Eine neue Ära der Funktechnik: UWB und Ortung

Technologien, mit denen sich Objekte drahtlos identifizieren und finden lassen, sind Echtzeit-Ortungssysteme (Real-Time Locating Systems, RTLS). RTLS kommen vor allem in Innenräumen und abgegrenzten Bereichen wie Gebäuden zum Einsatz und bieten keine globale Abdeckung wie GPS. Es gibt mehrere Möglichkeiten, RTLS zu nutzen. Welche, hängt von der Frage ab, was am besten, am genauesten, am günstigsten und für die jeweilige Lösung am geeignetsten ist. Vielleicht kennen Sie RTLS-Lösungen wie WLAN, Bluetooth oder Radiofrequenz-Identifikation (RFID). Es gibt jedoch ein System, das noch nicht voll ausgeschöpft ist: Ultra-Wideband (UWB) – ein Funksystem, das Entfernung und Position genauer misst als Schmalbandsysteme wie WLAN oder Bluetooth. Es überträgt Informationen über kurze Distanzen mit minimalem Energieaufwand. Was unterscheidet es von anderen Funkübertragungen? UWB überträgt Daten, indem es zu genau festgelegten Zeitpunkten Funkenergie erzeugt. Ein UWB-Sender sendet gleichzeitig Milliarden von Impulsen über ein breites Frequenzspektrum. Ein passender Empfänger wandelt die Impulse in Daten um; das dauert etwa zwei Nanosekunden und ermöglicht UWB die Genauigkeit in Echtzeit.

Außerdem arbeiten UWB-Systeme in Frequenzbändern, die bereits von anderen Nutzern belegt sind. Da die Aussendung ultrabreitbandig ist (bis zu 2 Gbit/s), kann ihre spektrale Leistungsdichte gering sein. Die Leistung dieses Signals, die bei Schmal- oder Breitbandgeräten ankommt, kann daher deutlich unter der Leistung der eigentlich gewünschten Signale liegen. So lässt sich ein sehr breiter Frequenzbereich nutzen, ohne den Empfang von Schmal- und Breitbandsignalen zu stören.

UWB für alle

Anfang der 2000er-Jahre wurde UWB nur im Militär für Radare und in der Medizin für die Herzüberwachung eingesetzt. Heute hat sich die Sicht auf UWB geändert – man erforscht kommerzielle Anwendungen. Warum? Weil UWB viel genauer ist als verbreitete Systeme. 

Auch wenn UWB nicht so verbreitet ist wie RFID-Tags, Bluetooth oder einfach WLAN, findet man es in vielen grundlegenden Bereichen. Doch jetzt ändert sich die Sicht auf UWB-Lösungen. Es funktioniert ähnlich wie WLAN – UWB hilft zum Beispiel dabei, Beschäftigte am Arbeitsplatz zu orten und ihre Wege zu analysieren oder die Bewegungen von Personal und Kundschaft in Einkaufszentren. Es wird auch in der Produktion eingesetzt: um den Standort von Ausrüstung zu prüfen, deren Nutzung zu untersuchen, den Warenfluss zu kontrollieren – auch von Gefahrgut –, Fracht- und Kundenströme zu analysieren, Einsatzkräfte bei Rettungsaktionen zu orten und für die Sicherheit (Alarmanlagen). Messen lassen sich nicht nur Produkte, sondern auch die Menschen, die arbeiten. UWB scheint sich auch für Bodenradare, Überwachungs- und Monitoringsysteme zu eignen oder kann helfen, Objekte durch Wände zu erkennen.

Ultra-Wideband kann mit RFID, NFC und Bluetooth mithalten  

Wenn man Ultra-Wideband vergleicht, dann sicher mit Radiofrequenz-Identifikation (RFID) oder Bluetooth Low Energy (BLE). Alle diese Technologien werden für Echtzeit-Ortungssysteme genutzt. RFID ist eine recht alte, aber sehr günstige Technologie. Deshalb ist sie immer noch verbreitet. Sie hat aber Nachteile. Sie arbeitet mit günstigen Tags, braucht aber spezielle Geräte, um sie zu erfassen. Sie kann ungenauer sein als andere Lösungen. Auf der anderen Seite steht die recht neue Technologie BLE. Sie liefert in den meisten Umgebungen gute, aber keine perfekten Ergebnisse. Die Tags sind günstig, die Batterie hält lange. Die Messergebnisse sind gut, die Genauigkeit liegt aber unter der von UWB. Und schließlich ist Ultra-Wideband eine der neuesten Lösungen. Es arbeitet auf 10 cm genau, während andere Schmalband-Funksysteme nur eine Genauigkeit von mehreren Metern erreichen. 

