Ultra Wideband (UWB) e sua importância [Explicado]

Desde o recém-anunciado Note 20 Ultra da Samsung até as últimas ofertas da Apple: a série iPhone 11 (anunciada no ano passado), estamos começando a ver a tecnologia Ultra Wideband (UWB) fazendo seu caminho para os smartphones, com fabricantes (embora, alguns, no momento) começando a implementá-la em suas ofertas de ponta. No caso da Apple, é o AirDrop que a empresa afirma se beneficiar mais do UWB, enquanto, com a Samsung, é o Nearby Share — o equivalente do Google ao AirDrop — que a tecnologia promete melhorar a experiência de compartilhamento de conteúdo sem fio. Mas o que exatamente é a tecnologia Ultra Wideband, como ela funciona e quais são algumas de suas aplicações? Respostas para essas e mais neste explicador.

O que é Ultra Wideband (UWB)?

UWB é uma tecnologia de consciência espacial que ajuda smartphones a localizar dispositivos próximos de forma eficaz para estabelecer conectividade e transferir conteúdo. É, essencialmente, um protocolo destinado ao uso em curtas distâncias e utiliza tecnologia de rádio para localizar e se comunicar com dispositivos nas proximidades. Para fazer isso, a tecnologia aproveita uma grande parte do espectro de frequência de rádio para utilizar ondas de rádio de muito baixa potência e alta largura de banda para trocar dados e informações entre dispositivos. De fato, o nome ultra-wideband vem da dependência do protocolo em uma faixa de frequência relativamente ampla (3,1 a 10,6 GHz) com uma alta largura de banda (500 MHz).

Embora seja a Apple quem primeiro implementou o UWB em um smartphone com sua linha iPhone 11 (usando o chip U1) em 2019, a tecnologia existe há várias décadas. E, em grande parte, esteve sujeita a restrições, inicialmente, com o exército dos EUA sendo a única autoridade com o direito de usar a tecnologia. Eventualmente, anos depois, foi em 2002, quando a Comissão Federal de Comunicações (FCC) autorizou o uso não licenciado do UWB (na faixa de frequência entre 3,1 a 10,6 GHz), que a tecnologia começou a ver implementações em telecomunicações, radar, imagem e campos semelhantes.

Falando sobre a implementação da tecnologia em smartphones, entre outras aplicações, o UWB pode ser usado para ajudar um dispositivo a descobrir dispositivos/objetos próximos em um pequeno espaço físico para localizá-los (ou se comunicar com eles) de forma mais precisa. Com a linha iPhone 11 da Apple, a tecnologia é empregada usando o chip U1, que ajuda o dispositivo a detectar precisamente outros dispositivos nas proximidades que estão abertos a aceitar conteúdo via AirDrop. Assim, tornando a descoberta e a comunicação entre dispositivos rápidas e sem complicações e oferecendo aos usuários a capacidade de apontar dispositivos para descobrir e transferir conteúdo de forma simples.

Assim como a Apple, com o recém-lançado Note 20 Ultra, a Samsung está seguindo o mesmo princípio e construindo sobre ele para incluir a tecnologia de uma forma que melhore a experiência de uso do Nearby Share — a utilidade nativa integrada do Google para compartilhamento de conteúdo sem fio — tornando a descoberta e comunicação de dispositivos rápidas, precisas e convenientes.

Como funciona a tecnologia Ultra Wideband (UWB)?

Para poder descobrir e se comunicar com dispositivos, a tecnologia Ultra-Wideband envolve o uso de um transmissor e um receptor. O processo geralmente envolve um transmissor UWB que aproveita um grande espectro de ondas de rádio e utiliza as ondas com alta largura de banda (e muito baixa potência) para enviar pulsos em uma área em pequenos intervalos de tempo periódicos. Enquanto isso acontece, um receptor, na outra extremidade, captura esses pulsos e os traduz em dados para realizar operações adicionais conforme necessário. Além disso, dependendo do cenário de uso em que a tecnologia UWB é aplicada, ela pode ser modificada e utilizada de acordo.

