UWB VS Bluetooth：屋内測位精度はどちらが優れているか

屋内測位の時代はいよいよ到来しました。資産追跡システム、位置情報サービス、高度なナビゲーションツールなど、屋内測位は私たちが閉鎖空間と関わる方法に革命をもたらしています。正確な屋内測位への需要は今後ますます高まるばかりです。Markets and Marketsは、屋内測位市場が2025年には1000億ドルに達すると予測しています。 31.4年までに2029億XNUMX万ドルしかし、導入の成功は適切な技術の選択にかかっています。屋内測位システムの信頼性は、その基盤となる追跡方法によって決まります。この記事では、この分野における2つの主要技術である超広帯域無線（UWB）とBluetooth Low Energy（BLE）を比較し、屋内測位のニーズに最適な技術を判断できるよう支援します。

現在利用可能な屋内測位技術

外出中、私たちは道順を知るためにGPSに頼ることがよくあります。GPSは地球を周回する衛星からの信号を受信し、およそ5～20メートルの精度を実現します。しかし、GPSにも限界があります。建物の中や地下に入ると、衛星信号が歪んでしまいます。その結果、屋内ではGPSの精度は大幅に低下します。

ここでBluetoothやWi-Fiの測位システムが活躍します。受信信号強度に基づくこれらの技術は、数メートル以内の物体や人の位置を特定できるため、基本的な屋内ナビゲーションに適しています。しかし、技術は進化を続けており、UWBやBluetooth 5.1などの新技術は、数センチメートルというさらに高いサブメートル精度の実現を目指しています。これにより、ハンズフリーのアクセス制御、資産追跡など、環境内の様々なアクターと連携するための高精度な屋内アプリケーションが可能になります。

UWBとは何か、どのように位置情報を提供するのか

UWBは、低出力の無線周波数で動作する短距離無線技術です。500GHzから3.1GHzまでの10.6MHz以上の帯域幅で動作します。この帯域は他の技術と干渉するのではないかと心配されるかもしれませんが、実際にはそうではありません。UWBは、搬送波を使わずにナノ秒単位のパルスでデータを送信し、わずか-41.3dBm/MHzという非常に低い電力レベルを使用します。近年、IEEE 802.15.4zの改訂版では、測距と位置特定のためにMAC層とPHY層が改良されました。

UWB は、主に物体や人の位置を特定するための 4 つの方法を提供します。

• ToA (到着時刻)
• TDoA（到着時間差）
• TWR（双方向測距）
• AoA（到着角度）

資産追跡に UWB を選択する企業のほとんどが、消費電力が低くタグのバッテリー寿命が延びるという理由で TDoA を好むことは注目に値します。

UWB TDoA vs ToA vs TWR vs AoA

TDoA技術はToAと非常によく似ており、どちらも信号伝播時間の測定に依存しています。しかし、TDoAには優れた利点があります。それは、受信側の時刻同期のみを必要とし、絶対的なタイミングを必要としないことです。TDoAでは、タグはアンカーに信号をブロードキャストし、アンカーはデータを中央サーバーに中継します。サーバーの測位エンジンは、到着時刻の差を計算してタグの位置を特定し、10～30センチメートルの精度を実現します。この計算を実行するには、サーバーは少なくともXNUMXつのアンカーからのタイムスタンプを必要とします。

TWRは個々のタグとアンカーの測距に依存しますが、より複雑で、1回の位置計算に9回の往復メッセージが必要です。AoAはどうでしょうか？AoAは高価で精度が低く、UWB測位では一般的な選択肢ではありません。

Bluetoothはどのように位置情報を有効にするのか

Bluetoothは、2.4GHz帯で動作する周波数ホッピング方式の無線技術で、パケット単位でデータ伝送を行います。Bluetoothには、クラシックBluetooth（バージョン1.0～3.0）とBluetooth Low Energy（BLE、バージョン4.0以降）のXNUMXつの主要なカテゴリがあります。主な違いは消費電力です。BLEは低消費電力アプリケーション向けに特別に設計されています。

Bluetooth RSSI と Bluetooth AoA/AoD

Bluetooth 5.1以前、BLEはRSSI（受信信号強度表示）を用いてパスロスを測定し、送信機と受信機間の距離を推定する屋内測位に広く利用されていました。しかし、従来のBLEによる資産追跡は、正確な位置情報よりも近接性を重視しており、より高い精度を求めるには、エリア内にビーコンを多数設置する必要がありました。

2019年、Bluetooth SIGは5.1コア仕様を更新し、方向探知機能を強化しました。この仕様では、アンテナアレイを用いて信号方向を特定することで、到着角（AoA）または出発角（AoD）を用いた資産追跡が可能になり、1メートル以内の測位精度を実現します。AoAでは受信機に複数のアンテナが必要であり、AoDでは送信機に実装が必要です。

現在、商用実装の多くは、そのシンプルさと幅広いハードウェアサポートのため、依然としてRSSIに依存しています。しかし、Bluetooth AoAは、BLEのコスト効率とUWBレベルの精度を組み合わせたことで、測位市場で大きな注目を集めています。MOKO SMARTは、この高精度Bluetooth AoA測位をサポートするタグとゲートウェイを既に発売しています。

