Что такое UWB (Ultra Wideband)? Возможности, особенности UWB технологии для позиционирования и трекинга внутри помещений

Технология UWB (Ultra Wideband, или технология сверхширокополосной связи СШП) перешла из узкоспециализированных военных радаров в массовый сегмент корпоративных систем определения местоположения в реальном времени (RTLS). Известная своей исключительной точностью измерения расстояния и позиционирования (от 10 до 30 см), технология UWB меняет различные отрасли – от логистики до здравоохранения.

Сейчас UWB решает одну из главных болей бизнеса: как точно, в пределах десятков сантиметров, понимать, где находятся активы, грузы, техника и персонал в реальном времени. Благодаря системам UWB позиционирования, миниатюрным меткам и шлюзам создается цифровая сеть внутри помещения склада или завода - и вы моментально видите узкие места, предотвращаете столкновения погрузчиков и закрываете вопросы безопасности еще до происшествий. В этой статье мы рассмотрим основные особенности технологии UWB, углубимся в ее преимущества по сравнению с традиционными беспроводными технологиями и выделим отрасли, в которых UWB оказывает существенное влияние.

КЛЮЧЕВЫЕ ВЫВОДЫ

• Главное преимущество UWB технологии - сантиметровая точность. Метка шлёт импульс, приёмники фиксируют время его пути, и уже через долю секунды система показывает, где именно находится объект - с разбросом всего 10–30 см.
• По оценке Mordor Intelligence, мировые расходы на UWB-решения вырастут примерно вдвое: с 2,1 млрд долларов в 2025-м до 4,8 млрд к 2030 году.
• В России технология пока остаётся экспериментом: ей пользуется меньше пяти процентов крупных компаний. Но регуляторные барьеры сняты, и аналитики ждут, что доля быстро приблизится к 20 %. Пилотные проекты, как правило, окупаются за двенадцать-восемнадцать месяцев.
• UWB дает бизнесу редкое сочетание высокой точности, низкой задержки и умеренных требований к инфраструктуре. Именно поэтому технология уже меняет логику работы складов, фабрик, торговых центров и медицинских учреждений - и будет делать это всё активнее в ближайшие годы.

ЧТО ТАКОЕ ТЕХНОЛОГИЯ UWB (ULTRA WIDE BAND)?

UWB – это сверхширокополосная технология, используемая для передачи высокочастотных импульсов на малые расстояния. Сигналы UWB распространяются на частотах до нескольких ГГц и достигают относительной ширины полосы пропускания от 25 до 100 %.

Компьютеры и периферийные устройства нуждаются в высокоскоростном интерфейсе, а применение Bluetooth и стандарта 802.11 не всегда помогает достичь поставленных целей. Главным минусом таких протоколов является малая полоса пропускания (в среднем – до 19 Мбит/сек), что нерационально для приложений, которые требуют высокой скорости передачи.

РЫНОК UWB: ЦИФРЫ И ТРЕНДЫ 2025-2030

По данным Mordor Intelligence, рынок UWB-решений вырастет с 2,14 млрд $ в 2025 г. до 4,80 млрд $ к 2030 (CAGR ≈ 17,5 %). При этом ABI Research прогнозирует, что совокупные поставки UWB-совместимых гаджетов превысят 1 млрд шт. к концу 2025 г.; драйвер - смартфоны, бесключевой доступ в авто, метки RTLS, IoT-сенсоры.

В России UWB используют менее 5% крупных компаний, однако, по оценке DCLogic, доля достигнет примерно 20 % в ближайшие годы: после снятия регуляторных барьеров окупаемость пилотов составляет 12-18 месяцев.

ТЕХНИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ UWB

UWB-сигналы распознаются как любые сигналы с шириной спектра свыше 500 МГц и диапазоном от 3,1 до 10,6 ГГц. Они достаточно слабые (41,5 дБм/МГц), поэтому не требуют лицензирования ГКРЧ.

За счёт крайне коротких (наносекундных) импульсов приемник точно измеряет время пролёта сигнала (Time-of-Flight), поэтому положение объекта определяется с точностью 10-30 см даже в условиях многолучевости и зашумленного радиофона. В отличие от Bluetooth LE и Wi-Fi, UWB:

• использует очень низкую плотность спектра (-41,3 dBm/MHz) и потому практически не мешает другим радиосервисам;
• работает по принципу ranging-only - обмен координатами не передается "как есть", что повышает кибербезопасность;
• обеспечивает латентность 5 мс и допускает одновременное обслуживание сотен меток в ячейке.

Технология стандартизирована в IEEE 802.15.4-z и активно продвигается альянсом FiRa Consortium для интероперабельности смартфонов, меток и инфраструктурных антенн.

