Was ist Ultrabreitband-Technologie?
Die Ultrabreitbandtechnologie ist eine drahtlose Trägerkommunikationstechnologie, die eine Frequenzbandbreite über 1 GHz nutzt. Sie verwendet nicht den sinusförmigen Träger des herkömmlichen Kommunikationssystems, sondern nanosekundenkurze, nicht sinusförmige schmale Impulse zur Datenübertragung. Daher belegt sie ein großes Spektrum, und trotz der Verwendung von drahtloser Kommunikation kann ihre Datenübertragungsrate mehrere hundert Megabit pro Sekunde erreichen.
Ultrabreitband-Funktionalität
Die Ultrabreitbandtechnologie moduliert den Impuls direkt mit einer sehr steilen Anstiegs- und Abfallzeit, sodass das Signal eine Bandbreite im GHz-Bereich aufweist. Damit werden die großen Probleme im Zusammenhang mit der Ausbreitung gelöst, die die herkömmliche Funktechnologie seit vielen Jahren plagen.
Wie funktioniert Ultrabreitband?
Im Gegensatz zu den meisten drahtlosen Technologien funktioniert Ultrabreitband (UWB) über gepulste Funkwellen. Es nutzt eine Reihe von Impulsen über ein breites Frequenzband und wird daher manchmal auch als IR-UWB oder gepulstes Funk-UWB bezeichnet. Zum Vergleich: Satelliten, WLAN und Bluetooth verwenden modulierte Sinuswellen über schmale Frequenzbänder, um Informationen zu übertragen.
Wo ist Ultrabreitband verfügbar?
Unterhaltungselektronik
Die UWB-Technologie hat sich in den letzten Jahren im Bereich der Unterhaltungselektronik einen Namen gemacht. Zu den wichtigsten Marken gehören:
- iPhone
Das Unternehmen Apple hat die UWB-Lösung nacheinander in der Apple Watch S6, den HomePod mini Smart-Lautsprechern, den Mobiltelefonen der iPhone12-Serie und den Aritag-Funk-Trackern eingesetzt.
- Samsung
Samsung hat die UWB-Lösung in Mobiltelefonen eingesetzt. Zu den konkreten Modellen gehören das Galaxy Note 20 Ultra, das Galaxy Z Fold 2, das S21+ und das S21 Ultra. Gleichzeitig hat Samsung auch den SmartTag+ Smart-Tracker mit UWB-Technologie auf den Markt gebracht.
Digitaler Autoschlüssel
Autoschlüssel haben eine Entwicklung von mechanischen Schlüsseln über Fernbedienungsschlüssel und NFC-Schlüssel bis hin zu Bluetooth-Schlüsseln durchlaufen. Der digitale Schlüssel verwandelt tragbare Geräte wie Smartphones, NFC-Smartcards, Smartwatches und Smart-Armbänder durch präzise Bluetooth-Ortung, NFC, UWB und andere Nahfeldkommunikationstechnologien in Autoschlüssel. Auf diese Weise lassen sich komfortable und bequeme Funktionen wie schlüsselloses Öffnen und Starten des Fahrzeugs, Fernautorisierung für andere Personen und personalisierte Fahrzeugeinstellungen realisieren.
industrielle Fertigung
Das auf Ultrabreitbandtechnologie basierende Echtzeit-Ortungssystem RTLS ist im industriellen Bereich bereits sehr ausgereift. Es wird hauptsächlich in den Bereichen Standortverfolgung, Lagerhaltung und Logistik, drahtlose Messung, intelligentes Fahren, Augmented Reality, Leistungssport und anderen Bereichen eingesetzt.
Militärradar
UWB ist keine neue Technologie. Sie wurde erstmals unter dem Namen „Pulsfunk“ in militärischen Radar- und Kommunikationsanwendungen eingesetzt. Seit 2002 hat die US-amerikanische Federal Communications Commission (FCC) ihre Nutzung ohne Genehmigung zugelassen und ihr das Frequenzband 3,1 bis ~10,6 GHz zugewiesen, das eine Bandbreite von mehr als 500 MHz einnimmt.
