UWB RTLS: Die Wissenschaft hinter der 1-km-Kommunikation!

Einführung

Unzuverlässige Tracking-Daten älterer Systeme beeinträchtigen Ihre industriellen Abläufe und wichtige strategische Entscheidungsprozesse. Unser Leitfaden erläutert die UWB-RTLS-  Technologie und erklärt, wie Hochleistungsmodule eine präzise Streuung gewährleisten. Durch das Verständnis der Architektur und der wissenschaftlichen Grundlagen dieser Systeme können Sie eine Lösung implementieren, die Stabilität und nachweislichen Betriebserfolg für Ihre gesamte Anlage sicherstellt – und zwar sofort.

Definition der Architektur von industriellen UWB-RTLS!

Sie wissen wahrscheinlich, dass ein robustes industrielles Echtzeit-Lese- und -Schreibsystem (RTLS) auf drei Kernkomponenten basiert. Erstens werden präzise UWB-Tags sicher an Ihren kritischen, beweglichen Anlagen angebracht, um deren Sichtbarkeit zu gewährleisten. Zweitens empfängt die fest installierte UWB-Sensorinfrastruktur, oft auch als Anker bezeichnet, Signale von den beweglichen Tags. Schließlich verarbeitet ein zentraler Server die Daten, wobei unser UWB-Modul diese essenzielle Interaktion steuert.

Diese fortschrittliche UWB-RTLS-Architektur berechnet präzise Koordinaten und ermöglicht so eine zuverlässige UWB-basierte Anlagenverfolgung. Darüber hinaus unterstützt das RTLS-UWB-Netzwerk eine hohe Tag-Dichte und gewährleistet dadurch die Stabilität Ihres Systems. Dank garantierter Datenraten von 6,8 Mbit/s wird eine optimale Geschwindigkeit sichergestellt. Diese umfassende Struktur definiert die Leistungsfähigkeit moderner Ortungssysteme in industriellen Umgebungen.

Wie erreicht UWB RTLS eine Reichweite von 1 km?

Sie werden durch physikalische Analysen erfahren, wie Hochleistungsverstärkung es UWB RTLS ermöglicht, extreme Entfernungen zu erreichen.

•  500 mW Leistung

Um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten, müssen Signalverluste in großen Bereichen kompensiert werden. Daher nutzt unser G-NiceRF-Modul eine hohe Sendeleistung von 500 mW für optimale Performance. Dies ist deutlich höher als bei Standardgeräten, wodurch die Leistung von UWB RTLS im Außenbereich verbessert wird.

Sie können größere Flächen effektiv abdecken, was wiederum die Kosten für UWB RTLS pro Quadratmeter reduziert. Die hohe Leistung gewährleistet die Signalqualität, wodurch Ihre Reichweite deutlich erhöht wird.

•  PA-Integration

Benötigen Sie eine Signalverstärkung, um sicherzustellen, dass Ihre Tracking-Daten klar und auswertbar bleiben? Das Modell UWB3000F27  ist mit einem Leistungsverstärker (PA) zur Verbesserung der Signalstärke ausgestattet. Diese Komponente verstärkt das HF-Signal, ohne dessen Klarheit zu beeinträchtigen.

Diese Integration unterstützt das gesamte UWB-RTLS-System durch eine deutliche Vereinfachung des Hardware-Designs. Dadurch wird die zuverlässige UWB-Ortung für Ihre Wartungsteams erheblich vereinfacht. Die gleichbleibende Leistung wird durch die zentrale Rolle der PA für die Aufrechterhaltung von Distanz und Verbindung gewährleistet.

•  27 dBm Ausgangsleistung

Benötigen Sie eine starke Projektion, um Hindernisse in Ihrer komplexen Industrieanlage zu durchdringen? Unser Modul liefert eine robuste Ausgangsleistung von 27 dBm, was auf ein energiereiches Signal hinweist. Dank dieser hohen Energie kann das Signal auch kleinere Hindernisse durchdringen, was für die UWB-Positionierung von Vorteil ist.

Dieser Ausgang entspricht dem IEEE-802.15.4-2020-Standard und gewährleistet somit höchste Zuverlässigkeit. Dank dieser Konformität können Sie sich auf die stabile Verbindung Ihres UWB-RTLS-Kits verlassen  . Die Signalstärke ist zwar entfernungsabhängig, garantiert aber stets eine zuverlässige Verbindung für Ihre Geräte.

•  Linkbudget

Für eine stabile Verbindung ist ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Senden und Empfangen unerlässlich. Um Datenverluste während der Übertragung zu vermeiden, wird eine hohe Verbindungsqualität sichergestellt. Daher optimieren wir Verstärkung und Empfindlichkeit, um die Genauigkeit des UWB-basierten RTLS zu gewährleisten.

