Mengapa ultra-wideband bisa menjadi bintang masa depan dalam penentuan posisi di dalam ruangan?

Ultra-wideband (UWB), sebuah teknologi yang diusulkan pada tahun 1960-an, telah kembali mendapatkan popularitas dalam beberapa tahun terakhir. Awalnya, UWB diluncurkan dalam arah teknologi aplikasi komunikasi, tetapi sekarang juga diluncurkan dengan teknologi penentuan posisi presisi tinggi, terutama penentuan posisi dalam ruangan, yaitu teknologi penentuan posisi ruang tanpa paparan. Teknologi ini mengintegrasikan fungsi penentuan posisi dan komunikasi menjadi satu, membuatnya tampak sangat modis, menyenangkan, dan menarik. Terutama pada September 2019, konferensi iPhone 11 Apple mengumumkan bahwa perangkat tersebut dilengkapi dengan chip U1. UWB diam-diam memasuki pasar konsumen. Mengapa diam-diam? Karena Apple tidak memperkenalkan chip misterius ini pada konferensi pers. Namun, ini mungkin merupakan peristiwa penting bagi penentuan posisi dalam ruangan. Diperkirakan UWB akan menunjukkan kemampuannya dalam lima hingga sepuluh tahun ke depan.

Apa itu penentuan posisi ultra-wideband? Berikut pengenalan singkatnya. UWB (Ultra Wide Band) adalah teknologi ultra-wideband. Ini adalah teknologi komunikasi tanpa pembawa yang menggunakan pulsa sempit non-sinusoidal tingkat nanodetik untuk mengirimkan data, sehingga menempati rentang spektrum yang luas. Penentuan posisi UWB menggunakan teknologi komunikasi pulsa pita lebar, yang memiliki kemampuan anti-interferensi yang kuat dan mengurangi kesalahan penentuan posisi. Munculnya teknologi penentuan posisi dalam ruangan UWB telah mengisi celah di bidang penentuan posisi presisi tinggi. Teknologi ini memiliki keunggulan tidak sensitif terhadap pelemahan saluran, kepadatan spektral daya sinyal yang ditransmisikan rendah, kemampuan intersepsi rendah, kompleksitas sistem rendah, dan dapat memberikan akurasi penentuan posisi 0.1 meter.

Tidak seperti komunikasi nirkabel tradisional, UWB tidak menggunakan gelombang pembawa, tetapi mengirimkan data dengan mengirim dan menerima sinyal pulsa berenergi rendah. Metode penentuan jarak diimplementasikan dengan mengukur waktu transmisi sinyal, yaitu menentukan jarak dengan menghitung perbedaan waktu transmisi sinyal antara dua perangkat. Oleh karena itu, di area kecil, UWB dapat memberikan hasil penentuan posisi yang lebih akurat daripada Wi-Fi dan Bluetooth. Apple juga menyebutnya sebagai "sistem GPS untuk digunakan di ruang tamu" pada halaman pengenalan produk berbahasa Inggrisnya.

Sistem penentuan posisi dalam ruangan UWB biasanya terdiri dari tiga komponen: Pertama, tag penentuan posisi UWB. Tag penentuan posisi adalah tag aktif yang dapat dibuat dalam berbagai bentuk dan dipasang pada objek, kendaraan, atau dikenakan pada orang. Tag ini serbaguna di berbagai lingkungan aplikasi. Akurasi penentuan posisinya dapat mencapai hingga 5-10 cm. Sinyal pulsa UWB yang dipancarkan oleh tag diterima dan ditransmisikan melalui stasiun basis penentuan posisi (sensor penentuan posisi). Setiap tag memiliki nomor ID unik, dan objek yang diposisikan dapat dihubungkan melalui nomor ID ini, sehingga stasiun basis penentuan posisi (sensor penentuan posisi) dapat menemukan posisi sebenarnya melalui tag. Durasi transmisi sinyal tag sangat singkat, memungkinkan ratusan atau bahkan ribuan tag untuk diposisikan secara bersamaan; kedua adalah stasiun basis penentuan posisi UWB. Stasiun basis penentuan posisi (sensor penentuan posisi) dapat menentukan lokasi tag melalui teknologi pengukuran perbedaan waktu kedatangan (TDOA), dan mengirimkan data ke pengontrol jaringan dan perangkat lunak mesin penentuan posisi. Akurasi pengukuran posisi mencapai tingkat sentimeter; ketiga adalah perangkat lunak aplikasi. Perangkat lunak aplikasi terutama tercermin dalam fungsi sistem. Fungsi dasar sistem penentuan posisi dalam ruangan UWB dapat mencakup: distribusi personel, menampilkan distribusi orang yang mengenakan tag penentuan posisi; lintasan pergerakan personel, menampilkan lintasan pergerakan satu atau lebih personel secara real-time melalui peta elektronik; pelacakan personel yang ditunjuk, peta secara otomatis beralih sesuai dengan pergerakan tag, dan status terkini tag dapat dilihat dengan menggerakkan mouse di atas tag; pagar elektronik, menampilkan status lokasi alarm seseorang melalui berbagai warna dan bentuk pada peta elektronik datar.

