UWB RTLS: наука, лежащая в основе связи на расстоянии 1 км!

Введение

Ненадёжные данные отслеживания, полученные от устаревших систем, затрудняют работу вашего предприятия и принятие критически важных стратегических решений. В нашем руководстве подробно описана  технология UWB RTLS , объясняющая, как высокопроизводительные модули обеспечивают точное рассеивание. Понимая архитектуру и научные принципы, лежащие в основе этих систем, вы сможете успешно внедрить решение, обеспечивающее стабильность и проверяемый успех эксплуатации всего вашего объекта уже сейчас.

Определение архитектуры промышленного UWB RTLS!

Вы, вероятно, знаете, что для корректной работы надежной промышленной системы RTLS необходимы три основных компонента. Во-первых, точные UWB-метки надежно прикреплены к вашим критически важным подвижным объектам для обеспечения видимости. Во-вторых, стационарная инфраструктура UWB-датчиков, часто называемая якорями, получает сигналы от подвижных меток. Наконец, центральный сервер обрабатывает данные, а наш UWB-модуль управляет этим важнейшим взаимодействием.

Эта усовершенствованная архитектура UWB RTLS вычисляет точные координаты, обеспечивая надежные возможности отслеживания объектов в сверхширокополосном диапазоне (UWB). Кроме того, сеть RTLS UWB поддерживает высокую плотность меток, гарантируя стабильность работы вашей системы. Таким образом, ваша система сохраняет стабильность с гарантированной скоростью передачи данных 6,8 Мбит/с, обеспечивая оптимальную скорость. Эта комплексная структура эффективно определяет возможности современных систем отслеживания в промышленных условиях.

Каким образом UWB RTLS достигает дальности 1 км?

С помощью физического анализа вы узнаете, как мощное усиление позволяет сверхширокополосным радиолокационным станциям достигать экстремальных расстояний.

·  Мощность 500 мВт

Для обеспечения бесперебойной работы необходимо преодолеть потери сигнала на больших территориях. Поэтому наш модуль G-NiceRF использует значительную мощность передачи 500 мВт для обеспечения превосходной производительности. Это значительно выше, чем у стандартных модулей, что означает улучшение характеристик UWB RTLS вне помещений.

Вы можете эффективно покрывать большие площади, что, в свою очередь, снижает стоимость UWB RTLS на квадратный метр. Мощность гарантирует целостность сигнала, что значительно расширяет радиус действия.

·  Интеграция PA

Вам требуется усиление сигнала, чтобы данные слежения оставались чёткими и информативными? Модель UWB3000F27  оснащена усилителем мощности (УМ) для повышения мощности сигнала. Этот компонент усиливает радиочастотный сигнал, сохраняя при этом его чёткость.

Эта интеграция поддерживает всю систему UWB RTLS, значительно упрощая аппаратную часть. Это упрощает обеспечение надёжного UWB-отслеживания для ваших специалистов по техническому обслуживанию. Стабильная производительность достигается благодаря тому, что PA играет ключевую роль в поддержании расстояния и связи.

·  Выход 27 дБм

Вам требуется мощный сигнал, способный преодолевать препятствия на сложном промышленном объекте? Наш модуль обеспечивает устойчивый выходной сигнал мощностью 27 дБм, что свидетельствует о высокой энергии сигнала. Благодаря высокой энергии сигнал может преодолевать небольшие препятствия, что полезно для сверхширокополосного позиционирования.

Выход соответствует стандарту IEEE 802.15.4-2020, обеспечивая надежность промышленного уровня. Благодаря этому соответствию вы можете полностью положиться на свой комплект UWB RTLS  для обеспечения стабильного соединения. Выходная мощность зависит от расстояния, но она неизменно обеспечивает надежное соединение для ваших устройств.

·  Бюджет ссылок

Для поддержания связи необходим тонкий баланс между передачей и приёмом. Для предотвращения потерь данных во время передачи закладывается значительный бюджет канала связи. Учитывая это, мы оптимизируем усиление и чувствительность, чтобы гарантировать точность RTLS на базе UWB.

Эту оптимизацию необходимо выполнять для каждого развертывания, чтобы получить полное представление о том, как работает UWB RTLS на больших расстояниях. Разумный бюджет этой системы гарантирует практически достижимую дальность связи в 1,5 км.

·  Чувствительность МШУ

Слабые сигналы могут быть обнаружены благодаря малошумящему усилителю (LNA)  , который повышает чувствительность приёмника. Таким образом, система UWB с технологией RTLS может обнаруживать удалённые метки, что улучшает качество связи. Это улучшает двунаправленную связь и общее качество UWB-отслеживания на вашем объекте.

МШУ работает совместно с усилителем мощности, увеличивая дальность действия системы, позволяя инфраструктуре лучше слышать сигналы. Следовательно, система лучше слышит сигналы, гарантируя отсутствие потерь ресурсов.

Матрица технических характеристик для архитектуры UWB RTLS высокой мощности!

Наука, лежащая в основе распространения сигнала UWB RTLS!

