Ultra Wideband (UWB) e la sua importanza [Spiegato]

Dai recentemente annunciati 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) fare il suo ingresso negli smartphone, con i produttori (sebbene, al momento, solo un paio) che iniziano a implementarla nelle loro offerte di punta. Nel caso di Apple, è AirDrop che l’azienda afferma di trarre il massimo vantaggio dall’UWB, mentre, con Samsung, è Nearby Share — l’equivalente di Google di AirDrop — che la tecnologia promette di migliorare l’esperienza di condivisione dei contenuti wireless. Ma cos’è esattamente la tecnologia Ultra Wideband, come funziona e quali sono alcune delle sue applicazioni? Risposte a queste e altre domande in questa spiegazione.

Cos’è l’Ultra Wideband (UWB)?

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

Anche se è Apple a implementare per prima l’UWB su uno smartphone con la sua linea di iPhone 11 (utilizzando il chip U1) nel 2019, la tecnologia è in circolazione da diversi decenni. E, in generale, è stata soggetta a restrizioni, inizialmente, con l’esercito degli Stati Uniti che era l’unica autorità a possedere il diritto di utilizzare la tecnologia. Alla fine, anni dopo, nel 2002, la Federal Communications Commission (FCC) autorizzò l’uso non autorizzato dell’UWB (nell’intervallo di frequenze tra 3,1 e 10,6 GHz), che ha portato a implementazioni nella telecomunicazione, radar, imaging e campi simili.

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

Proprio come Apple, con il recentemente rilasciato Note 20 Ultra, Samsung sta seguendo lo stesso principio e costruendo su di esso per includere la tecnologia in un modo che migliora l’esperienza di utilizzo di Nearby Share — l’utilità nativa integrata di Google per la condivisione wireless dei contenuti — rendendo la scoperta e la comunicazione dei dispositivi rapida, accurata e conveniente.

Come funziona la tecnologia Ultra Wideband (UWB)?

Per poter scoprire e comunicare con i dispositivi, la tecnologia Ultra-Wideband coinvolge l’uso 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 molto bassa potenza) per inviare impulsi in un’area su brevi 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 d’uso in cui viene utilizzata la tecnologia UWB, può essere modificata e utilizzata di conseguenza.

Quando una comunicazione simile avviene tra due smartphone (dotati di UWB), la misurazione della distanza viene realizzata utilizzando la misurazione del Tempo di Volo (ToF), qualcosa che viene utilizzato nel RADAR (Radio Detection and Ranging). Per dirla semplicemente, il ToF è il tempo necessario affinché un impulso attraversi una distanza tra due punti. Poiché le onde radio utilizzate con l’UWB sono a bassa potenza (e ad alta larghezza di banda: 500 MHz), è più facile trasferire grandi quantità di impulsi a velocità più elevate. Così, garantendo una migliore accuratezza della posizione in tempo reale.

Anche se l’alta larghezza di banda dell’onda impiegata è utile nel trasmettere dati su brevi distanze, e la sua alta frequenza aiuta a mantenere grandi quantità di dati, lo stesso non vale per spazi fisici piuttosto ampi che costituiscono molti ostacoli come muri. Poiché, a differenza del Wi-Fi, che utilizza anche onde radio, l’UWB non può penetrare i segnali attraverso un muro in modo efficace e, quindi, richiede una chiara Line of Sight (LOS) per una migliore comunicazione e scoperta. Inoltre, in alcuni casi, è necessario un sistema di antenna esterno per aumentare la portata e, di conseguenza, la ricezione.

In cosa si differenzia l’Ultra Wideband (UWB) da Bluetooth e Wi-Fi?

Indipendentemente dalla tecnologia radio di cui si parla, sia essa UWB, Wi-Fi o Bluetooth, ognuna di esse può essere utilizzata nei sistemi di localizzazione in tempo reale. Ciò significa che queste tecnologie wireless offrono la possibilità di aiutare a localizzare un oggetto o scoprire altri dispositivi nella sua prossimità. E possono, quindi, essere impiegate in un sistema a seconda delle sue esigenze e applicazioni — sebbene la loro efficacia sia ciò che le differenzia notevolmente.

Il Wi-Fi è uno dei protocolli di rete wireless più comuni e ampiamente adottati per la connettività. È principalmente utilizzato per il networking e l’accesso a Internet. Diverse versioni di Wi-Fi offrono diverse gamme e velocità, con 2,4 GHz e 5 GHz che sono le bande principali in uso. A differenza dell’UWB, il Wi-Fi utilizza una banda di frequenza ristretta che consente un tasso di trasmissione molto più basso, che è uno dei suoi maggiori svantaggi rispetto all’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 di solito la sua forza del segnale, che funziona nel caso di una connessione internet, ma non così bene quando si tratta di scopribilità. 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 su onde nella banda di frequenza ristretta e, quindi, non offre l’efficacia con cui il suo concorrente, l’UWB, trasmette impulsi. Allo stesso modo, quando si tratta di scoprire oggetti vicini, il Bluetooth utilizza la forza del segnale come metrica per determinare la qualità del segnale, che, come abbiamo già accennato, non è il modo più efficace per identificare la posizione accurata di un oggetto in prossimità. E quindi, proprio 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 dell’Ultra Wideband (UWB)?

Con la tecnologia che possiede la capacità di scoprire con precisione i dispositivi vicini e trasferire contenuti wireless in modo rapido e senza problemi, ci sono numerosi scenari d’uso in cui l’UWB può rivelarsi vantaggioso. E, in alcuni casi, anche migliore 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 in prossimità, l’UWB può essere utilizzato nella realtà aumentata (AR), navigazione, pagamenti mobili, accesso ai veicoli, navigazione interna, tracciamento degli asset, 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 di Samsung, il Galaxy Note 20 Ultra, l’azienda sta implementando l’UWB sul dispositivo per offrire una migliore funzionalità con Nearby Share. Certo, questa è solo una delle applicazioni che l’azienda ha evidenziato per sfruttare la tecnologia UWB fino ad ora. E ci sono probabilmente molti altri scenari d’uso che possono essere messi in atto. Allo stesso modo, l’adozione da parte di Apple della stessa con la sua linea di iPhone 11 può anche aprire possibilità per altre applicazioni per sfruttare i dati di posizione accurati per fornire una migliore funzionalità (e persino nuove funzionalità) una volta che gli sviluppatori ottengono accesso completo al chip U1 e iniziano a sfruttare il suo potere.

Allo stesso modo, possiamo anche vedere le aziende di tracciamento degli asset utilizzare l’UWB per consentire agli utenti di tracciare con precisione i propri beni e avere un migliore controllo su di essi. Senza contare alcuni scenari d’uso dalla sezione applicazioni, come il campo medico: che può offrire migliori imaging, tracciamento dei pazienti e un migliore controllo sulla chirurgia autonoma; industria automobilistica: che può migliorare il rilevamento degli oggetti vicini e migliorare l’esperienza di guida autonoma rendendola anche sicura; la prospettiva di applicazione e l’ambito d’uso per l’UWB è immensamente ampio, e possiamo sperare di vedere miglioramenti in questo campo nei prossimi anni in diverse industrie.