Diese Optimierung ist ein notwendiger Schritt für jede Implementierung, um wertvolle Erkenntnisse zu gewinnen. Dadurch erhalten Sie Einblicke in die Funktionsweise von UWB RTLS über größere Entfernungen. Ein ausreichendes Budget für dieses System ermöglicht eine bemerkenswerte Reichweite von 1,5 km.

•  LNA-Empfindlichkeit

Dank eines rauscharmen Verstärkers (LNA),  der die Empfängerempfindlichkeit erhöht, können auch schwache Signale erfasst werden. Dadurch kann das RTLS-UWB-System auch weiter entfernte Tags erkennen und so eine bessere Kommunikation ermöglichen. Dies führt zu einer optimierten bidirektionalen Kommunikation und insgesamt zu einer verbesserten UWB-Ortung in Ihrer gesamten Anlage.

Der LNA arbeitet mit dem PA zusammen, um die Systemreichweite zu erhöhen und so die Signalqualität der Infrastruktur zu verbessern. Dadurch empfängt das System Signale präziser und stellt sicher, dass keine Ressource verloren geht.

Technische Spezifikationsmatrix für die High-Power-UWB-RTLS-Architektur!

Die Wissenschaft hinter der UWB-RTLS-Signalausbreitung!

Um die Zuverlässigkeit dieser Wissenschaft vollständig zu erfassen, muss man die einzigartige Pulsphysik verstehen.

•  Nanosekundenimpulse

Das UWB-RTLS-System nutzt extrem kurze Signale von nur 2 ns Dauer, wodurch eine überragende Genauigkeit erzielt wird. Haben Sie sich jemals gefragt, warum Ihr aktuelles Ortungssystem in stark störungsanfälligen Bereichen versagt? Diese kurzen Impulse minimieren die Wahrscheinlichkeit von Signalüberlappungen und ermöglichen es Ihren RTLS-Sensoren, eindeutige Ankünfte zu erfassen.

Wie das FiRa-Konsortium feststellte, ermöglicht die pulsbasierte Technik von UWB eine hochpräzise Positionsbestimmung.  Die mit kontinuierlichen Wellen verbundene Unschärfe wird eliminiert, was zu einer deutlich verbesserten Positionierung führt.

•  500 MHz Bandbreite

Ihr Signal deckt eine beeindruckende Bandbreite von 500 MHz ab und ermöglicht Ihnen so einen Betrieb über einen weiten Bereich. Diese Eigenschaft macht Ultrabreitband-RTLS so robust gegenüber gängigen Störungen. Der Unterschied zwischen UWB und BLE ist deutlich sichtbar: UWB wird nicht beeinträchtigt. Dank dieser Bandbreite kann Ihr System auch große Datenmengen stabil übertragen.

•  Zeitbereich

UWB misst die Feldstärke zeitlich anhand der Laufzeiten, was sich von herkömmlichen Frequenzmethoden unterscheidet. Daher ist es für die Funktionsweise von UWB-RTLS unerlässlich zu verstehen, dass die zeitliche Auflösung anders ist. Dieser Ansatz im Zeitbereich gewährleistet, dass die räumlichen Daten unabhängig von den Umgebungsbedingungen zuverlässig bleiben.

•  Spektrumsdispersion

Die Energieverteilungsbreite ermöglicht die Koexistenz des Signals mit WLAN ohne Störungen. Darüber hinaus bleiben die UWB-RTLS-Lösungen  sicher, da die Dispersion die Signale effektiv vor Abhörern verbirgt.

•  Pulsradio

Die Verwendung von Impulsfunktechnologie gewährleistet einen geringen Stromverbrauch des UWB-RTLS-Systems im Betrieb. Dadurch eignet sich das energieeffiziente UWB-Tracking-System ideal für Langzeiteinsätze, bei denen die Batterieleistung entscheidend ist. Die Impulse erfolgen unmittelbar, aber zeitlich präzise, ​​wodurch die Funkverbindung klar und deutlich differenziert wird.

Die wichtigsten Vorteile der Verwendung von UWB RTLS!

Bestimmte Branchen profitieren von UWB RTLS, insbesondere aufgrund seiner zentimetergenauen Präzision. Die hohe Genauigkeit von UWB RTLS gewährleistet somit zuverlässige Lagerprozesse mit einer Genauigkeit von 30 cm für Ihre Logistik.

-  Mehrwegeausbreitung: Aufgrund von Signalreflexionsfehlern sind UWB-RTLS-Lösungen so konzipiert, dass sie in industriellen RTLS-Umgebungen zuverlässig funktionieren. 

