Seit über 20 Jahren hat sich Chirp Spread Spectrum (CSS) als zuverlässige Technologie im RTLS-Bereich etabliert. Es ist bekannt für seine klassenbeste Mischung aus langer Entfernungsmessung, hoher Genauigkeit und überragender Zuverlässigkeit, die sich für zahlreiche Anwendungsfälle bei der Verwendung eines RTLS als nützlich erwiesen hat. In diesem Artikel wird genau untersucht, wie Chirp Spread Spectrum (CSS) funktioniert und welche Anwendungsfälle es gibt, um zu zeigen, warum es einen so nachhaltigen Einfluss auf die Branche hat.

Was ist Chirp und wie funktioniert es?

Chirp ist eine Art Hochfrequenztechnologie, die von Real-Time Location Systems (RTLS) für die drahtlose Kommunikation genutzt wird. RTLS arbeitet mit einer Kombination aus Hardware und Software, um die Ortung verschiedener Objekte zu ermöglichen, von Vieh und Personal bis hin zu Waren und Fahrzeugen. Unternehmen, die ein RTLS einsetzen, wollen durch die gewonnenen Standortdaten einen besseren Einblick in ihre Abläufe gewinnen. Innerhalb eines bestimmten Raums werden die Objekte mit Tracking-Tags versehen, die mit festen Ankern in der Umgebung kommunizieren, um Standortinformationen an die RTLS-Ortungs-Engine und -Software zu übermitteln.

Determining the location or position of an asset consists of two-way data communication between anchors and tags to configure and maintain communication for messaging, confirmations, evacuation or distress calls and more. Chirp uses two main techniques: 

Die Standortermittlung eines Objekts besteht aus einer bidirektionalen Datenkommunikation zwischen Ankern und Tags, um die Kommunikation für Nachrichten, Bestätigungen, Evakuierungs- oder Notrufe und mehr zu konfigurieren und aufrechtzuerhalten. Chirp verwendet zwei Haupttechniken:

• Ortung: Bei dieser Methode wird der Standort von Objekten mithilfe der Time Difference of Arrival (TDoA) bestimmt. Mit TDoA wird die Position eines Objekts bestimmt, indem die genaue Ankunftszeit (Time of Arrival, ToA) eines Signals vom Tag zu den Chirp-Ankern mit einem Zeitstempel versehen wird. Das Ortungsmodul berechnet dann die Position auf der Grundlage der verschiedenen Ankunftszeiten und der Multilateration.
• Entfernungsmessung: Bei der Entfernungsmessung (Two Way Entfernungsmessung, TWR) wird die Position eines Objekts durch Zwei-Wege-Kommunikation zwischen Tags anhand ihres Laufzeitverfahrens (Laufzeitverfahren, ToF) bestimmt, ohne dass Anker oder Infrastruktur beteiligt sind. Die Zeit, die die Signale (auch Chirp-Impulse genannt) benötigen, um sich zwischen den Tags fortzubewegen, wird mit der Lichtgeschwindigkeit multipliziert, um ihre Position kontinuierlich zu bestimmen.

Wie lässt sich Chirp mit anderen Hochfrequenztechnologien vergleichen? 

Es gibt verschiedene Formen von RF-Technologien, die für RTLS verwendet werden, wie UWB, Wi-Fi und BLE, aber Chirp hat seine eigenen einzigartigen Vorteile.

Chirp und UWB verbrauchen beide wenig Strom, sind sehr zuverlässig und bieten eine hervorragende Leistung bei der Verfolgung von Objekten, haben aber unterschiedliche Eigenschaften, die sie für verschiedene Anwendungsfälle geeignet machen. Während UWB eine präzise Verfolgung von Objekten mit einer Genauigkeit von 10-50 Zentimetern ermöglicht, zeichnet sich Chirp durch eine weitreichende Positionierung von bis zu 1000 Metern aus. Was die Frequenz betrifft, so verwendet Chirp ein ISM-Band mit 2,4 GHz, während UWB mit einer höheren Bandbreite von 3,1-10,6 GHz arbeitet.

Bluetooth (BLE) wird heute in vielen drahtlosen Geräten verwendet, und bei RTLS ist es ebenso wie Chirp stromsparend und kostengünstig. Chirp bietet jedoch eine bessere Leistung in Bezug auf die Positionsgenauigkeit und den Schutz vor Signalstörungen.

