精準定位不可或缺 UWB前進商用市場

超寬帶（Ultra Wideband；UWB）是一種無載波通訊技術(shù)，特色是具有強大抗干擾性、高傳輸速度、高安全性、以及低耗電之優(yōu)點。其傳輸速率可達到480Mbps，是藍牙標準的159倍，是Wi-Fi標準的18.5倍，因此非常適合應(yīng)用于大量傳輸。而因為UWB的頻率比較高、波長也比較短，所以可以用來實現(xiàn)高精度的定位應(yīng)用，特別是在室內(nèi)定位的領(lǐng)域。

透過UWB來打造精準的室內(nèi)定位系統(tǒng)，是為了能精準定位人員、物料、設(shè)備、車輛等裝置的位置，以方便進行各種不同的更高精度應(yīng)用，例如人員物體的追蹤、智能機器人的運用等，UWB都可以扮演最佳的定位技術(shù)。有些解決方案透過UWB搭配其他無線技術(shù)例如UHF RFID等，能用于協(xié)助企業(yè)達到更完整的管理模式，有效地為各行各業(yè)達到更安全、更準確的定位管理，以創(chuàng)造更多利潤、并降低營運成本。

UWB室內(nèi)定位功能


 
圖一 : UWB定位的精度提供了明顯優(yōu)勢，其應(yīng)用案例之一就是倉庫的自動化。員工能夠在客戶訂購商品時，快速找到它們。

UWB是一種可用于室內(nèi)定位的短距離無線電技術(shù)。自從FCC于2005年首次開放UWB無線電頻譜用于商業(yè)用途以來，UWB定位系統(tǒng)用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)引起了產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)注。這主要是由于UWB定位系統(tǒng)提供的定位精準度，一般來說，UWB室內(nèi)地位系統(tǒng)能夠?qū)崟r精準定位到30公分或者更小的范圍內(nèi)。

與低功耗藍牙和Wi-Fi相比，UWB定位是透過傳輸時間的方法來進行測距，也就是Time of Fly（ToF），而不是測量其信號強度（RSSI）的方式來完成的。這種方法主要是測量一個對象和幾個接收器（通常是與錨點）之間的光飛行時間。對于精確定位來說，至少需要3個接收器來進行三邊測量。

此外，接收器和發(fā)射器之間也必須要有直接的訊號接觸。透過追蹤物體上的UWB卷標，將具備ID、ToF與時間標記的數(shù)據(jù)發(fā)送到定位器，再利用光飛行的時間來計算該物體的距離。透過3個到多個定位器節(jié)點的數(shù)據(jù)，就可以進行精確度達到10～30公分的精準定位。

UWB之所以可以實現(xiàn)這種精度，主要歸功于它用于傳輸數(shù)據(jù)的超大帶寬（約3～10GHz）。使用更大帶寬意味著訊號的波長可以更短。因此UWB訊號可以用更低功率來傳輸，并降低對于其他無線電頻譜系統(tǒng)的干擾，例如手機和無線電等。

UWB定位的應(yīng)用
通常在工業(yè)環(huán)境中的室內(nèi)定位技術(shù)需要非常精確的數(shù)據(jù)。使用UWB進行室內(nèi)定位具有一些明顯的優(yōu)勢，包括其精確度可以達到10～30公分，比使用Wi-Fi的5～15米要精準得多，而延遲時間也非常低。高度差也可以精確測量。然而，由于UWB技術(shù)是一種特殊的解決方案，需要適當?shù)脑O(shè)備，因此主要多應(yīng)用于特殊產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上。

雖然精準的室內(nèi)定位對于某些應(yīng)用來說可能非常重要，但這并不是立即尋址系統(tǒng)（RTLS）唯一被重視的指標。包括成本和易用性，都是選擇室內(nèi)定位技術(shù)時，必須考慮的其他關(guān)鍵因素。

目前應(yīng)用在工業(yè)4.0的UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)，是為了能精準定位人員、物料、設(shè)備、與車輛等的位置，以方便工廠進行各方面的應(yīng)用，如人員物體的追蹤、智能機器人的運用等。以下是幾種工業(yè)中UWB定位技術(shù)的應(yīng)用案例：

●公司或工廠人員的定位，可隨時清楚顯示位置供調(diào)度的使用。

●公司或工廠人員在工安上的應(yīng)用，譬如危險區(qū)域的進入與監(jiān)控。

●博物館或是展館物體位移應(yīng)用，譬如對展示物品的移動及管理。

●工廠倉儲管理物體定位的應(yīng)用，如物料的標明及管理與領(lǐng)用。

●工廠儀器設(shè)備或移動負載車體的定位控制。

●各種需要精確度判別的應(yīng)用，如無人飛機、機器人及自動倉儲等。

UWB定位的優(yōu)點


 

圖二 : 使用UWB定位，就可以輕松獲取大型倉庫中的所有物品位置信息。

UWB定位技術(shù)的定位精度，提供了明顯的優(yōu)勢，其應(yīng)用案例之一就是倉庫的自動化。像亞馬遜這樣的公司擁有巨大的倉庫，里面裝滿了數(shù)十萬甚至數(shù)百萬種不同的物品；獲利能力取決于管理勞動力成本，意思就是讓員工能夠在客戶訂購商品時，快速找到它們。

使用UWB立即尋址技術(shù)，就可以輕松獲取大型倉庫中的所有物品位置信息。配備位置卷標的掃描儀，會在工作人員將每件物品掃描入庫時，傳輸有關(guān)其位置的信息。記錄有關(guān)位置的三維數(shù)據(jù)，以便可以輕松獲取它們來完成客戶訂單。

安全是UWB定位除了準確性之外的另一個特色。例如，在工作人員需要與機器保持最小距離的工廠產(chǎn)在線，如果人員誤入危險區(qū)域，UWB定位系統(tǒng)就可以向機器人發(fā)出關(guān)閉訊號。

UWB定位的缺點
雖然沒有其他室內(nèi)定位系統(tǒng)可以與UWB的精準度相抗衡，但要達到這種精準度卻是有相當代價的。UWB定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施和位置卷標價格昂貴，通常比起藍牙或其他系統(tǒng)的卷標和閱讀器成本高出10倍，而藍牙定位的精確度約在一到兩米的范圍內(nèi)。由于許多企業(yè)發(fā)現(xiàn)并不需要達到如此精確的定位，因此會退而求其次，采用藍牙定位來節(jié)省成本。

此外，UWB定位需要至少三個接收器來接收卷標訊號，這些卷標成本非常昂貴，它們必須同步精準到奈秒等級，系統(tǒng)才能準確計算位置。在許多設(shè)備中，標簽透過纜線連接以保持同步，這增加了設(shè)置的成本和難度。

結(jié)語
對于需要精確定位以提高生產(chǎn)力或安全性的應(yīng)用，UWB的確是最佳選擇。但是由于設(shè)置的成本和復(fù)雜性，企業(yè)應(yīng)該考慮是否真的需要能夠精確定位資產(chǎn)、材料和人員的位置，或者他們是否可以透過一般的位置信息就可以滿足需求。因此除非需要精確定位，否則藍牙或Wi-Fi定位其實就可以以更低的成本來實現(xiàn)室內(nèi)定位工作。