Mit UWB sicher kommunizieren und smarte Geräte orten

Worum geht es bei der UWB Kommunikation?

UWB ist eine erstaunliche, neue Kommunikationstechnologie, welche eine präzise Ortung mit Smart-Geräten ermöglicht. UWB eignet sich besonders für batteriebetriebene Mobilgeräte in Innenräumen. UWB kann als Leitsystem für Besucher in öffentlichen Gebäuden wie Flughäfen eingesetzt werden. Es kann den Zugang zu eingeschränkten Bereichen freigeben, indem es die herantretende Person identifiziert. Ein Museumsbesuch kann interaktiver werden durch den Austausch von kundenspezifischen Einstellungen. Wir befinden uns an einem spannenden Wendepunkt, bei dem aus einem bisher rein technischen Konzept Anwendungen in der realen Welt hervorgehen. Die Anzahl an Anwendungen wird explodieren.

Wofür steht UWB? Was sind die aktuellen Schwachpunkte?

UWB steht für Ultrabereitband oder "ultra-wide band" im Englischen. Es ist ein Kommunikationssignal im GHZ Frequenzbereich und unterscheidet sich damit deutlich von Bluetooth oder WiFi, die im MHz Frequenzbereich operieren. UWB ist eine sehr energiehungrige Technologie. Heutzutage beanspruchen kommerzielle UWB Sender ca. 10-100 mW Leistung allein im Ruhezustand, was ein Problem für batteriebetriebene Geräte wie Mobiltelefone ist.

Was kann man gegen den hohen Energiebedarf unternehmen?

Idealerweise möchte man den UWB Sender in den Schlafmodus schalten, wenn keine Kommunikation erfolgt, um Energie zu sparen. Schlafend verliert der Sender jedoch seine Reaktionsbereitschaft. Hier kommt unsere Erfindung zum Zuge.

Wir haben einen Aufweck-Empfänger mit geringer Leistung für den UWB Sender entwickelt. Es ist ein winziger, Chip basierter Schaltkreis, den wir an dieselbe Antenne wie den UWB Sender anschliessen. Registriert der Aufweck-Empfänger ein Aktivierungssignal, so schaltet dieser den UBW Sender ohne signifikante Verzögerung ein. Dies alles passiert in wenigen hundert Millisekunden.  

Der Aufweck-Empfänger kann zudem verschlüsselte Nachrichten verarbeiten. So kann der Benutzer eines UWB ausgerüsteten Geräts sicherstellen, dass keine unautorisierte Aktivierung seines Geräts erfolgt. Wir denken, das ist ein wichtiges Feature für alle zukünftigen Anwendungen.

Der Aufweck-Empfänger zieht einen Faktor 1000 weniger Leistung als der UWB Sender. Ein mit unserem Empfänger ausgerüstetes Gerät ist stets einsatzbereit, ohne das Energiemanagement eines batteriebetriebenen Geräts zu belasten.

Was ist der aktuelle Stand Eurer Erfindung?

Wir haben einen vollständig getesteten Prototyp, der aus kommerziellen Einzelkomponenten zusammengesetzt ist. Darüber hinaus hat mein Miterfinder, Thomas Burger, mit zwei Studenten aus dem Zentrum für projektbasiertes Lernen am Departement Informationstechnologie und Elektrotechnik (D-ITET) einen weiteren Prototyp als integrierte Schaltung gebaut. Tests zu diesem Prototyp laufen.

Als Leiter des Zentrums für projektbasiertes Lernen möchte ich hinzufügen, dass das Zentrum Industriekollaborationen begrüsst. Falls einer unserer Leser oder Leserinnen an einem Projekt arbeitet, bei dem wir ein Gerät mit unserem Empfänger nachrüsten oder auch neu designen können, sollten wir unsere Kräfte bündeln. Unsere Studierenden erhalten Praxisbezug bei der Arbeit an einem industriellen Produkt. Unsere Partner profitieren von einem massgeschneiderten Prototyp. Unsere weiteren Expertisen sind integrierte Systeme für Sensoren, Kommunikation, maschinelles Lernen und Energy Harvesting.