UWB vs Bluetooth : lequel offre la meilleure précision de positionnement en intérieur ?

Nous sommes bel et bien entrés dans l'ère du positionnement intérieur. Que ce soit grâce à des systèmes de suivi des biens, des services de localisation ou des outils de navigation avancés, le positionnement intérieur révolutionne notre façon d'interagir avec les espaces clos. La demande de positionnement intérieur précis ne fera que s'intensifier. Markets and Markets prévoit que le marché du positionnement intérieur atteindra 31.4 milliards de dollars par 2029! Mais la réussite de la mise en œuvre dépend du choix de la technologie adéquate : la fiabilité de tout système de géolocalisation en intérieur dépend de sa méthode de suivi. Dans cet article, nous comparons deux technologies phares du secteur : l'Ultra-Wideband (UWB) et le Bluetooth Low Energy (BLE), afin de vous aider à déterminer la technologie la mieux adaptée à vos besoins de géolocalisation en intérieur.

Technologies de positionnement intérieur disponibles aujourd'hui

En déplacement, nous utilisons souvent le GPS pour nous orienter. Il capte les signaux des satellites en orbite autour de la Terre et atteint une précision d'environ 5 à 20 mètres. Cependant, le GPS a ses limites : dès que nous entrons dans un bâtiment ou que nous nous enfonçons sous terre, ces signaux satellites sont déformés. Par conséquent, le GPS perd beaucoup de sa précision à l'intérieur.

C'est là qu'interviennent les systèmes de positionnement Bluetooth et Wi-Fi. Ces technologies, basées sur la puissance du signal reçu, permettent de localiser des objets et des personnes à quelques mètres près, ce qui les rend idéales pour la navigation intérieure de base. Mais la technologie évolue : de nouvelles technologies comme l'UWB et le Bluetooth 5.1 visent à offrir une précision encore plus élevée, de l'ordre du mètre jusqu'à quelques centimètres. Cela ouvre la voie à des applications intérieures de haute précision pour interagir avec divers acteurs de l'environnement, comme le contrôle d'accès mains libres, la géolocalisation des biens, et bien plus encore.

Qu'est-ce que l'UWB et comment fournit-il la localisation ?

L'UWB est une technologie sans fil à courte portée qui fonctionne sur des fréquences radio de faible puissance. Elle fonctionne dans une bande passante d'au moins 500 MHz, de 3.1 à 10.6 GHz. On pourrait se demander si cette plage interfère avec d'autres technologies. En réalité, non. Voici pourquoi : l'UWB transmet des données par impulsions nanosecondes sans onde porteuse, à des niveaux de puissance incroyablement faibles – seulement -41.3 dBm/MHz. Ces dernières années, l'amendement IEEE 802.15.4z a amélioré les couches MAC et PHY à des fins de télémétrie et de localisation.

L'UWB propose principalement quatre méthodes pour positionner des objets et des personnes :

• ToA (heure d’arrivée)
• TDoA (différence horaire d'arrivée)
• TWR (télémétrie bidirectionnelle)
• AoA (angle d'arrivée)

Il convient de noter que la plupart des entreprises choisissant l'UWB pour le suivi des actifs préfèrent le TDoA en raison de sa faible consommation d'énergie, ce qui prolonge la durée de vie de la batterie de la balise.

UWB TDoA vs ToA vs TWR vs AoA

La technique TDoA est très similaire à la ToA, car toutes deux reposent sur la mesure du temps de propagation du signal. Cependant, la TDoA présente un avantage ingénieux : elle ne nécessite que la synchronisation temporelle du récepteur, et non une synchronisation absolue. Avec la TDoA, les balises diffusent des signaux aux ancres, qui relaient les données à un serveur central. Le moteur de positionnement du serveur calcule ensuite les différences de temps d'arrivée pour déterminer la position de la balise, avec une précision de 10 à 30 centimètres. Pour effectuer ce calcul, le serveur a besoin des horodatages d'au moins quatre ancres.

