Ultrawideband (UWB) für Autoschlüssel und Tags: Weiter funken, präziser orten

Die Funktechnik Ultrawideband (Ultrabreitband, UWB) steckt in vielen Smartphones, Autos, Trackern und einigen (Haus-)Türschlössern. Der kommende Standard IEEE 802.15.4ab soll UWB eine wesentlich höhere Reichweite bringen sowie auch genauere Ortung als der Vorgänger 802.15.4z. Trotzdem sollen neue UWB-Chips noch sparsamer mit Energie umgehen können.

Die Chipfamilie ST64UWB von STMicroelectronics setzt Neuerungen von 802.15.4ab wie Narrowband Assisted Multi Millisecond Ranging (NBA MMS) um. Das belgische Forschungszentrum IMEC hat eine Implementierung für 22-Nanometer-Fertigungstechnik entwickelt. Apple hat einige der Neuerungen von 802.15.4ab offenbar beim hauseigenen UWB-Chip U2 eingebaut, der in den AirTags 2 sowie in anderen aktuellen Apple-Produkten steckt.

Funkenergie bündeln

UWB arbeitet mit Impulsfolgen, die über einen weiten Frequenzbereich verteilt sind – daher der Name Ultrabreitband. Die mittlere Sendeleistung ist dabei dermaßen gering, dass UWB andere Funkverfahren nicht stört.

Multi Millisecond Ranging (MMS) steigert die Reichweite beziehungsweise verbessert die Signalstärke, indem UWB bestimmte Fragmente im Abstand von jeweils einer Millisekunde wiederholt. Dabei hält das Funkverfahren jedoch im Mittel das zulässige Sendeleistungsbudget ein.

Wie STMicro in einem Blog-Beitrag erklärt, steigt schon durch MMS die UWB-Reichweite um ein Mehrfaches. Dadurch funktionieren etwa drahtlose UWB-Autoschlüssel zuverlässiger, die auf einem Smartphone hinterlegt sind, auch wenn sich dieses in einer Hosentasche oder einer Tragetasche befindet.

Schmaler Zusatzkanal

Zur Steuerung der MMS-Impulse kann ein zusätzlicher Funkkanal genutzt werden, der außerhalb von UWB liegt, etwa Bluetooth Low Energy (BLE). Das nennt man Out-of-Band-MMS (OOB-MMS)

Laut STMicro verspricht aber NBA-MMS mit einem schmalbandigen Signal, das der UWB-Chip sendet, noch höhere Reichweiten. Ein Whitepaper des chinesischen Unternehmens Calterah erklärt die Funktionsweise von NBA-MMS im Detail.

Radar-Modus zur Innenraumüberwachung

Das 802.15.4ab-Protokoll beschreibt auch einen Radarmodus, bei dem der UWB-Chip die Laufzeiten der von ihm selbst ausgesendeten und reflektierten Signale misst. Dieser UWB Radar Mode kommt also ohne einen zweiten Chip aus und soll die Position eines Objekts auf 7,5 Zentimeter genau bestimmen können.

Damit eignet sich der UWB-Radarmodus auch zur Innenraumüberwachung von Fahrzeugen. Systeme für In-Cabin Sensing (ICS) beziehungsweise In-Cabin Monitoring (ICM) oder auch Driver Monitoring Systems (DMS) werden bei neuen Fahrzeugen in immer mehr Ländern zur Pflicht.

(ciw)