КАК РАБОТАЕТ ТЕХНОЛОГИЯ UWB ДЛЯ ПОЗИЦИОНИРОВАНИЯ И INDOOR НАВИГАЦИИ?

При внедрении в инфраструктуру предприятий на каждый отслеживаемый актив помещается специальная метка со встроенным или подключаемым аккумулятором. В процессе своей работы метка принимаетмиллиарды радиоимпульсов, которые рассылаются с интервалом в наносекунды в широком частотном спектре. Приемник или приемопередатчик принимает эти сигналы и преобразует их в информацию, которая позволяет вычислять местоположение объекта.

Почему UWB так точен?

• Сверхкороткие сигналы. Они длятся миллиардные доли секунды и почти не отражаются, поэтому погрешность обычно меньше 30 см.
• Свободный диапазон. UWB работает на частотах, где мало “радиошума”, так что сигналу ничто не мешает.
• Низкая мощность. Метки тратят очень мало энергии: батарейки хватает на пару лет.

Где пригодится UWB позиционирование?

• Быстрый поиск товара на складе.
• Автоматическое открытие ворот, если подъехал нужный грузовик.
• Контроль, чтобы погрузчик не подъезжал ближе, чем положено, к персоналу.

Именно простота сценария для пользователя и высокая точность делают UWB удобным инструментом для компаний, которым необходимы позиционирование и трекинг в реальном времени.

КАКИЕ БИЗНЕС-ЗАДАЧИ РЕШАЕТ ТЕХНОЛОГИЯ UWB?

Ultra-Wideband (UWB) - это беспроводной протокол, работающий в диапазоне сверхшироких полос (≥ 500 МГц). Такой спектр дает высокую точность измерения расстояния и устойчивость к радиопомехам, благодаря чему UWB эффективно применяется как в системах позиционирования, так и в автоматизации процессов.

Отслеживание активов

• Логистика и склад. Метки на паллетах, тележках, оборудовании и инструментах позволяют видеть местоположение и статус активов в режиме реального времени, сокращая время поиска и предотвращая потери.
• Розничная торговля и сервис. В магазинах упрощается контроль торговых тележек, в прокатных сервисах - учёт арендуемой техники.
• Промышленность. На металлургических, нефтегазовых и химических предприятиях UWB-метки помогают отслеживать перемещение активов, сырья, контейнеров и спецтехники, повышая контроль за ключевыми активами и снижая риск простоев оборудования.

Indoor-навигация

UWB-инфраструктура позволяет строить интерактивные карты помещений в мобильных приложениях и реализовать:

• прокладку маршрутов к точкам интереса (залы, стойки обслуживания, товары);
• быстрый поиск комнат, товаров;
• контекстные уведомления и подсказки по текущему местоположению;
• оказание справочной помощи в реальном времени.

Мониторинг перемещений сотрудников и посетителей

Система позволяет компании непрерывно контролировать работу своих сотрудников и отслеживать их активность, включая время прибытия, опозданий и перемещения внутри помещения. Благодаря отслеживанию в режиме реального времени руководство может координировать действия сотрудников и своевременно корректировать ежедневные задачи. Кроме того, UWB метки помогают мониторить перемещения посетителей, анализировать трафик и лучше понимать поведение клиентов, что играет решающую роль в разработке эффективной маркетинговой стратегии.

Кроме того, система играет важную роль в обеспечении безопасности работающих в одиночку работников, отслеживая их местоположение и отправляя оповещения, если они входят в зоны ограниченного доступа или неожиданно прекращают движение.

Системы "умный дом" и автоматизация зданий

Датчики UWB позволяют автоматизировать:

• включение/выключение освещения и климатических систем;
• регулировку громкости мультимедиа-оборудования;
• управление вентиляцией и охранной сигнализацией. Высокая точность позиционирования обеспечивает корректную реакцию устройств без лишних срабатываний.

Цифровизация производственных и логистических процессов

На производственных предприятиях, специализирующихся на выпуске товаров, сверхширокополосная связь может стать неотъемлемым компонентом цифровизации логистики и производства. Система позволяет быстро и легко цифровизировать цеха, склады и технологические процессы, способствуя повышению производительности и оптимизации бизнес-процессов.

Внедрение UWB-технологии помогает компаниям повысить операционную эффективность, усилить контроль над активами, улучшить клиентский сервис и обеспечить безопасность персонала, формируя надежную основу для дальнейшей цифровой трансформации бизнеса.

Методы расчета местоположения с помощью UWB

При определении местоположения система использует очень короткие сигналы, которые перемещаются со скоростью света. Время их прибытия вычисляется в широкой полосе пропускания, поэтому точность позиционирования объектов может составлять от 10 до 30 см. В зависимости от потребностей компании UWB трекинг можно использовать с такими методиками расчета, как AoA (Angle of Arrival), TDoA (Time Difference of Arrival), TWR (Two-way-ranging) или PDoA (Phase Difference of Arrival).

