Сверхширокополосный (UWB) и его значение [Объяснение]

От недавно анонсированного Note 20 Ultra от Samsung до последних предложений Apple: серии iPhone 11 (объявленной в прошлом году), мы начинаем видеть, как технология сверхширокополосной связи (UWB) проникает в смартфоны с производителями (хотя пара, на данный момент) начинают внедрять его в свои первоклассные предложения. В случае с Apple именно AirDrop, как утверждает компания, получает наибольшую выгоду от UWB, в то время как в случае с Samsung это Nearby Share — эквивалент AirDrop от Google — технология обещает улучшить опыт беспроводного обмена контентом. Но что такое сверхширокополосная технология, как она работает и каковы некоторые из ее применений? Ответы на эти и другие вопросы в этом объяснении.

Что такое сверхширокополосный (UWB)?

UWB — это технология пространственного восприятия, которая помогает смартфонам эффективно находить близлежащие устройства для установления связи и передачи контента. По сути, это протокол, предназначенный для использования в ближнем радиусе действия и использующий радиотехнологии для обнаружения и связи с устройствами, находящимися поблизости. Для этого технология использует большую часть радиочастотного спектра, чтобы использовать радиоволны с очень низкой мощностью и высокой пропускной способностью для обмена данными и информацией между устройствами. На самом деле, название «сверхширокополосный» происходит от того, что протокол использует относительно широкий диапазон частот (от 3,1 до 10,6 ГГц) с высокой пропускной способностью (500 МГц).

Несмотря на то, что именно Apple впервые внедрила UWB на смартфоне с линейкой iPhone 11 (с использованием чипа U1) в 2019 году, эта технология существует уже несколько десятилетий. И в целом на него изначально накладывались ограничения, поскольку единственным органом, имеющим право использовать эту технологию, были военные США. В конце концов, спустя годы, в 2002 году, когда Федеральная комиссия по связи (FCC) разрешила нелицензированное использование UWB (в диапазоне частот от 3,1 до 10,6 ГГц), технология начала находить применение в телекоммуникациях, радарах, визуализации, и подобные поля.

Говоря о реализации технологии в смартфонах, помимо прочего, UWB можно использовать, чтобы помочь устройству обнаруживать близлежащие устройства/объекты в небольшом физическом пространстве, чтобы более точно определять их местонахождение (или связываться с ними). В линейке Apple iPhone 11 эта технология используется с использованием чипа U1, который помогает устройству точно обнаруживать другие устройства поблизости, которые открыты для приема контента через AirDrop. Таким образом, обнаружение и связь между устройствами становятся быстрыми и беспроблемными, а пользователям предоставляется возможность просто указывать устройства для обнаружения и передачи контента.

Как и Apple, с недавно выпущенным Note 20 Ultra Samsung следует тому же принципу и использует его, чтобы включить технологию таким образом, чтобы улучшить опыт использования Nearby Share — собственной встроенной утилиты Google для беспроводного обмена контентом. делая обнаружение устройств и обмен данными быстрыми, точными и удобными.

Как работает сверхширокополосная (UWB) технология?

Чтобы иметь возможность обнаруживать устройства и связываться с ними, сверхширокополосная технология предполагает использование как передатчика, так и приемника. В этом процессе обычно используется сверхширокополосный передатчик, который использует широкий спектр радиоволн и использует волны с широкой полосой пропускания (и очень малой мощностью) для отправки импульсов в области через небольшие периодические интервалы времени. Пока это происходит, приемник на другом конце улавливает эти импульсы и преобразует их в данные для выполнения дальнейших операций по мере необходимости. Кроме того, в зависимости от сценария использования, в котором применяется технология UWB, ее можно модифицировать и использовать соответствующим образом.

Когда аналогичная связь происходит между двумя смартфонами (оснащенными UWB), определение дальности выполняется с использованием измерения времени полета (ToF), что-то, что используется в RADAR (радиообнаружение и определение дальности). Проще говоря, ToF — это время, за которое импульс проходит расстояние между двумя точками. Поскольку радиоволны, используемые с UWB, имеют очень низкую мощность (и широкую полосу пропускания: 500 МГц), легче передавать большое количество импульсов на более высоких скоростях. Таким образом, с учетом лучшей точности определения местоположения в реальном времени.