Чтобы в полной мере оценить надежность этой науки, необходимо понять уникальную физику импульса.

·  Наносекундные импульсы

Система UWB RTLS использует сверхкороткие сигналы длительностью всего 2 нс, что обеспечивает высочайшую точность. Вы когда-нибудь задумывались, почему ваша текущая система слежения не срабатывает в зонах с высоким уровнем помех? Эти короткие импульсы минимизируют вероятность перекрытия сигналов, позволяя вашим датчикам RTLS считывать отдельные сигналы.

Как отмечает консорциум FiRa, «импульсная технология UWB позволяет определять местоположение с высокой точностью».  Это устраняет размытость, характерную для непрерывных волн, что значительно улучшает позиционирование.

·  Полоса пропускания 500 МГц

Ваш сигнал охватывает впечатляющую полосу пропускания 500 МГц, что позволяет работать в широком диапазоне. Именно эта способность делает сверхширокополосный RTLS таким устойчивым к распространённым помехам. Вы можете легко заметить разницу между UWB и BLE: UWB не испытывает помех. Эта полоса пропускания также позволяет вашей системе передавать большие объёмы данных, сохраняя стабильность.

·  Временная область

Метод UWB измеряет силу сигнала во времени, используя время пролёта, что отличается от традиционных частотных методов. Поэтому для расчёта работы UWB RTLS необходимо понимать, что разрешение по времени отличается. Этот подход во временной области гарантирует надёжность пространственных данных независимо от условий окружающей среды.

·  Спектральная дисперсия

Ширина рассеивания энергии позволяет сигналу сосуществовать с Wi-Fi, не создавая помех. Более того, решения UWB RTLS  остаются безопасными, поскольку дисперсия эффективно скрывает сигналы от перехватчиков.

·  Импульсное радио

Использование технологии импульсной радиосвязи гарантирует низкое энергопотребление системы UWB RTLS во время работы. Это делает энергосберегающую систему UWB-слежения идеальной для долгосрочных развертываний, где критически важен заряд батареи. Импульсы мгновенные, но синхронизированные, что эффективно отличает радиосвязь от других и повышает её чёткость.

Ключевые преимущества использования UWB RTLS!

Некоторые отрасли промышленности используют технологию UWB RTLS, в частности, благодаря её сантиметровой точности. Таким образом, точность UWB RTLS обеспечивает надёжность складских операций для вашей логистики.

-  Многолучевое замирание: из-за ошибок отражения сигнала решения UWB RTLS разработаны для надежной работы в промышленных средах RTLS. 

-  Безопасность AES-128: данные защищены надежным шифрованием, гарантируя постоянную сохранность конфиденциальной информации. Таким образом, поток пациентов и безопасность с помощью UWB RTLS защищены от несанкционированного доступа или нарушений. По данным MarketsandMarkets, «растущий спрос на UWB-технологии в здравоохранении обусловлен потребностью в безопасном отслеживании пациентов». 

-  Высокая пропускная способность: одновременно можно подключить множество меток UWB RTLS, что делает сеть RTLS UWB масштабируемой для больших парков. 

-  Низкая задержка: обновления поступают за миллисекунды, что означает, что система определения местоположения в реальном времени UWB обеспечивает быстрое отслеживание активов UWB. 

Сравнение UWB RTLS с узкополосными системами позиционирования!

Вы увидите поразительные различия при сравнении UWB RTLS с более старыми узкополосными системами.

·  Несущая волна

В узкополосной связи используются непрерывные волны, тогда как UWB RTLS использует импульсы без несущей. Именно поэтому при сравнении UWB и BLE UWB неизменно выигрывает по чёткости сигнала. Несущая волна более восприимчива к шуму, поэтому ваш UWB-датчик работает лучше. Импульсы способны прорезать статические помехи, что позволяет сигналу оставаться чётким.

·  Нестабильность RSSI

Измерение расстояния только по уровню сигнала ненадёжно, но именно это и делают узкополосные системы. Однако при изменении расстояния пользователю становится очевидна превосходная точность UWB RTLS. Датчики RTLS, использующие UWB, измеряют время, поэтому изменения окружающей среды менее важны для окончательного расчёта. По моему опыту внедрения систем слежения на сталелитейном заводе, системы RSSI выходили из строя из-за отражений от металла, в то время как UWB оставался стабильным. RSSI слишком изменчив для критически важных промышленных приложений, где требуется точность.

·  Риск помех

Часто приходится иметь дело с ограниченным эфиром, где Wi-Fi и Bluetooth засоряются. Поэтому для корректной работы промышленных сетей RTLS без существенных потерь данных требуются свободные каналы. Сверхширокополосные сети RTLS работают на переменных частотах, поэтому риск помех значительно снижается. Следовательно, отслеживание UWB остаётся стабильным, позволяя обходить перегрузки каналов, обеспечивая бесперебойную работу системы.

