Mit der Integration von Ultrabreitband-Sensoren (UWB) im iPhone 11 sorgte Apple für einen Popularitätsschub für UWB. Dass ein solcher Sensor nun auch in der neuen Apple Watch 6 integriert ist, zeigt, wie viel sich der Tech-Riese von der Technologie erwartet. Nicht ohne Grund kommt UWB auch im Kampf gegen den Virus COVID-19 zum Einsatz. Doch worin genau liegen die Vorteile? Für wen ist die Technologie interessant? Und wie funktioniert Ultrabreitband überhaupt? Ein Überblick.
Ultrabreitband (auch: Ultra-Wideband bzw. “UWB”) ist eine funkbasierte Kommunikationstechnologie für den Nahbereich zur schnellen und stabilen Übertragung von Daten für die Indoor- und Outdoor Positionsbestimmung.
Ultrabreitband-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.
Bei der Digitalisierung von Produktion und Logistik gilt Ultrabreitband 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.
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.
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 Ultrabreitband.
Auch wenn Ultrabreitband 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…
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.
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.
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.
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 Ultrabreitband daher zu den Schlüsseltechnologien. Dank UWB ist es möglich, nicht nur stationäre Maschinen verbindungsstabil zu digitalisieren und automatisieren, sondern auch alle mobilen “Dinge”.
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 sie Daten über ein extrem breites Frequenzspektrum übertragen. Ungenutzte Frequenzkapazitäten können also ideal genutzt werden. Ihr Frequenzbereich umfasst mindestens 500 MHz. Zum Vergleich: WLAN-Kanäle sind nur etwa ein Zehntel so breit.
Ultrabreitband-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.
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:
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
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
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
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