Несмотря на то, что широкая полоса пропускания используемой волны полезна для передачи данных на короткие расстояния, а ее высокая частота помогает хранить большие объемы данных, это не относится к довольно большим физическим пространствам, которые представляют собой множество препятствий, таких как стены. Поскольку, в отличие от Wi-Fi, который также использует радиоволны, UWB не может эффективно проникать через стену и, следовательно, требует прямой видимости (LOS) для лучшей связи и обнаружения. Кроме того, в некоторых случаях требуется внешняя антенная система для увеличения дальности и, в свою очередь, приема.

Чем сверхширокополосный (UWB) отличается от Bluetooth и Wi-Fi?

Независимо от того, о какой радиотехнологии вы говорите, будь то UWB, Wi-Fi или Bluetooth, каждая из них может использоваться в системах определения местоположения в реальном времени. Это означает, что эти беспроводные технологии действительно помогают найти объект или обнаружить другие устройства поблизости. И, следовательно, могут использоваться в системе в зависимости от ее требований и применения, хотя их эффективность во многом отличает их.

Wi-Fi является одним из наиболее распространенных и широко распространенных протоколов беспроводной сети для подключения. Он в основном используется для работы в сети и доступа в Интернет. Различные версии Wi-Fi предлагают разный диапазон и скорость, при этом наиболее часто используются диапазоны 2,4 ГГц и 5 ГГц. В отличие от UWB, Wi-Fi использует узкую полосу частот, что обеспечивает гораздо более низкую скорость передачи, что является одним из его самых больших недостатков по сравнению с UWB. Кроме того, поскольку диапазоны волн имеют высокую скорость поглощения, им требуется четкая линия прямой видимости, чтобы обеспечить лучшую связь. Ключевым показателем, используемым для определения качества соединения, обычно является уровень сигнала, который работает в случае подключения к Интернету, но не так, когда речь идет об обнаружении. И именно это ограничивает использование Wi-Fi в качестве предпочтительного протокола для обнаружения и определения местоположения ближайших объектов.

Как и Wi-Fi, Bluetooth также использует волны в узкой полосе частот и, следовательно, не обеспечивает такой эффективности, с которой его конкурент, UWB, передает импульсы. Точно так же, когда дело доходит до обнаружения близлежащих объектов, Bluetooth использует мощность сигнала в качестве метрики определения качества сигнала, что, как мы уже упоминали, не является самым эффективным способом определения точного местоположения объекта в непосредственной близости. И поэтому, как и Wi-Fi, Bluetooth также отстает от UWB, когда дело доходит до обнаружения ближайших объектов и устройств.

Каковы некоторые области применения сверхширокополосной связи (UWB)?

Благодаря технологии, способной точно обнаруживать близлежащие устройства и передавать контент по беспроводной сети быстро и без проблем, существует множество сценариев использования, в которых UWB может оказаться полезным. А в некоторых случаях даже лучше, чем используемые в настоящее время протоколы.

Помимо смартфонов, где технология помогает обмениваться контентом или может помочь определить/обнаружить другие устройства поблизости, UWB можно использовать в дополненной реальности (AR), навигации, мобильных платежах, доступе к транспортным средствам, внутренней навигации, отслеживании активов, автомобильной промышленности, медицинские приложения и различные другие цели.

Какие перспективы у сверхширокополосной (UWB) технологии?

Как видно из последнего предложения Samsung, Galaxy Note 20 Ultra, компания реализует UWB на устройстве, чтобы предложить лучшую функциональность с помощью Nearby Share. Конечно, на данный момент это только одно приложение, которое компания выделила для использования технологии UWB. И, вероятно, есть множество других сценариев использования, которые можно использовать. Точно так же принятие Apple того же самого с линейкой iPhone 11 может также открыть возможности для других приложений, использующих точные данные о местоположении, для обеспечения лучшей функциональности (и даже новых функций), как только разработчики получат полный доступ к чипу U1 и начнут используя свою власть.

Точно так же мы также можем видеть компании по отслеживанию активов, использующие UWB, чтобы пользователи могли точно отслеживать свои вещи и лучше контролировать их. Не говоря уже о нескольких сценариях использования из раздела приложений, таких как медицина: которые могут предложить лучшую визуализацию, отслеживание пациентов и лучший контроль над автономной хирургией; автомобильная промышленность: которая может лучше обнаруживать близлежащие объекты и улучшать опыт автономного вождения, а также делать его безопасным; Перспективы применения и сфера использования UWB чрезвычайно широки, и мы можем надеяться увидеть лучшие результаты в ближайшие годы в различных отраслях.