Ultra Wideband (UWB) e il suo significato [spiegazione]

Dal appena annunciato Note 20 Ultra di Samsung alle ultime offerte di Apple: la serie iPhone 11 (annunciata lo scorso anno), stiamo iniziando a vedere la tecnologia Ultra Wideband (UWB) farsi strada sugli smartphone, con i produttori (anche se un paio, al momento) iniziando ad implementarlo sulle loro offerte top di gamma. Nel caso di Apple, è AirDrop che la società afferma di trarre il massimo vantaggio da UWB, mentre, con Samsung, è Near Share - l'equivalente di Google di AirDrop - di cui la tecnologia promette di migliorare l'esperienza, per la condivisione di contenuti wireless. Ma cos'è esattamente la tecnologia Ultra Wideband, come funziona e quali sono alcune delle sue applicazioni? Risposte a questo e altro in questo esplicativo.

Che cos'è la banda ultra larga (UWB)?

UWB è una tecnologia di consapevolezza spaziale che aiuta gli smartphone a localizzare efficacemente i dispositivi vicini per stabilire la connettività e trasferire i contenuti. È, essenzialmente, un protocollo destinato all'uso a corto raggio e utilizza la tecnologia radio per localizzare e comunicare con i dispositivi nelle vicinanze. Per fare ciò, la tecnologia sfrutta gran parte dello spettro delle radiofrequenze per utilizzare le onde radio a bassissima potenza e ad alta larghezza di banda per scambiare dati e informazioni tra i dispositivi. In effetti, il nome, ultra-wideband, deriva dalla dipendenza del protocollo da una gamma di frequenze relativamente ampia (da 3,1 a 10,6 GHz) con una larghezza di banda elevata (500 MHz).

Anche se è stata Apple a implementare per la prima volta UWB su uno smartphone con la sua gamma di iPhone 11 (utilizzando il chip U1) nel 2019, la tecnologia è in circolazione da diversi decenni. E in generale, è stato inizialmente soggetto a restrizioni, con le forze armate statunitensi che erano l'unica autorità a possedere il diritto di utilizzare la tecnologia. Alla fine, anni dopo, è stato nel 2002, quando la Federal Communications Commission (FCC) ha autorizzato l'uso senza licenza di UWB (nella gamma di frequenze tra 3,1 e 10,6 GHz), che la tecnologia ha iniziato a vedere implementazioni nelle telecomunicazioni, radar, imaging, e campi simili.

Parlando dell'implementazione della tecnologia negli smartphone, tra le altre applicazioni, UWB può essere utilizzato per aiutare un dispositivo a scoprire i dispositivi/oggetti vicini in un piccolo spazio fisico per localizzarli (o comunicare con) in modo più accurato. Con la gamma di iPhone 11 di Apple, la tecnologia viene utilizzata utilizzando il chip U1, che aiuta il dispositivo a rilevare con precisione altri dispositivi in ​​prossimità che sono aperti ad accettare contenuti tramite AirDrop. In questo modo, la scoperta e la comunicazione tra i dispositivi è rapida e senza problemi e offre agli utenti la possibilità di puntare semplicemente i dispositivi per scoprire e trasferire i contenuti.

Proprio come Apple, con il Note 20 Ultra appena rilasciato, Samsung segue lo stesso principio e si basa su di esso per includere la tecnologia in un modo che migliora l'esperienza di utilizzo di Nearby Share, l'utilità integrata nativa di Google per la condivisione di contenuti wireless. rendendo il rilevamento e la comunicazione dei dispositivi rapidi, precisi e convenienti.

Come funziona la tecnologia Ultra Wideband (UWB)?

Per poter scoprire e comunicare con i dispositivi, la tecnologia Ultra Wideband prevede l'utilizzo sia di un trasmettitore che di un ricevitore. Il processo di solito coinvolge un trasmettitore UWB che sfrutta un ampio spettro di onde radio e utilizza le onde con una larghezza di banda elevata (e una potenza molto bassa) per inviare impulsi in un'area su piccoli intervalli di tempo periodici. Mentre ciò avviene, un ricevitore, dall'altra parte, cattura questi impulsi e li traduce in dati per eseguire ulteriori operazioni secondo necessità. Inoltre, a seconda dello scenario del caso d'uso in cui viene utilizzata la tecnologia UWB, può essere modificata e utilizzata di conseguenza.

Quando avviene una comunicazione simile tra due smartphone (dotati di UWB), il rilevamento viene effettuato utilizzando la misurazione del tempo di volo (ToF), qualcosa che viene utilizzato in RADAR (Radio Detection and Ranging). Per dirla semplicemente, ToF è la quantità di tempo necessaria a un impulso per attraversare una distanza tra due punti. Poiché le onde radio utilizzate con UWB sono a potenza molto bassa (e larghezza di banda elevata: 500 MHz), è più facile trasferire grandi quantità di impulsi a velocità più elevate. Pertanto, tenendo conto di una migliore precisione della posizione in tempo reale.

