Suchen

Indoor-Lokalisierung

FiRa-Konsortium soll UWB-Technologie voranbringen

| Redakteur: Jürgen Schreier

ASSA ABLOY, HID, NXP, Samsung, Bosch, Sony, LitePoint und TTA haben das FiRa-Konsortium gegründet, um die Ultra-Wideband-Technologie voranzubringen. Standardisierung und Zertifizierung sollen die Interoperabilität zwischen verschiedenen Chipsätzen, Geräten und Service-Infrastrukturen gewährleisten.

Firma zum Thema

UWB bietet hochpräzise Lokalisierung auch in stark frequentierten Umgebungen mit Mehrwegeffekten.
UWB bietet hochpräzise Lokalisierung auch in stark frequentierten Umgebungen mit Mehrwegeffekten.
( Bild: gemeinfrei / Pixabay )

Die ASSA-ABLOY-Gruppe, HID Global, NXP Semiconductors, Samsung Electronics und Bosch arbeiten beim Ausbau und der Verbreitung des Ultra-Wideband-Ökosystems zusammen und etablieren zu diesem Zweck das FiRa-Konsortium. Die vier Fördermitglieder, die zu den führenden Unternehmen in den Bereichen Zugangslösungen, sichere Konnektivität und mobile Unterhaltungselektronik zählen, gehen davon aus, dass zukünftige Anwendungen ein starkes gemeinsames Fundament erfordern, um die Interoperabilität zwischen verschiedenen Gerätekategorien zu unterstützen.

Sie planen daher, Ultra Wideband (deutsch: Ultra-Breitband) zu fördern und so neue Anwendungen zu ermöglichen, die auf einer sehr genauen Feinmessung basieren. Ziel des Zusammenschlusses ist es, einen Standard für UWB zu definieren, der Endnutzern zuverlässige UWB-Anwendungen verspricht. Als erste Mitglieder treten die Sony Imaging Products & Solutions Inc., LitePoint und die Telecommunications Technology Association (TTA) der neu gegründeten Organisation bei.

Fine Ranging: Höchste Genauigkeit bei der Ortsbestimmung

Der Name FiRa steht für “Fine Ranging” und umschreibt damit die die besonderen Eigenschaften der UWB-Technologie - insbesondere die beispiellose Genauigkeit bei der Entfernungsmessung und bei der Bestimmung der relativen Position eines Gerätes oder Objekts zu einem anderen. Vor allem bei schwierigen Umgebungsbedingungen ist die UWB-Technologie laut FiRa-Konsortium anderen Technologien in Hinblick auf Genauigkeit, Stromverbrauch, Stabilität der HF-Verbindung sowie Sicherheit weit überlegen.

Charlie Zhang, Vorsitzender des FiRa-Konsortiums und Vice President Engineering bei Samsung Electronics: "Wir sind davon überzeugt, dass UWB die Art und Weise verändern kann, wie Menschen Konnektivität erleben."
Charlie Zhang, Vorsitzender des FiRa-Konsortiums und Vice President Engineering bei Samsung Electronics: "Wir sind davon überzeugt, dass UWB die Art und Weise verändern kann, wie Menschen Konnektivität erleben."
( Bild: FiRa )

“Wir sind davon überzeugt, dass UWB die Art und Weise verändern kann, wie Menschen Konnektivität erleben. Daher setzt sich das Konsortium für die breite Einführung interoperabler UWB-Technologien ein", sagt Charlie Zhang, Vorsitzender des FiRa-Konsortiums und Vice President Engineering bei Samsung Electronics.

Kazuyuki Sakamoto, Senior General Manager der FeliCa Business Division bei Sony Imaging Products & Solutions Inc., glaubt, "dass die UWB-Technologie gemeinsam mit anderen drahtlosen Technologien die Vernetzung in der Industrie enorm vorantreiben wird."

"Peer-to-Peer-Feinmesstechnologie ohne zusätzliches Equipment ist sehr nützlich für Heim- oder Industrieanwendungen. Wir glauben, dass die FiRa-Technologie unser Leben verändern wird", sagt Yongbum Park, Vice President der Telecommunications Technology Association (TTA).

