet.

Anwen­dungs­be­reich: Loka­li­sie­rung von Arbei­tern, Werk­zeu­gen und Navi­ga­ti­on fah­rer­lo­ser Transportsysteme

191220 KINEXON System Methoden T Do A

Time-difference of Arrival (TDoA)

Vor­teil: gerings­ter Energieverbrauch

Funk­ti­ons­wei­se: Der Sen­sor gibt Signa­le ab, wel­che die Anker ent­spre­chend ihrer Ent­fer­nung zu unter­schied­li­chen Zeit­punk­ten emp­fan­gen. Über Zeit­un­ter­schie­de wird die Sen­sor-Posi­ti­on berechnet.

Anwen­dungs­be­reich: Loka­li­sie­rung von Din­gen” in gro­ßer Anzahl

191220 KINEXON System Methoden Ao A

Phase-Difference-of-Arrival (PDoA)

Vor­teil: rea­li­sier­bar in ein­ge­schränk­ten Infrastrukturen

Funk­ti­ons­wei­se: Um die Sen­sor-Posi­ti­on zu bestim­men, wird der Pha­sen­un­ter­schied zwi­schen emp­fan­ge­nen Signa­len an bei­den Anker-Anten­nen bewer­tet und der Win­kel des Signa­les rela­tiv zum Anker berechnet.

Anwen­dungs­be­reich: Loka­li­sie­rung von Din­gen” in gro­ßer Anzahl

Vorteile von UWB als Lokalisierungslösung

Infra­struk­tur, tech­ni­sche Anfor­de­run­gen und Zie­le der Anwen­dung soll­ten immer in die Ent­schei­dungs­fin­dung ein­be­zo­gen wer­den. Denn es gibt vie­le Grün­de, auf eine UWB-basier­te Anwen­dung zu setzen.

191219 Icons Benefits UWB Geschwindigkeit

hohe Über­tra­gungs­ge­schwin­dig­keit

191219 Icons Benefits UWB Zuverlässigkeit

garan­tier­te Zuverlässigkeit

191219 Icons Benefits UWB Genauigkeit

hohe Genau­ig­keit

191219 Icons Benefits UWB Stoerungssicherheit

sicher vor Stö­run­gen und Abhörversuchen

191219 Icons Benefits UWB Ueberlagerung

Par­al­lel­be­trieb mit ande­ren Technologien

191219 Icons Benefits UWB geringe Stromaufnahme

gerin­ge Stromaufnahme

191219 Icons Benefits UWB Bandbreite

gro­ße Bandbreite

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