النطاق العريض للغاية (UWB) وأهميته [موضح]

من Note 20 Ultra الذي تم الإعلان عنه حديثًا من Samsung إلى أحدث عروض Apple: سلسلة iPhone 11 (تم الإعلان عنها العام الماضي) ، بدأنا نرى تقنية النطاق العريض للغاية (UWB) تشق طريقها إلى الهواتف الذكية ، مع الشركات المصنعة (وإن كان ، زوجين ، في الوقت الحالي) البدء في تنفيذه على أفضل العروض. في حالة Apple ، فإن AirDrop هي التي تدعي الشركة أنها تستفيد أكثر من UWB ، بينما ، مع Samsung ، تعتبر مشاركة قريبة - تعادل Google لـ AirDrop - والتي تعد التكنولوجيا بتحسين تجربة مشاركة المحتوى اللاسلكي. ولكن ما هي تقنية Ultra Broadband بالضبط ، وكيف تعمل ، وما هي بعض تطبيقاتها؟ الإجابات على هذه وأكثر في هذا الشرح.

ما هو النطاق العريض للغاية (UWB)؟

UWB هي تقنية وعي مكاني تساعد الهواتف الذكية في تحديد موقع الأجهزة القريبة بشكل فعال لإنشاء الاتصال ونقل المحتوى. إنه ، في الأساس ، بروتوكول مخصص للاستخدام في المدى القصير ويستخدم تقنية الراديو لتحديد الأجهزة الموجودة على مقربة والتواصل معها. للقيام بذلك ، تستفيد التقنية من جزء كبير من طيف الترددات الراديوية للاستفادة من موجات الراديو ذات الطاقة المنخفضة للغاية والموجات اللاسلكية ذات النطاق الترددي العالي لتبادل البيانات والمعلومات بين الأجهزة. في واقع الأمر ، يأتي الاسم ، النطاق العريض للغاية ، من اعتماد البروتوكول على نطاق تردد واسع نسبيًا (3.1 إلى 10.6 جيجاهرتز) مع عرض نطاق مرتفع (500 ميجاهرتز).

على الرغم من أن Apple هي التي نفذت UWB لأول مرة على هاتف ذكي بتشكيلة iPhone 11 (باستخدام شريحة U1) في عام 2019 ، إلا أن هذه التقنية كانت موجودة منذ عقود قليلة. وعلى العموم ، فقد خضع لقيود ، في البداية ، مع كون الجيش الأمريكي هو السلطة الوحيدة التي تمتلك الحق في استخدام التكنولوجيا. في نهاية المطاف ، بعد سنوات من الخط ، في عام 2002 ، عندما أذنت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) بالاستخدام غير المرخص لـ UWB (في نطاق التردد بين 3.1 إلى 10.6 جيجاهرتز) ، بدأت التكنولوجيا في رؤية تطبيقات في الاتصالات والرادار والتصوير ، ومجالات مماثلة.

عند الحديث عن تطبيق التكنولوجيا في الهواتف الذكية ، من بين التطبيقات الأخرى ، يمكن استخدام UWB لمساعدة الجهاز على اكتشاف الأجهزة / الكائنات القريبة في مساحة مادية صغيرة لتحديد موقعهم (أو التواصل معهم) بشكل أكثر دقة. مع تشكيلة Apple iPhone 11 ، يتم استخدام التكنولوجيا باستخدام شريحة U1 ، والتي تساعد الجهاز على الكشف بدقة عن الأجهزة الأخرى القريبة والمفتوحة لقبول المحتوى عبر AirDrop. وبالتالي ، يجعل الاكتشاف والاتصال بين الأجهزة سريعًا وخاليًا من المتاعب ، ويوفر للمستخدمين القدرة على توجيه الأجهزة ببساطة لاكتشاف المحتوى ونقله.

تمامًا مثل Apple ، مع Note 20 Ultra الذي تم إصداره حديثًا ، تتبع Samsung نفس المبدأ وتبني عليه لتضمين التكنولوجيا بطريقة تعمل على تحسين تجربة استخدام المشاركة القريبة - الأداة المساعدة المضمنة الأصلية من Google لمشاركة المحتوى اللاسلكي - من خلال جعل اكتشاف الجهاز والاتصال سريعًا ودقيقًا ومريحًا.

