UWB-Technologie
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.
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.
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.
- Optimierung des innerbetrieblichen Materialflusses
- Navigation von autonomen Transportfahrzeugen
- Steuerung von Werkzeugen in der Automobilbranche
- Datengrundlage für moderne IoT-Plattformen und Prozessanalysetools
- Schutz der Mitarbeitersicherheit & Prozessstabilität
- u.v.m.
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.
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.
- Überwachung der Athleten-Belastung
- Echtzeit-Team- und Einzelstatistiken für Trainer, Medien und Fans
- Echtzeit-Taktik-Analyse
- Live-Abstandswarnung für Mitarbeiter in Zeiten von Corona
- u.v.m.
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…
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.
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.
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?
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.
Zahlen & Fakten
- nutzbarer Frequenzbereich: 3,1 – 10,6 GHz
- Ausbreitungsgeschwindigkeit: geradlinige Lichtgeschwindigkeit (0,3 m/ns)
- maximale Reichweite: 200 m
- maximale Datenrate: 480 Mbits/s
- maximale Sendeleistung: < 1 mW
- Reichweite: 10 – 200 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)
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:
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
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
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.
hohe Übertragungsgeschwindigkeit
garantierte Zuverlässigkeit
hohe Genauigkeit
sicher vor Störungen und Abhörversuchen
Parallelbetrieb mit anderen Technologien
geringe Stromaufnahme
große Bandbreite
Weiterführende Links
- Bundesnetzagentur: Informationen zu UWB
- Computerwoche: “Ultra-wideband-Technologie: Warum das iPhone 11 die Zukunft ist”
- Volkswagen: “UWB bringt Sicherheit in Echtzeit”
- Areamobile: “Ultra-Breitband: Galaxy S20 kommt mit Technik des iPhone 11”
- SportBusiness: Europäischer Handball-Verband trackt Spiele der Handball-EM via UWB-Sensoren
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