UWB RTLS: A ciência por trás da comunicação de 1 km!

Introdução

Dados de rastreamento não confiáveis ​​de sistemas antigos prejudicam suas operações industriais e processos críticos de tomada de decisão estratégica. Nosso guia detalha  a tecnologia UWB RTLS , explicando como módulos de alta potência fornecem dispersão precisa. Ao compreender a arquitetura e a ciência por trás desses sistemas, você pode implementar com sucesso uma solução que garanta estabilidade e sucesso operacional verificável para toda a sua instalação, agora mesmo.

Definindo a arquitetura do RTLS UWB industrial!

Você provavelmente sabe que um RTLS industrial robusto depende de três componentes principais para funcionar corretamente. Primeiro, etiquetas UWB de alta precisão são fixadas com segurança em seus ativos móveis críticos para garantir a visibilidade. Segundo, a infraestrutura fixa de sensores UWB, geralmente chamada de âncoras, recebe os sinais das etiquetas móveis. Por fim, um servidor central processa os dados, onde nosso módulo UWB viabiliza essa interação essencial.

Essa arquitetura UWB RTLS avançada calcula coordenadas precisas para possibilitar recursos robustos de rastreamento de ativos via UWB. Além disso, a rede RTLS UWB suporta alta densidade de tags, garantindo a estabilidade do seu sistema. Portanto, seu sistema mantém a estabilidade com taxas de dados garantidas de 6,8 Mbps para assegurar velocidade ideal. Essa estrutura abrangente define efetivamente as capacidades dos modernos sistemas de rastreamento em ambientes industriais.

Como o RTLS UWB atinge um alcance de 1 km?

Por meio de análises físicas, você aprenderá como a amplificação de alta potência permite que o RTLS UWB alcance distâncias extremas.

•  Potência de 500 mW

Para garantir o bom funcionamento das suas operações, é fundamental superar a perda de sinal em grandes áreas. Por isso, o nosso módulo G-NiceRF utiliza uma potência de transmissão substancial de 500 mW, proporcionando um desempenho superior. Este valor é significativamente maior do que o das unidades padrão, o que significa um desempenho aprimorado do UWB RTLS em ambientes externos.

Você pode cobrir áreas maiores com eficiência, o que, por sua vez, reduz o custo do RTLS UWB por metro quadrado. A potência garante a integridade do sinal, ampliando significativamente seu alcance operacional.

·  Integração de PA

Precisa de amplificação de sinal para garantir que seus dados de rastreamento permaneçam nítidos e acionáveis? O modelo UWB3000F27  vem equipado com um amplificador de potência (PA) para melhorar a intensidade do sinal. Este componente ajuda a amplificar um sinal de RF, mantendo a clareza do sinal em si.

Essa integração oferece suporte a todo o sistema UWB RTLS, simplificando significativamente o projeto do hardware. Isso facilita o rastreamento UWB confiável para suas equipes de manutenção. O desempenho consistente é garantido porque o amplificador de potência (PA) é essencial para manter a distância e a conectividade.

•  Saída de 27dBm

Precisa de uma projeção potente para penetrar obstáculos em suas instalações industriais complexas? Nosso módulo oferece uma saída robusta de 27 dBm, o que indica que o sinal possui alta energia. Devido a essa alta energia, o sinal consegue penetrar obstáculos menores, o que é benéfico para o posicionamento UWB.

Esta saída está em conformidade com o padrão IEEE 802.15.4-2020, garantindo confiabilidade de nível industrial. Graças a essa conformidade, você pode confiar plenamente no seu kit UWB RTLS  para conectividade consistente. A qualidade do sinal varia de acordo com a distância, mas garante conectividade confiável para seus dispositivos de forma consistente.

·  Orçamento de links

É necessário um equilíbrio delicado entre transmissão e recepção para manter a conectividade. Um orçamento de enlace robusto é implementado para evitar perda de dados durante a transmissão. Com isso em mente, otimizamos o ganho e a sensibilidade para garantir que o RTLS baseado em UWB mantenha a precisão.