UWB-Technologie basiert auf dem IEEE-Standard 802.15.4/4z

Ausgangspunkt für die UWB-Technologie ist der IEEE-Standard 802.15.4/4z. Er definiert die wesentlichen Merkmale für drahtlose Verbindungen mit niedriger Datenrate und verbesserter Reichweite. Ziel des FiRa-Konsortiums ist die Entwicklung eines interoperablen Standards auf Basis der bewährten Merkmale des bisherigen-Standards. Dieser soll Mechanismen definieren, die über den IEEE-Standard hinausgehen und Maßnahmen vorantreiben, die eine schnelle Entwicklung spezifischer Anwendungen unterstützen.

Die einzigartigen Eigenschaften machen die UWB-Technologie für viele Bereichen interessant:

  • Nahtlose Zugangskontrolle - UWB kann erfassen, wenn eine Person sich einem gesicherten Eingang nähert oder sich von ihm entfernt, ihre Sicherheitsfreigaben überprüfen und die autorisierte Person durch den Eingang passieren lassen, ohne dass diese ihre Zugangsberechtigung physisch vorlegen muss.
  • Standortbasierte Dienste - UWB bietet hochpräzise Lokalisierung auch in stark frequentierten Umgebungen mit Mehrwegeffekten. Es erleichtert die Navigation in großen und stark besuchten Gebäudekomplexen wie Flughäfen und Einkaufszentren. Darüber hinaus ermöglicht UWB gezielte digitale Marketingkampagnen und die Erfassung von Besucherströmen. So können Einzelhändler individuelle Angebote erstellen, Behörden ihre Informationen abstimmen und Veranstaltungsstätten ihre Empfehlungen während eines Events personalisieren.
  • Gerät-zu-Gerät (Peer-to-Peer) Dienste - Da UWB die die genaue relative Entfernung und Richtung zwischen zwei Geräten erfassen kann, lässt sich die relative Position zueinander auch ohne Infrastrukturen wie Anker- oder Zugangspunkte finden. Das erleichtert es, sich gegenseitig in überfüllten Räumen zu finden oder versteckte Gegenstände zu lokalisieren.

Anwendungsfelder für Ultra-Breitband-Technologien
Anwendungsfelder für Ultra-Breitband-Technologien
( Bild: FiRa )

Aufgrund seiner geringen spektralen Dichte gibt es bei UWB kaum Interferenzen mit anderen drahtlosen Funkstandards. Folglich eignet sich diese Technologie gut für den Einsatz zusammen mit anderen drahtlosen Technologien wie Near Field Communication (NFC), Bluetooth und WiFi. Darüber hinaus gibt es Märkte, die UWB auf eine andere Weise nutzen, beispielsweise die Automobilindustrie.

FiRa-Konsortium unterstützt ganzheitliches Ökosystem

"Das FiRa-Konsortium engagiert sich für ein ganzheitliches Ökosystem. Das bedeutet, dass wir mit anderen Konsortien und Branchengrößen zusammenarbeiten werden, um Konzepte zu entwickeln und Parameter zu definieren", sagt Charles Dachs, stellvertretender Vorsitzender des FiRa-Konsortiums und General Manager und General Manager und Vice President Secure Embedded Transactions bei NXP Semiconductors.

Mitglieder des FiRa-Konsortiums haben die Möglichkeit, Branchentrends zu beeinflussen, frühzeitig Zugang zu technischen Details zu erhalten, Produkte zu zertifizieren, das UWB-Ökosystem auszubauen und Fachwissen auszutauschen. Ramesh Songukrishnasamy, Senior Vice President und CTO von HID Global und zugleich Director und Schatzmeister des FiRa-Konsortiums, sagt: "Wir ermutigen jeden einzelnen, der großes Interesse am Erfolg von UWB hat, ganz gleich aus welcher Branche, sich uns anzuschließen und zur Arbeit des Konsortiums beizutragen".

"UWB bietet viele Chancen zur Entwicklung neuer und ergänzender Anwendungen für drahtlose Konnektivität", sagt Adam Smith, Director of Marketing bei LitePoint. "Wir freuen uns, zum Aufbau eines Ökosystems beitragen zu können, in dem Unternehmen diese neue Technologie nutzen können, mittels einer vollständig integrierten UWB-Testlösung, die es einfach macht, die Leistung von UWB-Geräten zu überprüfen. Bei LitePoint ist es unsere Mission, Unternehmen bei der Markteinführung innovativer UWB-Produkte zu unterstützen, und deshalb freuen wir uns, Teil des FiRa-Konsortium-Teams zu sein."