本稿執筆時点では、Bluetooth 6.0がリリースされており、Bluetoothチャネルサウンディングに重点が置かれています。PBR（Phase-Based Ranging）とRTT（Round-Trip Time）を用いることで、デバイス間の安全かつ高精度な測距を実現します。今後、さらに多くの距離認識アプリケーションが私たちの探求を待っています。

UWBとBluetoothによる測位の比較

屋内測位技術をめぐり、白熱した戦いが繰り広げられています。UWBとBluetoothはどちらも注目を集めていますが、それぞれ独自の特長を持っています。UWBとBluetooth AoAに焦点を当て、両者を比較してみましょう。

精度とカバレッジ

UWBは測位精度において明確な優位性を有し、超広帯域特性によりセンチメートル単位（通常10～30cm）の精度を実現しています。これは他の狭帯域システムでは実現が難しいものです。さらに、UWB信号は壁や床、機械などの障害物を透過できるため、複雑な産業環境に最適です。

理論上、UWBは最大200メートルまでカバーできます。広いオープンスペースでは、同じエリアをカバーするために必要なデバイスの数は少なくなります。一方、Bluetooth AOAはカバー範囲が狭く、設置高さに大きく影響されます。

これらのソリューションの実際の動作をご覧になりたいですか？MOKO工場ではBluetooth AOAとUWB測位システムの両方を導入しています。ぜひお問い合わせください。 デモビデオ!

干渉抵抗

同じデータ伝送速度において、UWBはBluetoothよりも耐干渉性に優れています。Bluetoothが使用する2.4GHz帯は、様々なデバイスやネットワークからの干渉により、混雑が進んでいます。しかし、UWBは高い周波数帯域と独自の信号特性を活かし、複雑な無線環境でも安定したパフォーマンスを維持します。

消費電力

平均消費電力の最小値を比較すると、BLEは通常UWBよりも消費電力が少なく、優位に立っています。しかし、興味深いのは、実際のアプリケーションでは、タグの動作モードによってその差はそれほど劇的ではない可能性があるということです。BLE AOAまたはUWBクラウドコンピューティングモードでは、タグはほとんどの時間をスリープモードで過ごし、ネットワークが測位計算を処理している間、信号を送信するためだけに起動します。タグの寿命は最大1～2年です。デバイス側コンピューティングモードを使用する場合、タグの起動時間が長くなり、寿命は数週間または数日と大幅に短くなる可能性があります。

導入の課題

実際には、UWB TDoAの実装の方が通常は簡単です。UWB TDoAの時間ベースのアルゴリズムは比較的シンプルですが、Bluetooth AOAシステムでは複数のキャリブレーションポイントが必要であり、時間、角度、アンカー位置のすべてが正確である必要があります。

さらに、UWBは複雑な建物構造を含む様々な環境で高い精度を維持します。しかし、Bluetooth AOAの場合はどうでしょうか？環境の変化に少し敏感です。場合によっては、追加のキャリブレーションが必要になったり、複雑な空間で最適なパフォーマンスを維持するために基地局を追加したりする必要があるかもしれません。

コストと拡張性

コストについてですが、Bluetooth AOAとUWB TDOAベースステーションは価格帯はほぼ同じですが、タグのコストには大きな差があります。Bluetooth AOAタグはUWBタグよりも予算に優しく、大規模な導入においてはこの差が顕著に表れます。多数の資産を追跡する予定がある場合、Bluetooth AOAのコスト効率の高いタグは大幅なコスト削減につながる可能性があります。

UWB vs BLE RSSI vs BLE AoAの比較表

UWBかBLEか：屋内測位の選択肢

屋内測位ソリューションの適切な選択は、必ずしも万能ではありません。環境、システムアーキテクチャ、既存のインフラ、予算、そしてもちろん測位精度など、様々な要素を考慮する必要があります。高精度が必要な場合は、UWBとBLE AoAが最適です。精度を最優先しない場合は、Bluetooth RSSI測位が実用的で費用対効果に優れているため、最適な選択肢となるかもしれません。

高精度な測位を実現するために、Bluetooth AOAとUWBのどちらを選ぶかは、具体的なユースケースによって異なります。限られた数の高価値資産を極めて高い精度で追跡する場合、UWB TDoAが最適な選択肢となるでしょう。一方、多数の資産を「かなり良い」精度で追跡したい場合は、タグコストが低く、精度も十分なBluetooth AOAが適しているかもしれません。システムの互換性も重要です。Bluetooth測位は、様々なデバイスでより広くサポートされています。ただし、UWBの統合には通常、より特殊なハードウェアとソフトウェアが必要です。

MOKO SMARTでは、お客様のニーズに合ったIoTデバイスをお届けすることに尽力しています。当社の製品ラインナップには、様々な Bluetoothビーコンセンサー、BLE AoAタグ、そしてUWBタグ。私たちはただ技術を提供するだけでなく、お客様の状況に最適なデバイスを的確に判断するお手伝いをいたします。