Le TWR fonctionne différemment, s'appuyant sur la télémétrie par balise-ancre individuelle, mais il est plus complexe : il nécessite neuf allers-retours de messages pour un seul calcul de position. Quant à l'AoA ? Il est plus coûteux et moins précis, et ce n'est pas le choix de prédilection pour le positionnement UWB.

Comment le Bluetooth permet-il la localisation ?

Le Bluetooth est une technologie radio à sauts de fréquence qui transmet des données par paquets et fonctionne dans la bande des 2.4 GHz. Il existe deux grandes catégories : le Bluetooth classique (versions 1.0 à 3.0) et le Bluetooth Low Energy (BLE, versions 4.0 et ultérieures). La principale différence ? La consommation d'énergie ! Le BLE est spécialement conçu pour les applications à faible consommation d'énergie.

Bluetooth RSSI vs Bluetooth AoA/AoD

Avant le Bluetooth 5.1, le BLE était largement utilisé pour la localisation en intérieur grâce à l'indicateur RSSI (Received Signal Strength Indicator) permettant de mesurer la perte de propagation et d'estimer les distances entre émetteurs et récepteurs. Cependant, le suivi traditionnel des actifs par BLE reposait davantage sur la proximité que sur la localisation précise ; pour une plus grande précision, il fallait déployer davantage de balises dans la zone.

En 2019, le Bluetooth SIG a mis à jour la spécification principale 5.1 avec des capacités de radiogoniométrie améliorées. Cette spécification permet le suivi des actifs grâce à l'angle d'arrivée (AoA) ou de départ (AoD) grâce à des réseaux d'antennes qui déterminent la direction du signal, pour une précision de positionnement de l'ordre du mètre. L'AoA nécessite plusieurs antennes au niveau du récepteur, tandis que l'AoD nécessite une implémentation au niveau de l'émetteur.

Actuellement, la plupart des implémentations commerciales reposent encore sur le RSSI en raison de sa simplicité et de sa large compatibilité matérielle. Cependant, le Bluetooth AoA suscite un vif intérêt sur le marché du positionnement en alliant la rentabilité du BLE à la précision de l'UWB. MOKO SMART a déjà lancé des balises et des passerelles prenant en charge ce positionnement Bluetooth AoA haute précision.

Au moment de la rédaction de cet article, Bluetooth 6.0 est sorti, axé sur le Bluetooth Channel Sounding. Il utilise la télémétrie basée sur la phase (PBR) et le temps de propagation aller-retour (RTT) pour une télémétrie précise et sécurisée entre les appareils. D'autres applications de détection de distance nous attendent !

Comparaison du positionnement UWB et Bluetooth

Nous assistons à des batailles passionnantes dans le domaine des technologies de positionnement en intérieur. L'UWB et le Bluetooth font fureur, mais chacun apporte sa propre touche. Zoomons sur l'AoA de l'UWB et du Bluetooth pour les comparer.

Précision et couverture

L'UWB présente un net avantage en termes de précision de positionnement, atteignant une précision centimétrique (généralement de 10 à 30 cm) grâce à sa bande ultra-large, difficile à égaler avec d'autres systèmes à bande étroite. De plus, les signaux UWB peuvent traverser des obstacles tels que les murs, les sols et les machines, ce qui les rend idéaux pour les environnements industriels complexes.

Théoriquement, l'UWB peut couvrir jusqu'à 200 mètres. Dans les grands espaces ouverts, moins d'appareils seront nécessaires pour couvrir la même zone. En revanche, l'AOA Bluetooth a une portée plus faible et est fortement influencée par la hauteur d'installation.

Vous souhaitez voir ces solutions en action ? Nous avons déployé des systèmes de positionnement Bluetooth AOA et UWB à l'usine MOKO. Contactez-nous pour en savoir plus. vidéo de démonstration!

