Ultra Wideband (UWB) i jego znaczenie [Wyjaśnienie]

Od nowo ogłoszonego Note 20 Ultra od Samsunga po najnowsze oferty Apple: serię iPhone 11 (zapowiedzianą w zeszłym roku), zaczynamy widzieć technologię Ultra Wideband (UWB) wkraczającą na smartfony, z producentami (choć kilka, w tej chwili) zaczynają wdrażać go w swoich najlepszych ofertach. W przypadku Apple to AirDrop twierdzi, że firma czerpie najwięcej korzyści z UWB, podczas gdy w przypadku Samsunga jest to Near Share – odpowiednik Google AirDrop – który obiecuje poprawić jakość bezprzewodowego udostępniania treści. Ale czym dokładnie jest technologia Ultra Wideband, jak działa i jakie są jej zastosowania? Odpowiedzi na te i nie tylko w tym poradniku.

Co to jest ultraszerokopasmowy (UWB)?

UWB to technologia świadomości przestrzennej, która pomaga smartfonom w skutecznym lokalizowaniu pobliskich urządzeń w celu nawiązania łączności i przesyłania treści. Jest to zasadniczo protokół, który jest przeznaczony do użytku w bliskiej odległości i wykorzystuje technologię radiową do lokalizowania i komunikowania się z urządzeniami znajdującymi się w pobliżu. W tym celu technologia wykorzystuje dużą część widma częstotliwości radiowych do wykorzystania fal radiowych o bardzo niskiej mocy i dużej przepustowości do wymiany danych i informacji między urządzeniami. W rzeczywistości nazwa ultraszerokopasmowa pochodzi od tego, że protokół opiera się na stosunkowo szerokim zakresie częstotliwości (od 3,1 do 10,6 GHz) z dużą szerokością pasma (500 MHz).

Mimo że to Apple jako pierwszy wdrożył UWB na smartfonie z linią iPhone 11 (przy użyciu układu U1) w 2019 roku, technologia ta istnieje od kilku dziesięcioleci. I ogólnie rzecz biorąc, początkowo podlegał ograniczeniom, a jedynym organem mającym prawo do korzystania z tej technologii była armia amerykańska. Ostatecznie, wiele lat później, w 2002 r., kiedy Federalna Komisja Łączności (FCC) zatwierdziła nielicencjonowane korzystanie z UWB (w zakresie częstotliwości od 3,1 do 10,6 GHz), technologia zaczęła widzieć wdrożenia w telekomunikacji, radarze, obrazowaniu, i podobne pola.

Mówiąc o wdrożeniu technologii w smartfonach, między innymi, UWB może być używany do pomocy urządzeniu w wykrywaniu pobliskich urządzeń/obiektów w niewielkiej przestrzeni fizycznej w celu dokładniejszego ich zlokalizowania (lub komunikowania się z nimi). W przypadku iPhone'ów 11 firmy Apple technologia ta wykorzystuje chip U1, który pomaga urządzeniu w precyzyjnym wykrywaniu innych urządzeń znajdujących się w pobliżu, które są otwarte na przyjmowanie treści przez AirDrop. Dzięki temu wykrywanie i komunikacja między urządzeniami jest szybkie i bezproblemowe, a użytkownikom umożliwia proste wskazywanie urządzeń w celu wykrywania i przesyłania zawartości.

Podobnie jak Apple, wraz z nowo wydanym Note 20 Ultra, Samsung podąża za tą samą zasadą i opiera się na niej, aby włączyć technologię w sposób, który poprawia wrażenia z korzystania z funkcji Udostępnianie w pobliżu — natywnego wbudowanego narzędzia Google do bezprzewodowego udostępniania treści — dzięki szybkiemu, dokładnemu i wygodnemu wykrywaniu urządzeń i komunikacji.

Jak działa technologia Ultra Wideband (UWB)?

Aby móc wykrywać urządzenia i komunikować się z nimi, technologia Ultra Wideband wymaga użycia zarówno nadajnika, jak i odbiornika. Proces ten zwykle obejmuje nadajnik UWB, który wykorzystuje szerokie spektrum fal radiowych i wykorzystuje fale o dużej szerokości pasma (i bardzo niskiej mocy) do wysyłania impulsów na obszarze w krótkich odstępach czasu. W tym czasie odbiornik z drugiej strony przechwytuje te impulsy i przetwarza je na dane, aby w razie potrzeby wykonać dalsze operacje. Ponadto, w zależności od scenariusza użycia, w którym ma być zastosowana technologia UWB, można ją odpowiednio zmodyfikować i wykorzystać.

Gdy podobna komunikacja ma miejsce między dwoma smartfonami (wyposażonymi w UWB), określanie odległości odbywa się za pomocą pomiaru czasu przelotu (ToF), co jest używane w RADAR (Wykrywanie i zasięg radiowy). Mówiąc prościej, ToF to czas potrzebny impulsowi na pokonanie odległości między dwoma punktami. Ponieważ fale radiowe używane z UWB mają bardzo niską moc (i wysoką przepustowość: 500 MHz), łatwiej jest przesyłać duże ilości impulsów z większą prędkością. W ten sposób, biorąc pod uwagę lepszą dokładność lokalizacji w czasie rzeczywistym.