Was Ultra-Breitband-Systeme können

UWB bestimmt die relative Position von Peer-Geräten mit sehr hoher Genauigkeit und kann bei Sichtverbindung auf bis zu 200 Meter arbeiten. Im Gegensatz zu Schmalband-Funktechnologien bietet die Verwendung von Breitbandsystemen wie UWB eine sehr stabile Konnektivität bei kaum vorhandenen Interferenzen mit andern Wireless-Systemen und eine hochpräzise Positionierung - selbst in überlasteten Mehrwegsignalumgebungen.

Spektrale Dichte von UWB im Vergleich zu anderen Wireless-Technologien
Spektrale Dichte von UWB im Vergleich zu anderen Wireless-Technologien
( Bild: FiRa )

Durch die Berechnung der genauen Position ist die Feinabmessung auf Basis von UWB z.B. eine zuverlässige Methode zum Schließen und Öffnen von Schlössern, unabhängig davon, ob diese an einer Autotür, einem Lagereingang, einem Konferenzraum oder Ihrer Haustür installiert sind.

Basis der UWB-Technologie sind der IEEE-Standard 802.15.4 und die derzeit in Entwicklung befindliche 802.15.4z-Novelle. Der Standard 802.15.4 wird in einer Vielzahl von Anwendungen mit reichweitenstarken Funktionen verwendet, wie beispielsweise High Rate PHY (HRP) und Low Rate PHY (LRP). Im Allgemeinen definiert der Standard IEEE 802.15.4 die PHY-, MAC- und Sublayer, wobei der Schwerpunkt auf drahtloser Konnektivität mit niedriger Datenrate und Präzisionsbereich liegt. Für Geräte, die unter verschiedenen lizenzfreien Marken in verschiedenen geografischen Regionen betrieben werden, sind unterschiedliche PHYs definiert.

Wie UWB funktioniert

Das Bedienkonzept ist einfach. Sobald ein Gerät, das mit einem UWB-Radio ausgestattet ist (z.B. ein Smart Key), in die Reichweite eines anderen UWB-Geräts gelangt, beginnen die Geräte mit der Entfernungsmesseung. Die Bestimmung der Entfernung erfolgt mithilfe von Time-of Flight-(ToF)-Messungen zwischen den Geräten. Die TOF wird berechnet, indem die Roundtrip-Zeit von Challenge/Response-Paketen gemessen wird. Je nach Art der Anwendung (Asset-Tracking oder Gerätelokalisierung) berechnet entweder das mobile oder das feste UWB-Gerät den genauen Standort des Gerätes. Für den Fall, dass das Gerät einen Indoor-Navigationsdienst betreibt, muss es seine relative Position zu den festen UWB-Ankern kennen und seine Position auf der Umgebungskarte berechnen.

Die Positionsbestimmung mithilfe von UWB
Die Positionsbestimmung mithilfe von UWB
( Bild: FiRa )

UWB verwendet eine sehr große Kanalbandbreite (500 MHz) mit kurzen Impulsen von jeweils ca. 2 ns. Dies trägt zur hohen Genauigkeit der Messungen bei. Der UWB-Positionierungsprozess ohne Verzögerung, sodass die Bewegungen der mobilen Vorrichtung in Echtzeit sehr genau verfolgt werden können.

Die präzisen UWB-Messungen in Echtzeit haben zur Folge, dass ein UWB-fähiges System mit sehr hoher Sicherheit den genauen Standort eines Geräts erkennt und feststellen kann, ob es stationär ist oder sich auf ein bestimmtes Objekt zubewegt oder sich von diesem entfernt. Ein UWB-fähiges System kann beispielsweise feststellen, ob sich eine Person in Richtung einer verschlossenen Tür bewegt, und "weiß", auf welcher Seite der Tür sich diese befindet. Folglich kann das Ultra-Breitband-System "entscheiden", ob die Tür verschlossen bleiben oder geöffnet werden soll, wenn die Person einen bestimmten Punkt erreicht.

Dieser Beitrag ist urheberrechtlich geschützt. Sie wollen ihn für Ihre Zwecke verwenden? Infos finden Sie unter www.mycontentfactory.de (ID: 46062644)

Bild: infsoft GmbH; Mesago/Thomas Geiger; Qorvo; Pixabay; gemeinfrei; FiRa; gemeinfrei (geralt / pixabay); Anna-Lena Hillenbrand; Siemens Healthineers; Palo Alto Networks