تکنولوژی UWB  یا پهنای باند  وسیع،  یک فناوری رادیویی مبتنی بر استاندارد IEEE 802.15.4a و IEEE 802.15.4z است که می تواند اندازه گیری بسیار دقیق زمان انتشار سیگنال رادیویی  (ToF) را ممکن کند و امکان اندازه گیری فاصله در حد سانتی متر را فراهم کرده است.

علاوه بر این قابلیت منحصر به فرد ، UWB ضمن مصرف انرژی بسیار کم ، قابلیت ارتباط داده را نیز فراهم می کند (امکان کارکرد با باتری سکه را برای سالها بدون نیاز به شارژ مجدد یا تعویض در شرایط استفاده خاص). با ترکیب موقعیت و ارتباط دقیق ، UWB راهی جدید برای برقراری ارتباط ایمن بی سیم را ارائه می دهد و راه را برای شکل های جدید برقراری ارتباط  امن باز می کند.

 

چرا UWB در جایگاه اول فناوری های موقعیت یابی است ؟

برخلاف سایر فناوری ها مانند بلوتوث یا WiFi ، که برای یک هدف جدید باز تعریف شده اند(یعنی اصولا برای مکان یابی طراحی نشده بودند و بعدا به نوعی با استفاده از برخی ویژگی های آنها مکان یابی انجام می شود.)، ویژگی های فیزیکی سیگنال UWB از همان ابتدا به طور خاص برای موقعیت یابی و ارتباطات در زمان واقعی ، بسیار دقیق و قابل اعتماد تعریف شده است.

UWB  کجا کاربرد دارد؟

قابلیت های فناوری UWB طیف گسترده ای از کاربردها را در بخش های مختلف برای این فناوری میسر کرده است.

• کارخانه ها : برای بهبود کارایی عملیاتی یا بهبود ایمنی پرسنل
• ساختمانها : برای ارائه خدمات مسیر یابی و موقعیت یابی در ساختمان
• خودروسازی : استفاده در خودروهای بدون سوئیچ (keyless)  با امنیت بالا
• ورزش : برای ارائه تجزیه و تحلیل عملکرد بلادرنگ
• هواپیماهای بدون سرنشین :  برای کنترل پرواز
• خانه های هوشمند : برای کنترل دستگاه های هوشمند بر اساس موقعیت مکانی افراد

 

 

 UWB چگونه کار می کند

UWB از روش  Time of Flight   (ToF) استفاده می کند  که روشی برای اندازه گیری فاصله بین دو گیرنده رادیویی است که با ضرب زمان انتشارسیگنال در سرعت نور محاسبه می شود. با استفاده از این اصل اساسی ، فناوری UWB را می توان به روش های مختلفی بر اساس نیازهای کاربری  پیاده سازی کرد:

• فاصله یابی دوطرفه (TWR)
• اختلاف زمان دریافت (TDoA)
• اختلاف فاز دریافت سیگنال (PDoA)

فاصله یابی دوطرفه (TWR)

فاصله یابی دوطرفه (TWR) به ارتباط دو طرفه بین دو دستگاه متکی است. هنگام برقراری ارتباط ، دستگاه ها زمان انتشار سیگنال UWB را بین خود اندازه گیری می کنند. با ضرب زمان رفت و برگشت سیگنال در سرعت نور ، و سپس تقسیم بر ۲ ، می توانید فاصله واقعی بین دو دستگاه را بدست آورید. اگر روش  TWR را بین دو دستگاه اعمال کنید ، فاصله (D) بین دو دستگاه را بدست خواهید آورد.

با روش TWR ،می توانید با اندازه گیری فاصله بین تگ های متحرک و انکرها موقعیت را در حالت دوبعدی (۲D) یا حتی سه بعدی (۳D)  محاسبه کنید  – به این حالت مثلث بندی  یا سه گامی گفته می شود(trilateration or triangulation).

مزایا:

• همگام سازی سیستم لازم نیست
• پیاده سازی و استقرار آسان
• ارتباط دو طرفه داده ها و امکان ارسال دستورات کنترلی به تگ

معایب:

• مصرف توان  بیشتر بخاطر ارتباط دوطرفه
• امکان استفاده از تعداد محدود تر تگ متحرک

 

 

اختلاف زمان دریافت (TDoA) و TDoA معکوس

روش TDoA شباهت زیادی به GPS دارد. چندین نقطه مرجع ، که انکر نامیده می شوند ، در یک مکان مستقر می شوند و با هم هماهنگ می شوند.در این سیستم دستگاه های متحرک تگ نامیده می شوند.

تگ سیگنال اولیه را منتشر می کنند  یا در اصطلاح چشمک می زند (blink). هنگامی که یک انکر سیگنال را دریافت می کند زمان دریافت سیگنال را ثبت می کند. سپس زمان های ثبت شده  از چندین انکر به سرور اصلی ارسال می شود .

سرور الگوریتم های چند گامی ( multilateration ) را برای مکان یابی  و بدست آوردن موقعیت x  ، yو z  تگ بر اساس اختلاف زمان دریافت سیگنال اجرا می کند.

مزایا

• توان مصرفی کم تگ ها و طول عمر بالای باتری
• امکان استفاده از تراکم بالای تگ ها

 

معایب

• همگام سازی و همزمان سازی انکرها
• پیاده سازی پیچیده

 

اختلاف فاز دریافت  (PDoA)

روش PDoA شامل ترکیب طرح TWR است که فاصله بین دو دستگاه را با اندازه و جهت و زاویه بین دو دستگاه محاسبه می کند. ترکیبی از فاصله و زاویه (با اختلاف فاز ) محاسبه موقعیت نسبی دو دستگاه را بدون هیچ زیرساخت دیگری فراهم می کند. برای این کار ، یکی از دستگاه ها دو مجهز به دو آنتن است  و قادر به اندازه گیری اختلاف فاز سیگنال دریافتی است.

مزایا :

• تجهیزات زیرساخت کاهش یافته می یابد
• موقعیت یابی نسبی بین دو دستگاه

 

معایب:

• خطای غیر خطی که تابعی از فاصله بین ۲ دستگاه است.