Mimo że wysoka przepustowość zastosowanej fali jest przydatna w przekazywaniu danych na niewielkie odległości, a jej wysoka częstotliwość pomaga w przechowywaniu dużych ilości danych, to samo nie dotyczy dość dużych przestrzeni fizycznych, które stanowią wiele przeszkód, takich jak ściany. Ponieważ w przeciwieństwie do Wi-Fi, które również wykorzystuje fale radiowe, UWB nie może skutecznie przenikać sygnałów przez ścianę, a zatem wymaga wyraźnej linii widzenia (LOS) dla lepszej komunikacji i odkrywania. Co więcej, w niektórych przypadkach potrzebny jest zewnętrzny system antenowy, aby zwiększyć zasięg, a co za tym idzie odbiór.

Czym różni się Ultra Wideband (UWB) od Bluetooth i Wi-Fi?

Niezależnie od tego, o jakiej technologii radiowej mówisz, czy to UWB, Wi-Fi, czy Bluetooth, każda z nich może być używana w systemach lokalizacji w czasie rzeczywistym. Oznacza to, że te technologie bezprzewodowe oferują możliwość pomocy w zlokalizowaniu obiektu lub wykryciu innych urządzeń w jego pobliżu. A zatem mogą być stosowane w systemie w zależności od jego wymagań i zastosowania – aczkolwiek ich skuteczność jest tym, co je w dużym stopniu różnicuje.

Wi-Fi jest jednym z najpopularniejszych i powszechnie stosowanych protokołów sieci bezprzewodowych do łączności. Jest używany głównie do sieci i dostępu do Internetu. Różne wersje Wi-Fi oferują różny zasięg i prędkość, przy czym dominującymi pasmami są 2,4 GHz i 5 GHz. W przeciwieństwie do UWB, Wi-Fi wykorzystuje wąskie pasmo częstotliwości, które pozwala na znacznie niższą szybkość transmisji, co jest jedną z jego największych wad w porównaniu z UWB. Co więcej, ponieważ pasma fal mają wysoki współczynnik absorpcji, wymagają one wyraźnego LOS, aby zapewnić lepszą łączność. Kluczową miarą używaną do określenia jakości połączenia jest zwykle siła sygnału, która działa w przypadku połączenia internetowego, ale nie w przypadku wykrywalności. I to właśnie ogranicza Wi-Fi od bycia preferowanym protokołem do wykrywania i lokalizowania pobliskich obiektów.

Podobnie jak Wi-Fi, Bluetooth również opiera się na falach w wąskim paśmie częstotliwości, a zatem nie oferuje skuteczności, z jaką jego konkurent, UWB, emituje impulsy. Podobnie, jeśli chodzi o wykrywanie pobliskich obiektów, Bluetooth wykorzystuje siłę sygnału jako miarę określania jakości sygnału, co, jak już wspomnieliśmy, nie jest najskuteczniejszym sposobem określenia dokładnej lokalizacji obiektu w pobliżu. I dlatego, podobnie jak Wi-Fi, Bluetooth również pozostaje w tyle za UWB, jeśli chodzi o wykrywanie pobliskich obiektów i urządzeń.

Jakie są zastosowania technologii Ultra Wideband (UWB)?

Dzięki technologii umożliwiającej dokładne wykrywanie pobliskich urządzeń i bezprzewodowe przesyłanie treści w szybki i bezproblemowy sposób istnieje wiele scenariuszy użycia, w których UWB może okazać się korzystny. A w niektórych przypadkach nawet lepsze niż obecnie używane protokoły.

Oprócz smartfonów, w których technologia pomaga w udostępnianiu treści lub może pomóc w określeniu/lokalizacji innych urządzeń w pobliżu, UWB może być używany w rozszerzonej rzeczywistości (AR), nawigacji, płatnościach mobilnych, dostępie do pojazdów, nawigacji w pomieszczeniach, śledzeniu zasobów, przemyśle motoryzacyjnym, zastosowania medyczne i różne inne cele.

Co na przyszłość czeka technologia Ultra Wideband (UWB)?

Jak widać w najnowszej ofercie Samsunga, Galaxy Note 20 Ultra, firma wdraża UWB na urządzeniu, aby zapewnić lepszą funkcjonalność dzięki funkcji Udostępnianie w pobliżu. Oczywiście jest to tylko jedna aplikacja, którą firma podkreśliła, aby od teraz wykorzystać technologię UWB. I prawdopodobnie istnieje wiele innych scenariuszy użycia, które można wykorzystać. Podobnie, przyjęcie tego samego przez Apple z linią iPhone'a 11 może również otworzyć możliwości dla innych aplikacji wykorzystujących dokładne dane o pozycji, aby zapewnić lepszą funkcjonalność (a nawet nowe funkcjonalności), gdy programiści uzyskają pełny dostęp do chipa U1 i rozpoczną pracę. wykorzystując swoją moc.

Podobnie możemy również zobaczyć firmy śledzące aktywa korzystające z UWB, aby umożliwić użytkownikom dokładne śledzenie ich rzeczy i lepszą kontrolę nad nimi. Nie wspominając o kilku scenariuszach przypadków użycia z sekcji aplikacji, takich jak medycyna: które mogą oferować lepsze obrazowanie, śledzenie pacjenta i lepszą kontrolę nad autonomiczną chirurgią; przemysł motoryzacyjny: który może lepiej wykrywać pobliskie obiekty i poprawiać wrażenia z jazdy autonomicznej, jednocześnie czyniąc ją bezpieczną; Perspektywa zastosowania i zakres wykorzystania UWB jest niezwykle szeroki i możemy mieć nadzieję, że w nadchodzących latach w różnych branżach będziemy go widzieć lepiej.