UWB bringt mehr Sicherheit und Komfort

Präzise Lokalisierung und Distanzmessung sowie ein Höchstmaß an Cybersicherheit: Starke Argumente sprechen für UWB – und den Einsatz der Funktechnologie für smartere Automotive-Systeme. 

Die Ultra-Wideband-Technologie (UWB) hat in den vergangenen Jahren viele Schritte nach vorne gemacht: von der frühen Anwendung bis hin zum breiteren Einsatz in der Praxis. So werden UWB-basierte digitale Fahrzeugschlüssel immer mehr zum Standard. Auch in der industriellen Automatisierung und der energieeffizienten Datenkommunikation findet UWB praktische Anwendung.

Gleichzeitig durchläuft der UWB-Standard eine entscheidende Weiterentwicklung hin zu IEEE 802.15.4ab, sagt der chinesische Halbleiterentwickler Calterah. Der neue Standard nähere sich seinem Final Freeze, der für 2026 geplant sei. "Er bringt mehrere wichtige Neuerungen mit sich, darunter Multi-Millisecond (MMS), bi-statische und multi-statische Sensorik und Schmalbandübertragung", so das Unternehmen. Diese Verbesserungen sollen die UWB-Leistung in den Bereichen Entfernungsmessung, Sensorik und Datenübertragung erheblich steigern.

Sichere und präzise Lokalisierung in Echtzeit

Die Ultrabreitband-Technik ist eine "Funktechnologie für zahlreiche Anwendungen im Nahbereich", wie Springer-Autor Peter Adam Höher im Buchkapitel Ultrabreitband-Systeme erklärt. Von einem Ultrabreitband-Signal spreche man, so der Autor, wenn das Sendesignal beabsichtigt generiert werde und eine Bandbreite von mindestens 500 MHz aufweise, oder wenn die Signalbandbreite größer als 20 % der Mittenfrequenz sei. Das Ultrabreitband-Signal werde vorhandenen Signalen einfach überlagert. UWB-Systeme seien unlizenziert und immer leistungsbegrenzt. 

Was Ultra Wideband so interessant macht: UWE "erlaubt eine sichere und äußerst genaue Lokalisierung in Echtzeit, weit besser als andere Drahtlos-Technologien wie Wi-Fi, Bluetooth oder GPS", so NXP im Artikel Ultra Wideband – Marktpotenziale und Funktionsweise aus der ATZelektronik 3-2020. UWB könne "kontextuelle Informationen wie die Position, die Bewegungen und den Abstand zwischen UWB-Geräten mit einer beispiellosen Genauigkeit von nur wenigen Zentimetern in Echtzeit verarbeiten", heißt es weiter. 

Vom Diebstahlschutz bis zur smarten Anhängerkupplung

Bereits 2019 haben NXP und Volkswagen mit dem UWB Concept Car erste Einblicke in die vielfältigen Möglichkeiten der Ultra-Wideband-Vernetzungstechnik im Fahrzeug gegeben. Anwendungen seien zum Beispiel die Erkennung von Lebewesen im Fahrzeug, automatisiertes Valet-Parking, eine automatische Aktivierung der Anhängerkupplung oder ein Zugang zu Parkplätzen und ihre automatische Bezahlung bei der Durchfahrt. Eine weitere Einsatzmöglichkeit sei die Erkennung des Bewegungsmusters von Personen für den personalisierten, anlernbaren Zugang zum Auto.

Auch Audi arbeitet mit NXP zusammen. Die Ingolstädter nutzen die auf UWB basierende Trimension NCJ29Dx-Familie von NXP, um den schlüssellosen und sicheren Zugang für die Premium Platform Electric (PPE) zu verbessern. Jüngst haben Kia und Hyundai die Sicherheitstechnologie "Vision Pulse" präsentiert. Das System nutzt UWB, um die Position von potenziellen Hindernissen rund um ein Fahrzeug präzise und in Echtzeit zu ermitteln.

Fortschritte bei Präzision, Sensorik und KI-Integration

Für Branchenexperten ist dies aber erst der Anfang, denn das Potenzial von UWB ist groß. Vor allem in Verbindung mit präziser Sensorik und künstlicher Intelligenz (KI) kann die Technologie noch weitaus mehr. Neu definiert werden voraussichtlich die Möglichkeiten in den Bereichen Spatial Computing, Internet of Things (IoT) und Mensch-Maschine-Interaktion.