Essa otimização é uma etapa que você deve realizar em cada implantação para obter insights. Como resultado, você entende como o UWB RTLS funciona em longas distâncias. Um orçamento robusto para esse sistema garante que um alcance notável de 1,5 km seja praticamente possível.

·  Sensibilidade LNA

Sinais fracos podem ser detectados graças a um Amplificador de Baixo Ruído (LNA)  que aumenta a sensibilidade do receptor. Assim, o sistema UWB com tecnologia RTLS consegue detectar etiquetas distantes, resultando em melhor comunicação. Isso leva a uma comunicação bidirecional mais eficiente e, de forma geral, a um rastreamento UWB aprimorado em toda a sua instalação.

O LNA funciona em conjunto com o PA para aumentar o alcance do sistema, permitindo que a infraestrutura receba os sinais com mais clareza. Consequentemente, o sistema capta os sinais de forma mais eficiente, garantindo que nenhum recurso seja perdido.

Matriz de especificações técnicas para arquitetura RTLS UWB de alta potência!

A ciência por trás da propagação do sinal UWB RTLS!

Para compreender plenamente a confiabilidade dessa ciência, é preciso entender a física singular dos pulsos.

·  Pulsos de nanossegundos

O sistema UWB RTLS utiliza sinais extremamente curtos com duração de apenas 2 ns, o que explica sua precisão superior. Já se perguntou por que seu sistema de rastreamento atual falha em zonas de alta interferência? Esses pulsos curtos minimizam as chances de sobreposição de sinais, permitindo que seus sensores RTLS registrem chegadas únicas.

Conforme observado pelo Consórcio FiRa, "a técnica baseada em pulsos da UWB permite determinar a localização com um alto grau de precisão".  Elimina-se o desfoque associado às ondas contínuas, o que leva a um posicionamento significativamente melhorado.

•  Largura de banda de 500 MHz

Seu sinal abrange uma impressionante largura de banda de 500 MHz, permitindo que você opere em uma ampla área. Essa capacidade é o que torna o RTLS de banda ultralarga tão robusto contra interferências comuns. Você pode ver claramente a diferença entre UWB e BLE, pois o UWB não sofre interferências. Essa largura de banda também permite que seu sistema transporte grandes quantidades de dados com estabilidade.

•  Domínio do Tempo

A tecnologia UWB mede a intensidade do sinal ao longo do tempo usando tempos de voo, o que difere dos métodos de frequência tradicionais. Portanto, entender como funciona o RTLS baseado em UWB envolve compreender que a resolução temporal é distinta. Essa abordagem no domínio do tempo garante que os dados espaciais permaneçam confiáveis ​​independentemente das condições ambientais.

·  Dispersão Espectral

A largura de dispersão de energia permite que o sinal coexista com o Wi-Fi sem causar interferência. Além disso, as soluções UWB RTLS  permanecem seguras porque a dispersão oculta eficazmente os sinais de interceptadores.

·  Rádio Pulse

A utilização da tecnologia de rádio por impulsos garante que o sistema UWB RTLS mantenha baixo consumo de energia durante a operação. Isso torna o sistema de rastreamento UWB energeticamente eficiente ideal para implantações de longa duração, onde a bateria é um fator crítico. Os pulsos são instantâneos, porém temporizados, o que diferencia efetivamente o enlace de rádio para maior clareza.

Principais vantagens de usar UWB RTLS!

Alguns setores específicos se beneficiam do RTLS UWB, principalmente devido à sua precisão e exatidão em nível centimétrico. Assim, a precisão do RTLS UWB garante operações de armazenagem confiáveis ​​para sua logística.

-  Desvanecimento por múltiplos caminhos: Devido a erros de reflexão do sinal, as soluções UWB RTLS são projetadas para serem confiáveis ​​em ambientes RTLS industriais. 

