Ultra Wideband (UWB) und seine Bedeutung [Erklärt]

Von dem neu angekündigten Note 20 Ultra von Samsung bis zu Apples neuesten Angeboten: der iPhone 11-Serie (letztes Jahr angekündigt), beginnen wir zu sehen, dass die Ultra-Wideband (UWB)-Technologie ihren Weg in Smartphones findet, wobei Hersteller (wenn auch nur einige im Moment) beginnen, sie in ihren Spitzenangeboten zu implementieren. Im Fall von Apple ist es AirDrop, von dem das Unternehmen behauptet, dass es am meisten von UWB profitiert, während es bei Samsung Nearby Share — Googles Pendant zu AirDrop — ist, das 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 auf diese und mehr in dieser Erklärung.

Was ist Ultra Wideband (UWB)?

UWB ist eine Technologie zur räumlichen Wahrnehmung, die Smartphones dabei hilft, nahegelegene Geräte effektiv zu lokalisieren, um eine Verbindung herzustellen und Inhalte zu übertragen. Es ist im Wesentlichen ein Protokoll, das für die Verwendung im Nahbereich gedacht ist und Funktechnologie nutzt, um Geräte in der Nähe zu lokalisieren und mit ihnen zu kommunizieren. Um dies zu tun, nutzt die Technologie einen großen Teil des Funkspektrums, um die sehr energiearmen und hochbandbreitigen Funkwellen zu verwenden, um Daten und Informationen zwischen Geräten auszutauschen. Tatsächlich stammt der Name Ultra-Wideband von der Abhängigkeit des Protokolls von einem relativ breiten Frequenzbereich (3,1 bis 10,6 GHz) mit einer hohen Bandbreite (500 MHz).

Obwohl Apple 2019 mit seiner iPhone 11-Reihe (unter Verwendung des U1-Chips) UWB erstmals in einem Smartphone implementierte, gibt es die Technologie schon seit einigen Jahrzehnten. Und im Großen und Ganzen war sie anfangs Einschränkungen unterworfen, wobei das US-Militär die einzige Behörde war, die das Recht hatte, die Technologie zu nutzen. Schließlich, Jahre später, war es 2002, als die Federal Communications Commission (FCC) die unlizenzierte Nutzung von UWB (im Frequenzbereich zwischen 3,1 und 10,6 GHz) genehmigte, dass die Technologie in der Telekommunikation, Radar, Bildgebung und ähnlichen Bereichen zu sehen war.

Wenn wir über die Implementierung der Technologie in Smartphones sprechen, kann UWB unter anderem verwendet werden, um einem Gerät zu helfen, nahegelegene Geräte/Objekte in einem kleinen physischen Raum zu entdecken, um sie genauer zu lokalisieren (oder mit ihnen zu kommunizieren). Mit der iPhone 11-Reihe von Apple wird die Technologie unter Verwendung des U1-Chips eingesetzt, der dem Gerät hilft, andere Geräte in der Nähe präzise zu erkennen, die bereit sind, Inhalte über AirDrop zu empfangen. Dadurch wird die Entdeckung und Kommunikation zwischen Geräten schnell und unkompliziert, und die Benutzer haben die Möglichkeit, Geräte zu zeigen, um Inhalte einfach zu entdecken und zu übertragen.

Ähnlich wie Apple folgt Samsung mit dem neu veröffentlichten Note 20 Ultra demselben Prinzip und baut darauf auf, um die Technologie so zu integrieren, dass sie das Erlebnis der Nutzung von Nearby Share — Googles integrierter Dienst für drahtloses Teilen von Inhalten — verbessert, indem die Gerätesuche und Kommunikation schnell, genau und bequem gemacht wird.

Wie funktioniert die Ultra Wideband (UWB)-Technologie?

Um Geräte entdecken und mit ihnen kommunizieren zu können, umfasst 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 niedriger Leistung) verwendet, um Pulse über einen Bereich in kleinen periodischen Zeitintervallen zu senden. Während dies geschieht, erfasst ein Empfänger am anderen Ende diese Pulse und übersetzt sie in Daten, um weitere Operationen nach Bedarf durchzuführen. Darüber hinaus kann die UWB-Technologie je nach Anwendungsfall modifiziert und entsprechend verwendet werden.

Wenn eine ähnliche Kommunikation zwischen zwei Smartphones (ausgestattet mit UWB) stattfindet, wird die Reichweite mithilfe der Zeitmessung (Time of Flight, ToF) erreicht, etwas, das in RADAR (Radio Detection and Ranging) verwendet wird. Einfach gesagt, ToF ist die Zeit, die benötigt wird, damit ein Puls eine Strecke zwischen zwei Punkten zurücklegt. Da die mit UWB verwendeten Funkwellen sehr energiearm (und hochbandbreit: 500 MHz) sind, ist es einfacher, große Mengen von Pulsen schneller zu übertragen. Dies sorgt für eine bessere Echtzeit-Standortgenauigkeit.

Obwohl die hohe Bandbreite der verwendeten Welle nützlich ist, um Daten über kurze Distanzen zu übertragen, und ihre hohe Frequenz hilft, große Datenmengen zu halten, gilt dies nicht für relativ große physische Räume, die viele Hindernisse wie Wände enthalten. Da UWB, im Gegensatz zu Wi-Fi, das ebenfalls Funkwellen nutzt, die Signale nicht effektiv durch eine Wand hindurch senden kann, ist eine klare Sichtlinie (Line of Sight, LOS) für eine bessere Kommunikation und Entdeckung erforderlich. Darüber hinaus ist in einigen Fällen ein externes Antennensystem erforderlich, um die Reichweite und damit den Empfang zu verbessern.