Wi-Fi ist eine weitere weit verbreitete RF-Technologie, die für die Ortung in Innenräumen von entscheidender Bedeutung ist. Da Wi-Fi in der Mobilfunktechnologie sehr beliebt ist, wird es oft in Situationen eingesetzt, in denen keine hohe Genauigkeit erforderlich ist. Bei fortgeschrittenen Anwendungen ist Chirp eine zuverlässigere Option in Bezug auf Genauigkeit, Reichweite, Latenzzeit und Kosten.

RF-Technologie-Vergleichstabelle 

*Bei optimalen Bedingungen und Einsatz.

5 Herausforderungen, die Chirp löst und die andere RF-Technologien oft nicht bewältigen

1. Innen- und Außeneinsatz möglich: Im Gegensatz zu anderen RF-Technologien kann Chirp sowohl im Innen- als auch im Außenbereich eingesetzt werden, was sich in großen Anlagen, bei der Verfolgung von Fahrzeugrouten zu Lagerhäusern und bei der Ermittlung des Standorts von Viehbeständen als nützlich erweist.
2. Es kann über große Entfernungsmessungen eingesetzt werden: Chirp hat eine größere Reichweite als die meisten RF-Technologien, von 10-500 Metern und bis zu 1000 Metern. Dies ermöglicht eine Echtzeitortung in Außenbereichen, großen Lagerhäusern, Viehzuchtbetrieben und mehr.
3. Schutz vor RF-Störungen:  Vermeiden Sie Funkfrequenzstörungen und Probleme bei der Signalausbreitung mit Chirp, das für seine hohe Zuverlässigkeit bekannt ist, da es mit einer niedrigeren Frequenz arbeitet. Außerdem nutzt es in einzigartiger Weise Carrier Sense Multiple Access (CSMA) und unterstützt damit große Implementierungen mit Zehntausenden von Tags, die Daten senden.
4. Hilft Unternehmen aufgrund der niedrigeren Kosten bei der Einhaltung des Budgets: Die lange Entfernungsmessung von Chirp erleichtert die Kommunikation zwischen Tags und Ankern, so dass weniger Anker für den Einsatz benötigt werden. In einem 2D-Raum, in dem UWB 6-10 Verankerungen erfordern würde, benötigt Chirp beispielsweise nur 4-6. Da Chirp weniger Infrastruktur benötigt als andere RF-Technologien, ist es eine kosteneffektive Option, die oft zu höheren Erträgen führt.
5. Erfüllt die regulatorischen Anforderungen für den Außenbereich: Da einige RTLS-Technologien wie UWB oft nicht im Freien eingesetzt werden dürfen, ist das 2,4-GHz-ISM-Band von Chirp eine großartige Option, um globale Installationen ohne regulatorische Einschränkungen wie eine Frequenzlizenz durchzuführen.

Praktische Anwendungen für Chirp in industriellen Umgebungen 

Kollisionsvermeidung & Personalsicherheit 

Es gibt zahlreiche Situationen, in denen Arbeitsunfälle auftreten können - vom Zusammenstoß mit einem Gabelstapler in einem Lagerhaus bis hin zu industriellen Umgebungen wie dem Bergbau unter Tage. Aus diesem Grund investieren viele Unternehmen in RTLS, um die Sicherheit ihrer Mitarbeiter zu gewährleisten, indem sie den Echtzeit-Standort von Personal und Objekten verfolgen. Wenn Maschinen, Fahrzeuge und Mitarbeiter mit Tags versehen sind, können sie auf einer digitalisierten Karte leicht identifiziert werden, was eine optimierte Suche und Rettung von Mitarbeitern, die Zusammenführung von Mitarbeitern und Evakuierungsszenarien ermöglicht. Die Geofencing-Funktion eines RTLS kann auch dazu verwendet werden, Sicherheitszonen zu schaffen, die mit Verkehrsmanagementsystemen zusammenarbeiten, um Kollisionen am Arbeitsplatz zu verhindern.

RTLS nutzt Kollisionsvermeidungssysteme (CAS) für Fahrzeug-zu-Fahrzeug- und Fahrzeug-zu-Person-Szenarien, indem es Annäherungserkennung und Warnmeldungen nutzt, um die Identifizierung von Zwischenfällen zu automatisieren. TWR ist besonders nützlich für die Kollisionsvermeidung, da die Kommunikation zwischen Tags schneller ist als das Senden von Informationen an einen Server, bevor eine Warnung erstellt werden kann. Ein weiterer Anwendungsfall ist die Fernsteuerung CAS, mit der verhindert werden kann, dass sich Mitarbeiter versehentlich mit schweren Maschinen oder Geräten (wie Kränen und Baggern) überfahren.

