UWB RTLS : La science derrière la communication à 1 km !

Introduction

Les données de suivi peu fiables des anciens systèmes entravent vos opérations industrielles et vos processus de décision stratégiques critiques. Notre guide détaille  la technologie UWB RTLS et explique comment les modules haute puissance assurent une dispersion précise. En comprenant l'architecture et le principe de fonctionnement de ces systèmes, vous pouvez déployer dès maintenant une solution garantissant la stabilité et le succès opérationnel de l'ensemble de vos installations.

Définir l'architecture des systèmes de localisation en temps réel UWB industriels !

Vous savez probablement qu'un système RTLS industriel robuste repose sur trois composants essentiels pour fonctionner correctement. Premièrement, des étiquettes UWB précises sont fixées de manière sécurisée à vos équipements mobiles critiques afin d'assurer leur visibilité. Deuxièmement, l'infrastructure fixe de capteurs UWB, souvent appelée ancres, reçoit les signaux des étiquettes mobiles. Enfin, un serveur central traite les données, notre module UWB pilotant cette interaction essentielle.

Cette architecture UWB RTLS avancée calcule des coordonnées précises pour assurer un suivi robuste des actifs grâce à ses capacités UWB. De plus, le réseau RTLS UWB prend en charge une haute densité d'étiquettes, garantissant ainsi la stabilité de votre système. Par conséquent, votre système bénéficie d'une stabilité optimale et d'un débit de données garanti de 6,8 Mbit/s, assurant une vitesse optimale. Cette structure complète définit efficacement les capacités des systèmes de suivi modernes en milieu industriel.

Comment le système de localisation en temps réel UWB atteint-il une portée de 1 km ?

Vous découvrirez, grâce à une analyse physique, comment l'amplification haute puissance permet aux systèmes de localisation en temps réel UWB d'atteindre des distances extrêmes.

Puissance de 500 mW 

Pour garantir le bon déroulement de vos opérations, il est essentiel de surmonter les pertes de signal sur de vastes zones. C'est pourquoi notre module G-NiceRF utilise une puissance d'émission importante de 500 mW, offrant ainsi des performances supérieures. Cette puissance est nettement plus élevée que celle des unités standard, ce qui améliore considérablement les performances de la localisation en temps réel UWB en extérieur.

Vous pouvez couvrir efficacement de plus grandes surfaces, ce qui réduit le coût du système de localisation en temps réel UWB par mètre carré. La puissance garantit l'intégrité du signal, étendant ainsi considérablement votre portée opérationnelle.

·  Intégration PA

Avez-vous besoin d'amplifier le signal pour que vos données de suivi restent claires et exploitables ? Le modèle UWB3000F27  est équipé d'un amplificateur de puissance (PA) pour renforcer le signal. Ce composant amplifie le signal RF tout en préservant sa clarté.

Cette intégration prend en charge l'ensemble du système UWB RTLS en simplifiant considérablement la conception matérielle. Elle facilite ainsi un suivi UWB fiable pour vos équipes de maintenance. Des performances constantes sont garanties grâce au rôle essentiel de l'amplificateur de puissance (PA) pour le maintien de la distance et de la connectivité.

•  Puissance de sortie de 27 dBm

Vous avez besoin d'une projection puissante pour traverser les obstacles de votre installation industrielle complexe ? Notre module offre une puissance de sortie robuste de 27 dBm, ce qui indique un signal à haute énergie. Grâce à cette énergie élevée, le signal peut traverser les obstacles les plus petits, ce qui est un atout pour le positionnement UWB.

Ce signal de sortie est conforme à la norme IEEE 802.15.4-2020, garantissant une fiabilité de niveau industriel. Grâce à cette conformité, vous pouvez compter sur votre kit UWB RTLS  pour une connectivité stable. Bien que la qualité du signal dépende de la distance, elle assure une connectivité fiable et constante pour vos appareils.

·  Budget de liaison

Un équilibre précis entre transmission et réception est indispensable au maintien de la connectivité. Un bilan de liaison rigoureux est mis en place afin d'éviter toute perte de données lors de la transmission. C'est pourquoi nous optimisons le gain et la sensibilité pour garantir la précision du système de localisation en temps réel (RTLS) basé sur la technologie UWB.

