Ultra Wideband

Neue Technologien sind im digitalen Zeitalter stets nur ein Update weiter, und nicht immer ist es einfach, alle Neuerungen im Blick zu behalten. UWB, stehend für „Ultra-Wideband“, also – je nach Schreibweise – „Ultra-Breitband“ oder „Ultrabreitband“, ist eine technologische Innovation, die Sie nicht verpassen sollten. Nicht umsonst setzen sowohl Apple als auch BMW und ESG Mobility die UWB-Technologie bereits effizient ein, letztere sogar im Kampf gegen das Corona-Virus.

Wir erklären in diesem Artikel, was genau UWB ist und wie es im Kern funktioniert, und das anhand eines unserer hauseigenen Produkte, nämlich des CDMs, dem „Community Distance Marker“ der ESG Mobility GmbH, der von unserem Team in Fulda rund um Jens Schmidt entwickelt wurde und Ultrabreitband-Technologie verwendet. Lehnen Sie sich also zurück, atmen Sie durch und machen Sie sich bereits für einen Quantensprung auf dem Weg zum Verständnis von UWB!

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Was ist UWB (Ultrabreitband)?

UWB steht für „Ultra-Breitband“ (auch „Ultrabreitband“ geschrieben), abgeleitet von „Ultra Wideband“. Es handelt sich grundsätzlich um ein drahtloses Kommunikationsprotokoll (inzwischen dank IEEE Foundation auch mit einem Standard, nämlich IEEE 802.15.4, der sich aber, ähnlich wie bei WiFi, kontinuierlich weiterentwickelt). Die Technologie dahinter ist nicht mal besonders neu, denn schon 2008 gab die Bundesnetzagentur Frequenzbereiche zwischen 30 Megahertz und 10,6 Gigahertz für UWB frei. Doch erst 2018 nahm das Thema auch international und in der Industrie Fahrt auf, als Samsung das „FiRa Consortium“ gründete, eine Vereinigung, die sich der Weiterentwicklung von UWB als Industriestandard widmet und der inzwischen rund 45 Firmen von Sony bis Cisco, von Bosch bis Facebook angehören.

Durch die Nutzung dieser großen Frequenzbereiche eröffnet UWB ein breites Anwendungsspektrum, dessen Stärken indes in der Nahbereichsfunkkommunikation liegen und somit vor allem in Bereichen zur Anwendung kommt, die bislang von Bluetooth oder WiFi mit NFC (Near Field Communication) ungenügend abgedeckt wurden. Beispiele für die Anwendung sind die Indoor-Positionsbestimmung, die durch die hohen Refresh-Raten (200 bis rund 1.000 Mal pro Sekunde) auch die Ortung in Echtzeit von sich bewegenden Objekten ermöglicht und somit GPS in seine Schranken verweist. Dabei verursacht UWB trotz der großen Frequenzbereiche mit Bandbreiten von mindestens 500 Megahertz kaum Interferenzen und ist selbst überaus robust gegen Störungen von Funk, Bluetooth oder WiFi-Signalen, weshalb Ultrabreitband mit diesen Technologien auch problemlos kombinierbar ist.

Durch die eher niedrigen Reichweiten von UWB (ein Bereich von 30-80 Metern ist realistisch) eignet sich UWB besonders für die Nahkommunikation wie beim Abstandswarner der ESG Mobility – dazu gleich mehr – oder der Handy-Ortung. Aber auch Anwendungsgebiete in der (individuell smarten) Werbung, Augmented Reality, Zugangskontrolle oder dem kontaktlosen Bezahlen sind mit der fortschreitenden Entwicklung der Technologie unbedingt denkbar.

UWB – Wofür lässt es sich benutzen?

