Ultra geniş bant neden iç mekan konumlandırmasının gelecekteki yıldızı olabilir?

1960'larda ortaya atılan ultra geniş bant (UWB) teknolojisi, son yıllarda yeniden ilgi görmeye başladı. Başlangıçta iletişim uygulamaları alanında geliştirilen UWB, günümüzde özellikle iç mekan konumlandırma, yani dış mekan konumlandırma teknolojisi gibi yüksek hassasiyetli konumlandırma teknolojilerinde de kullanılıyor. Konumlandırma ve iletişim fonksiyonlarını bir araya getirerek, özellikle şık, hoş ve çekici bir görünüm sunuyor. Özellikle Eylül 2019'da Apple'ın iPhone 11 konferansında U1 çipinin yer alacağı duyurulmasıyla UWB, tüketici pazarına sessizce girdi. Neden sessizce? Çünkü Apple, basın toplantısında bu gizemli çip hakkında herhangi bir tanıtım yapmadı. Ancak bu, iç mekan konumlandırma için çığır açıcı bir olay olabilir. UWB'nin önümüzdeki beş ila on yıl içinde yeteneklerini göstereceği tahmin ediliyor.

Ultra geniş bant konumlandırma nedir? İşte kısa bir giriş. UWB (Ultra Geniş Bant), ultra geniş bant teknolojisidir. Veri iletimi için nanosaniye düzeyinde sinüzoidal olmayan dar darbeler kullanan, taşıyıcı içermeyen bir iletişim teknolojisidir ve bu nedenle geniş bir spektrum aralığını kaplar. UWB konumlandırma, güçlü parazit önleme yeteneğine sahip ve konumlandırma hatalarını azaltan geniş bant darbe iletişim teknolojisini kullanır. UWB iç mekan konumlandırma teknolojisinin ortaya çıkışı, yüksek hassasiyetli konumlandırma alanındaki boşluğu doldurmuştur. Kanal sönümlemesine duyarsız olma, iletilen sinyallerin düşük güç spektral yoğunluğu, düşük engelleme yeteneği, düşük sistem karmaşıklığı gibi avantajlara sahiptir ve 0.1 metrelik konumlandırma doğruluğu sağlayabilir.

Geleneksel kablosuz iletişimden farklı olarak, UWB taşıyıcı dalgalar kullanmaz, bunun yerine düşük enerjili darbe sinyalleri gönderip alarak veri iletir. Mesafe belirleme yöntemi, sinyalin iletim süresini ölçerek, yani iki cihaz arasındaki sinyal iletim süresi farkını hesaplayarak mesafeyi belirlemek suretiyle gerçekleştirilir. Bu nedenle, küçük bir alanda UWB, Wi-Fi ve Bluetooth'tan daha doğru konumlandırma sonuçları sağlayabilir. Apple da İngilizce ürün tanıtım sayfasında bunu "oturma odasında kullanım için GPS sistemi" olarak adlandırıyor.

UWB iç mekan konumlandırma sistemi genellikle üç bileşenden oluşur: Birincisi, UWB konumlandırma etiketi. Konumlandırma etiketleri, farklı şekillerde üretilebilen ve nesnelere, araçlara sabitlenebilen veya insanların üzerinde taşınabilen aktif etiketlerdir. Farklı uygulama ortamlarında çok yönlüdürler. Konumlandırma doğruluğu 5-10 cm'ye kadar ulaşabilir. Etiket tarafından yayılan UWB darbe sinyali, konumlandırma baz istasyonu (konumlandırma sensörü) aracılığıyla alınır ve iletilir. Her etiketin benzersiz bir kimlik numarası vardır ve konumlandırılan nesneler bu kimlik numarası aracılığıyla bağlanabilir, böylece konumlandırma baz istasyonu (konumlandırma sensörü) etiket aracılığıyla gerçek konumu bulabilir. Etiket iletim sinyalinin süresi çok kısadır, bu da yüzlerce hatta binlerce etiketin aynı anda konumlandırılmasına olanak tanır; ikincisi, UWB konumlandırma baz istasyonudur. Konumlandırma baz istasyonu (konumlandırma sensörü), varış zamanı farkı (TDOA) ölçüm teknolojisi aracılığıyla etiketin konumunu belirleyebilir ve verileri ağ denetleyicisine ve konumlandırma motoru yazılımına iletebilir. Konumlandırma ölçüm doğruluğu santimetre seviyesine ulaşır; üçüncüsü, uygulama yazılımıdır. Uygulama yazılımı esas olarak sistem fonksiyonlarını yansıtır. UWB iç mekan konumlandırma sisteminin temel işlevleri şunları içerebilir: personel dağılımı, konumlandırma etiketlerini takan kişilerin dağılımını gösterme; personel hareket yörüngeleri, bir veya daha fazla personelin hareket yörüngesinin elektronik harita üzerinden gerçek zamanlı olarak görüntülenmesi; belirlenmiş personelin takibi, haritanın etiketin hareketine göre otomatik olarak değişmesi ve fareyi etiketin üzerine getirerek etiketin mevcut durumunun görülebilmesi; elektronik çit, düz elektronik harita üzerinde farklı renkler ve şekillerle kişinin alarm konum durumunu gösterme.

