Downlink-Reverse-TDoA-Architektur: Autonome Beacons senden Signale, der Empfänger im Helm empfängt sie.
Satellitennavigation endet an der Gebäudegrenze. Bluetooth und Wi-Fi zeigen nur an, in welchem Raum sich ein Arbeiter befindet – viel zu grob für gefährliche Industriezonen. Eine Person, die sicher in der Nähe einer Absperrung steht, und eine Person, die eine Sperrzone betritt, sind grundlegend unterschiedliche operative Ereignisse. Jenseits einer bestimmten Genauigkeitsschwelle verwandeln sich Koordinaten von einfachen Kartenmarkierungen in verifizierte Ereignisse: Zoneneintritt, Aufenthaltsdauer und exakte Transitverläufe.
UWB bietet seit über einem Jahrzehnt hochpräzise Ortung, aber die breite industrielle Einführung stagniert aufgrund kommerzieller Realitäten und nicht technischer Einschränkungen. In herkömmlichen Uplink-TDoA-Systemen müssen feste Anker Pakete von jedem Tag empfangen, eine Subnanosekunden-Zeitsynchronisation über Kabel aufrechterhalten und Messungen über Ethernet zurückführen. Branchen-Benchmarks zeigen, dass etwa 85 % der Gesamtbereitstellungskosten allein aus der Verkabelungsinfrastruktur stammen: Leitungsrohre, PoE-Switches, Industrielifte und zertifizierte Elektroarbeiten.
Die Kapazität ist der zweite fatale Engpass. Vermarktete Tag-Zahlen sind oft theoretische Arithmetik: Bei zufälligem ALOHA-Kanalzugriff mit nur 18 % Last kollidiert etwa ein Drittel der Übertragungen. Die höchsten Datenraten-Funkprofile, die für Kapazität vermarktet werden, sind am wenigsten widerstandsfähig gegen Baustahl und Mehrwegeausbreitung. In der industriellen Sicherheit ist ein verlorenes Paket ein unüberwachter Arbeiter.
Technischer Bericht TR-XENOM-2025-01, statische Tests auf der DW1000-Plattform mit vier Baken.
Feste Beacons senden alle 300 ms UWB-Pakete; der Empfänger im Helm empfängt ausschließlich und übermittelt die Zeitstempel über den regulären Telemetriekanal an den Server. Die Beacons empfangen nichts und teilen keine Zeitreferenz miteinander – weder per Kabel noch per Funk oder GPS. Alle weiteren Vorteile des Systems ergeben sich unmittelbar aus dieser Architektur.
Keine Zeitleitungen, keine PoE-Switches, keine Kabelwege zu den Montagepunkten. In der DW1000-Konfiguration läuft ein Beacon mit einem 10.000-mAh-Akku im 300-ms-Zeitraum etwa sechs Tage lang. Die Montagepunkte werden anhand der Funkgeometrie des Gebäudes ausgewählt, nicht anhand der Position der Steckdosen.
Beacons, mobile UWB-Ortungsempfänger und HF-Pfade benötigen vor der Installation weder einen Abgleich auf dem Prüfstand noch Korrekturtabellen. Für die Bereitstellung ist keine kostspielige Kalibrierausrüstung erforderlich; sie beschränkt sich auf die grundlegende Funkplanung: Montage an den vorgesehenen Punkten, Erfassung ihrer Koordinaten und eine Abnahmeprüfung.
Die Helme arbeiten im Nur-Empfangsmodus (RX). Selbst das Hinzufügen von 10.000 Mitarbeitern zu einem Standort erzeugt 0 Byte zusätzlichen UWB-Verkehrs und eliminiert Funkkanalkollisionen (ALOHA). Die Infrastruktur skaliert nur mit dem Versorgungsbereich, niemals mit der Anzahl der Arbeiter in einer Schicht.
Der mobile UWB-Ortungsempfänger ist in den Schutzhelm integriert, der zur obligatorischen Schutzausrüstung gehört. Dadurch entfällt der Kauf und die Wartung von Trackern von Drittanbietern, die Notwendigkeit von Ladeschränken und das Risiko, dass Tags vergessen oder verloren werden.
Wir haben uns bewusst für eine lange Präambel und die niedrigste Paketdatenrate entschieden. Dadurch wird das maximale Funkverbindungsbudget und der Widerstand gegen Mehrwegereflexionen von Metall erreicht, anstatt einen nominalen Durchsatz anzustreben.
Die Zahlen stammen aus einem möblierten Raum, nicht aus einem leeren Labor: anhaltende Nicht-Sichtverbindung, Funkpfade durch zwei Gipskartonwände, zwei der vier Baken neben Harzdruckern mit Metall-Nachhärtungskammern und ein Spiegel direkt gegenüber einer dritten. Es wurde kein Kalman-Filter, gleitender Durchschnitt oder irgendeine Form von Trajektorienglättung angewendet.
Die Tests verwendeten vier Baken und einen stationären Empfänger auf der DW1000-Plattform. Die Architektur ist auch auf DW3000 implementiert, aber diese quantitativen Ergebnisse übertragen sich nicht darauf – und auch nicht auf einen Industriestandort im großen Maßstab mit sich bewegendem Personal – ohne eine separate Messkampagne.
Eine bewusst ungünstige Stressserie ist Teil der veröffentlichten Daten: Die Koordinatenverfügbarkeit fiel auf 15,79 % und der P95-Radialfehler stieg auf 93,93 cm. Das Entfernen der kabelgebundenen Synchronisation vereinfacht die Installation. Es beseitigt nicht die Notwendigkeit von Abdeckungsplanung und Abnahmetests.
Anwesenheit in einer Gefahrenzone, erkannt im Moment des Eintritts
Aufenthaltsdauer in Arbeits-, Gefahren-, Service- und Wartebereichen
Automatischer Kanalwechsel per Funk nach Bereich
Zugangskontrolle für bestimmte Räume
Personenortung während der Evakuierung
Routen- und Vorfallsanalyse sowie Ereignisgenerierung für den Kontrollraum
Dieselbe Architektur würde sich für Indoor-Navigation auf Verbrauchertelefonen eignen – ein passiver Zuhörer, der seine eigene Position berechnet, mit Baken, die konstruktionsbedingt nicht wissen, wer zuhört. Das ist genau das Szenario, das FiRa als Untracked Indoor Navigation bezeichnet. Apple hat eine DL-TDoA-API in iOS 26 eingeführt, und Google hat FiRa-4.0-Unterstützung in Android 17 hinzugefügt, aber unser Paketformat ist proprietär, und die APIs der Telefonsysteme verstehen es nicht. Die Baken auf den Standard-FiRa-Modus umzustellen, würde bedeuten, zu einem Netzwerk von Ankern zurückzukehren, die sich ständig koordinieren müssen – und damit die Unabhängigkeit verlieren, für die die Architektur gebaut wurde. Der direkte Weg erfordert, dass Apple- und Android-Hersteller den Entwicklerzugriff auf empfangene UWB-Frames und deren Hardware-Zeitstempel öffnen. Bis dahin ist dies eine Forschungsrichtung, kein ausgeliefertes Feature, und wir behalten diese Unterscheidung bewusst bei.