-  Segurança AES-128: Os dados são protegidos por meio de criptografia robusta, garantindo que as informações confidenciais permaneçam seguras em todos os momentos. Dessa forma, o fluxo de pacientes e a segurança com o RTLS UWB ficam protegidos contra acessos não autorizados ou violações. De acordo com a MarketsandMarkets, "A crescente demanda pela tecnologia UWB na área da saúde é impulsionada pela necessidade de rastreamento seguro de pacientes." 

-  Alta capacidade: Várias etiquetas UWB RTLS podem ser conectadas simultaneamente, tornando a rede RTLS UWB escalável para grandes frotas. 

-  Baixa latência: Você recebe atualizações em milissegundos, o que significa que o sistema de localização em tempo real UWB permite o rastreamento rápido de ativos. 

Comparando sistemas RTLS UWB com sistemas de posicionamento de banda estreita!

Você verá as diferenças impressionantes ao comparar o RTLS UWB com os sistemas de banda estreita mais antigos.

·  Onda portadora

A tecnologia de banda estreita utiliza ondas contínuas, enquanto o RTLS UWB usa pulsos sem portadora. Essa distinção explica por que, ao comparar UWB e BLE, o UWB consistentemente apresenta melhor clareza de sinal. A onda portadora é mais suscetível a ruídos, o que justifica o melhor desempenho do sensor UWB. Os pulsos conseguem atravessar o ruído estático, permitindo que o sinal permaneça nítido.

·  Instabilidade RSSI

Medir a distância apenas pela intensidade do sinal é pouco confiável, mas é exatamente isso que os sistemas de banda estreita fazem. No entanto, com distâncias variáveis, a precisão superior do RTLS UWB torna-se evidente para o usuário. Os sensores RTLS que utilizam UWB medem o tempo, portanto, as mudanças ambientais têm menos impacto no cálculo final. Em minha experiência com a implementação de rastreamento em uma siderúrgica, os sistemas RSSI falharam devido a reflexos no metal, enquanto o UWB permaneceu estável. O RSSI é simplesmente muito variável para aplicações industriais críticas onde a precisão é essencial.

·  Risco de interferência

Frequentemente, é necessário lidar com ondas de rádio confinadas, onde o Wi-Fi e o Bluetooth sofrem congestionamento. Portanto, os sistemas RTLS industriais exigem caminhos desobstruídos para funcionar corretamente, sem perda significativa de dados. O RTLS de banda ultralarga opera em frequências variáveis, reduzindo significativamente o risco de interferência. Consequentemente, o rastreamento UWB permanece consistente, mesmo com o desvio de congestionamentos de canal, permitindo o desempenho ideal do sistema.

·  Algoritmo TDoA

Você realiza cálculos matemáticos avançados muito complexos para determinar a localização exata usando o algoritmo TDoA. Devido a esse cálculo, os sistemas de posicionamento UWB  têm uma taxa de eficiência muito maior do que os métodos padrão. É por isso que o sistema UWB RTLS é significativamente melhor no rastreamento e cálculo de posições. Isso é alcançado por meio de estações base sincronizadas, o que, em última análise, aumenta a velocidade geral de cálculo.

•  Medição de distância por tempo de voo (ToF)

O ToF Ranging funciona com base no princípio de enviar e receber um pulso para calcular a distância. O sistema mede a distância percorrida pelo sinal, o que explica o funcionamento do UWB RTLS. É por isso que a distância calculada pelo sistema UWB RTLS é extremamente precisa. A distância é calculada ao centímetro, ou seja, com precisão absoluta, o que é pura física.

Como implantar UWB RTLS para obter cobertura máxima?

Você aprenderá diretamente os passos de instalação com o objetivo de otimizar a cobertura e a precisão. Somente com a instalação correta o sistema atenderá às suas necessidades e expectativas.

·  Geometria Triangular

Certifique-se de dispor as âncoras em formato triangular para que o sistema possa analisá-las corretamente. Graças a essa formação, as soluções UWB RTLS funcionam perfeitamente, fornecendo dados de localização precisos. Isso elimina a possibilidade de posicionamentos lineares desalinhados, garantindo assim uma triangulação precisa por parte do sistema.