TDoA

• Преимущества: наиболее экономное потребление энергии
• Принцип работы: Датчик с определенной периодичностью излучает сигналы, которые принимаются метками за разные промежутки времени (исходя из расстояния). Местоположение датчика вычисляется по разнице во времени между сигналами. TDoA часто называют гиперболическим позиционированием. Поскольку методика проводит расчеты по времени прибытия сигналов, она требует четкой синхронизации между базовыми станциями.
• Область применения: вычисление местоположения большого количества объектов в реальном времени

PDoA

• Преимущества: может использоваться при ограниченных объемах инфраструктуры
• Принцип работы: Чтобы определить местоположение, датчик выполняет оценку разницы в фазах между сигналами на принимающих антеннах. Импульс на антенну, которая располагается дальше от принимающего устройства, приходит с задержкой, что позволяет вычислять местоположение искомого объекта. Угол сигнала определяется относительно точки привязки.
• Область применения: склады и другие объекты с большим количеством имущества

TWR

• Преимущества: позиционная стабильность, высокая точность
• Принцип работы: Метки рассылают короткие импульсы, которые улавливаются считывающими устройствами. Расстояние определяется по времени, которое затрачивается сигналами от отправления до приема. Более усовершенствованной является методика SDS-TWR, применяющая двойное измерение последовательно в 2-х различных направлениях.
• Область применения: определение местонахождения оборудования

AoA

• Преимущества: высокая точность при небольших объемах инфраструктуры
• Принцип работы: При использовании AoA движущиеся объекты рассылают сигналы, которые улавливаются датчиками отслеживания. Принимающие устройства получают эти импульсы и позволяют вычислить местоположение по углу прихода и направлению относительно метки. При расчетах дополнительно учитывается уровень сигнала.
• Область применения: определение местонахождения объектов в реальном времени

Приведем сравнительную таблицу данных методов:

Сравнение UWB с другими технологиями

Сверхширокополосное позиционирование не уступает другим радиочастотным технологиям в плане преимуществ и универсальности в применении. Однако система имеет некоторые существенные отличия. Основная разница состоит в степени точности при позиционировании и широком частотном спектре. Высокая точность позволяет использовать UWB в тех местах, где местоположение объектов в режиме реального времени имеет определяющее значение. Рассмотрим, чем еще Ultra-Wideband отличается от Wi-Fi и iBeacon.

Wi-Fi

Wi-Fi является одной из наиболее распространенных радиочастотных технологий для определения местоположения объектов. Однако она существенно уступает UWB в плане точности UWB. Если сверхширокополосная технология находит объекты с точностью до 10–30 см, то Wi-Fi дает результаты в диапазоне 3–5 м.

В отличие от Wi-Fi, Ultra-Wideband не боится помех сигналов и обладает более высокой степенью гибкости. Она требует меньше затрат энергии, что снижает расходы на эксплуатацию. Однако платформу на базе Wi-Fi можно реализовать при помощи существующей инфраструктуры, тогда как для внедрения UWB нужно покупать необходимое оборудование.

Более подробное сравнение Wi-Fi и UWB мы провели в статье - https://nvgn.ru/blog/uwb-vs-wi-fi-kakaya-tekhnologiya-luchshe-dlya-pozicionirovaniya-vnutri-pomeshchenij/.

iBeacon

iBeacon и UWB имеют много общего. Обе системы отличаются низким энергопотреблением, высокой точностью, надежностью в отслеживании объектов. Но между технологиями существует и немало отличий, которые нужно учитывать при организации RTLS. Так, iBeacon обладает меньшим диапазоном и скоростью передачи данных, а Ultra-Wideband является более точной в сравнении с Bluetooth®.

Как говорилось выше, UWB позиционирование в помещении позволяет обнаруживать объекты с точностью до 30 см, тогда как iBeacon находит их с дальностью в 1 м. Причина состоит в том, что сверхширокополосная технология использует для расчетов методику ToF, выполняющую позиционирование по времени прохождения сигнала. Bluetooth® определяет местоположение посредством метода RSSI, который осуществляет вычисления по расстоянию и не может давать достаточного уровня точности.

