Por que a banda ultralarga pode ser a estrela do futuro no posicionamento em ambientes internos?

A tecnologia de banda ultralarga (UWB), proposta na década de 1960, reconquistou o interesse do público nos últimos anos. Originalmente lançada com foco em aplicações de comunicação, a UWB agora também é utilizada em posicionamento de alta precisão, especialmente em ambientes internos, ou seja, posicionamento espacial sem exposição. A integração das funções de posicionamento e comunicação em uma única tecnologia a torna particularmente moderna, atraente e inovadora. Em setembro de 2019, a Apple anunciou, durante a conferência do iPhone 11, que o aparelho seria equipado com o chip U1. A UWB entrou silenciosamente no mercado consumidor. Por que silenciosamente? Porque a Apple não apresentou esse misterioso chip na conferência de imprensa. No entanto, esse pode ser um evento marcante para o posicionamento em ambientes internos. Estima-se que a UWB demonstrará todo o seu potencial nos próximos cinco a dez anos.

O que é posicionamento de banda ultralarga? Aqui está uma breve introdução. UWB (Ultra Wide Band) é uma tecnologia de banda ultralarga. Trata-se de uma tecnologia de comunicação sem portadora que utiliza pulsos estreitos não sinusoidais de nanossegundos para transmitir dados, ocupando, portanto, uma ampla faixa espectral. O posicionamento UWB utiliza tecnologia de comunicação por pulsos de banda larga, que possui forte capacidade anti-interferência e reduz erros de posicionamento. O surgimento da tecnologia de posicionamento UWB em ambientes internos preencheu a lacuna no campo do posicionamento de alta precisão. Ela apresenta as vantagens de ser insensível ao desvanecimento do canal, ter baixa densidade espectral de potência dos sinais transmitidos, baixa capacidade de interceptação, baixa complexidade do sistema e pode fornecer precisão de posicionamento de 0.1 metro.

Ao contrário das comunicações sem fio tradicionais, a UWB não utiliza ondas portadoras, mas transmite dados enviando e recebendo sinais de pulso de baixa energia. O método de medição de distância é implementado medindo o tempo de transmissão do sinal, ou seja, determina-se a distância calculando a diferença no tempo de transmissão do sinal entre dois dispositivos. Portanto, em uma área pequena, a UWB pode fornecer resultados de posicionamento mais precisos do que o Wi-Fi e o Bluetooth. A Apple também a chama de "sistema GPS para uso na sala de estar" em sua página de apresentação do produto em inglês.

Um sistema de posicionamento interno UWB geralmente consiste em três componentes: Primeiro, a etiqueta de posicionamento UWB. As etiquetas de posicionamento são etiquetas ativas que podem ter diferentes formatos e serem fixadas em objetos, veículos ou usadas por pessoas. Elas são versáteis em diferentes ambientes de aplicação. Sua precisão de posicionamento pode chegar a 5-10 cm. O sinal de pulso UWB emitido pela etiqueta é recebido e transmitido através da estação base de posicionamento (sensor de posicionamento). Cada etiqueta possui um número de identificação único, e os objetos posicionados podem ser vinculados através desse número de identificação, permitindo que a estação base de posicionamento (sensor de posicionamento) encontre a posição real através da etiqueta. A duração do sinal de transmissão da etiqueta é muito curta, permitindo que centenas ou até milhares de etiquetas sejam posicionadas simultaneamente; o segundo componente é a estação base de posicionamento UWB. A estação base de posicionamento (sensor de posicionamento) pode determinar a localização da etiqueta através da tecnologia de medição da diferença de tempo de chegada (TDOA) e transmitir os dados para o controlador de rede e o software do motor de posicionamento. A precisão da medição de posicionamento atinge o nível de centímetros; o terceiro componente é o software de aplicação. O software de aplicação é responsável principalmente pelas funções do sistema. As funções básicas do sistema de posicionamento interno UWB podem incluir: distribuição de pessoal, mostrando a distribuição de pessoas usando etiquetas de posicionamento; trajetórias de movimento de pessoal, exibindo em tempo real as trajetórias de movimento de uma ou mais pessoas por meio de um mapa eletrônico; rastreamento de pessoal designado, o mapa muda automaticamente com o movimento da etiqueta, e o status atual da etiqueta pode ser visualizado movendo o cursor sobre ela; cerca eletrônica, mostrando o status de localização de alarme da pessoa por meio de diferentes cores e formas no mapa eletrônico plano.