Mit Blick auf das Jahr 2026 und darüber hinaus sieht Wenzheng Li, Technical Marketing Engineer bei Calterah, die UWB-Technologie als entscheidenden Treiber für die Weiterentwicklung smarter Automotive- und Industriesysteme. Die nächste Welle der UWB-Innovation soll aus seiner Sicht von den folgenden zentralen Trends geprägt sein:

1. Reichweitenleistung:

Präzisere Entfernungsmessung durch Frequency Stitching
Durchbrüche im Frequency Stitching sollen es ermöglichen, so Li, mehrere UWB-Kanäle zu kombinieren. In der Praxis werde das die nutzbare Bandbreite erweitern und gleichzeitig blieben die Komplexität des Systems und die Hardwarekosten relativ gering. "Vom Einsatz von Frequency Stitching zur Kombination mehrerer UWB-Kanäle anstelle der Nutzung eines einzelnen UWB-Kanals wird erwartet, dass die Präzision der UWB-Entfernungsmessung das Sub-Zentimeter-Level erreicht", heißt es von Li.

Zuverlässigere Entfernungsmessung durch den Einsatz mehrerer Antennen 
Da immer mehr UWB-Geräte mit mehreren Antennen ausgestattet seien, so Li, soll die Nutzung mehrerer Antennen zu einer praktikablen Option für die UWB-Entfernungsmessung werden. "Techniken wie Antennenauswahl, Sendediversität und räumliches Multiplexing können angewendet werden, um die Zuverlässigkeit der Entfernungsmessung in komplexen und dynamischen Umgebungen zu verbessern", heißt es. Räumliches Multiplexing ließe sich auch nutzen, um die Gesamtkapazität des Systems zur UWB-Entfernungsmessung zu erhöhen, wodurch mehr gleichzeitige Verbindungen und Messungen ohne Einbußen bei der Genauigkeit möglich seien.

In Kombination sollen das Frequency Stitching und der Einsatz mehrerer Antennen dabei helfen, langjährige Herausforderungen in UWB-basierten digitalen Fahrzeugschlüsselsystemen zu bewältigen. Mithilfe dieser Verbesserungen könnten etwa falsche Detektionen und übersehene Ereignisse reduziert und gleichzeitig neue Anwendungen wie die Fahrzeugortung ("Find my car") ermöglicht werden.

2. Von Positionierung zu umfassender Sensorik

Zudem sollen sich UWB-Systeme laut Experte Li rasant über die reine Positionierung hinaus entwickeln. Es sei zu erwarten, dass UWB-basierte Geräte fortschrittliche Sensorfunktionen für die Bewegungs-, Gesten- und Anwesenheitserkennung nutzen. "Mit der Einführung von bi-statischer und multi-statischer Sensorik entwickeln sich UWB-Systeme über die Positionsbestimmung durch ein einzelnes Gerät hinaus hin zu vernetzten Sensorarchitekturen", so Li. Durch die Nutzung mehrerer Sende- und Empfangsknoten könne UWB zur kooperativen und verteilten Sensorik dienen, die ein Verständnis der Umgebung ermögliche, das umfassender und zuverlässiger sei.

Neue Anwendungen durch UWB-Sensorik im Automobilbereich könnten zum Beispiel die Erkennung eines Einbruchs sein. Darüber hinaus werde erwartet, so Li, dass sich durch UWB-Sensorik eine bessere Echtzeit-Interaktion im Raum und eine bessere Rekonstruktion von Umgebungen erreichen ließen. Das ebne den Weg für kontextbewusste smarte Umgebungen innerhalb und außerhalb von Fahrzeugen.

3. Tiefe Integration mit KI

Die UWB-Technologie soll sich auch ideal für von künstlicher Intelligenz (KI) gesteuerte Wahrnehmungssysteme eigenen, da sie präzise Reichweitenmessung, Umgebungswahrnehmung und Datenkommunikation ermögliche. Li geht davon aus, dass UWB künftig ein wichtiger Bestandteil multimodaler Sensorsysteme sein werde, "die nahtlos mit KI zusammenarbeiten, um erweiterte und intuitive Nutzererlebnisse zu bieten", heißt es. "UWB wird nicht mehr als eigenständige Funktechnologie betrachtet, sondern als unverzichtbarer Enabler intelligenter, reaktiver Umgebungen", so Li.