Präzise Distanzmessung für Funk-Sensornetzwerke

Rutronik veröffentlicht das Nordic Semiconductor nRF54L15 Tag, eine Prototyping-Plattform, die entwickelt wurde, um die Entwicklung von Anwendungen zu beschleunigen, die Bluetooth Channel Sounding und Matter-Protokolle nutzen. Diese Hardwarelösung zielt auf die batteriebetriebene Nachverfolgung von Vermögenswerten innerhalb der digitalen Lieferkette, die Überwachung medizinischer Geräte und sichere Zugangssysteme ab, indem sie eine genaue Entfernungsmessung über standardmäßige drahtlose Nahbereichsnetzwerke bietet.

Überwindung der Grenzen der Indoor-Positionsbestimmung
Herkömmliche satellitengestützte Navigationssysteme wie GPS und GNSS bieten eine hochpräzise Positionsbestimmung im Freien, stoßen jedoch in Innenräumen an physikalische Signalgrenzen. Umgekehrt liefert die Ultra-Breitband-Technologie (UWB) exakte Messungen in Innenräumen, führt jedoch aufgrund der Anforderung an zusätzliche Hochfrequenzkomponenten und spezielle Antennen zu erhöhten Systemkosten und Hardwarekomplexität. Bluetooth 6.0 führt Channel Sounding ein, einen aktualisierten Standard, der eine genaue Entfernungsmessung zwischen zwei Geräten mithilfe von phasenbasierter Entfernungsmessung und Time-of-Flight-Berechnungen ermöglicht. Dieser Mechanismus bietet eine Alternative, die bestehende drahtlose Infrastrukturen nutzt, um eine zuverlässige Entfernungsmessung für die Entfernungsabschätzung im Nahbereich zu erreichen, wodurch der Stromverbrauch im Vergleich zu alternativen Positionierungsansätzen erheblich gesenkt wird.

Hardwarearchitektur zur Entfernungsabschätzung
Das Nordic nRF54L15 Tag dient als kompakte 33-Millimeter-Prototyping-Einheit, die um das extrem stromsparende drahtlose System-on-Chip nRF54L15 herum aufgebaut ist. Die Hardware verwendet ein Doppelantennendesign, das speziell dafür entwickelt wurde, die für die Channel-Sounding-Spezifikation erforderliche phasenbasierte Entfernungsmessung zu unterstützen und so eine robuste Entfernungsabschätzung zu ermöglichen. Diese Architektur ermöglicht es Ingenieuren, eine präzise Näherungserkennung zu implementieren, ohne sekundäre drahtlose Technologien integrieren zu müssen. Der Multiprotokoll-Chip unterstützt standardmäßige Nahbereichsnetzwerke, einschließlich Bluetooth LE, Matter, Thread, Zigbee, Near Field Communication (NFC) und proprietäre 2,4-GHz-Protokolle, wodurch er für verschiedene Hardware-Ökosysteme wie Smart-Home-Geräte und intelligente Schlösser anwendbar ist.

Sensorintegration und Edge-Processing-Funktionen
Über die grundlegende Funkfunktionalität hinaus integriert die Plattform Umwelt-, Beschleunigungs- und Bewegungssensoren. Dieses Hardware-Array unterstützt Edge-KI-Verarbeitung und ermöglicht es Geräten, Modelle des maschinellen Lernens lokal für Aufgaben wie die Anomalieerkennung in vorausschauenden Wartungsszenarien und die Gestenerkennung in Wearables auszuführen. Innerhalb einer digitalen Lieferkette bedeutet dies batteriebetriebene Asset-Tags, die gleichzeitig Standort und Zustand überwachen. Die Plattform ist strukturell für energiebeschränkte Designs optimiert und entspricht den betrieblichen Anforderungen von medizinischen Trackern und Geräten, die innerhalb der Netzwerke von Apple Find My und Google Find My arbeiten. Da für erste Tests keine kundenspezifischen Platinen mehr entworfen werden müssen, reduziert das Modul die Entwicklungszyklen für neue näherungsbewusste Hardware.

Zusätzlicher Kontext
Dieser Abschnitt detailliert technische Spezifikationen und Wettbewerbs-Benchmarking, die nicht in der ursprünglichen Pressemitteilung enthalten sind.

Bluetooth Channel Sounding konkurriert bei Indoor-Positionsbestimmungsanwendungen direkt mit Ultra-Breitband (IEEE 802.15.4z) und WLAN-Ranging (IEEE 802.11az). Während UWB typischerweise eine Genauigkeit im Sub-10-Zentimeter-Bereich erreicht, zieht es während der Übertragung deutlich höhere Spitzenströme und erfordert dedizierte Transceiver-Hardware. Channel Sounding zielt auf eine Genauigkeit im Sub-Meter-Bereich (etwa 10 bis 50 Zentimeter) ab und behält dabei den für Bluetooth Low Energy charakteristischen Stromverbrauch im Mikroampere-Bereich bei. Auf dem Markt für stromsparende drahtlose Kommunikation konkurriert der Nordic nRF54L15 mit Single-Chip-Lösungen wie dem Silicon Labs BG24 und dem Texas Instruments CC2340. Die Integration nativer Hardware-Unterstützung für die phasenbasierte Entfernungsmessung nach Bluetooth 6.0 differenziert jedoch die nRF54Lx-Serie. UWB-Chips von Wettbewerbern wie NXP setzen den Maßstab für hochpräzise Zugangskontrollen in der Automobilindustrie, aber der Ansatz von Nordic reduziert die Gesamtmaterialkosten, indem er Kommunikations- und Entfernungsbestimmungsprotokolle in einem einzigen 2,4-GHz-Funk-Transceiver konsolidiert.

Bearbeitet von Aishwarya Mambet, Induportals-Redakteurin, mit Unterstützung von KI.

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