Proses penentuan posisi dalam ruangan UWB: Pertama, setiap tag penentuan posisi mengirimkan frame data secara berulang dan tanpa gangguan dengan pulsa UWB; kedua, rangkaian pulsa UWB yang dikirim oleh tag penentuan posisi diterima oleh stasiun basis penentuan posisi; ketiga, setiap stasiun basis penentuan posisi menggunakan detektor pulsa pendek sensitivitas tinggi untuk mengukur waktu kedatangan frame data dari setiap tag penentuan posisi pada antena penerima; keempat, mesin penentuan posisi mengacu pada data kalibrasi yang dikirim oleh tag, menentukan perbedaan waktu antara tag mencapai stasiun basis penentuan posisi yang berbeda, dan menggunakan teknologi penentuan posisi tiga titik dan algoritma optimasi untuk menghitung posisi tag; kelima, penggunaan penentuan posisi stasiun basis tunggal umumnya menggunakan algoritma AOA (Angle of Arrival). Saat menggunakan penentuan posisi multi-stasiun basis, algoritma TDOA (Time Difference of Arrival) sering digunakan.

Area aplikasi utama penentuan posisi dalam ruangan UWB adalah: Pertama, terowongan/koridor pipa/kereta bawah tanah. Melakukan pelacakan otomatis real-time terhadap pekerja konstruksi, dan melacak lokasi serta lintasan aktivitas setiap karyawan di dalam terowongan, serta distribusi lokasi seluruh personel terowongan. Saat menghadapi keadaan darurat, informasi lokasi yang andal tentang orang yang terjebak dapat dengan cepat ditemukan untuk meningkatkan efisiensi penyelamatan dan keselamatan; kedua, penyimpanan kendaraan. Melacak aset dan inventaris secara real-time, meningkatkan proses, meningkatkan efisiensi pencarian, dan mengurangi pemborosan sumber daya; ketiga, industri petrokimia. Secara akurat menentukan lokasi real-time orang, kendaraan, dan objek tanpa penundaan, secara intuitif dan tepat waktu mencerminkan kondisi di lokasi dan status personel industri kimia, serta meningkatkan keselamatan dan efisiensi industri petrokimia; keempat, rumah sakit/panti jompo. Manajemen dan kontrol cerdas 24 jam, penjagaan keamanan sepanjang waktu, analisis real-time perilaku pengasuh, pengunjung, pasien/lansia, meningkatkan efisiensi manajemen yang lebih baik di rumah sakit/panti jompo; Yang kelima adalah penjara/keamanan publik/peradilan. Sistem penentuan posisi dalam ruangan UWB dapat melakukan manajemen masuk dan keluar personel, permintaan lokasi waktu nyata, pengawasan area terlarang, kontrol jarak isolasi, penjadwalan personel, dan dapat memantau serta mengumpulkan statistik tentang lokasi, rute perjalanan, jarak, dan kecepatan personel. Bahkan, aplikasi dan layanan penentuan posisi presisi UWB jauh melampaui aspek-aspek di atas. Karena penentuan posisi dan pelacakan yang tepat terhadap semua orang, hewan, aset, objek, dan proses peristiwa, ia memiliki prospek pengembangan yang besar di industri Internet, barang konsumsi massal, dan industri IoT data. UWB pada dasarnya dapat menjadi sensor spasial-temporal dan mitra yang sangat diperlukan untuk Internet of Things dan big data. Ia memiliki aura bintang yang sedang naik daun di berbagai bidang penentuan posisi dalam ruangan presisi tinggi, penentuan posisi terintegrasi dalam dan luar ruangan, serta inovasi integrasi navigasi dan komunikasi.