超広帯域（UWB）屋内測位システム
UWBの概要：
測位に優れた技術：BLE、WiFi、LoRa、ZigBeeとは異なり、UWBは測位のために設計された技術です。産業用途に非常に適した、推奨できるソリューションです。見通しがある条件で、サブメートル級の位置精度を確実に得られます。代表的な精度は10〜30cm（見通しがある場合）です。
空港で搭乗ゲートを探す、美術館で名作を探す、ショッピングモールで牛乳を買うといった要求の厳しくない用途であれば、BLE/WiFiなどのRSSIベースのソリューションとスマートフォンのアプリで十分です。しかし、本格的な産業用途では、基盤となる技術の物理的な性質上、BLEでは精度が足りません。その技術とはRSSIであり、到来角/放射角を併用しても変わりません。
UWB技術の基礎：UWBベースのソリューションを提供する主なサプライヤーは、世界に数十社あります。詳しくは次をご覧ください：一覧。
当社は、UWB（あるいは他のあらゆる高精度屋内測位システム）を実装する際の実践的な側面を重視しています。「悪魔は細部に宿る」からです。
実践的な推奨事項
見通しのある環境でのみ構築する
このテーマはすでに何度も取り上げてきましたが、これからも繰り返しお伝えする必要があります：
高精度屋内測位システムには見通しが必要です
この観点で、UWBはかなり誤解を招きやすい技術です。見通し外でもトラッキングできるかのように語られることがあるからです。いいえ、できません。では、なぜできると言う人がいるのでしょうか？…
まず用語を整理しましょう。見通しとは何でしょうか？– UWBが動作するGHz帯（3〜10GHz）の電波にとっての見通しのことです。つまり、電波を通す壁（ガラス、木材、薄いレンガなど）で仕切られたおしゃれなオフィスでUWBシステムをテストすると、すべてうまく動作します。ところが、実際の倉庫や工場では、状況がかなり厄介になります。
なぜこうなるのでしょうか？– 見通し外の状況になるからです。厚いコンクリートの壁、金属製の棚、パレットなどです。UWB信号はそれらを透過せず、散乱し、制御できない形で遅延します。これは重大な問題です。
解決策：見通しの確保を前提にシステムを設計・構築すること。何と何の間の見通しでしょうか？– ビーコンのマップを構築する際の固定ビーコン（アンカー）同士の見通しと、固定ビーコンがモバイルビーコン（タグ）を追跡する際の両者の間の見通しです。
さらに、自分の体でさえUWB信号を遮ることがあり、トラッキングを乱します。信号がまったく通らなくなるという意味での遮断ではありません。通常、そこまではいきません。しかし、システムにとっては深刻な妨げとなるため、理解したうえで考慮しなければなりません。
UWBは飛行時間に基づくシステムです。つまり、伝搬速度（光速）が既知であることが前提になっています。UWBの電波が空気中を伝わる場合、この前提は成り立ちます。速度は真空中とほぼ同じだからです。しかし、UWBの電波が人体を通過する場合は、そうはいきません。コンクリートの壁を通過する場合は言うまでもありません。そうした物質中での電波の速度は未知であり、余分な遅延は屋内測位システム側では一切考慮されません。その結果、トラッキングに制御できない誤差が生じ、ひどい場合にはトラッキングの完全な喪失や位置の飛びにつながります。
解決策：UWBの電波が体を通過する可能性ができるだけ小さくなるように、モバイルビーコン（タグ）を取り付けることです。したがって、モバイルビーコン（タグ）は次のように取り付けます：
- 肩の上 – 良好
- 頭頂部 – 良好
- 胸ポケット – 非推奨
- 手首 – 非推奨
電源
給電が必要なシステムの主な要素は2つあります：
- 固定UWBビーコン（アンカー）
- モバイルUWBビーコン（タグ）
UWBメーカーは、「バッテリー寿命」1年、3年、5年、さらには7年とうたうことがよくあります。確認すべきポイントは次のとおりです：
- 何のバッテリー寿命なのか？– 固定ビーコンか、モバイルビーコンか？