-  AES-128-Sicherheit: Daten werden durch robuste Verschlüsselung geschützt, sodass sensible Informationen jederzeit sicher bleiben. Dadurch sind Patientenfluss und -sicherheit mit UWB RTLS vor unbefugtem Zugriff und Sicherheitslücken geschützt. Laut MarketsandMarkets wird die steigende Nachfrage nach UWB-Technologie im Gesundheitswesen durch den Bedarf an sicherer Patientenverfolgung angetrieben. 

-  Hohe Kapazität: Es können viele UWB RTLS-Tags gleichzeitig verbunden werden, wodurch das RTLS UWB-Netzwerk für große Flotten skalierbar ist. 

-  Geringe Latenz: Sie erhalten Aktualisierungen in Millisekunden, was bedeutet, dass das Echtzeit-Ortungssystem UWB eine schnelle Anlagenverfolgung ermöglicht. 

Vergleich von UWB-RTLS und Schmalband-Positionierungssystemen!

Die markanten Unterschiede werden Sie beim Vergleich von UWB RTLS mit älteren Schmalbandsystemen erkennen.

•  Trägerwelle

Bei Schmalband-RTLS werden kontinuierliche Wellen verwendet, während UWB RTLS trägerfreie Impulse nutzt. Dieser Unterschied ist der Grund, warum UWB im Vergleich zu BLE hinsichtlich der Signalqualität stets die Nase vorn hat. Die Trägerwelle ist anfälliger für Rauschen, weshalb Ihr UWB-Sensor besser funktioniert. Impulse durchdringen das Rauschen und sorgen so für ein klares Signal.

•  RSSI-Instabilität

Die Entfernungsmessung allein anhand der Signalstärke ist unzuverlässig, genau das tun jedoch Schmalbandsysteme. Bei schwankenden Entfernungen wird die überlegene Genauigkeit von UWB-RTLS jedoch deutlich. RTLS-Sensoren mit UWB messen die Zeit, wodurch Umgebungsänderungen die endgültige Berechnung weniger stark beeinflussen. In meiner Erfahrung mit Tracking-Systemen in einem Stahlwerk versagten RSSI-Systeme aufgrund von Metallreflexionen, während UWB stabil blieb. RSSI ist für kritische industrielle Anwendungen, die höchste Präzision erfordern, schlichtweg zu variabel.

•  Interferenzrisiko

Oftmals arbeiten Sie mit begrenzten Funkfrequenzen, in denen WLAN und Bluetooth überlastet sind. Daher benötigen industrielle RTLS-Systeme freie Übertragungswege, um ohne signifikanten Datenverlust korrekt zu funktionieren. Ultrabreitband-RTLS arbeitet mit variablen Frequenzen, wodurch das Risiko von Interferenzen deutlich sinkt. Folglich bleibt Ihr UWB-Tracking konsistent, da Sie Kanalüberlastungen umgehen und das System optimal funktioniert.

•  TDoA-Algorithmus

Mithilfe des TDoA-Algorithmus werden hochkomplexe mathematische Berechnungen durchgeführt, um den genauen Standort zu bestimmen. Aufgrund dieser Berechnung arbeiten UWB-Positionierungssysteme  deutlich effizienter als herkömmliche Methoden. Daher ist das UWB-RTLS-System wesentlich besser für die Positionsverfolgung und -berechnung geeignet. Dies wird durch synchronisierte Basisstationen erreicht, was die Berechnungsgeschwindigkeit insgesamt erhöht.

•  ToF-Entfernungsmessung

Die ToF-Entfernungsmessung basiert auf dem Prinzip des Sendens und Empfangens eines Impulses zur Entfernungsberechnung. Das System misst die vom Signal zurückgelegte Strecke und erklärt so die Funktionsweise von UWB RTLS. Daher ist die vom UWB RTLS-System berechnete Entfernung extrem genau. Sie wird zentimetergenau berechnet, genauer gesagt, es handelt sich um reine Physik.

Wie lässt sich UWB RTLS für maximale Abdeckung implementieren?

Sie erlernen die Installationsschritte direkt, um optimale Abdeckung und Genauigkeit zu gewährleisten. Nur bei korrekter Installation erfüllt das System Ihre Anforderungen und Erwartungen.

•  Dreiecksgeometrie

Stellen Sie sicher, dass die Ankerpunkte in Dreiecksform angeordnet sind, damit das System die Position analysieren kann. Dank dieser Anordnung arbeiten UWB-RTLS-Lösungen einwandfrei und liefern präzise Positionsdaten. Sie vermeiden so Abweichungen bei der linearen Platzierung der Ankerpunkte und gewährleisten dadurch eine genaue Triangulation.