كيف تعمل تقنية النطاق العريض للغاية (UWB)؟

لتكون قادرًا على اكتشاف الأجهزة والتواصل معها ، تتضمن تقنية النطاق العريض للغاية استخدام كلاً من جهاز الإرسال وجهاز الاستقبال. تتضمن العملية عادةً جهاز إرسال UWB يستفيد من طيف كبير من الموجات الراديوية ويستخدم الموجات ذات النطاق الترددي العالي (والقدرة المنخفضة جدًا) لإرسال نبضات عبر منطقة على فترات زمنية دورية صغيرة. أثناء حدوث ذلك ، يلتقط جهاز الاستقبال ، على الطرف الآخر ، هذه النبضات ويترجمها إلى بيانات لإجراء المزيد من العمليات حسب الحاجة. علاوة على ذلك ، اعتمادًا على سيناريو حالة الاستخدام التي يتم استخدام تقنية UWB فيها ، يمكن تعديلها واستخدامها وفقًا لذلك.

عندما يحدث اتصال مشابه بين هاتفين ذكيين (مزودان بـ UWB) ، يتم تحقيق المدى باستخدام قياس وقت الرحلة (ToF) ، وهو شيء يستخدم في RADAR (اكتشاف الراديو وتحديد المدى). ببساطة ، ToF هو مقدار الوقت الذي تستغرقه النبضة لتقطع مسافة بين نقطتين. نظرًا لأن موجات الراديو المستخدمة مع UWB منخفضة الطاقة للغاية (وعرض النطاق الترددي العالي: 500 ميجاهرتز) ، فمن الأسهل نقل كميات كبيرة من النبضات بسرعات أعلى. وبالتالي ، احتساب دقة أفضل للموقع في الوقت الفعلي.

على الرغم من أن النطاق الترددي العالي للموجة المستخدمة مفيد في نقل البيانات عبر مسافات قصيرة ، ويساعد ترددها العالي في الاحتفاظ بكميات كبيرة من البيانات ، إلا أن نفس الشيء لا ينطبق على المساحات المادية الكبيرة إلى حد ما والتي تشكل الكثير من العوائق مثل الجدران. نظرًا لأنه ، على عكس Wi-Fi ، الذي يستخدم أيضًا موجات الراديو ، لا يمكن لـ UWB اختراق الإشارات من خلال جدار بشكل فعال ، وبالتالي ، يتطلب خط رؤية واضحًا (LOS) لتحسين الاتصال والاكتشاف. علاوة على ذلك ، في بعض الحالات ، هناك حاجة إلى نظام هوائي خارجي لتعزيز النطاق ، وبالتالي الاستقبال.

كيف يختلف النطاق العريض للغاية (UWB) عن Bluetooth و Wi-Fi؟

بغض النظر عن تقنية الراديو التي تتحدث عنها ، سواء كانت UWB أو Wi-Fi أو Bluetooth ، يمكن استخدام كل واحدة منها في أنظمة تحديد المواقع في الوقت الفعلي. ما يعنيه هذا هو أن هذه التقنيات اللاسلكية توفر بالفعل القدرة على المساعدة في تحديد موقع كائن أو اكتشاف أجهزة أخرى بالقرب منه. وبالتالي ، يمكن توظيفها في نظام اعتمادًا على متطلباته وتطبيقه - وإن كانت فعاليتها هي ما يميزها إلى حد كبير.

يعد Wi-Fi أحد أكثر بروتوكولات الشبكات اللاسلكية شيوعًا واعتمادًا على نطاق واسع للاتصال. يتم استخدامه بشكل أساسي للشبكات والوصول إلى الإنترنت. توفر الإصدارات المختلفة لشبكة Wi-Fi نطاقًا وسرعة مختلفين ، حيث يعتبر 2.4 جيجا هرتز و 5 جيجا هرتز النطاقين البارزين قيد الاستخدام. على عكس UWB ، تستخدم Wi-Fi نطاق تردد ضيق يسمح بمعدل إرسال أقل بكثير ، وهو أحد أكبر عيوبه على UWB. علاوة على ذلك ، نظرًا لأن النطاقات الموجية لها معدل امتصاص مرتفع ، فإنها تتطلب LOS واضحًا لتقديم اتصال أفضل. عادةً ما يكون المقياس الأساسي المستخدم لتحديد جودة الاتصال هو قوة الإشارة الخاصة به ، والتي تعمل في حالة الاتصال بالإنترنت ، ولكن ليس كذلك عندما يتعلق الأمر بقابلية الاكتشاف. وهذا هو بالضبط ما يحد من شبكة Wi-Fi من كونها بروتوكولًا مفضلًا لاكتشاف وتحديد مواقع الكائنات القريبة.

