¿Por qué la banda ultraancha podría ser la estrella del futuro del posicionamiento en interiores?

La tecnología de banda ultraancha (UWB), propuesta en la década de 1960, ha recuperado popularidad en los últimos años. Originalmente, la UWB se lanzó para aplicaciones de comunicación, pero ahora también se utiliza en tecnologías de posicionamiento de alta precisión, especialmente en interiores, es decir, posicionamiento espacial sin exposición. Integra funciones de posicionamiento y comunicación, lo que la hace particularmente moderna, atractiva y funcional. En septiembre de 2019, durante la presentación del iPhone 11 de Apple, se anunció que este dispositivo incorporaba el chip U1. La UWB entró discretamente en el mercado de consumo. ¿Por qué discretamente? Porque Apple no hizo ninguna presentación de este misterioso chip en la conferencia de prensa. Sin embargo, esto podría marcar un hito para el posicionamiento en interiores. Se estima que la UWB demostrará todo su potencial en los próximos cinco a diez años.

¿Qué es el posicionamiento de banda ultraancha? Aquí tienes una breve introducción. UWB (Ultra Wide Band) es una tecnología de banda ultraancha. Se trata de una tecnología de comunicación sin portadora que utiliza pulsos estrechos no sinusoidales de nivel nanosegundo para transmitir datos, por lo que ocupa un amplio rango espectral. El posicionamiento UWB utiliza tecnología de comunicación por pulsos de banda ancha, que posee una gran capacidad antiinterferencias y reduce los errores de posicionamiento. La aparición de la tecnología de posicionamiento UWB en interiores ha cubierto la necesidad de posicionamiento de alta precisión. Presenta las ventajas de ser insensible al desvanecimiento del canal, tener una baja densidad espectral de potencia de las señales transmitidas, una baja capacidad de intercepción, una baja complejidad del sistema y proporcionar una precisión de posicionamiento de 0.1 metros.

A diferencia de las comunicaciones inalámbricas tradicionales, la tecnología UWB no utiliza ondas portadoras, sino que transmite datos mediante el envío y la recepción de señales de pulso de baja energía. El método de medición de distancia se basa en el tiempo de transmisión de la señal, calculando la diferencia de tiempo de transmisión entre dos dispositivos. Por lo tanto, en áreas pequeñas, UWB ofrece resultados de posicionamiento más precisos que Wi-Fi y Bluetooth. Apple la denomina «sistema GPS para usar en la sala de estar» en su página de presentación de productos en inglés.

El sistema de posicionamiento interior UWB generalmente consta de tres componentes: Primero, la etiqueta de posicionamiento UWB. Las etiquetas de posicionamiento son etiquetas activas que pueden fabricarse en diferentes formas y fijarse en objetos, vehículos o usarse en personas. Son versátiles en diferentes entornos de aplicación. Su precisión de posicionamiento puede alcanzar hasta 5-10 cm. La señal de pulso UWB emitida por la etiqueta es recibida y transmitida a través de la estación base de posicionamiento (sensor de posicionamiento). Cada etiqueta tiene un número de identificación único, y los objetos posicionados pueden vincularse a través de este número de identificación, de modo que la estación base de posicionamiento (sensor de posicionamiento) puede encontrar la posición real a través de la etiqueta. La duración de la transmisión de la señal de la etiqueta es muy corta, lo que permite posicionar cientos o incluso miles de etiquetas simultáneamente; el segundo es la estación base de posicionamiento UWB. La estación base de posicionamiento (sensor de posicionamiento) puede determinar la ubicación de la etiqueta a través de la tecnología de medición de diferencia de tiempo de llegada (TDOA) y transmitir los datos al controlador de red y al software del motor de posicionamiento. La precisión de la medición de posicionamiento alcanza el nivel de centímetros; el tercero es el software de aplicación. El software de aplicación se refleja principalmente en las funciones del sistema. Las funciones básicas del sistema de posicionamiento interior UWB pueden incluir: distribución de personal, mostrando la distribución de las personas que llevan etiquetas de posicionamiento; trayectorias de movimiento del personal, visualización en tiempo real de una o más trayectorias de movimiento del personal a través de un mapa electrónico; seguimiento del personal designado, el mapa cambia automáticamente con el movimiento de la etiqueta, y el estado actual de la etiqueta se puede ver moviendo el ratón sobre ella; valla electrónica, mostrando el estado de ubicación de alarma de la persona a través de diferentes colores y formas en el mapa electrónico plano.

