Eine Untersuchung von Ultrabreitband (UWB) zur Positionierung und Standortverfolgung

Seit die FCC im Jahr 2005 erstmals das Ultrabreitband-Funkspektrum (UWB) für die unlizenzierte kommerzielle Nutzung freigegeben hat, haben UWB-Ortungssysteme als eine der „sexiersten“ IoT-Technologien viel Aufsehen erregt. Dies liegt hauptsächlich an der von Ultrabreitband-Positionierungssystemen gebotenen Ortungsgenauigkeit. UWB Indoor Positionsbestimmungssysteme sind in der Lage, den Standort in Echtzeit auf 20 Zentimeter oder weniger genau zu bestimmen.

UWB kann diese Genauigkeit dank des großen Spektrums – Hunderte von Megahertz – erreichen, das es verwendet, um Nachrichten zu übertragen. Da die Fähigkeit, die „Flugzeit“ jeder Funkwelle genau zu messen, eine Funktion der Bandbreite ist, können Signale mit sehr breiten Frequenzen genau gemessen werden in Bezug auf die Zeit, die ein codiertes Signal benötigt, um von einem Sender zum ein Empfänger. Die Verwendung eines breiten Frequenzspektrums bedeutet, dass das Signal eine kurze Länge haben kann. Bei UWB wird das Signal mit geringer Leistung übertragen, wodurch Interferenzen mit anderen Systemen, die das Funkspektrum verwenden, wie Mobiltelefonen und Polizeifunkgeräten, verhindert werden.

Obwohl die punktgenaue Genauigkeit für einige Anwendungen von größter Bedeutung sein kann, ist dies nicht die einzige wertvolle Metrik für ein Echtzeit-Ortungssystem (RTLS). Kosten und einfache Implementierung sind weitere Faktoren, die bei der Auswahl eines Indoor-Tracking-Systems berücksichtigt werden müssen. Im Folgenden werden die Vor- und Nachteile von Ultrabreitband-RTLS untersucht.

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Ultra-Breitband-Ortungssysteme für spezifische Anwendungsfälle

Einer der Anwendungsfälle, bei denen die Standortgenauigkeit eines UWB-Positionierungssystems offensichtliche Vorteile bietet, ist die Lagerautomatisierung. Unternehmen wie Amazon haben riesige Lager mit Hunderttausenden oder sogar Millionen von verschiedenen Artikeln; Die Rentabilität hängt von der Verwaltung der Arbeitskosten ab – was bedeutet, dass Mitarbeiter die Möglichkeit haben, Artikel schnell zu finden, wenn sie von Kunden bestellt werden.

Mit einem UWB RTLS lassen sich alle unterschiedlichen Artikel eines großen Lagers einfach abbilden. Scanner, die mit Standort-Tags ausgestattet sind, übertragen Informationen über den Standort jedes Artikels, während er von den Arbeitern in den Lagerbestand eingescannt wird. Informationen zu den Positionen der Artikel in drei Dimensionen werden aufgezeichnet, damit sie leicht abgerufen werden können, um Kundenbestellungen auszuführen.

Sicherheit ist ein weiterer Bereich, in dem die Genauigkeit der Ultrabreitband-Positionierung von Vorteil sein kann. Beispielsweise kann in einer Produktionsstätte, in der Arbeiter einen Mindestabstand zu einer Maschine einhalten müssen, ein UWB-Ortungssystem der Maschine signalisieren, dass sie sich abschaltet, wenn sich ein Arbeiter in den Gefahrenbereich verirrt.

Nachteile von UWB Indoor Positionsbestimmungssystemen

Obwohl kein anderes existierendes Indoor-Tracking-System die Standortgenauigkeit von UWB erreichen kann, hat diese Genauigkeit ihren Preis. Die Infrastruktur- und Standort-Tags für UWB-Systeme sind sehr teuer – bis zu 10 Mal teurer als Tags und Lesegeräte für ein Bluetooth (BLE)-System wie AirFinder, das eine Genauigkeit von ein bis zwei Metern erreichen kann. In vielen Fällen stellen Benutzer von UWB-Systemen fest, dass sie sie wirklich nicht brauchen punktgenaue Standortgenauigkeit und „dummen ihr System nach unten“, um die Position innerhalb einer Zone bereitzustellen, die ein BLE-System zu viel geringeren Kosten bereitstellen kann.

Darüber hinaus erfordern UWB-Ortungssysteme mindestens drei Empfänger, um Signale von Tags zu empfangen. Diese Lesegeräte sind sehr teuer und müssen auf die Nanosekunde genau synchronisiert werden, damit das System den Standort genau berechnen kann. Bei vielen Installationen sind die Leser durch Kabel verbunden, um sie synchron zu halten, was die Installationskosten und die Schwierigkeit erhöht.

Auch die Installation eines UWB-Systems ist viel komplexer als bei einem BLE-System wie AirFinder. Leserstandorte für UWB müssen genau verankert werden, damit das System funktioniert. Dies erfordert eine sorgfältige Planung vor der Installation. Im Gegensatz dazu ist AirFinder bei der Positionierung von Empfängern wesentlich flexibler und kann bei Bedarf einfach erweitert werden.

Für Anwendungen, bei denen eine punktgenaue Ortungsgenauigkeit für Produktivität oder Sicherheit erforderlich ist, ist die Ultrabreitband-Ortungstechnologie die beste Option. Aufgrund der Kosten und der Komplexität der Installation eines UWB-RTLS sollten Unternehmen jedoch prüfen, ob sie tatsächlich brauchen um den Standort von Assets, Materialien und Arbeitern lokalisieren zu können – oder ob sie ihre Ziele mit allgemeineren Standortinformationen erreichen können. Sofern keine punktgenaue Genauigkeit erforderlich ist, kann ein BLE- oder WiFi-Ortungssystem die Arbeit zu viel geringeren Kosten erledigen.

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