Ultrabreitband vs. Bluetooth
Im Vergleich zu den drei bekannten Technologien GNSS, Wi-Fi und Bluetooth Low Energy, die Ortungsdienste anbieten können, hat die UWB-Technologie folgende Vorteile:
Zunächst einmal kann das traditionelle globale Navigationssatellitensystem (Global Navigation Satellite System, GNSS) zwar Satellitenortungsdienste bereitstellen, aber da die Satellitensignale durch Gebäude blockiert werden, ist eine Ortung in Innenräumen nicht möglich.
Wi-Fi und Bluetooth verwenden in der Regel Empfangssignalstärkeanzeigen (RSSI), um den Standort zu bestimmen, wobei nur eine grobe Einstufung der empfangenen Signale als „schwach” oder „stark” angezeigt wird und die Standortgenauigkeit auf Metergenauigkeit beschränkt ist.
Es gibt drei Technologien für die UWB-Ortung, nämlich die TOF-Zeitdifferenzmethode (Time of Flight), die TDOA-Zeitdifferenzmethode (Time Difference of Arrival) und die PDOA-Winkelphasenunterschiedsmethode (Phase Difference Of Arrival). Diese funktionieren zwar nur über kurze Entfernungen, können jedoch den Standort einer Signalquelle mit einer Genauigkeit von weniger als 50 cm (unter optimalen Bedingungen und bei optimaler Bereitstellung) und sehr geringer Latenz bestimmen.
Standardorganisation für UWB-Technologie
Jede drahtlose Übertragungstechnologie verfügt in der Regel über eine Standardisierungsorganisation, die für die Festlegung der entsprechenden Standards und die technische Zertifizierung zuständig ist, wie beispielsweise Bluetooth SIG, Wi-Fi Alliance, International Telecommunication Union usw. Im Bereich der UWB-Technologie gibt es derzeit zwei Organisationen: die FIRA Alliance und die UWBA Ultra-Wideband Union.
FiRa-Allianz
Die FiRa Alliance hat sich zum Ziel gesetzt, interoperable Ultrabreitband-Technologie (UWB) zu entwickeln und flächendeckend einzuführen, um sichere, hochpräzise Entfernungsmessungs- und Ortungsfunktionen bereitzustellen und den Nutzern ein nahtloses Erlebnis zu bieten.
Die Mitglieder der FiRa Alliance entwickeln hauptsächlich Produkte auf Basis der UWB-Sicherheitstechnologie für die Feinortung nach dem Standard IEEE 802.15.4 und erarbeiten Anwendungsszenarien für die UWB-Technologie in verschiedenen vertikalen Geschäftsbereichen. Die FiRa Alliance arbeitet eng mit anderen Branchenverbänden wie IEEE, Wi-Fi Alliance, Car Connectivity Consortium (CCC) und anderen zusammen und konzentriert sich dabei auf UWB-Anwendungsfälle, die in den verfügbaren Frequenzbändern von 6 bis 9 GHz betrieben werden.
Universität von Westengland
Die UWB Alliance konzentriert sich darauf, unter dem Standard 802.15.4z ein günstiges regulatorisches Umfeld und eine günstige Frequenzverwaltung zu schaffen, um das Wachstum des UWB-Marktes zu maximieren. Die UWB Alliance hat sich zum Ziel gesetzt, verschiedene vertikale Branchen zu fördern, um den Wert von UWB für das Internet der Dinge (IoT) und Industrie 4.0 zu demonstrieren und ein globales Ökosystem in der gesamten UWB-Wertschöpfungskette von Chips bis hin zu Dienstleistungen aufzubauen.
Darüber hinaus setzt sich die Ultra Wideband Alliance derzeit für neue Frequenzen ein, um UWB auf 12,4 GHz und neue höhere Frequenzbänder in Europa auszuweiten.