Anwendungsbeispiele

Ein sehr gutes Beispiel für den Einsatz von UWB ist die Entwicklung smarter Fabriken. Hersteller haben erkannt, dass die industrielle Revolution unausweichlich und notwendig ist, um voranzukommen. Laut dem Capgemini-Bericht Smart Factories: How manufacturers realize the digital industrial revolution's potential können Fabriken ihre Arbeit nur mit neuen Lösungen verbessern. Die Prognosen für die nächsten Jahre zeigen, dass sich der Wandel immer weiter beschleunigt. 

Spark Control

Einer der größten Vorteile von Ultra-Wideband ist seine Genauigkeit. Wenn Sie ein Werkzeug suchen, das sich kaum irrt – bitte sehr! Ein Projekt, das UWB nutzt, ist Spark Control. Das System dient dazu, die Arbeit in einem bestimmten Bereich in Echtzeit zu steuern, zu planen und zu überwachen – in diesem Fall in Gewächshäusern und im Gartenbau. Ein Vorteil ist die autarke Solarstromversorgung und die drahtlose Verbindung mit großer Reichweite, sodass keine zusätzliche Infrastruktur nötig ist.

Das System dient der Mitarbeitersteuerung sowie der Planung und Echtzeitüberwachung der Arbeit in einem bestimmten Bereich. Über das umfangreiche Panel lassen sich langfristige Pläne mit Prioritäten erstellen, die aus einzelnen, bestimmten Beschäftigten zugewiesenen Aufgaben bestehen. Das Sensorsystem ermöglicht es, Fortschritt und Standort der Beschäftigten in den vorgesehenen Anlagen in Echtzeit zu verfolgen. 

Mit dem System lassen sich die Aufgaben einzelner Beschäftigter und die täglichen Sensordaten prüfen oder Leistungsberichte für jede Anlage, alle Beschäftigten, Pläne und Zeiträume erstellen. 

PRoPART

Ein Projekt, das auf Europas Straßen helfen kann, entstand vor zwei Jahren. Ziel war eine Anwendung auf Basis des europäischen Satellitennavigationssystems Galileo. Hauptziel des Projekts war es, eine hochverfügbare Positionierungslösung für automatisiertes Fahren zu entwickeln und zu demonstrieren. PRoPART nutzt Sensoren auf Basis der Ultra-Wideband-Technologie. Sie scheint die beste Option dort zu sein, wo die GNSS-Abdeckung schwach ist, etwa in Tunneln oder Häuserschluchten.

KG Bursped

RTLS-Lösungen sind auch im Transportwesen sehr nützlich. Das Speditionsunternehmen KG Bursped setzt in seinen Lagern UWB-Technologie ein. Das RTLS ist dort mit der Videoüberwachung verbunden. Im Zusammenspiel mit 160 Kameras werden fast 20 Gabelstapler und 140 Einfahrtstore überwacht; die Barcode-Scanner sind mit RTLS-Tags ausgestattet. Das System ortet Tags und Scanner. Wer die Position des Scanners beim Einlesen des Codes kennt, findet die jeweilige Sendung – das verbessert die Arbeit der Videoüberwachung. 

Quelle: http://rtls.pl/

Die Zukunft von Ultra-Wideband

Ultra-Wideband gilt heute als eine der präzisesten verfügbaren Technologien. Noch ist es nicht die verbreitetste Lösung, doch das ändert sich gerade. Bis vor Kurzem waren WLAN oder Bluetooth die beste Option für drahtlose Verbindungen, weil jedes Smartphone sie unterstützt. Interessant ist: UWB steckt in iOS-Smartphones, die Anfang 2020 auf den Markt kamen. Gerüchten zufolge wartet auch Android nur auf diesen Schritt, und er soll bald kommen. Jetzt ist ein guter Zeitpunkt, sich ernsthaft mit Ultra-Wideband zu befassen. Und UWB hat noch weitere Vorteile. 

Vorteile: 

• zuverlässige Messung, sehr hohe Präzision – Genauigkeit bis 10 cm, geringer Energieverbrauch, schnelle Installation

Nachteile:

• die Übertragungsrate sinkt mit größerer Entfernung, Tags können teuer sein, keine Unterstützung durch heutige Mobilgeräte

Wie geht es weiter? Gerade erleben wir die Entwicklung von Ultra-Wideband. Klar ist aber auch, dass die nächste neue Technologie schon wartet. UWB hilft bei Überwachungssystemen, bei Fracht- und Kundenströmen oder bei der Ortung von Produkten. Heute sprechen alle über 5G – doch wie lange wird es dauern, bis sein Nachfolger kommt? Wir können nur abschätzen, wie schnell wir über neue Lösungen sprechen werden.