Cette optimisation est une étape indispensable pour chaque déploiement afin d'en tirer des enseignements. Elle permet notamment de comprendre le fonctionnement du système UWB RTLS sur de longues distances. Un budget conséquent alloué à ce système garantit une portée remarquable de 1,5 km.

·  Sensibilité du LNA

Grâce à un amplificateur à faible bruit (LNA) qui accroît la sensibilité du récepteur, les signaux faibles peuvent être détectés  . Ainsi, le système UWB basé sur la technologie RTLS peut détecter les balises distantes, ce qui améliore la communication. Il en résulte une meilleure communication bidirectionnelle et un suivi UWB globalement optimisé au sein de votre installation.

L'amplificateur à faible bruit (LNA) fonctionne de concert avec l'amplificateur de puissance (PA) pour accroître la portée du système, permettant ainsi une meilleure réception des signaux par l'infrastructure. Par conséquent, le système capte mieux les signaux, garantissant ainsi la protection de tous les équipements.

Matrice des spécifications techniques pour l'architecture RTLS UWB haute puissance !

La science derrière la propagation du signal UWB RTLS !

Pour bien saisir la fiabilité de cette science, il faut comprendre la physique unique des impulsions.

Impulsions nanosecondes 

Le système RTLS UWB utilise des signaux extrêmement courts de seulement 2 ns, ce qui lui confère une précision supérieure. Vous êtes-vous déjà demandé pourquoi votre système de suivi actuel est défaillant dans les zones à fortes interférences ? Ces impulsions brèves minimisent les risques de chevauchement des signaux, permettant ainsi à vos capteurs RTLS de détecter des arrivées uniques.

Comme le souligne le consortium FiRa, « la technique à impulsions de l'UWB permet de déterminer la position avec une grande précision ».  Elle élimine le flou associé aux ondes continues, ce qui améliore considérablement le positionnement.

Bande passante de 500 MHz 

Votre signal couvre une impressionnante bande passante de 500 MHz, vous permettant d'opérer sur une vaste zone. Cette capacité confère à la technologie RTLS ultra-large bande une robustesse exceptionnelle face aux interférences courantes. La différence entre l'UWB et le BLE est flagrante : l'UWB n'est pas sujette aux interférences. Cette bande passante permet également à votre système de transporter d'importants volumes de données tout en garantissant sa stabilité.

·  Domaine temporel

L'UWB mesure la puissance du signal dans le temps grâce aux temps de propagation, contrairement aux méthodes fréquentielles traditionnelles. Par conséquent, le fonctionnement d'un système de localisation en temps réel UWB (RTLS) repose sur la compréhension de cette résolution temporelle particulière. Cette approche temporelle garantit la fiabilité des données spatiales quelles que soient les conditions environnementales.

·  Dispersion spectrale

La largeur de la bande passante permet au signal de coexister avec le Wi-Fi sans provoquer d'interférences. De plus, les solutions RTLS UWB  restent sécurisées car la dispersion masque efficacement les signaux aux intercepteurs.

·  Radio Pulse

L'utilisation de la technologie radio à impulsions garantit une faible consommation d'énergie du système UWB RTLS en fonctionnement. Ce système de suivi UWB écoénergétique est ainsi idéal pour les déploiements de longue durée où l'autonomie de la batterie est cruciale. Les impulsions, instantanées et synchronisées, assurent une liaison radio claire et précise.

Principaux avantages de l'utilisation du RTLS UWB !

Certains secteurs d'activité tirent profit du système UWB RTLS, notamment grâce à sa précision centimétrique. Ainsi, la précision de l'UWB RTLS garantit des opérations d'entrepôt fiables et précises pour votre logistique.

-  Évanouissement multi-trajets : en raison des erreurs de réflexion du signal, les solutions UWB RTLS sont conçues pour être fiables dans les environnements RTLS industriels. 