•  30 cm Höhe

Um die Genauigkeit von UWB RTLS zu erhöhen, müssen die Verankerungen 30 cm von den Wänden entfernt angebracht werden. Dadurch wird verhindert, dass die Signale während der Kommunikation von den Wänden reflektiert werden. Die Störungen durch näher gelegene Wände werden reduziert, was die Sicht verbessert.

•  Sichtlinie

Stellen Sie sicher, dass eine freie Sichtverbindung besteht, da dies für ein Sichtverbindungssystem unerlässlich ist. Signale können durch Hindernisse blockiert werden, was zu Verzögerungen im Echtzeit-Ortungssystem UWB führen kann. Positionieren Sie die Ankerpunkte in einer gewissen Höhe, um Hindernisse am Boden zu vermeiden.

•  45 m Abstand

Die Verankerungen müssen korrekt positioniert werden, mit einem Mindestabstand von 45 m. Dies ist für eine zuverlässige UWB-RTLS-Abdeckung im Außenbereich und den Erhalt der Signalqualität unerlässlich. G-NiceRF-Module bieten eine gute Abdeckung für diese Distanz, sodass Ihr UWB-RTLS-System stabil bleibt.

•  Koordinateneinrichtung

Für die Kalibrierung des Systems ist eine Startposition wichtig. Legen Sie den Ursprung des Koordinatensystems auf (0, 0) fest, um der UWB-Positionierung einen Ausgangspunkt zu geben. Zur Berechnung des Indoor-Positionierungssystems (UWB) muss der gesamte Bereich digital erfasst werden. Messen Sie die Position der Ankerpunkte, damit die Software die korrekte Position berechnen kann.

Häufig gestellte Fragen!

Damit werden einige der häufigsten technischen Fragen zu unserem UWB RTLS-Modul beantwortet.

Welche Frequenz hat Kanal 5?

Sie können bestimmte Frequenzbänder nutzen, wobei Kanal 5 mit 6489,6 MHz arbeitet, um Interferenzen zu vermeiden. Dadurch umgeht das UWB-Modul  die typischen Störungen, die in anderen, stark frequentierten Frequenzbändern auftreten. Diese Frequenz ist weltweit standardkonform, was die globale Zuverlässigkeit Ihres UWB-Sensors gewährleistet. Die Bandbreite von 500 MHz bietet einen großen Bereich für eine stabile Datenübertragung.

Unterstützt UWB RTLS bidirektionale Entfernungsmessung?

Ja, eine bidirektionale Messung ist möglich, um die Genauigkeit von UWB RTLS nachzuweisen. Das Modul sendet und empfängt Daten, genau wie UWB RTLS funktioniert. Dieses Verfahren kompensiert Taktabweichungen und ermöglicht so eine hohe Genauigkeit.

Liegt der Ruhestrom unter 100 µA?

Ja, die Effizienz ist hoch, und der Stromverbrauch im Ruhemodus liegt unter 100 µA. Dadurch haben UWB-Tags eine längere Lebensdauer, und die Wartungsintervalle für die Batterien werden reduziert. Somit sinken die Gesamtbetriebskosten von UWB RTLS, was es zu einer kosteneffizienten Lösung macht. Ihre UWB RTLS-Tags arbeiten hocheffizient, wodurch die Betriebskosten sinken.

Kann ein Modul eine Ausgangsleistung von 500 mW verarbeiten?

Ja, insbesondere das UWB3000F27 bietet diese Funktion dank eines integrierten Leistungsverstärkers. Das UWB-Modul erreicht somit 500 mW, was ideal für UWB-RTLS-Kits mit großer Reichweite ist. Dadurch beträgt die UWB-Positionierung 1,5 km, und externe Verstärker sind nicht erforderlich.

Was ist die maximale Standardpaketlänge?

Die Paketlänge ist auf 1023 Byte begrenzt. Um die Übertragungsgeschwindigkeit zu gewährleisten, sendet das UWB-RTLS-System daher kompakte Daten. Dies entspricht dem Standardprotokoll und ermöglicht eine schnelle und effiziente UWB-Ortung.

Abschluss

Wir sind überzeugt, dass Sie den Wert unserer Antwort nun erkennen. G-NiceRF-Module bieten unübertroffene Genauigkeit und dauerhafte Leistung. Wir schützen Ihre Daten mit modernster Verschlüsselung und sichern so deren Wert. Gerne stellen wir Ihnen ein Muster unserer fortschrittlichen UWB-RTLS-  Technologie zur Verfügung. Besuchen Sie G-NiceRF,  um mehr zu erfahren.