UWB iç mekan konumlandırma süreci: İlk olarak, her konumlandırma etiketi UWB darbeleriyle tekrarlı ve kesintisiz olarak veri çerçeveleri gönderir; ikinci olarak, konumlandırma etiketi tarafından gönderilen UWB darbe dizisi konumlandırma baz istasyonu tarafından alınır; üçüncü olarak, her konumlandırma baz istasyonu, her konumlandırma etiketinin veri çerçevesinin alıcı antenine ulaşma zamanını ölçmek için yüksek hassasiyetli kısa darbe dedektörü kullanır; dördüncü olarak, konumlandırma motoru, etiket tarafından gönderilen kalibrasyon verilerine başvurarak, etiketin farklı konumlandırma baz istasyonlarına ulaşma zaman farkını belirler ve üç noktalı konumlandırma teknolojisi ve optimizasyon algoritmaları kullanarak etiket konumunu hesaplar; beşinci olarak, tek baz istasyonlu konumlandırmada genellikle AOA (Varış Açısı) algoritması kullanılır. Çoklu baz istasyonlu konumlandırmada ise genellikle TDOA (Varış Zamanı Farkı) algoritması kullanılır.

UWB iç mekan konumlandırmasının başlıca uygulama alanları şunlardır: Birincisi, tüneller/boru koridorları/metrolar. İnşaat işçilerinin gerçek zamanlı otomatik takibini gerçekleştirir ve tüneldeki her çalışanın konumunu ve faaliyet yörüngesini, ayrıca tüm tünel personelinin konum dağılımını takip eder. Acil bir durumda, mahsur kalan kişilerin güvenilir konum bilgileri hızlı bir şekilde bulunarak kurtarma ve güvenli kurtarma verimliliğini artırır; ikincisi, araç depolama. Varlıkları ve envanteri gerçek zamanlı olarak takip ederek süreçleri iyileştirir, arama verimliliğini artırır ve kaynak israfını azaltır; üçüncüsü, petrokimya endüstrisi. İnsanların, araçların ve nesnelerin gerçek zamanlı konumlarını sıfır gecikmeyle doğru bir şekilde belirleyerek, kimya endüstrisinin saha koşullarını ve personel durumunu sezgisel ve zamanında yansıtır ve petrokimya endüstrisinin güvenliğini ve verimliliğini artırır; dördüncüsü, hastaneler/bakımevleri. 24 saat akıllı yönetim ve kontrol, her türlü hava koşulunda güvenlik görevlisi hizmeti, bakıcıların, ziyaretçilerin, hastaların/yaşlıların davranışlarının gerçek zamanlı analizi, hastanelerin/bakımevlerinin gelişmiş yönetiminin verimliliğinin artırılması; beşincisi ise hapishaneler/kamu güvenliği/adli kurumlar. UWB iç mekan konumlandırma sistemi, personel giriş-çıkış yönetimini, gerçek zamanlı konum sorgulamasını, kısıtlı alan denetimini, izolasyon mesafesi kontrolünü, personel planlamasını gerçekleştirebilir ve personelin konumunu, seyahat rotasını, mesafesini ve hızını izleyebilir ve istatistiklerini toplayabilir. Aslında, UWB hassas konumlandırma uygulamaları ve hizmetleri yukarıdaki yönlerin çok ötesine geçmektedir. Tüm insanların, hayvanların, varlıkların, nesnelerin ve olay süreçlerinin hassas konumlandırılması ve izlenmesi nedeniyle, endüstriyel internet, kitlesel tüketim malları ve veri IoT sektörlerinde büyük gelişme potansiyeline sahiptir. UWB, temelde mekansal-zamansal bir sensör ve Nesnelerin İnterneti ve büyük veri için vazgeçilmez bir ortak haline gelebilir. Yüksek hassasiyetli iç mekan konumlandırma, iç ve dış mekan entegre konumlandırma ve navigasyon ve iletişim entegrasyonu inovasyonu gibi birçok alanda yükselen bir yıldız havasına sahip.