Sécurité AES  -128 : Les données sont protégées par un chiffrement robuste, garantissant la sécurité des informations sensibles en permanence. Ainsi, le flux et la sécurité des patients sont assurés par le système UWB RTLS contre tout accès non autorisé ou violation de données. Selon MarketsandMarkets, « La demande croissante de la technologie UWB dans le secteur de la santé est motivée par le besoin d’un suivi sécurisé des patients. » 

-  Haute capacité : De nombreuses étiquettes RTLS UWB peuvent être connectées simultanément, ce qui rend le réseau RTLS UWB évolutif pour les grandes flottes. 

-  Faible latence : Vous recevez des mises à jour en millisecondes, ce qui signifie que le système de localisation en temps réel UWB permet un suivi rapide des actifs UWB. 

Comparaison des systèmes de localisation en temps réel UWB et des systèmes de positionnement à bande étroite !

Vous constaterez des différences frappantes en comparant le système UWB RTLS aux anciens systèmes à bande étroite.

Onde  porteuse

En bande étroite, on utilise des ondes continues, tandis qu'en UWB RTLS, on utilise des impulsions sans porteuse. C'est pourquoi, comparé au BLE, l'UWB offre systématiquement une meilleure clarté du signal. L'onde porteuse étant plus sensible au bruit, les capteurs UWB sont plus performants. Les impulsions, quant à elles, permettent de traverser les interférences et de garantir un signal net.

·  Instabilité du RSSI

Mesurer une distance uniquement par la puissance du signal est peu fiable, or c'est précisément le principe des systèmes à bande étroite. Cependant, face aux variations de distance, la précision supérieure des systèmes de localisation en temps réel UWB devient évidente pour l'utilisateur. Les capteurs RTLS utilisant l'UWB mesurent le temps ; les variations environnementales ont donc moins d'impact sur le calcul final. Lors du déploiement d'un système de suivi dans une aciérie, j'ai constaté que les systèmes RSSI étaient défaillants à cause des réflexions métalliques, tandis que les systèmes UWB restaient stables. Le RSSI est tout simplement trop variable pour les applications industrielles critiques exigeant une grande précision.

Risque  d'interférence

Il arrive fréquemment de devoir composer avec des fréquences radio limitées où le Wi-Fi et le Bluetooth sont saturés. C'est pourquoi les systèmes de localisation en temps réel (RTLS) industriels nécessitent des voies de transmission dégagées pour fonctionner correctement et éviter toute perte de données significative. Les systèmes RTLS à ultra-large bande (UWB) fonctionnent sur des fréquences variables, ce qui réduit considérablement le risque d'interférences. Par conséquent, le suivi UWB reste constant, les canaux étant contournés, ce qui permet au système de fonctionner de manière optimale.

·  Algorithme TDoA

Vous effectuez des calculs mathématiques complexes et avancés pour déterminer la position exacte grâce à l'algorithme TDoA. Grâce à ce calcul, les systèmes de positionnement UWB  sont beaucoup plus efficaces que les méthodes classiques. C'est pourquoi le système UWB RTLS est nettement plus performant pour le suivi et le calcul des positions. Ce résultat est obtenu grâce à la synchronisation des stations de base, ce qui augmente considérablement la vitesse de calcul globale.

·  Mesure de la distance ToF

La télémétrie par temps de vol (ToF) repose sur le principe de l'émission et de la réception d'une impulsion pour calculer la distance. Le système mesure la distance parcourue par le signal, ce qui explique le fonctionnement du système de localisation en temps réel UWB (UWB RTLS). C'est pourquoi la distance calculée par ce système est extrêmement précise : au centimètre près, ou plus précisément, selon un principe physique fondamental.

Comment déployer un système de localisation en temps réel UWB pour une couverture maximale ?

Vous maîtriserez directement les étapes d'installation afin d'optimiser la couverture et la précision. Seule une installation correcte permettra au système de répondre à vos exigences et à vos attentes.

Géométrie triangulaire 

Veillez à disposer les ancres en triangle pour permettre l'analyse par le système. Grâce à cette configuration, les solutions UWB RTLS fonctionnent parfaitement et fournissent des données de localisation précises. Vous éliminez ainsi tout risque de décalage linéaire et le système effectue une triangulation précise.

