Postępy w zakresie głównych technologii i rozpowszechnienie Internetu pomogły przyspieszyć rozwój Internetu przedmiotów (IoT). Wraz z rozwojem Internetu rzeczy, w kilku kluczowych obszarach nastąpił gwałtowny rozwój systemów pozycjonowania wewnętrznego, zwłaszcza w domach, szpitalach i strefach o wysokim poziomie bezpieczeństwa. Obecna pandemia COVID-19 zmusiła już większość ludności świata do pracy w domu, co wiąże się z kwestią bezpieczeństwa w domu. Tradycyjne systemy pozycjonowania wewnątrz budynków nie były tak niezawodne, jeśli chodzi o dokładność pozycjonowania. Dwie wszechobecne technologie, które zyskały znaczną popularność w kontekście pozycjonowania wewnątrz budynków to Ultra-Wideband (UWB) i Bluetooth Low Energy (BLE). Porównujemy te dwie technologie na różnych podstawach, aby określić ich potencjał dla pozycjonowania w pomieszczeniach i innych kluczowych obszarach zastosowań.

Co to jest UWB?

Podobnie jak Bluetooth i Wi-Fi, ultra-wideband (UWB) jest technologią radiową, która wykorzystuje krótkie impulsowe fale radiowe do uzyskania połączeń o wysokiej przepustowości. Jest to stosunkowo nowe podejście do komunikacji krótkiego zasięgu, które działa na bardzo wysokich częstotliwościach – jest w stanie wysyłać i odbierać dane z szerokością pasma ponad 500 megaherców przy bardzo niskiej gęstości widma mocy, w przeciwieństwie do swoich odpowiedników. Posiada inne atrybuty, takie jak znajdowanie zasięgu i wysoka wydajność energetyczna, co czyni go idealnym do pozycjonowania w pomieszczeniach. Ogromne szerokości pasma, szeroki zakres kompromisu między szybkością transmisji danych a zasięgiem oraz niskie koszty działania przyczyniają się do większej elastyczności wykorzystania widma. Transmisje UWB są praktycznie niewykrywalne przez zwykłe odbiorniki radiowe, dlatego mogą istnieć równolegle z istniejącą komunikacją bezprzewodową, bez obawy o dodanie wyłącznych pasm częstotliwości. Otwiera to wiele przypadków użycia dla urządzeń przenośnych, takich jak lokalizacja i pozycjonowanie w pomieszczeniach, śledzenie aktywów, dostęp do inteligentnych samochodów, bezpieczne płatności itp.

Co to jest BLE?

Bluetooth Low Energy (BLE) to technologia radiowa o niskiej mocy, która ułatwia komunikację między inteligentnymi urządzeniami na niewielką odległość. BLE to standard Bluetooth dla Internetu rzeczy (IoT) opracowany i wprowadzony na rynek przez Bluetooth Special Interest Group (Bluetooth SIG). Jeśli używasz trackera fitness lub smartwatcha takiego jak Fitbit, Apple Watch lub Nike Fuelband, to najprawdopodobniej korzystasz z urządzenia Bluetooth low energy. Co więc odróżnia BLE od starego, dobrego Bluetooth? BLE został opracowany specjalnie dla urządzeń o niskim zapotrzebowaniu na energię i niskim koszcie. BLE jest jak Bluetooth o niskiej mocy zaprojektowany dla Internetu rzeczy. Chociaż zarówno Bluetooth Classic jak i BLE są oparte na tej samej architekturze i są sprzedawane przez Bluetooth SIG, te dwie technologie nie współdziałają ze sobą, co oznacza, że urządzenie z Bluetooth Classic nie może komunikować się z urządzeniem BLE.

Różnica między UWB a BLE

Technologia

– Zarówno Ultra-Wideband (UWB), jak i Bluetooth Low Energy (BLE) to technologie komunikacji bezprzewodowej o niskiej mocy, szeroko stosowane w systemach śledzenia lokalizacji i pozycjonowania w pomieszczeniach. UWB jest technologią radiową, która wykorzystuje fale radiowe o krótkim impulsie do uzyskania połączeń o wysokiej przepustowości. BLE jest również technologią radiową o niskiej mocy, która ułatwia komunikację między inteligentnymi urządzeniami na niewielką odległość i wykorzystuje tę samą adaptacyjną zmianę częstotliwości (AFH), co Bluetooth Classic.

Częstotliwość

– Aplikacje UWB pracują w rozszerzonych pasmach częstotliwości, dzięki czemu mogą oferować przepustowość znacznie większą niż obecne systemy wąskopasmowe. Tak więc każda technologia radiowa, która wytwarza sygnały o szerokości pasma szerszego niż 500 MHz, może być uznana za UWB. FCC określiła częstotliwość pracy dla sygnałów UWB pomiędzy 3,1 a 10,6 GHz począwszy od 2002 roku. Bluetooth Low Energy dzieli wiele istotnych rzeczy z klasyczną technologią Bluetooth, takich jak architektura, a obie działają w tym samym, wolnym od licencji paśmie ISM 2,4 GHz.

Dokładność pozycjonowania

– Dokładność pozycjonowania jest powszechnie stosowanym parametrem do oceny wydajności algorytmów pozycjonowania. Podczas gdy zarówno UWB jak i BLE przyczyniają się do szerokiego zakresu przypadków użycia, w tym śledzenia lokalizacji i pozycjonowania w pomieszczeniach, różnica polega na tym, który z nich robi to najlepiej i który jest dokładniejszy. Podczas gdy oba charakteryzują się niskim zużyciem energii, UWB zapewnia znacznie większą dokładność pozycjonowania, sięgającą poziomu centymetrów. Dlatego też technologia pozycjonowania wewnątrz budynków oparta na UWB jest bardziej popularna niż pozycjonowanie wewnątrz budynków z wykorzystaniem technologii BLE.

Zasada pomiaru

– UWB mierzy odległość i lokalizację z dokładnością do 10 cm, podczas gdy BLE może osiągnąć dokładność kilku metrów. UWB mierzy czas propagacji, jaki fale radiowe potrzebują na przebycie drogi od nadajnika do odbiornika. Mierzy odległość i fazę pomiędzy odbiornikami różnicowymi dla DoA (Direction of Arrival). BLE natomiast zależy od pomiaru siły sygnału, a nie czasu, aby ocenić poziom mocy w odbiorniku.

Podsumowanie



Podczas gdy zarówno UWB jak i BLE są technologiami komunikacji bezprzewodowej o niskiej mocy, które są wykorzystywane w szerokim zakresie przypadków użycia, zwłaszcza śledzenia lokalizacji i pozycjonowania w pomieszczeniach, systemy bezprzewodowe UWB są głównie ukierunkowane na ekstremalnie wysokie prędkości danych dla komunikacji w pomieszczeniach. Skutkuje to pożądanymi możliwościami, w tym wysoką dokładnością pozycjonowania w wielu obszarach komunikacji bezprzewodowej, takich jak sieci WPAN, telemedycyna, telemetria i sieci czujników bezprzewodowych. Dzięki możliwościom szerokiego pasma, UWB ma potencjał zaoferowania przepustowości znacznie wyższej niż obecne systemy wąskopasmowe dla aplikacji krótkiego zasięgu. BLE to stosunkowo nowa technologia radiowa, która znalazła się w niemal każdym wprowadzanym na rynek smartfonie. Apple był jednym z pierwszych użytkowników technologii BLE, a później dołączyli do niego Samsung, Motorola, LG i tak dalej.