Natürlich – wir könnten Ihnen die Technologie nun in die technischen Bestandteile zerlegen und im Detail erklären, doch ganz ehrlich? Das machen auch andere Websites, und das zum Teil auch wirklich anständig. Wir bringen Ihnen die UWB-Technologie daher lieber in der praktischen und direkten Anwendung näher, in der wir bereits weitreichende Erfahrungen sammeln konnten und in der wir mit unserem Produkt des „Corona Abstandswarners“ nicht nur auf dem Markt vertreten sind, sondern auch unseren Beitrag leisten, um die Auswirkungen von Covid-19 einzudämmen und Veranstaltungen mit Hygienekonzept zu ermöglichen.

Der Corona Abstandswarner der ESG Mobility, auch „Community Distance Marker” genannt, basiert auf der UWB-Technologie und wurde vom Mobility Team in Fulda rund um den technisch versierten Standortleiter Jens Schmidt entwickelt. Dabei wurden die Stärken des Unternehmens im Automotive-Sektor direkt in den Berufsalltag übertragen. Das auf den ersten Blick unscheinbare Gerät versteckt in seinem Inneren nämlich eine ausgeklügelte Technik. Der Name gibt die grundlegende Funktion schon vorweg: Der Abstandswarner misst Abstände und, je nach Einstellung, piepst, vibriert oder leuchtet, um auf das Unterschreiten von zuvor festgelegten Distanzen hinzuweisen. Der Einsatzzweck liegt auf der Hand: Treffen sich Menschen, müssen (nicht nur) in pandemischen Zeiten Abstände eingehalten werden, und der CDM hilft, diese Abstände zu wahren, oder weist durch ein z.B. nur für den Nutzer des Abstandswarners spürbares Vibrieren darauf hin, einen Schritt zurückzutreten. Vorbei die Zeiten, in denen Hygienekonzepte nicht eingehalten werden konnten oder eine aktive Ansprache nötig war, um andere Teilnehmer zur Distanzhaltung aufzufordern.

Wie genau setzt die ESG Mobility also die Trendtechnologie UWB (Ultrabreitband) ein, um den Abstandswarner effizient zu nutzen und zum Must-Have für rechtskonforme und pandemisch unbedenkliche Veranstaltungen einzusetzen?

UWB für die Indoor-Positionsbestimmung

Hauptaufgabe des Abstandswarners ist die Distanzwarnung, für die die Geräte zunächst prüfen müssen, wie viele mit UWB ausgestattete Teilnehmer in der Nähe sind. Hierzu findet ein kontinuierlicher Scan statt, der aktuell bis zu 100 Geräte unterstützt. Dies sorgt grundsätzlich für ein hohes Rauschen im Frequenzbereich, da viele aktive Signale und Daten over the air transportiert werden. Dieses Grundrauschen zu verwertbaren Datenpaketen zu transformieren, löst die ESG Mobility via statistischer Algorithmik. Sind die Teilnehmer im ersten Schritt eindeutig identifiziert, wird eine gezielte Kommunikation zwischen zwei Teilnehmern eingeleitet und aufgebaut. Hier kommt bereits eine der spezifischen Stärken von UWB ins Spiel, nämlich die sehr kurze „Air Time“, also der maximal kurze Datenimpuls, durch den viele Informationen in kurzer Zeit versandt werden. Das spart nicht nur Batterielebenszeit, sondern ermöglicht den komplexen Austausch der Standorte überhaupt erst, da grundsätzlich alle Geräte „ruhig“ sein müssten, die im unmittelbaren Moment nicht miteinander kommunizieren.

Ab diesem Zeitpunkt beginnt die eigentliche UWB Indoor Standortbestimmung: Eine Funkwelle wird vom Sender mit nahezu Lichtgeschwindigkeit ausgesendet und vom Empfänger erhalten, um umgehend zurückgesandt zu werden. Durch eine hochpräzise Zeitmessung innerhalb der CDM-Geräte lässt sich auf Basis der Zeit, die das Funksignal zum Zurücklegen der Strecke benötigte, errechnen, in welcher Distanz zueinander sich die teilnehmenden Geräte befinden.