Résistance aux interférences

À débit de données égal, l'UWB surpasse le Bluetooth en termes de résistance aux interférences. La bande de fréquences 2.4 GHz utilisée par le Bluetooth est de plus en plus encombrée, avec des interférences provenant de divers appareils et réseaux. L'UWB, quant à elle, exploite sa bande de fréquences plus élevée et les caractéristiques uniques de son signal pour maintenir des performances exceptionnelles, même dans des environnements sans fil complexes.

Consommation d'énergie

En termes de consommation énergétique moyenne minimale, le BLE l'emporte généralement, consommant moins d'énergie que l'UWB. Mais le plus intéressant est que, dans les applications réelles, la différence pourrait être moins marquée en raison du mode de fonctionnement des balises ! En mode cloud computing BLE AOA ou UWB, les balises passent la majeure partie de leur temps en veille, ne se réveillant que pour transmettre des signaux pendant que le réseau gère les calculs de positionnement. Leur durée de vie peut atteindre un à deux ans. En mode de calcul côté appareil, où les balises doivent rester éveillées plus longtemps, leur durée de vie peut être considérablement réduite à quelques semaines ou jours seulement.

Défis de déploiement

En pratique, il est généralement plus simple de mettre en œuvre l'UWB TDoA. Ses algorithmes temporels sont relativement simples, tandis que les systèmes Bluetooth AOA nécessitent plusieurs points d'étalonnage : l'heure, l'angle et les positions d'ancrage doivent être parfaitement précis.

De plus, l'UWB maintient une grande précision dans divers environnements, y compris les structures de bâtiments complexes. Mais pour le Bluetooth AOA, il est un peu plus sensible aux variations environnementales. Il nécessite parfois un étalonnage supplémentaire, voire des stations de base supplémentaires, pour maintenir des performances optimales dans certains espaces difficiles.

Coût et évolutivité

Venons-en maintenant aux coûts. Les stations de base Bluetooth AOA et UWB TDOA se situent dans une gamme de prix similaire, mais le coût des balises est sensiblement différent. Les balises Bluetooth AOA sont plus économiques que leurs homologues UWB, une différence qui se révèle particulièrement importante lors de déploiements à grande échelle. Les balises Bluetooth AOA, plus économiques, peuvent vous faire réaliser des économies substantielles si vous prévoyez de suivre de nombreux actifs.

Tableau comparatif UWB vs BLE RSSI vs BLE AoA

UWB ou BLE : le choix pour le positionnement en intérieur

Choisir la bonne solution de positionnement intérieur n'est pas une décision universelle. Il faut prendre en compte plusieurs facteurs : l'environnement, l'architecture système, l'infrastructure existante, le budget et, bien sûr, la précision du positionnement. Si vous recherchez une précision élevée, l'UWB et le BLE AoA sont la solution. Si la précision n'est pas votre priorité, le positionnement Bluetooth RSSI pourrait être la meilleure option : pratique et économique.

Pour un positionnement de haute précision, le choix entre Bluetooth AOA et UWB dépend essentiellement de votre cas d'utilisation spécifique. Vous suivez un nombre limité d'actifs de grande valeur avec une précision extrême ? UWB TDoA est probablement la meilleure option. Vous souhaitez suivre de nombreux actifs avec une précision « assez bonne » ? Le coût réduit des balises et la précision correcte du Bluetooth AOA pourraient être la solution. N'oubliez pas la compatibilité système : le positionnement Bluetooth est plus largement pris en charge par divers appareils. Cependant, l'intégration UWB nécessite généralement du matériel et des logiciels plus spécialisés.

Chez MOKO SMART, nous mettons tout en œuvre pour vous fournir les appareils IoT adaptés à vos besoins. Notre gamme de produits comprend divers Balises Bluetooth, capteurs, balises BLE AoA, ainsi que nos balises UWB. Nous ne nous contentons pas de vous proposer une technologie complète : nous vous aidons à déterminer précisément les appareils les plus adaptés à votre situation.