Ortung von Vieh und sonstigen Außenaktivitäten

Da sich die Reichweite von Chirp sowohl auf Innen- als auch auf Außenbereiche ausdehnen lässt, kann es für die Ortung von Nutztieren und andere Szenarien im Freien eingesetzt werden. Chirp bietet Unternehmen die Möglichkeit, den Standort von Vieh nahezu in Echtzeit zu ermitteln und das Wohlergehen der Tiere anhand der vom RTLS generierten Daten zu verfolgen. Die Ortungsdaten können helfen, frühe Anzeichen von Krankheiten zu erkennen, und zwar anhand von Datenpunkten wie Temperatur und Bewegung, die von den Tags erfasst werden.

Die Ortung im Innen- und Außenbereich ist auch in der Fertigung und im Lager nützlich, da sie die Lücke zwischen der Verfolgung von Objekten von einem Fahrzeug im Außenbereich zu einer Lagerhalle schließt oder die Ortung von Paletten aus dem Lager auf dem Weg zu ihrem nächsten Bestimmungsort per LKW ermöglicht. Dies ermöglicht eine vollständige Transparenz im Lager, und die Standortdaten können zur Erstellung optimierter Routen für Waren und Fahrzeuge verwendet werden.

Proaktivität in rauen Umgebungen

Bei vielen RF-Technologien können zerstörerische Interferenzen eine Unterbrechung der Kommunikationsverbindung verursachen und die Genauigkeit eines RTLS beeinträchtigen. In unterirdischen Kohleminen oder im Tagebau können Materialien wie Bodensalz und Edelmetalle störend wirken. Chirp ist jedoch sehr widerstandsfähig gegenüber RF-Störungen und eignet sich daher für den Einsatz in rauen Industrieumgebungen, in denen Zuverlässigkeit und Proaktivität von größter Bedeutung sind. 

Sie haben UWB und interessieren sich für Chirp?  

Obwohl Chirp und UWB beide ihre eigenen Vorteile haben, können sich Unternehmen dafür entscheiden, in beide zu investieren, um von ihren komplementären Effekten zu profitieren. Inpixon bietet die einzigartige Möglichkeit, Chirp und UWB in RTLS-Implementierungen zu kombinieren, was eine breite Palette von Lösungen ermöglicht und es Unternehmen erlaubt, von den Vorteilen beider RF-Technologien zu profitieren. Im Falle eines Brandes kann ein Unternehmen beispielsweise die ungefähre Richtung und Position von Feuerwehrleuten im Freien mit Chirp ermitteln, da UWB das Suchziel möglicherweise gar nicht erreicht. Um dann den genauen Standort einer Person bis auf wenige Meter genau zu bestimmen, wird UWB eingesetzt. Dies vereint Outdoor-Fähigkeit, lange Entfernungsmessung, Zentimetergenauigkeit und hohe Zuverlässigkeit in einem.

Eine Zusammenfassung - Die Vorteile der Kombination von Chirp und UWB 

• Verfolgen Sie den Standort von Objekten über große Entfernungen mit Chirp und bis zu ihrer genauesten Position mit UWB. Zum Beispiel das Auffinden von markierten Feuerwehrleuten.
• Verschiedene Zonen können unterschiedliche Anforderungen an die Genauigkeit und Reichweite haben. Verwenden Sie Chirp für allgemeine Anwendungsfälle, z. B. im Wartezimmer eines Krankenhauses, wo die Genauigkeit eines Messgeräts ausreicht, und UWB für präzise Anwendungen, z. B. in einem Operationssaal, um festzustellen, ob sich der Patient auf dem Operationstisch befindet.
• Wenn ein Tag aufgrund von Dämpfung oder RF-Störungen außer Reichweite gerät, kann er von UWB auf Chirp umschalten.
• Da UWB für die Verwendung im Freien nicht geeignet ist, können Sie auf Chirp umschalten, um Sicherheitspersonal, Fahrzeuge und mehr zu orten.
• UWB bietet Genauigkeit für feine und granulare Kollisionsvermeidungsanwendungen. Chirp bietet höhere Entfernungsmessungen, mehr Zuverlässigkeit und ergänzt die hohe Genauigkeit von UWB. 

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Von der Kollisionswahrnehmung bis zur Ortung von Fahrzeugen - die Vorteile und Anwendungsfälle von Chirp heben es von anderen RF-Technologien ab. Möchten Sie mehr darüber erfahren, wie Chirp Ihrem Unternehmen helfen kann, seine Betriebs- und Umsatzziele zu erreichen? Kontaktieren Sie uns noch heute.

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