ПРЕИМУЩЕСТВА И НЕДОСТАТКИ ТЕХНОЛОГИИ Ultra WideBand

На сегодня сверхширокополосная технология UWB имеет большие перспективы развития. Предполагается, что уже в ближайшее время она будет активно применяться на массовом рынке и помогать в реализации многих бизнес-решений. Причина тому – множество преимуществ, которые выделяют эту систему на фоне аналогов:

• отсутствие ограничений в доступности ВЧ-спектра;
• помехоустойчивость;
• возможность одновременной поддержки сотен каналов;
• большой диапазон масштабирования по критериям скорости;
• единовременная работа в качестве глобальной, локальной и персональной сети;
• глобальная совместимость устройств, применяющих радиочастотный спектр;
• высокая защита данных за счет мощности сигналов на уровне шума;
• спектральная гибкость;
• высокоточное определение местоположения и отслеживание перемещения объектов;
• возможность создания отдельной коммуникационная сети, которая будет мирно соседствовать с другими беспроводными технологиями в офисе.

Технология имеет не только плюсы, но и некоторые недостатки. Так, за счет широкой полосы и высокой мощности сверширокополосные сигналы могут мешать уже существующим системам и линиям связи. UWB отличается малой длительностью сигналов. Для их обнаружения можно применять согласованный фильтр или коррелятор, но в такой ситуации будет сложно синхронизировать прием.

СФЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕХНОЛОГИИ UWB

С каждым годом UWB позиционирование становится все более востребованным среди представителей бизнеса. Если ранее технология применялась только на военных объектах, то сейчас ее используют в промышленности, здравоохранении, торговой, культурной и транспортной сфере.

Ритейл и торговые центры

В торговой отрасли технология Ultra Wideband обеспечивает прозрачность местонахождения товаров и оборудования. С ее помощью можно организовать удобную навигацию по магазину, выполнить построение интерактивных карт с визуализацией мест интереса, осуществить мониторинг персонала в режиме реального времени. Благодаря использованию системы ритейлерам проще повысить производительность труда сотрудников и значительно увеличить лояльность покупателей к торговой точке.

Здравоохранение

За счет того, что сигналы UWB не взаимодействуют друг с другом и иными радиочастотными составляющими, технология может успешно использоваться для создания помехоустойчивых решений. Так, в здравоохранении ее применяют для отслеживания местонахождения аппаратов ИВЛ или рентгеноборудования. Также она может быть задействована для быстрого поиска и определения местоположения любых медицинских активов, в том числе инвалидных колясок или дорогостоящего оборудования.

Логистика и складские помещения

Внедрение UWB технологии в инфраструктуру складов позволяет более эффективно управлять предприятием. Она является высоко актуальной в отслеживании товаров, инвентаря или транспортных средств, особенно в случаях, когда нужно знать точное местонахождение активов. Организации могут применять систему для аналитики трафика погрузчиков или транспорта, контроля персонала, корректировки повседневных задач, что обеспечивает эффективную оптимизацию бизнес-процессов и помогает незамедлительно реагировать на внештатные ситуации.

Промышленность

Наибольшее распространение технология Ultra Wideband находит в промышленной сфере. При внедрении в инфраструктуру завода она выполняет широкий спектр функций:

• построение интерактивных карт с зонами доступа;
• визуализация людей и активов на карте;
• отслеживание перемещения объектов в реальном времени;
• создание оптимальных маршрутов для транспортных средств;
• предупреждение о вероятном столкновении транспорта или наезде на работников;
• контроль простоя спецтехники;
• отслеживание контактов персонала для поддержания нормативных требований и повышения безопасности труда.

Транспорт

Система может стать эффективным решением в навигации и позиционировании на территории аэропортов или железнодорожных вокзалов. Она помогает пассажирам выстраивать карты транспортного узла, прокладывать маршруты к местам интереса, проще ориентироваться на местности. Размещение меток на оборудовании позволяет руководству контролировать перемещение техники. С их помощью можно определять точное местонахождение самоходных пассажирских трапов, машин сопровождения, тягачей, перронных автобусов. Также технология обеспечивает постоянное отслеживание потоков людей и помогает избежать заторов в местах наибольшего скопления пассажиров.

Музеи и мероприятия

В музеях UWB можно использовать для создания интеллектуального мобильного гида. Метки устанавливаются на экспонаты и помогают посетителям быстро находить необходимые экспозиции. При использовании платформы появляется возможность мониторить потоки посетителей на выставках и различных мероприятиях. Благодаря этому можно оценивать успешность проведенных событий и грамотно планировать новые. Контроль посетителей помогает повышать безопасность, своевременно находить «проблемные» места и оптимизировать расстановку экспонатов с учетом интересов людей.

Компания Навигационные решения готова помочь организовать UWB навигацию и трекинг на предприятии. Мы разрабатываем эффективные программные продукты, которые позволяют решать широкий спектр задач в области indoor позиционирования и навигации на базе определения местоположения.

Вас интересует UWB-отслеживание и позиционирование? Обсудите подробности на бесплатной личной консультации.