Mit UWB sicher kommunizieren und smarte Geräte orten

Worum geht es bei der UWB Kommunikation?

UWB ist eine erstaunliche, neue Kommunikationstechnologie, welche eine pr?zise Ortung mit Smart-Ger?ten erm?glicht. UWB eignet sich besonders f¨¹r batteriebetriebene Mobilger?te in Innenr?umen. UWB kann als Leitsystem f¨¹r Besucher in ?ffentlichen Geb?uden wie Flugh?fen eingesetzt werden. Es kann den Zugang zu eingeschr?nkten 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.

Wof¨¹r steht UWB? Was sind die aktuellen Schwachpunkte?

UWB steht f¨¹r 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 f¨¹r batteriebetriebene Ger?te wie Mobiltelefone ist.

Was kann man gegen den hohen Energiebedarf unternehmen?

Idealerweise m?chte 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-Empf?nger mit geringer Leistung f¨¹r den UWB Sender entwickelt. Es ist ein winziger, Chip basierter Schaltkreis, den wir an dieselbe Antenne wie den UWB Sender anschliessen. Registriert der Aufweck-Empf?nger ein Aktivierungssignal, so schaltet dieser den UBW Sender ohne signifikante Verz?gerung ein. Dies alles passiert in wenigen hundert Millisekunden.  

Der Aufweck-Empf?nger kann zudem verschl¨¹sselte Nachrichten verarbeiten. So kann der Benutzer eines UWB ausger¨¹steten Ger?ts sicherstellen, dass keine unautorisierte Aktivierung seines Ger?ts erfolgt. Wir denken, das ist ein wichtiges Feature f¨¹r alle zuk¨¹nftigen Anwendungen.

Der Aufweck-Empf?nger zieht einen Faktor 1000 weniger Leistung als der UWB Sender. Ein mit unserem Empf?nger ausger¨¹stetes Ger?t ist stets einsatzbereit, ohne das Energiemanagement eines batteriebetriebenen Ger?ts zu belasten.

Was ist der aktuelle Stand Eurer Erfindung?

Wir haben einen vollst?ndig getesteten Prototyp, der aus kommerziellen Einzelkomponenten zusammengesetzt ist. Dar¨¹ber hinaus hat mein Miterfinder, Thomas Burger, mit zwei Studenten aus dem Zentrum f¨¹r 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 f¨¹r projektbasiertes Lernen m?chte ich hinzuf¨¹gen, dass das Zentrum Industriekollaborationen begr¨¹sst. Falls einer unserer Leser oder Leserinnen an einem Projekt arbeitet, bei dem wir ein Ger?t mit unserem Empf?nger nachr¨¹sten oder auch neu designen k?nnen, sollten wir unsere Kr?fte b¨¹ndeln. Unsere Studierenden erhalten Praxisbezug bei der Arbeit an einem industriellen Produkt. Unsere Partner profitieren von einem massgeschneiderten Prototyp. Unsere weiteren Expertisen sind integrierte Systeme f¨¹r Sensoren, Kommunikation, maschinelles Lernen und Energy Harvesting.