Ultra Wideband (UWB) und seine Bedeutung [Erklärt]

Vom neu angekündigten Note 20 Ultra von Samsung bis zu den neuesten Angeboten von Apple: der iPhone 11-Serie (im letzten Jahr angekündigt) sehen wir allmählich, wie die Ultra Wideband (UWB)-Technologie ihren Weg zu Smartphones findet, wobei Hersteller (wenn auch ein paar, im Moment) beginnen, es in ihren Top-of-the-Line-Angeboten zu implementieren. Im Fall von Apple ist es AirDrop, von dem das Unternehmen behauptet, am meisten von UWB zu profitieren, während es bei Samsung Nearby Share – Googles Äquivalent zu AirDrop – ist, von dem die Technologie verspricht, das Erlebnis für das drahtlose Teilen von Inhalten zu verbessern. Aber was genau ist die Ultra-Wideband-Technologie, wie funktioniert sie und was sind einige ihrer Anwendungen? Antworten darauf und mehr in diesem Erklärer.

Was ist Ultrabreitband (UWB)?

UWB ist eine räumliche Wahrnehmungstechnologie, die Smartphones dabei unterstützt, Geräte in der Nähe effektiv zu lokalisieren, um eine Verbindung herzustellen und Inhalte zu übertragen. Es ist im Wesentlichen ein Protokoll, das für den Einsatz im Nahbereich vorgesehen ist und Funktechnologie verwendet, um Geräte in der Nähe zu lokalisieren und mit ihnen zu kommunizieren. Zu diesem Zweck nutzt die Technologie einen großen Teil des Funkfrequenzspektrums, um Funkwellen mit sehr geringer Leistung und hoher Bandbreite zum Austausch von Daten und Informationen zwischen Geräten zu nutzen. Tatsächlich stammt der Name Ultra-Breitband von der Abhängigkeit des Protokolls von einem relativ breiten Frequenzbereich (3,1 bis 10,6 GHz) mit einer hohen Bandbreite (500 MHz).

Obwohl es Apple war, der UWB 2019 erstmals auf einem Smartphone mit seiner iPhone 11-Reihe (mit dem U1-Chip) implementiert hat, gibt es die Technologie schon seit einigen Jahrzehnten. Und im Großen und Ganzen war es zunächst Beschränkungen unterworfen, da das US-Militär die einzige Behörde war, die das Recht hatte, die Technologie zu nutzen. Jahre später, im Jahr 2002, als die Federal Communications Commission (FCC) die unlizenzierte Nutzung von UWB (im Frequenzbereich zwischen 3,1 bis 10,6 GHz) genehmigte, begann die Technologie, Implementierungen in Telekommunikation, Radar, Bildgebung, und ähnliche Felder.

Apropos Implementierung der Technologie in Smartphones, neben anderen Anwendungen: UWB kann verwendet werden, um einem Gerät zu helfen, die in der Nähe befindlichen Geräte/Objekte auf kleinem Raum zu entdecken, um sie genauer zu lokalisieren (oder mit ihnen zu kommunizieren). Bei Apples iPhone 11-Reihe wird die Technologie mit dem U1-Chip eingesetzt, der dem Gerät hilft, andere Geräte in der Nähe, die offen für die Annahme von Inhalten über AirDrop sind, präzise zu erkennen. Auf diese Weise wird die Erkennung und Kommunikation zwischen Geräten schnell und problemlos und Benutzern wird die Möglichkeit geboten, Geräte einfach auszurichten, um Inhalte zu entdecken und zu übertragen.

Ähnlich wie Apple folgt Samsung mit dem neu veröffentlichten Note 20 Ultra dem gleichen Grundsatz und baut darauf auf, um die Technologie so zu integrieren, dass die Erfahrung bei der Verwendung von Nearby Share – Googles nativem integriertem Dienstprogramm zum drahtlosen Teilen von Inhalten – verbessert wird. durch schnelle, genaue und bequeme Geräteerkennung und -kommunikation.

Wie funktioniert die Ultra Wideband (UWB)-Technologie?

Um Geräte erkennen und mit ihnen kommunizieren zu können, erfordert die Ultra-Wideband-Technologie die Verwendung sowohl eines Senders als auch eines Empfängers. Der Prozess umfasst normalerweise einen UWB-Sender, der ein großes Spektrum von Funkwellen nutzt und die Wellen mit einer hohen Bandbreite (und sehr geringer Leistung) verwendet, um über kleine periodische Zeitintervalle Impulse in einem Bereich zu senden. Während dies geschieht, erfasst ein Empfänger am anderen Ende diese Impulse und übersetzt sie in Daten, um bei Bedarf weitere Operationen durchzuführen. Darüber hinaus kann die UWB-Technologie je nach Anwendungsszenario, in dem sie zum Einsatz kommt, entsprechend modifiziert und verwendet werden.

Wenn eine ähnliche Kommunikation zwischen zwei Smartphones (ausgestattet mit UWB) stattfindet, erfolgt die Entfernungsmessung mithilfe der Flugzeitmessung (ToF), etwas, das in RADAR (Radio Detection and Ranging) verwendet wird. Einfach ausgedrückt ist ToF die Zeit, die ein Impuls benötigt, um eine Strecke zwischen zwei Punkten zu durchqueren. Da die mit UWB verwendeten Funkwellen eine sehr geringe Leistung (und eine hohe Bandbreite: 500 MHz) haben, ist es einfacher, große Impulsmengen mit höheren Geschwindigkeiten zu übertragen. Somit wird eine bessere Standortgenauigkeit in Echtzeit berücksichtigt.