·  Hauteur de 30 cm

Pour améliorer la précision du système de localisation en temps réel UWB, il est nécessaire de décaler les ancres de 30 cm par rapport aux murs. Ceci permet d'éviter la réflexion des signaux sur les murs pendant la communication. On réduit ainsi les interférences des murs les plus proches, ce qui contribue à améliorer la visibilité.

·  Ligne de mire

Assurez-vous que le trajet soit dégagé, car c'est essentiel pour un système à visée directe. Les impulsions peuvent être bloquées par des obstacles, ce qui peut entraîner des retards dans le système de localisation en temps réel UWB. Il est nécessaire de positionner les ancres en hauteur pour éviter les interférences au sol.

Espacement de 45 m 

Il est essentiel d'espacer correctement les ancres en maintenant une distance minimale de 45 m. Ceci est nécessaire pour une couverture RTLS UWB optimale en extérieur et pour garantir l'intégrité du signal. Les modules G-NiceRF offrent une couverture adéquate à cette distance, assurant ainsi la stabilité de votre système RTLS UWB.

·  Configuration des coordonnées

Il est important de définir une position initiale pour calibrer le système. Placez l'origine du système de coordonnées à (0, 0) afin que le positionnement UWB dispose d'un point de départ. Pour calculer la position intérieure UWB, il est nécessaire de cartographier numériquement toute la zone. Mesurez la position des ancres pour que le logiciel puisse calculer la position exacte.

FAQ !

Ces réponses permettront de répondre à certaines des questions techniques les plus courantes concernant notre module UWB RTLS.

Quelle est la fréquence de la chaîne 5 ?

Vous pouvez utiliser certaines bandes de fréquences, et le canal 5 fonctionne à 6 489,6 MHz afin d'éviter les interférences. Ainsi, le module UWB  est protégé des interférences typiques rencontrées sur d'autres bandes de fréquences encombrées. Cette fréquence est conforme aux normes internationales, ce qui garantit la fiabilité de votre capteur UWB partout dans le monde. La bande passante de 500 MHz offre une large plage pour une transmission de données stable.

Le système UWB RTLS prend-il en charge la télémétrie bidirectionnelle ?

Oui, il est possible d'effectuer une mesure bidirectionnelle pour garantir la précision du système UWB RTLS. Le module transmet et reçoit des données, ce qui correspond au fonctionnement même de l'UWB RTLS. Cette méthode compense la dérive d'horloge, permettant ainsi d'atteindre une précision élevée.

Le courant de veille est-il inférieur à 100 µA ?

Oui, l'efficacité est élevée et la consommation en veille est inférieure à 100 µA. Ainsi, les balises UWB ont une durée de vie prolongée et la fréquence de maintenance des batteries est réduite pour votre équipe. Par conséquent, le coût total de possession d'un système UWB RTLS est diminué, ce qui en fait une solution rentable. Vos balises UWB RTLS fonctionnent avec une efficacité élevée, ce qui permet de réduire les coûts d'exploitation.

Un seul module peut-il gérer une puissance de sortie de 500 mW ?

Oui, en particulier, le module UWB3000F27 offre cette fonctionnalité grâce à son amplificateur de puissance intégré. Il atteint ainsi 500 mW, une puissance idéale pour les configurations de systèmes de localisation en temps réel UWB longue portée. Par conséquent, la localisation UWB est possible jusqu'à 1,5 km, sans nécessiter d'amplificateurs externes.

Quelle est la limite standard de longueur des paquets ?

La longueur des paquets est limitée à 1 023 octets. Par conséquent, le système UWB RTLS envoie des données concises afin de maintenir la vitesse. Ce protocole standard permet un suivi UWB rapide et efficace.

Conclusion

Nous pensons que vous comprenez désormais toute la valeur de notre réponse. Les modules G-NiceRF offrent une précision inégalée et une performance durable. Nous protégeons vos données grâce au meilleur chiffrement, garantissant ainsi leur confidentialité. Nous sommes prêts à vous fournir un échantillon de notre  technologie UWB RTLS avancée. Rendez-vous sur le site de G-NiceRF  pour en savoir plus.