Elegir Ultra‑Wideband para wearables de distanciamiento social precisos

Introducción

El distanciamiento social sigue siendo piedra angular de mitigación COVID‑19, y medición de distancia precisa y de baja latencia es esencial para cualquier wearable que pretenda alertar usuarios cuando se vulnera el buffer recomendado de 6 pies (2 metros).

Altran se asoció con líder semiconductor Renesas para crear una plataforma inteligente de pulsera que aprovecha tecnología ultra‑wideband (UWB). Este artículo detalla la primera fase de esa colaboración —evaluando protocolos inalámbricos para cumplir estrictos requisitos de precisión, potencia, tamaño y experiencia de usuario.

Un dispositivo pequeño con larga lista de requisitos

Nuestro objetivo era diseñar una plataforma compacta de distanciamiento social que pudiera construirse alrededor de ICs de Renesas. Un prototipo de pulsera de bajo volumen demostró funciones núcleo —monitorización, alertas y usabilidad (Figura 1).

El factor de forma wearable dictó necesidad de solución inalámbrica que cumpliera:

• Medición de distancia precisa —Esencial para alertas fiables y eliminar falsos positivos.
• Robustez al entorno —Debe funcionar interior/exterior, en línea de vista (LOS) y no‑LOS (NLOS), y en entornos dinámicos con objetos en movimiento.
• Baja latencia —Alertas deben entregarse lo suficientemente rápido para que el usuario reaccione.
• Compacidad —La pila inalámbrica debe caber en pulsera ligera.
• Eficiencia energética —Vida de batería debe permanecer aceptable mientras se realiza detección de proximidad continua.
• Escalabilidad —El sistema debe manejar múltiples objetivos simultáneos en multitudes.

Todas las tecnologías inalámbricas usan combinación de captura de señal (basada en tiempo, angular, o intensidad de señal recibida) y técnicas de posicionamiento (triangulación o trilateración) para estimar distancia o ubicación (Figura 2).

Evaluando tecnologías inalámbricas

Examinamos Wi‑Fi, celular, Bluetooth Low Energy (BLE) y ultra‑wideband (UWB). Datos de precisión publicados (Figura 3) eliminaron muchos protocolos para nuestro caso, pero cada uno ofrecía ventajas notables.

Wi‑Fi

La ubicuidad de Wi‑Fi y mejoras recientes en round‑trip time (RTT) lo hacen atractivo para posicionamiento interior. Sin embargo, incluso con RTT, precisión típica basada en RSSI solo alcanza 1–3 m 75–85 % del tiempo y degrada en NLOS o entornos altamente reflectantes. Wi‑Fi también requiere red de access points, limitando transiciones interior‑exterior fluidas y añadiendo complejidad de infraestructura.

BLE

BLE ofrece bajo consumo y despliegue fácil vía dispositivos inteligentes existentes. Su mayor tasa de muestreo mejora estimación de distancia vs Wi‑Fi, pero fading rápido, interferencia y obstáculos humanos limitan precisión a ~2 m en práctica. BLE solo no satisfacía precisión sub‑metro requerida para alertas de distanciamiento social.

Celular

Posicionamiento celular outdoor (A‑GPS, E‑CID, OTDOA) entrega precisión 5–10 m con redes 3G/4G actuales —insuficiente para nuestro objetivo. 5G mmWave, device‑to‑device y ultra‑dense networking prometen precisión sub‑metro, pero cobertura global e aplicabilidad interior permanecen limitadas actualmente.

UWB

UWB opera en 3.1–10.6 GHz, entregando precisión de distancia a nivel centimétrico mediante alta resolución en dominio temporal e inmunidad a multipath. Sus señales de impulso de ráfaga corta proveen latencia sub‑milisegundo, y el ancho de banda amplio mitiga interferencia narrow‑band. Importante, la alta penetración de UWB permite rendimiento NLOS fiable, y la frecuencia operativa más alta permite antenas más pequeñas —crítico para pulsera.

Renas suministró chipset UWB low‑rate pulse (LRP) que consume 10–20 mA en modo transmisión versus 100–120 mA para soluciones high‑rate. Aprovechando IEEE 802.15.4z, el LRP soporta ranging seguro round‑trip time‑of‑flight manteniéndose ultra‑bajo consumo. En fase 1, logramos precisión 20–30 cm en entornos LOS/NLOS, con ajuste adicional esperado para alcanzar objetivo 10 cm.

Combinar BLE y UWB nos permitió aprovechar precisión de UWB cuando se detecta objetivo, mientras BLE manejaba detección de proximidad low‑power y offloading de datos a app móvil.

Elección clara para pulsera de distanciamiento social

Altran y Renesas demostraron que una plataforma basada en UWB entrega la precisión, latencia y eficiencia energética requeridas para wearables de distanciamiento social fiables. La arquitectura escala más allá de pulsera a cualquier factor de forma IoT que demande posicionamiento preciso interior y exterior, haciéndola adecuada para rastreo de contactos, asset tracking y más.

Referencias

[1] Datos de precisión de distancia de protocolos inalámbricos:

• Wi‑Fi
• BLE
• GNSS
• Celular
• UWB

[2] Resultados de simulación