Der auf der Hand liegende Vorteil insbesondere in pandemischen Zeiten ist das Contact Tracing. Die CDM Geräte sammeln lokal und anonym Daten: Welche Geräte hatten wie lange und wann Kontakt zueinander? Diese Daten sind frei von personenbezogenen Nutzerdaten und daher vollständig DSGVO-konform. Die gesammelten Daten fließen in einem Edge Device zusammen, das ebenfalls am Datenaustausch via Ultra-Breitband teilnimmt. Hierbei werden nicht nur kurze Impulse verwendet wie bei den CDM-Teilnehmern, sondern mit 6,8 Megabit Daten ausgetauscht. Somit ist eine sehr schnelle und nahezu verzögerungsfreie Übertragung gewährleistet, was wiederum beim Ausgang von Events, bei kontaktlosen Schließmechanismen, Zahlvorgängen oder Stempeluhren hilfreich ist. Sollte eine pandemische Situation eintreten, beispielsweise ein Kontakt mit einer infizierten Person, lassen sich die Daten personalisieren, und eine reibungslose Kontaktnachverfolgung wird möglich.

Durch den Einsatz bei Veranstaltungen und Großevents, in der Industrie, der Unterhaltungsbranche und der Politik entstanden weitere Kundenwünsche, die auch weitere Innovation schaffen: Barcode-Scanner in Kombination mit UWB ermöglichen die kontaktlose und zunächst anonyme Registrierung von Besuchern. Nur im Zusammenspiel mit den Ticketdaten lassen sich die Daten anschließend auswerten – also erst, wenn Veranstalter und Ticketbetreiber beispielsweise eine Infektionskette nachverfolgen müssen.

Wie wird UWB (Ultrabreitband) die Industrie verändern?

Wer hätte vor einem Jahrzehnt schon sagen können, wie effizient Bluetooth und WiFi einmal miteinander und mit dem Nutzer interagieren würden? Smart Homes, die auf Gesten- oder Sprachsteuerung beinahe alles können, vom Einschalten der Spülmaschine vor der Heimfahrt von der Arbeit über Alexa-Morgenroutinen mit Musik, Verkehrs- und Wetterbericht und anschließendem Einschalten des Morgenmagazins bis zu selbständig startenden und ausparkenden Fahrzeugen.

UWB schließt sich dieser Tradition der Moderne an: Bike- und Car-Sharing können vereinfacht werden, oder gar mobile, autonome Servicestationen wie metroSnap, die nicht nur durch Kunden gefunden werden können, sondern ihre Kunden selbst orten und zu ihnen gelangen könnten. Einkauf nicht nur auf Knopfdruck oder vielmehr Button-Klick, sondern durch bloße Anwesenheit, so dass lediglich das Fakt, ein Bedürfnis zu haben, schon Impuls zur Stillung werden kann. Auch die Gerätekommunikation erfährt einen Quantensprung – ob von Smartphone zu Schlüssel, von Schüssel zu Auto, von Auto zu Wohnung. Innerhalb des Fahrzeugs erheben sich weitere Myriaden möglicher Einsatzgebiete wie dem völlig kontaktfreien Öffnen von Schließmechanismen wie Garagen oder Haustüren, geschützt von modernster Kryptographie und Zufallszahlengenerierung. Digitalisierung von Shopfloors, Prozessketten, ultrapräzise Koordinatenbestimmung im dreidimensionalen Raum (man denke an die Einsatzmöglichkeiten im medizinischen 3D-Druck), Pyro-Steuerung, Monitoring von Leistung und Gesundheit im professionellen Sport. Die Möglichkeiten sind endlos.

Nicht zuletzt deshalb ist es schon jetzt wichtig, beinahe schon etwas spät, sich mit UWB, der Ultrabreitband-Technologie hinreichend zu befassen und die eigenen Prozesse dahingehend zu durchleuchten, wie UWB das Leben, den Fortschritt und letztlich auch den Umsatz steigern und verbessern kann. Kommen Sie daher gerne jederzeit auf die ESG Mobility und Jens Schmidt zu, die Kontaktmöglichkeiten finden Sie hier oder hier, alternativ auch im Impressum dieser Website.

Und wann beginnen Sie mit UWB?