Obwohl die hohe Bandbreite der verwendeten Welle nützlich ist, um Daten über kurze Entfernungen weiterzuleiten, und ihre hohe Frequenz hilft, große Datenmengen zu speichern, gilt dies nicht für ziemlich große physische Räume, die viele Hindernisse wie Wände darstellen. Da UWB im Gegensatz zu Wi-Fi, das auch Funkwellen verwendet, Signale nicht effektiv durch eine Wand durchdringen kann und daher eine klare Sichtlinie (LOS) für eine bessere Kommunikation und Erkennung erfordert. Darüber hinaus ist in einigen Fällen ein externes Antennensystem erforderlich, um die Reichweite und damit den Empfang zu erhöhen.

Wie unterscheidet sich Ultra Wideband (UWB) von Bluetooth und Wi-Fi?

Unabhängig davon, von welcher Funktechnologie Sie sprechen, sei es UWB, Wi-Fi oder Bluetooth, jede von ihnen kann in Echtzeit-Ortungssystemen verwendet werden. Das bedeutet, dass diese drahtlosen Technologien die Möglichkeit bieten, ein Objekt zu lokalisieren oder andere Geräte in seiner Nähe zu entdecken. Und können daher je nach Anforderung und Anwendung in einem System eingesetzt werden – allerdings unterscheiden sie sich stark in ihrer Wirksamkeit.

Wi-Fi ist eines der gebräuchlichsten und am weitesten verbreiteten drahtlosen Netzwerkprotokolle für Konnektivität. Es wird hauptsächlich für den Netzwerk- und Internetzugang verwendet. Verschiedene Wi-Fi-Versionen bieten unterschiedliche Reichweiten und Geschwindigkeiten, wobei 2,4 GHz und 5 GHz die am häufigsten verwendeten Bänder sind. Im Gegensatz zu UWB verwendet Wi-Fi ein schmales Frequenzband, das eine viel niedrigere Übertragungsrate ermöglicht, was einer der größten Nachteile gegenüber UWB ist. Da die Wellenbänder eine hohe Absorptionsrate haben, erfordern sie außerdem eine klare LOS, um eine bessere Konnektivität zu bieten. Die Schlüsselmetrik, die zur Bestimmung der Qualität einer Verbindung verwendet wird, ist normalerweise ihre Signalstärke, die im Fall einer Internetverbindung funktioniert, aber nicht so, wenn es um die Auffindbarkeit geht. Und genau das ist es, was Wi-Fi daran hindert, ein bevorzugtes Protokoll zum Entdecken und Lokalisieren von Objekten in der Nähe zu sein.

Ähnlich wie Wi-Fi ist auch Bluetooth auf Wellen im schmalen Frequenzband angewiesen und bietet daher nicht die Effizienz, mit der sein Konkurrent UWB Impulse sendet. In ähnlicher Weise verwendet Bluetooth bei der Erkennung von Objekten in der Nähe die Signalstärke als Maß zur Bestimmung der Signalqualität, was, wie bereits erwähnt, nicht der effektivste Weg ist, um den genauen Standort eines Objekts in der Nähe zu identifizieren. Und daher fällt Bluetooth wie Wi-Fi auch hinter UWB zurück, wenn es darum geht, Objekte und Geräte in der Nähe zu entdecken.

Was sind einige Anwendungen von Ultra Wideband (UWB)?

Da die Technologie in der Lage ist, Geräte in der Nähe genau zu erkennen und Inhalte schnell und problemlos drahtlos zu übertragen, gibt es zahlreiche Anwendungsszenarien, in denen sich UWB als vorteilhaft erweisen kann. Und in einigen Fällen sogar besser als die derzeit verwendeten Protokolle.

Abgesehen von Smartphones, bei denen die Technologie beim Teilen von Inhalten hilft oder helfen kann, andere Geräte in der Nähe zu bestimmen/lokalisieren, kann UWB in Augmented Reality (AR), Navigation, mobilen Zahlungen, Fahrzeugzugang, Indoor-Navigation, Asset-Tracking, Automobilindustrie, medizinische Anwendungen und verschiedene andere Zwecke.

Was hält die Ultra Wideband (UWB)-Technologie für die Zukunft bereit?

Wie wir beim neuesten Samsung-Angebot, dem Galaxy Note 20 Ultra, sehen können, implementiert das Unternehmen UWB auf dem Gerät, um mit Nearby Share eine bessere Funktionalität zu bieten. Dies ist natürlich nur eine Anwendung, die das Unternehmen hervorgehoben hat, um die UWB-Technologie ab sofort zu nutzen. Und es gibt wahrscheinlich eine Reihe anderer Anwendungsszenarien, in denen dasselbe zum Einsatz kommen kann. In ähnlicher Weise kann Apples Übernahme derselben mit seiner iPhone 11-Reihe auch die Möglichkeiten für andere Anwendungen eröffnen, die die genauen Positionsdaten nutzen, um eine bessere Funktionalität (und sogar neue Funktionalitäten) bereitzustellen, sobald die Entwickler vollständigen Zugriff auf den U1-Chip erhalten und beginnen seine Macht nutzen.

In ähnlicher Weise können wir auch Asset-Tracking-Unternehmen sehen, die UWB verwenden, um Benutzern zu ermöglichen, ihr Eigentum genau zu verfolgen und eine bessere Kontrolle darüber zu haben. Ganz zu schweigen von einigen Anwendungsszenarien aus dem Anwendungsbereich, z. B. im medizinischen Bereich: die eine bessere Bildgebung, Patientenverfolgung und eine bessere Kontrolle über die autonome Chirurgie bieten können; Automobilindustrie: die Objekte in der Nähe besser erkennen und das autonome Fahrerlebnis verbessern und gleichzeitig sicherer machen kann; Die Anwendungsaussichten und der Einsatzbereich für UWB sind immens breit, und wir können hoffen, dass es in den kommenden Jahren in verschiedenen Branchen besser wird.