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

Unabhängig davon, über welche Funktechnologie man spricht, sei es UWB, Wi-Fi oder Bluetooth, kann jede von ihnen in Echtzeit-Standortsystemen verwendet werden. Das bedeutet, dass diese drahtlosen Technologien die Fähigkeit bieten, ein Objekt zu lokalisieren oder andere Geräte in ihrer Nähe zu entdecken. Sie können daher je nach Anforderungen und Anwendung in einem System eingesetzt werden — obwohl ihre Wirksamkeit etwas ist, das sie erheblich unterscheidet.

Wi-Fi ist eines der häufigsten und am weitesten verbreiteten drahtlosen Netzwerkprotokolle für Konnektivität. Es wird hauptsächlich für Netzwerke und Internetzugang verwendet. Verschiedene Versionen von Wi-Fi bieten unterschiedliche Reichweiten und Geschwindigkeiten, wobei 2,4 GHz und 5 GHz die prominenten Bänder sind, die verwendet werden. Im Gegensatz zu UWB verwendet Wi-Fi ein enges Frequenzband, das eine viel niedrigere Übertragungsrate ermöglicht, was einen seiner größten Nachteile gegenüber UWB darstellt. Darüber hinaus erfordern die Wellenbänder aufgrund ihrer hohen Absorptionsrate eine klare Sichtlinie, um eine bessere Konnektivität zu bieten. Die wichtigste Kennzahl zur Bestimmung der Qualität einer Verbindung ist normalerweise die Signalstärke, die im Falle einer Internetverbindung funktioniert, aber nicht so, wenn es um Entdeckbarkeit geht. Und genau das schränkt Wi-Fi ein, um ein bevorzugtes Protokoll zur Entdeckung und Lokalisierung nahegelegener Objekte zu sein.

Ähnlich wie Wi-Fi verlässt sich auch Bluetooth auf Wellen im engen Frequenzband und bietet daher nicht die Wirksamkeit, mit der sein Konkurrent, UWB, Pulse sendet. Ebenso verwendet Bluetooth bei der Entdeckung nahegelegener Objekte die Signalstärke als Kennzahl zur Bestimmung der Signalqualität, was, wie bereits erwähnt, nicht der effektivste Weg ist, um den genauen Standort eines Objekts in der Nähe zu identifizieren. Daher bleibt Bluetooth, wie Wi-Fi, hinter UWB zurück, wenn es darum geht, nahegelegene Objekte und Geräte zu entdecken.

Was sind einige Anwendungen von Ultra Wideband (UWB)?

Da die Technologie die Fähigkeit besitzt, nahegelegene Geräte genau zu entdecken und Inhalte drahtlos schnell und unkompliziert zu übertragen, gibt es zahlreiche Anwendungsszenarien, in denen UWB von Vorteil sein kann. Und in einigen Fällen sogar besser als die derzeit verwendeten Protokolle.

Neben Smartphones, wo die Technologie beim Teilen von Inhalten hilft oder andere Geräte in der Nähe bestimmen/lokalisieren kann, kann UWB in Augmented Reality (AR), Navigation, mobilen Zahlungen, Fahrzeugzugang, Innenraumnavigation, Asset-Tracking, Automobilindustrie, medizinischen Anwendungen und verschiedenen anderen Zwecken eingesetzt werden.

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

Wie wir mit dem neuesten Angebot von Samsung, dem Galaxy Note 20 Ultra, sehen können, implementiert das Unternehmen UWB auf dem Gerät, um eine bessere Funktionalität mit Nearby Share zu bieten. Natürlich ist dies nur eine Anwendung, die das Unternehmen bisher hervorgehoben hat, um die UWB-Technologie zu nutzen. Und es gibt wahrscheinlich eine Reihe anderer Anwendungsszenarien, in denen dasselbe eingesetzt werden kann. Ebenso kann Apples Übernahme derselben mit seiner iPhone 11-Reihe auch die Möglichkeiten für andere Anwendungen eröffnen, die von den genauen Positionsdaten profitieren, um eine bessere Funktionalität (und sogar neue Funktionalitäten) zu bieten, sobald die Entwickler vollständigen Zugriff auf den U1-Chip erhalten und beginnen, seine Leistung zu nutzen.

Ebenso können wir auch sehen, dass Asset-Tracking-Unternehmen UWB nutzen, um Benutzern zu ermöglichen, ihre Besitztümer genau zu verfolgen und besser zu kontrollieren. Ganz zu schweigen von einigen Anwendungsszenarien aus dem Abschnitt Anwendungen, wie dem medizinischen Bereich: der bessere Bildgebung, Patientenverfolgung und bessere Kontrolle über autonome Chirurgie bieten kann; der Automobilindustrie: die besser darin werden kann, nahegelegene Objekte zu erkennen und das autonome Fahrerlebnis zu verbessern, während sie auch sicher bleibt; die Anwendungsperspektive und der Anwendungsbereich von UWB sind immens weit, und wir können hoffen, in den kommenden Jahren in verschiedenen Branchen bessere Ergebnisse zu sehen.