Anche se l'elevata larghezza di banda dell'onda utilizzata è utile per trasmettere dati su brevi distanze e la sua alta frequenza aiuta a contenere grandi quantità di dati, lo stesso non vale per spazi fisici abbastanza grandi che costituiscono molti ostacoli come i muri. Poiché, a differenza del Wi-Fi, che utilizza anche le onde radio, l'UWB non può penetrare efficacemente i segnali attraverso un muro e, pertanto, richiede una chiara linea di vista (LOS) per una migliore comunicazione e scoperta. Inoltre, in alcuni casi, è necessario un sistema di antenna esterna per aumentare la portata e, a sua volta, la ricezione.

In che modo la banda ultra larga (UWB) è diversa da Bluetooth e Wi-Fi?

Indipendentemente dalla tecnologia radio di cui parli, che si tratti di UWB, Wi-Fi o Bluetooth, ognuna di esse può essere utilizzata in sistemi di localizzazione in tempo reale. Ciò significa che queste tecnologie wireless offrono la capacità di aiutare a localizzare un oggetto o scoprire altri dispositivi nelle sue vicinanze. E possono, quindi, essere impiegati in un sistema a seconda delle sue esigenze e applicazioni, sebbene la loro efficacia sia qualcosa che li differenzia ampiamente.

Il Wi-Fi è uno dei protocolli di rete wireless più comuni e ampiamente adottati per la connettività. Viene utilizzato principalmente per il networking e l'accesso a Internet. Diverse versioni di Wi-Fi offrono portata e velocità diverse, con 2,4 GHz e 5 GHz come le principali bande in uso. A differenza di UWB, il Wi-Fi utilizza una banda di frequenza stretta che consente una velocità di trasmissione molto più bassa, che è uno dei suoi maggiori svantaggi rispetto a UWB. Inoltre, poiché le bande d'onda hanno un alto tasso di assorbimento, richiedono una chiara LOS per offrire una migliore connettività. La metrica chiave utilizzata per determinare la qualità di una connessione è solitamente la potenza del segnale, che funziona nel caso di una connessione Internet, ma non è così quando si tratta di rilevabilità. E questo è esattamente ciò che limita il Wi-Fi dall'essere un protocollo preferito per scoprire e localizzare oggetti vicini.

Proprio come il Wi-Fi, anche il Bluetooth si basa sulle onde nella banda di frequenza stretta e, pertanto, non offre l'efficacia con cui il suo concorrente, UWB, trasmette impulsi. Allo stesso modo, quando si tratta di scoprire oggetti vicini, il Bluetooth utilizza l'intensità del segnale come metrica per determinare la qualità del segnale, che, come già accennato, non è il modo più efficace per identificare la posizione precisa di un oggetto in prossimità. E quindi, come il Wi-Fi, anche il Bluetooth rimane indietro rispetto all'UWB quando si tratta di scoprire oggetti e dispositivi vicini.

Quali sono alcune applicazioni di Ultra Wideband (UWB)?

Con la tecnologia in grado di rilevare accuratamente i dispositivi nelle vicinanze e trasferire i contenuti in modalità wireless in modo rapido e senza problemi, esistono numerosi scenari di casi d'uso in cui l'UWB può rivelarsi vantaggioso. E, in alcuni casi, anche meglio dei protocolli attualmente in uso.

Oltre agli smartphone, dove la tecnologia aiuta con la condivisione dei contenuti o può aiutare a determinare/localizzare altri dispositivi nelle vicinanze, UWB può essere utilizzato in realtà aumentata (AR), navigazione, pagamenti mobili, accesso ai veicoli, navigazione interna, tracciamento delle risorse, industria automobilistica, applicazioni mediche e vari altri scopi.

Cosa riserva la tecnologia Ultra Wideband (UWB) per il futuro?

Come possiamo vedere con l'ultima offerta Samsung, il Galaxy Note 20 Ultra, l'azienda sta implementando UWB sul dispositivo per offrire funzionalità migliori con la condivisione nelle vicinanze. Naturalmente, questa è solo un'applicazione che l'azienda ha evidenziato per sfruttare la tecnologia UWB a partire da ora. E probabilmente ci sono un sacco di altri scenari di casi d'uso che possono essere utilizzati. Allo stesso modo, l'adozione da parte di Apple dello stesso con la sua gamma di iPhone 11 può anche aprire la possibilità ad altre applicazioni sfruttando i dati di posizione accurati, per fornire funzionalità migliori (e persino nuove funzionalità) una volta che gli sviluppatori ottengono l'accesso completo al chip U1 e iniziano facendo leva sul suo potere.

Allo stesso modo, possiamo anche vedere le società di tracciamento delle risorse che utilizzano UWB per consentire agli utenti di tracciare accuratamente i propri effetti personali e avere un controllo migliore sugli stessi. Per non parlare di alcuni scenari di casi d'uso dalla sezione delle applicazioni, come il campo medico: che possono offrire immagini migliori, tracciamento del paziente e un migliore controllo sulla chirurgia autonoma; industria automobilistica: che può migliorare nel rilevamento di oggetti vicini e migliorare l'esperienza di guida autonoma rendendola anche sicura; la prospettiva dell'applicazione e l'ambito di utilizzo di UWB sono immensamente ampi e possiamo sperare di vederne meglio nei prossimi anni in diversi settori.