·  30 cm de altura

Para aumentar a precisão do RTLS UWB, é necessário afastar as âncoras 30 cm das paredes. Isso evita que os sinais sejam refletidos pelas paredes durante a comunicação. Ao fazer isso, reduz-se a interferência das paredes mais próximas, o que melhora a visibilidade.

•  Linha de visão

Certifique-se de que o caminho esteja desobstruído, pois isso é crucial para um sistema de linha de visão. Os pulsos podem ser bloqueados por barreiras, o que pode causar atrasos no sistema de localização em tempo real UWB. É necessário posicionar as âncoras em uma elevação para evitar interferências no solo.

•  Espaçamento de 45 m

É necessário espaçar as âncoras corretamente, mantendo uma distância mínima de 45 metros. Isso é essencial para uma cobertura UWB RTLS consistente em ambientes externos, garantindo a integridade do sinal. Os módulos G-NiceRF oferecem boa cobertura para essa distância, mantendo a estabilidade do seu sistema UWB RTLS.

•  Configuração de coordenadas

É importante ter uma posição inicial para que o sistema possa ser calibrado. Defina a origem do sistema de coordenadas em (0, 0) para que o posicionamento UWB tenha um ponto de partida. Para calcular o posicionamento UWB em ambientes internos, é necessário mapear digitalmente toda a área. Meça a posição dos pontos de ancoragem para que o software calcule a posição correta.

Perguntas frequentes!

Estas respostas esclarecerão algumas das dúvidas técnicas mais comuns sobre o nosso módulo UWB RTLS.

Qual é a frequência do canal 5?

Você pode usar determinadas bandas, e o Canal 5 opera em 6489,6 MHz para evitar interferências. Como resultado, o módulo UWB  evita as interferências típicas encontradas em outras bandas de frequência congestionadas. Essa frequência está em conformidade com os padrões mundiais, o que significa que seu sensor UWB é confiável globalmente. A largura de banda é de 500 MHz, uma ampla faixa para transmissão de dados estável.

O UWB RTLS suporta medição de distância bidirecional?

Sim, é possível realizar medições bidirecionais para garantir a precisão do UWB RTLS. O módulo transmite e recebe dados, que é exatamente como o UWB RTLS funciona. Esse método compensa a deriva do clock, o que permite alcançar alta precisão.

A corrente de sono está abaixo de 100 µA?

Sim, a eficiência é alta e a corrente em modo de espera é inferior a 100 μA. Assim, as etiquetas UWB têm maior durabilidade e a frequência de manutenção da bateria é reduzida para sua equipe. Portanto, o custo total de propriedade do RTLS UWB é reduzido, tornando-o uma solução com excelente custo-benefício. Suas etiquetas RTLS UWB operam com alta eficiência, reduzindo os custos operacionais.

Um único módulo consegue lidar com uma potência de saída de 500mw?

Sim, em particular, o UWB3000F27 oferece essa capacidade com um amplificador de potência integrado. Assim, o módulo UWB atinge 500 mW, o que é perfeito para configurações de kits RTLS UWB de longo alcance. Como resultado, o posicionamento UWB tem um alcance de 1,5 km e dispensa amplificadores externos.

Qual é o limite de comprimento de pacote padrão?

Existe um limite de dados em relação ao padrão de comprimento de pacote, que é de 1023 bytes. Portanto, o sistema UWB RTLS envia dados concisos para manter a velocidade. Isso está de acordo com o protocolo padrão, permitindo que o rastreamento UWB seja rápido e eficiente.

Conclusão

Acreditamos que agora você compreende o valor da nossa solução. Os módulos G-NiceRF oferecem precisão incomparável e desempenho duradouro. Protegemos seus dados com a melhor criptografia, garantindo também a segurança do seu valor. Estamos prontos para lhe fornecer uma amostra da nossa avançada tecnologia UWB RTLS  . Acesse G-NiceRF  para obter mais informações agora mesmo.