- どの更新レートでの値なのか？
モバイルビーコンのバッテリー寿命
まずは、最も基本的な問いから取り上げましょう – モバイルビーコンのバッテリー寿命です。確かに、UWBシステムではこれを非常に長くすることができます。しかし、なぜそれが必要なのでしょうか？… 意味があるのは、何らかの理由で充電できない場合だけです。これは、たとえばパレットのような静的な物体が、広大なエリアに何千個も散らばっている場合に当てはまります。一方、フォークリフトのような移動体では大きな違いはありません。モバイルビーコンにはフォークリフト自体から給電できるからです。
人員の追跡に使う機器（ヘッドライト、トランシーバー、スマートフォンなど）を充電することには、誰もが慣れています。もちろん、充電の頻度は少ないほど便利です。しかし、モバイルビーコンは通常、手の届く場所にあるため、バッテリー寿命が何年もあることは実際の利点にはなりません。
固定ビーコンのバッテリー寿命
こうした主張には、誤解を招く紛らわしいメッセージが数多く含まれています。根本的な制約は固定ビーコン（アンカー）にあるからです
なぜでしょうか？
固定ビーコンは、通常、モバイルビーコンよりもはるかに手が届きにくい場所にあります。天井のどこかに設置されていることが多く、物理的に届かない、あるいは高所作業の特別な許可がなければ作業できないこともよくあります。
他社の多くの製品では、固定ビーコン（アンカー）の消費電力がワット単位に達することもあり、バッテリーで動作させるのはほぼ現実的ではありません。しかし、そこまで電源を引く費用は、ビーコン本体より高くつくことがよくあります。これこそが制約です。バッテリー寿命について本当に重要なのはこの点です。
サプライヤーには、固定ビーコンをバッテリーで動作させられるか、そしてそのバッテリー寿命はどれくらいかを確認してください。もちろん、給電や配線が問題になりそうな場合の話です。
安心して運用できるため、当社では固定ビーコンを固定電源から給電することを常に推奨しています。とはいえ、内蔵バッテリーと外部バッテリーにも対応しており、外部バッテリーが十分に大きければ、数か月から1〜2年動作させることも可能です。
バッテリー寿命と「平均消費電力」
携帯電話やコンピューターなど同様の種類の機器と同じく、ビーコンもほとんどの時間はスリープしており、消費電力の大きく異なるモード間をごく短時間で切り替えています。スリープ中の消費はごくわずか（nAやmA単位）で、何十年も動作できるほどです。バッテリーの自己放電のほうが大きいかもしれません。しかし！ビーコンが送信や受信を行うときは150〜200mAを消費し、この電流では一般的なバッテリーは数時間で空になります。
このように消費電力が極めて不規則なシステムについて、平均消費電力を語ること自体が正しくありません。
したがって、バッテリー寿命は時間・月・年で測るよりも、そのバッテリーで何回の位置更新ができるかで測るほうが正確です。そのうえで、利用可能な位置更新の回数をいつ、どのように使うかはエンドユーザーが決めます。100Hzの位置更新で素早く使うことも、1分に1回の位置更新でごくゆっくり使うこともできます。
もちろん、待機・スリープ時の電流や定期的なテレメトリー更新の電流も積み重なりますが、これらは主に二次的な要因です。主な要因は、バッテリーで何回の位置更新ができるかです。
バックボーン接続
ここまで述べてきたこと、つまり固定ビーコンの消費電力と、それがソリューションのコストに与える実際の影響は、バックボーンに対する要件によってさらに深刻になります。
多くのUWBシステムでは、固定電源（それ自体は問題ありませんが…）だけでなく、イーサネットなどのデータ配線も追加で必要になります。これは大きなコストになり得ます。たとえば、石油・ガスのような爆発の危険がある環境では、必要な配線1本ごとのコストが非常に高くなります。
理想的なのは、追加の配線が不要で、同期、データ交換、テレメトリーなどすべてを無線で行えるシステムです。それは可能です。ぜひお問い合わせください。
