Ultra Wideband（UWB）とその意義【解説】

新しく発表された Samsung の Note 20 Ultra から Apple の最新製品である iPhone 11 シリーズ (昨年発表) まで、超広帯域 (UWB) 技術がスマートフォンに採用され始めています。現時点では）最上位の製品に実装し始めています。 Apple の場合、同社が UWB から最も恩恵を受けると主張しているのは AirDrop であるのに対し、Samsung の場合は Nearby Share (Google の AirDrop に相当) であり、ワイヤレス コンテンツ共有のエクスペリエンスを向上させることが約束されています。 しかし、ウルトラ ワイドバンド テクノロジとは正確にはどのようなもので、どのように機能し、そのアプリケーションにはどのようなものがあるのでしょうか? この説明では、これらに対する回答などを示します。

超広帯域 (UWB) とは何ですか?

UWB は、スマートフォンが近くのデバイスを効果的に見つけて接続を確立し、コンテンツを転送するのを支援する空間認識技術です。 基本的に、短距離での使用を目的としたプロトコルであり、無線技術を使用して近くにあるデバイスを見つけて通信します。 これを行うために、この技術は無線周波数スペクトルの大部分を活用して、非常に低電力で高帯域幅の無線波を利用して、デバイス間でデータと情報を交換します。 実際のところ、ウルトラワイドバンドという名前は、高帯域幅 (500 MHz) で比較的広い周波数範囲 (3.1 ～ 10.6 GHz) にプロトコルが依存していることに由来しています。

2019 年に iPhone 11 ラインナップ (U1 チップを使用) でスマートフォンに UWB を最初に実装したのは Apple ですが、この技術はかなりの数十年前から存在しています。 そして全体として、最初は米軍がこの技術を使用する権利を所有する唯一の機関であり、制限を受けていました. 最終的には、2002 年に連邦通信委員会 (FCC) が UWB (3.1 ～ 10.6 GHz の周波数範囲) の無免許使用を許可したとき、通信、レーダー、イメージング、および類似の分野。

他のアプリケーションの中でも、スマートフォンでのテクノロジの実装について話すと、UWB を使用して、デバイスが小さな物理空間で近くのデバイス/オブジェクトを検出し、それらをより正確に特定 (または通信) するのに役立ちます。 Apple の iPhone 11 ラインナップでは、この技術は U1 チップを使用して採用されており、AirDrop を介してコンテンツを受け入れることができる近くにある他のデバイスをデバイスが正確に検出するのに役立ちます。 したがって、デバイス間の検出と通信を迅速かつ手間のかからないものにし、ユーザーがデバイスをポイントするだけでコンテンツを検出して転送できるようにします。

Apple と同じように、新たにリリースされた Note 20 Ultra で、Samsung は同じ信条に従い、それに基づいて構築し、Nearby Share の使用体験を改善する方法でテクノロジを組み込みます。Nearby Share は、ワイヤレス コンテンツ共有のための Google のネイティブ組み込みユーティリティです。デバイスの検出と通信を迅速、正確、便利にします。

超広帯域 (UWB) テクノロジはどのように機能しますか?

デバイスを検出して通信できるようにするために、ウルトラ ワイドバンド テクノロジでは送信機と受信機の両方を使用します。 このプロセスには通常、広いスペクトルの電波を活用し、高帯域幅 (および非常に低電力) の電波を利用して、短い周期的な時間間隔でエリア内にパルスを送信する UWB 送信機が含まれます。 これが行われている間、受信機はこれらのパルスをキャプチャしてデータに変換し、必要に応じてさらに操作を実行します。 さらに、UWB技術が使用されるユースケースのシナリオに応じて、それに応じて変更して使用することができます。

2 台のスマートフォン (UWB を搭載) 間で同様の通信が行われる場合、測距は RADAR (Radio Detection and Ranging) で使用される Time of Flight (ToF) 測定を使用して行われます。 簡単に言うと、ToF はパルスが 2 点間の距離を移動するのにかかる時間です。 UWB で使用される電波は非常に低電力 (および高帯域幅: 500 MHz) であるため、大量のパルスをより高速で簡単に転送できます。 したがって、リアルタイムの位置精度が向上します。

使用される電波の高帯域幅は短距離でデータを中継するのに役立ち、その高周波数は大量のデータを保持するのに役立ちますが、同じことは壁のような多くの障害物を構成するかなり大きな物理空間には当てはまりません. 同じく電波を使用する Wi-Fi とは異なり、UWB は壁を介して信号を効果的に浸透させることができないため、より良い通信と発見のために明確な見通し線 (LOS) が必要です。 さらに、場合によっては、外部アンテナ システムを使用して範囲を拡大し、受信を強化する必要があります。

超広帯域 (UWB) は Bluetooth や Wi-Fi とどう違うのですか?