Processo de posicionamento interno UWB: Primeiro, cada etiqueta de posicionamento envia repetidamente e ininterruptamente quadros de dados com pulsos UWB; segundo, o trem de pulsos UWB enviado pela etiqueta de posicionamento é recebido pela estação base de posicionamento; terceiro, cada estação base de posicionamento utiliza um detector de pulsos curtos de alta sensibilidade para medir o tempo de chegada do quadro de dados de cada etiqueta de posicionamento à antena receptora; quarto, o motor de posicionamento consulta os dados de calibração enviados pela etiqueta, determina a diferença de tempo entre a etiqueta alcançar diferentes estações base de posicionamento e utiliza a tecnologia de posicionamento de três pontos e algoritmos de otimização para calcular a posição da etiqueta; quinto, o uso de posicionamento com uma única estação base geralmente utiliza o algoritmo AOA (Ângulo de Chegada). Quando se utiliza posicionamento com múltiplas estações base, o algoritmo TDOA (Diferença de Tempo de Chegada) é frequentemente utilizado.

As principais áreas de aplicação do posicionamento UWB em ambientes internos são: Primeiro, túneis/corredores de tubulação/metrôs. Realiza o rastreamento automático em tempo real de trabalhadores da construção civil e acompanha a localização e a trajetória de cada funcionário no túnel, bem como a distribuição geográfica de todo o pessoal presente. Em caso de emergência, informações confiáveis ​​sobre a localização de pessoas presas podem ser encontradas rapidamente, melhorando a eficiência e a segurança do resgate; Segundo, armazenamento de veículos. Rastreia ativos e estoque em tempo real, aprimora processos, aumenta a eficiência da busca e reduz o desperdício de recursos; Terceiro, indústria petroquímica. Localiza com precisão e em tempo real pessoas, veículos e objetos, sem atraso, refletindo de forma intuitiva e oportuna as condições no local e o status do pessoal na indústria química, melhorando a segurança e a eficiência do setor petroquímico; Quarto, hospitais/casas de repouso. Gerenciamento e controle inteligentes 24 horas por dia, vigilância de segurança em qualquer condição climática, análise em tempo real do comportamento de cuidadores, visitantes, pacientes/idosos, aprimorando a eficiência da gestão de hospitais/casas de repouso. O quinto setor é o de prisões/segurança pública/judiciário. O sistema de posicionamento interno UWB permite o gerenciamento de entrada e saída de pessoal, consulta de localização em tempo real, supervisão de áreas restritas, controle de distância de isolamento, planejamento de pessoal e monitoramento e coleta de estatísticas sobre a localização, rota, distância e velocidade das pessoas. Na verdade, as aplicações e serviços de posicionamento preciso UWB vão muito além dos aspectos mencionados. Devido ao seu posicionamento e rastreamento precisos de pessoas, animais, ativos, objetos e processos de eventos, possui grandes perspectivas de desenvolvimento na Internet Industrial, bens de consumo em massa e na Internet das Coisas (IoT). O UWB pode se tornar essencialmente um sensor espaço-temporal e um parceiro indispensável para a Internet das Coisas e Big Data. Ele tem o potencial de se tornar uma estrela em ascensão em múltiplos campos, como posicionamento interno de alta precisão, posicionamento integrado interno e externo e inovação na integração de navegação e comunicação.