Proceso de posicionamiento en interiores mediante UWB: Primero, cada etiqueta de posicionamiento envía tramas de datos de forma repetida e ininterrumpida con pulsos UWB; segundo, la estación base de posicionamiento recibe el tren de pulsos UWB enviado por la etiqueta; tercero, cada estación base de posicionamiento utiliza un detector de pulsos cortos de alta sensibilidad para medir el tiempo de llegada de la trama de datos de cada etiqueta de posicionamiento a la antena receptora; cuarto, el motor de posicionamiento se basa en los datos de calibración enviados por la etiqueta, determina la diferencia de tiempo entre la llegada de la etiqueta a diferentes estaciones base de posicionamiento y utiliza tecnología de posicionamiento de tres puntos y algoritmos de optimización para calcular la posición de la etiqueta; quinto, el posicionamiento con una sola estación base generalmente utiliza el algoritmo AOA (Ángulo de Llegada). Cuando se utiliza el posicionamiento con múltiples estaciones base, se suele utilizar el algoritmo TDOA (Diferencia de Tiempo de Llegada).

Las principales áreas de aplicación del posicionamiento interior UWB son: Primero, túneles/pasillos de tuberías/metros. Realizar el seguimiento automático en tiempo real de los trabajadores de la construcción y mantener el seguimiento de la ubicación y la trayectoria de actividad de cada empleado en el túnel, así como la distribución de la ubicación de todo el personal del túnel. Cuando se produce una emergencia, se puede encontrar rápidamente información de ubicación confiable de las personas atrapadas para mejorar la eficiencia del rescate y la seguridad del rescate; segundo es el almacenamiento de vehículos. Rastrear activos e inventario en tiempo real, mejorar los procesos, aumentar la eficiencia de búsqueda y reducir el desperdicio de recursos; tercero es la industria petroquímica. Localizar con precisión las ubicaciones en tiempo real de personas, vehículos y objetos sin demora, reflejar de manera intuitiva y oportuna las condiciones en el sitio y el estado del personal de la industria química, y mejorar la seguridad y eficiencia de la industria petroquímica; cuarto, hospitales/residencias de ancianos. Gestión y control inteligentes las 24 horas, vigilancia de seguridad en todo momento, análisis en tiempo real del comportamiento de cuidadores, visitantes, pacientes/personas mayores, mejorando la eficiencia de la gestión refinada de hospitales/residencias de ancianos; El quinto ámbito de aplicación son las prisiones, la seguridad pública y el sistema judicial. El sistema de posicionamiento UWB para interiores permite la gestión de entradas y salidas de personal, la consulta de ubicación en tiempo real, la supervisión de áreas restringidas, el control de distancias de aislamiento, la programación de personal y la monitorización y recopilación de estadísticas sobre la ubicación, la ruta, la distancia y la velocidad del personal. De hecho, las aplicaciones y servicios de posicionamiento preciso UWB van mucho más allá de los aspectos mencionados. Gracias a su posicionamiento y seguimiento precisos de personas, animales, activos, objetos y procesos, presenta un gran potencial de desarrollo en los sectores de Internet industrial, bienes de consumo masivo e IoT. El UWB puede convertirse en un sensor espaciotemporal y un socio indispensable para el Internet de las Cosas y el big data. Se perfila como una tecnología prometedora en múltiples campos, como el posicionamiento de alta precisión en interiores, el posicionamiento integrado en interiores y exteriores, y la innovación en la integración de navegación y comunicación.