UWB、Wi-Fi、Bluetooth など、どのような無線技術について話しているかに関係なく、それぞれリアルタイムの位置情報システムで使用できます。 これが意味することは、これらのワイヤレス技術が、オブジェクトの位置を特定したり、近くにある他のデバイスを発見したりするのに役立つ機能を提供するということです. したがって、その要件とアプリケーションに応じてシステムに採用できますが、それらの有効性はそれらを大きく差別化するものです.

Wi-Fi は、接続用に最も一般的で広く採用されているワイヤレス ネットワーク プロトコルの 1 つです。 主にネットワークとインターネット アクセスに使用されます。 Wi-Fi のさまざまなバージョンは、さまざまな範囲と速度を提供し、2.4GHz と 5GHz が使用されている主要な帯域です。 UWB とは異なり、Wi-Fi は狭い周波数帯域を使用するため、伝送速度がはるかに低くなります。これは、UWB に対する最大の欠点の 1 つです。 さらに、波長帯は吸収率が高いため、より良い接続性を提供するには明確な LOS が必要です。 接続の品質を判断するために使用される主要な指標は、通常、インターネット接続の場合は機能する信号強度ですが、発見可能性に関してはそうではありません. そして、これこそまさに、Wi-Fi が近くの物体を発見して位置を特定するための優先プロトコルではない理由です。

Wi-Fi と同じように、Bluetooth も狭い周波数帯域の波に依存しているため、競合他社の UWB がパルスをブロードキャストする効果はありません。 同様に、近くの物体を検出する場合、Bluetooth は信号強度を信号品質を決定する指標として使用しますが、これは、既に述べたように、近くにある物体の正確な位置を特定する最も効果的な方法ではありません. そのため、Wi-Fi と同様に、近くにある物体やデバイスの検出に関しては、Bluetooth も UWB に遅れをとっています。

超広帯域 (UWB) のアプリケーションにはどのようなものがありますか?

近くのデバイスを正確に検出し、コンテンツをワイヤレスで迅速かつ簡単に転送する機能を備えたテクノロジにより、UWB が有益であると証明できる多数のユース ケース シナリオがあります。 また、場合によっては、現在使用されているプロトコルよりも優れています。

この技術がコンテンツ共有を支援したり、近くにある他のデバイスの特定/位置特定に役立つスマートフォン以外にも、UWB は拡張現実 (AR)、ナビゲーション、モバイル決済、車両アクセス、屋内ナビゲーション、資産追跡、自動車産業、医療用途、およびその他のさまざまな目的。

超広帯域 (UWB) 技術は将来に何をもたらすでしょうか?

最新の Samsung 製品である Galaxy Note 20 Ultra でわかるように、同社はデバイスに UWB を実装して、Nearby Share でより優れた機能を提供しています。 もちろん、これは同社が現在UWB技術を活用するために強調しているアプリケーションの1つにすぎません. そして、おそらく、同じものを使用できる他のユースケース シナリオがたくさんあるでしょう。 同様に、Apple が iPhone 11 ラインナップで同じことを採用したことで、開発者が U1 チップに完全にアクセスして開始すれば、正確な位置データを利用してより良い機能 (さらには新しい機能) を提供する他のアプリケーションの可能性が開かれます。その力を活かします。

同様に、UWB を使用してユーザーが自分の持ち物を正確に追跡し、より適切に管理できるようにする資産追跡会社も見られます。 言うまでもなく、医療分野などのアプリケーション セクションからいくつかのユース ケース シナリオを紹介します。 自動車産業: 近くの物体の検出が向上し、自動運転体験が向上すると同時に、安全性も向上します。 UWB のアプリケーションの見通しと使用の範囲は非常に広く、今後数年間でさまざまな業界でより良い結果が得られることが期待できます。