·  Алгоритм TDoA

Для определения точного местоположения с помощью алгоритма TDoA выполняются очень сложные математические вычисления. Благодаря этому алгоритму, системы позиционирования UWB  обладают гораздо более высокой эффективностью, чем стандартные методы. Именно поэтому система UWB RTLS значительно лучше справляется с отслеживанием и вычислением местоположения. Это достигается за счёт синхронизации базовых станций, что в конечном итоге увеличивает общую скорость вычислений.

·  ToF-ранжирование

Метод измерения дальности ToF основан на принципе отправки и приёма импульса для расчёта расстояния. Система измеряет пройденное сигналом расстояние, что позволяет понять принцип работы UWB RTLS. Именно поэтому система UWB RTLS вычисляет расстояние с исключительной точностью. Расстояние вычисляется с точностью до сантиметра, или, точнее, это чистая физика.

Как развернуть UWB RTLS для максимального покрытия?

Вы освоите все этапы установки, чтобы оптимизировать покрытие и точность. Только при правильной установке система будет соответствовать вашим требованиям и ожиданиям.

·  Треугольная геометрия

Убедитесь, что вы расположили анкеры в форме треугольника, чтобы система могла выполнять анализ. Благодаря такому расположению решения UWB RTLS безупречно предоставляют точные данные о местоположении. Вы исключаете вероятность смещения линейных точек размещения, и система выполняет точную триангуляцию.

·  Высота 30 см

Для повышения точности UWB RTLS необходимо сместить анкеры на 30 см от стен. Это необходимо для предотвращения отражения сигналов от стен во время связи. Это уменьшает помехи от более близких стен, что улучшает видимость.

·  Прямая видимость

Убедитесь, что путь свободен, так как это критически важно для системы прямой видимости. Импульсы могут блокироваться препятствиями, что может привести к задержкам в системе определения местоположения в режиме реального времени UWB. Необходимо размещать анкеры на большой высоте, чтобы избежать помех от земли.

·  Расстояние 45 м

Необходимо правильно расположить якоря, соблюдая расстояние не менее 45 м. Это необходимо для обеспечения постоянного покрытия UWB RTLS на открытом воздухе и сохранения целостности сигнала. Модули G-NiceRF обеспечивают хорошее покрытие на таком расстоянии, и ваша система UWB RTLS остаётся стабильной.

·  Настройка координат

Важно иметь начальное положение для калибровки системы. Установите начало системы координат в точке (0, 0), чтобы позиционирование UWB имело начальную точку. Для расчета системы позиционирования UWB внутри помещения необходимо создать цифровую карту всей территории. Измерьте положение анкеров, чтобы программа рассчитала правильное положение.

Часто задаваемые вопросы!

Они ответят на некоторые наиболее распространенные технические вопросы относительно нашего модуля UWB RTLS.

Какова частота канала 5?

Вы можете использовать определённые диапазоны, а канал 5 работает на частоте 6489,6 МГц, что позволяет избежать помех. Благодаря этому модуль UWB  избегает типичных помех, характерных для других перегруженных диапазонов частот. Эта частота соответствует мировым стандартам, что гарантирует надёжность работы вашего UWB-датчика в любой точке мира. Ширина полосы пропускания составляет 500 МГц, что обеспечивает широкий диапазон для стабильной передачи данных.

Поддерживает ли UWB RTLS двунаправленное измерение дальности?

Да, для подтверждения точности UWB RTLS возможно проведение двусторонних измерений. Модуль одновременно передаёт и принимает данные, что и является принципом работы UWB RTLS. Этот метод компенсирует дрейф тактовой частоты, что и обеспечивает высокую точность.

Ток сна ниже 100 мкА?

Да, эффективность высокая, а ток в спящем режиме ниже 100 мкА. Таким образом, UWB-метки служат дольше, а частота обслуживания аккумуляторов сокращается. Следовательно, стоимость владения UWB RTLS снижается, что делает решение экономически выгодным. Ваши UWB RTLS-метки работают с высокой эффективностью, что снижает эксплуатационные расходы.

Может ли один модуль выдержать выходную мощность 500 мВт?

Да, в частности, UWB3000F27 обеспечивает такую ​​возможность благодаря встроенному усилителю мощности. Таким образом, модуль UWB достигает мощности 500 мВт, что идеально подходит для конфигураций комплектов UWB RTLS на большие расстояния. В результате дальность UWB-позиционирования составляет 1,5 км, и внешние усилители не требуются.

Каков стандартный предел длины пакета?

Длина пакета данных ограничена стандартом — 1023 байта. Поэтому система UWB RTLS отправляет краткие данные для поддержания скорости. Это соответствует стандартному протоколу, что позволяет UWB-отслеживанию быть быстрым и эффективным.

Заключение

Мы думаем, теперь вы оцените ценность нашего ответа. Модули G-NiceRF обеспечивают непревзойденную точность и долговечность. Мы защищаем ваши данные с помощью лучшего шифрования и обеспечиваем сохранность их ценности. Мы готовы предоставить вам образец нашей передовой технологии UWB RTLS  . Перейдите на сайт G-NiceRF  , чтобы получить дополнительную информацию.