「Serie de conocimientos」 Una exploración detallada de las ventajas de la tecnología de posicionamiento y alcance preciso UWB650

El módulo UWB650 es un producto recientemente lanzado por NiceRF, que presenta alcance bidireccional y posicionamiento plano de tres puntos. El módulo UWB650 está desarrollado en base al UWB3000F27 y viene equipado con un microcontrolador , lo que permite a los usuarios usarlo directamente sin ninguna configuración.

Siguiendo el estándar IEEE 802.15.4-2020, la tecnología UWB y su protocolo de comunicación ofrecen soluciones de comunicación inalámbrica de alta precisión, bajo consumo y baja latencia, lo que permite conexiones inalámbricas precisas, rápidas y energéticamente eficientes.

Es compatible con el canal 5 UWB (6489,6 MHz), que ofrece una excelente penetración de la señal y estabilidad de transmisión, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de posicionamiento de alta precisión y comunicación de datos confiables.

Transmisión de velocidad de datos aérea

Velocidad de datos aéreos: Admite velocidades de datos aéreos de 6,8 Mbps y 850 Kbps, lo que ofrece una opción flexible entre transmisión de datos de alta velocidad y comunicación de baja velocidad y bajo consumo, atendiendo a diferentes escenarios de aplicaciones.

Velocidad de transmisión : La comunicación se realiza en modo semidúplex, con una velocidad de transmisión de 1000 paquetes de datos por segundo, cada uno con una capacidad máxima de 1010 bytes. El envío y la recepción de datos se alternan, lo que hace que este método de transmisión sea adecuado para aplicaciones con altas demandas de tamaño de paquete de datos y velocidad de transmisión, lo que permite un intercambio de datos eficiente en condiciones de ancho de banda razonables.  

Soporte de transmisión de datos: admite la tecnología de cifrado AES-128 para garantizar la seguridad de la transmisión de datos. Cuando el cifrado está habilitado, la capacidad máxima de cada paquete de datos se reduce a 99 bytes para mantener una transmisión de datos eficiente y segura bajo cifrado. Este método de cifrado previene eficazmente el robo y la manipulación de datos. 

Comunicación serie de alta velocidad

La velocidad de comunicación en serie puede alcanzar hasta 115200 bps, lo que admite transmisión de datos de alta velocidad. Satisface las necesidades de comunicación de la mayoría de los dispositivos serie, asegurando estabilidad y eficiencia durante la transmisión de datos.

Gestión de comunicación flexible

La gestión se realiza a través de ID de grupo e ID de dispositivo. A cada módulo se le asigna una ID de dispositivo única y pertenece a una ID de grupo específica. El módulo puede identificar otros módulos dentro del mismo grupo a través del ID del grupo, lo que permite la comunicación uno a uno o de transmisión.

Comunicación uno a uno: en la comunicación uno a uno, los datos se transmiten únicamente entre el remitente y el receptor específicos, lo que garantiza la seguridad y eficiencia de la comunicación dirigida. 

Comunicación de difusión: en el modo de comunicación de difusión, los datos se transmiten a todos los módulos dentro del mismo grupo, lo que permite una comunicación sincronizada multipunto . Este método de comunicación flexible es adecuado para diversas topologías de red complejas y admite el trabajo colaborativo y el intercambio de datos entre múltiples dispositivos. 

Función de rango

Configuración maestro-esclavo (un maestro a cinco esclavos): un maestro puede medir simultáneamente la distancia hasta cinco dispositivos esclavos. Esta configuración permite al maestro administrar y calcular de manera eficiente las distancias a múltiples dispositivos esclavos. 

Principio de alcance: DS-TWR (alcance bidireccional de doble cara )  Mide el tiempo de ida y vuelta de las señales transmitidas entre los dispositivos maestro y esclavo para calcular con precisión la distancia. El maestro envía una señal, el esclavo responde y el maestro calcula la distancia real midiendo el tiempo de ida y vuelta de la señal. Este método proporciona un alcance de alta precisión, lo que lo hace adecuado para aplicaciones de posicionamiento y seguimiento.

Método de posicionamiento plano de tres puntos: midiendo las distancias entre el objetivo y tres puntos de referencia conocidos, se calcula el posicionamiento preciso utilizando los principios de triangulación.

Distancia de alcance: Admite una distancia de comunicación máxima de 1 kilómetro, y cada proceso de alcance dura aproximadamente 25 milisegundos .

Función de posicionamiento

Estaciones base y etiquetas: admite el emparejamiento de una etiqueta con tres estaciones base, administrando hasta treinta etiquetas. Todas las etiquetas pueden comunicarse con estas tres estaciones base. 

Funciones adicionales

El sistema admite actualizaciones a través del puerto serie y permite la configuración de varios parámetros para ajustar la configuración según las necesidades específicas.

Comparación de soluciones de posicionamiento

Existen varios métodos de posicionamiento comunes utilizados en el posicionamiento UWB: diferencia horaria de llegada (TDOA), rango de tiempo de vuelo (TOF) y ángulo de llegada (AOA). Los dos primeros métodos normalmente se pueden utilizar de forma independiente, mientras que AOA generalmente se combina con TOF o TDOA para un posicionamiento integrado.

El posicionamiento TOA (hora de llegada) es un método crucial en la tecnología UWB. Calcula la distancia midiendo el tiempo que tarda una señal inalámbrica en viajar desde el transmisor al receptor, logrando así el posicionamiento. TOA ofrece una precisión de posicionamiento muy alta y tiene una fuerte resistencia a las interferencias. 

TDOA (Diferencia de Tiempo de Llegada) es un método de posicionamiento basado en la diferencia en los tiempos de llegada de las señales. El sistema requiere una sincronización horaria precisa, con una precisión extremadamente alta. Esto impone exigencias muy altas al hardware, lo que aumenta la complejidad del mantenimiento y la instalación de la red, lo que a su vez aumenta los costos.

El posicionamiento AOA (ángulo de llegada) normalmente calcula el ángulo de llegada en función de la diferencia de fase de las señales. Generalmente no se utiliza de forma independiente. Dado que AOA implica resolución angular, cuanto mayor sea la distancia desde la estación base, menor será la precisión de posicionamiento si se utiliza AOA solo.

El posicionamiento TOF (tiempo de vuelo) se basa en el alcance, donde la etiqueta inicia mediciones de distancia con cada estación base que debe ubicarse. Después de completar el proceso de determinación de distancias, se calcula la posición.