تعتمد البلوتوث أيضًا على الموجات في نطاق التردد الضيق ، تمامًا مثل Wi-Fi ، وبالتالي لا تقدم الفعالية التي يبث بها منافسها ، UWB ، نبضات. وبالمثل ، عندما يتعلق الأمر باكتشاف الكائنات القريبة ، فإن تقنية Bluetooth تستخدم قوة الإشارة كمقياس لتحديد جودة الإشارة ، والتي ، كما ذكرنا سابقًا ، ليست الطريقة الأكثر فعالية لتحديد الموقع الدقيق لكائن قريب. وبالتالي ، مثل Wi-Fi ، تتخلف Bluetooth أيضًا عن UWB عندما يتعلق الأمر باكتشاف الأشياء والأجهزة القريبة.

ما هي بعض تطبيقات النطاق العريض للغاية (UWB)؟

مع امتلاك التكنولوجيا القدرة على اكتشاف الأجهزة القريبة بدقة ونقل المحتوى لاسلكيًا بطريقة سريعة وخالية من المتاعب ، هناك العديد من سيناريوهات حالات الاستخدام حيث يمكن أن يكون UWB مفيدًا. وفي بعض الحالات ، يكون أفضل من البروتوكولات المستخدمة حاليًا.

بصرف النظر عن الهواتف الذكية ، حيث تساعد التكنولوجيا في مشاركة المحتوى أو يمكن أن تساعد في تحديد / تحديد موقع الأجهزة الأخرى على مقربة ، يمكن استخدام UWB في الواقع المعزز (AR) ، والملاحة ، والمدفوعات عبر الهاتف المحمول ، والوصول إلى المركبات ، والملاحة الداخلية ، وتتبع الأصول ، وصناعة السيارات ، التطبيقات الطبية ، وأغراض أخرى مختلفة.

ما الذي تحمله تقنية النطاق العريض للغاية (UWB) للمستقبل؟

كما يمكننا أن نرى مع أحدث عروض Samsung ، Galaxy Note 20 Ultra ، تقوم الشركة بتطبيق UWB على الجهاز لتقديم وظائف أفضل مع ميزة المشاركة القريبة. بالطبع ، هذا مجرد تطبيق واحد سلطت عليه الشركة الضوء للاستفادة من تقنية UWB حتى الآن. وربما توجد مجموعة من سيناريوهات حالة الاستخدام الأخرى التي يمكن استخدامها. وبالمثل ، فإن اعتماد Apple لنفسه مع تشكيلة iPhone 11 الخاصة بها يمكن أن يفتح أيضًا الاحتمالات للتطبيقات الأخرى التي تستفيد من بيانات الموقع الدقيقة ، لتوفير وظائف أفضل (وحتى وظائف جديدة) بمجرد حصول المطورين على وصول كامل إلى شريحة U1 والبدء الاستفادة من قوتها.

وبالمثل ، يمكننا أيضًا رؤية شركات تتبع الأصول التي تستخدم UWB للسماح للمستخدمين بتتبع ممتلكاتهم بدقة والتحكم بشكل أفضل في ذلك. ناهيك عن بعض سيناريوهات حالة الاستخدام من قسم التطبيقات ، مثل المجال الطبي: الذي يمكن أن يوفر تصويرًا أفضل وتتبعًا للمرضى وتحكمًا أفضل في الجراحة المستقلة ؛ صناعة السيارات: التي يمكن أن تتحسن في اكتشاف الأشياء القريبة وتحسين تجربة القيادة الذاتية مع جعلها آمنة أيضًا ؛ إن احتمالية التطبيق ونطاق الاستخدام لـ UWB واسع للغاية ، ويمكننا أن نأمل في رؤية أفضل منه في السنوات القادمة عبر الصناعات المختلفة.