UWB vs. BLE: Ein Technologievergleich zur Positionierung in Innenräumen

BLE oder UWB – welche Technologie ist besser geeignet für die Positionierung in Innenräumen? Wir versuchen eine Klärung. Denn wenn es um Positionsbestimmung in Innenräumen geht, stehen verschiedene Technologien und eine Reihe von Kombinationen zur Verfügung. Doch gerade im Kontext der Industrie 4.0 poppt häufig die Frage auf, welche Technologie denn jetzt für Asset Tracking oder Lokalisierung generell besser geeignet ist – BLE oder UWB.

Bluetooth Low Energy und Ultra Wideband sind beides sogenannte Nahfunktechniken, mit denen man die Positionen von Assets und Personen bestimmen kann. Worin liegen also die Unterschiede?

Wie UWB funktioniert

UWB ist eine stromsparende Funktechnologie zur Übertragung von Daten im Bereich von 3,1 bis 10,6 GHz. Dieses breite Frequenzspektrum bietet den Vorteil, dass man an keine Frequenz gebunden ist und ungenutzte Frequenzkapazitäten ideal genutzt werden können. Sensoren, die an Gegenständen oder Personen angebracht sind, senden in einem bestimmten Intervall ein Breitbandsignal an verschiedene feste Ankerpunkte in der Nähe, die diese Daten dann an eine Positioning Engine übermitteln.

Am häufigsten wird die UWB-Technologie zur Positionierung von Objekten und Personen über die Ankunftszeitdifferenz (Time Difference of Arrival, TDoA) eingesetzt. Diese Methode der Positionsberechnung besticht mit einem besonders geringem Energieverbrauch. Dabei berechnet die Positioning Engine die Ankunftszeitdifferenzen zu jedem Ankerpunkt, um den Standort des Sensors mit einer Genauigkeit von bis zu 10 cm zu bestimmen. TDoA-Berechnungen erfordern in der Regel, dass ein Sensor mit mindestens 4 Ankern innerhalb der Sichtlinie kommuniziert. Mit einer Line-of-sight können allerdings Entfernungen von bis zu 250 m erreicht werden.

Wie BLE funktioniert

Auch Bluetooth Low Energy ist eine Funkfrequenztechnologie. Im Gegensatz zu UWB greift BLE auf die Übertragung im 2,4-GHz-Band zurück, und zwar auf 80 verschiedenen 1-MHz-Kanälen zwischen 2400 und 2483,5 MHz.

Bei der BLE-Ortung kommunizieren Sensoren, die an beweglichen Objekten oder Personen angebracht sind mit Trackern, also festmontierten Ankerpunkten, in der Umgebung. Befindet sich ein getaggtes Asset in Reichweite von Trackern, wird mithilfe der Signalstärke (RSSI-Wert) durch die Positioning Engine der Standort des Objekts berechnet. Dabei kann eine Genauigkeit von 3 – 5 m erreicht werden. Die Trackerinfrastruktur hat großen Einfluss auf die Genauigkeit der Ortsdaten. Je präziser und engmaschiger die Tracker positioniert werden, desto genauer die Lokalisierung der Assets.

Durch den Einsatz von BLE AoA (Angle of Arrival) kann die Genauigkeit außerdem auf unter 1 m geschraubt werden. Ob eine Ortung via BLE RSSI oder per BLE AoA sinnvoll ist, hängt vom jeweiligen Use Case und seinen Anforderungen ab.

Der Vergleich

BLE RSSIBLE AoAUWB
Genauigkeit3m0,1 bis 0,5 mUnter Optimalbedingungen: 0,1 bis 0,3 m – 3D Verortung möglich
Konnektivitätkeine Sichtverbindung nötigSichtverbindung zu mindestens 3 Ankern nötigSichtverbindung zu mindestens 4 Ankern nötig
KostenHardware-Implementierungskosten im Vgl. deutlich niedriger;
Kaum Wartungskosten
Geringfügig höhere Hardwarekosten im Vgl. zu BLE RSSIim Vgl. zu BLE RSSI & AoA etwas höhere Hardware- und Implementierungskosten
Stromverbrauchsehr niedrigniedrigmittel
Skalierbarkeithochhochschwierig

Bluetooth oder UWB – das Fazit

Wer ist also der Positionierungs-Champion? Darauf gibt es keine eindeutige Antwort. Denn es gibt eben nicht den einen Positionierungs-Use-Case. Beide Technologien haben ihre Vorteile und können in diversen Use Cases mit zuverlässigen Positionierungsdaten punkten.

Wer ein hochpräzises dreidimensionales Asset Tracking benötigt, der muss auf UWB zurückgreifen und in den sauren Apfel der hohen Kosten beißen. Allerdings gilt es auch hier zu bedenken, dass die für UWB ausgerufene Genauigkeit von 10 Zentimetern oder besser eigentlich nur unter Laborbedingungen erreicht werden kann. Je nach Use Case liefert UWB unter vernünftigen Umständen eine Genauigkeit von 0,5 bis 1m.

Für „einfachere“ Trackinglösungen, die sich dafür leicht hochskalieren lassen, ist das günstigere BLE die Technik der Wahl. Per AoA-Positionierungsmethode (Angle of Arrival) kann zudem auch mittels Bluetooth eine Positionierungsgenauigkeit im sub-meter Bereich erreicht werden. Zwar steigen mit der Präzision auch hier die Kosten, dennoch bleibt AoA deutlich unter der Investitionsgröße einer UWB-Lösung.


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