Quando uma comunicação semelhante ocorre entre dois smartphones (equipados com UWB), a medição de distância é realizada usando a medição do Tempo de Voo (ToF), algo que é usado em RADAR (Detecção e Medição de Rádio). Para simplificar, ToF é o tempo que leva para um pulso percorrer uma distância entre dois pontos. Como as ondas de rádio usadas com UWB são de muito baixa potência (e alta largura de banda: 500 MHz), é mais fácil transferir grandes quantidades de pulsos a velocidades mais rápidas. Assim, proporcionando melhor precisão de localização em tempo real.

Embora a alta largura de banda da onda empregada seja útil para transmitir dados em curtas distâncias, e sua alta frequência ajude a manter grandes quantidades de dados, o mesmo não se aplica a espaços físicos relativamente grandes que constituem muitos obstáculos, como paredes. Como, ao contrário do Wi-Fi, que também usa ondas de rádio, o UWB não pode penetrar sinais através de uma parede de forma eficaz e, portanto, requer uma Linha de Visão (LOS) clara para melhor comunicação e descoberta. Além disso, em alguns casos, há a necessidade de um sistema de antena externo para aumentar o alcance e, por sua vez, a recepção.

Como o Ultra Wideband (UWB) é diferente do Bluetooth e Wi-Fi?

Independentemente da tecnologia de rádio que você menciona, seja UWB, Wi-Fi ou Bluetooth, cada uma delas pode ser usada em sistemas de localização em tempo real. O que isso significa é que essas tecnologias sem fio oferecem a capacidade de ajudar a localizar um objeto ou descobrir outros dispositivos em sua proximidade. E podem, portanto, ser empregadas em um sistema dependendo de seus requisitos e aplicações — embora sua eficácia seja algo que as diferencia amplamente.

Wi-Fi é um dos protocolos de rede sem fio mais comuns e amplamente adotados para conectividade. É usado principalmente para redes e acesso à internet. Diferentes versões de Wi-Fi oferecem diferentes alcances e velocidades, com 2,4GHz e 5GHz sendo as bandas proeminentes em uso. Ao contrário do UWB, o Wi-Fi usa uma faixa de frequência estreita que permite uma taxa de transmissão muito mais baixa, que é uma de suas maiores desvantagens em relação ao UWB. Além disso, como as faixas de onda têm uma alta taxa de absorção, elas requerem uma LOS clara para oferecer melhor conectividade. A métrica chave usada para determinar a qualidade de uma conexão é geralmente sua força de sinal, que funciona no caso de uma conexão de internet, mas não tanto quando se trata de descobribilidade. E é exatamente isso que limita o Wi-Fi de ser um protocolo preferido para descobrir e localizar objetos próximos.

Assim como o Wi-Fi, o Bluetooth também depende de ondas na faixa de frequência estreita e, portanto, não oferece a eficácia com que seu concorrente, UWB, transmite pulsos. Da mesma forma, quando se trata de descobrir objetos próximos, o Bluetooth usa a força do sinal como uma métrica para determinar a qualidade do sinal, que, como já mencionamos, não é a maneira mais eficaz de identificar a localização precisa de um objeto nas proximidades. E, portanto, assim como o Wi-Fi, o Bluetooth também fica atrás do UWB quando se trata de descobrir objetos e dispositivos próximos.

Quais são algumas aplicações do Ultra Wideband (UWB)?

Com a tecnologia possuindo a capacidade de descobrir com precisão dispositivos próximos e transferir conteúdo sem fio de maneira rápida e sem complicações, existem inúmeros cenários de casos em que o UWB pode se mostrar benéfico. E, em alguns casos, até melhor do que os protocolos atualmente em uso.

Além de smartphones, onde a tecnologia ajuda com compartilhamento de conteúdo ou pode ajudar a determinar/localizar outros dispositivos nas proximidades, o UWB pode ser usado em realidade aumentada (AR), navegação, pagamentos móveis, acesso a veículos, navegação interna, rastreamento de ativos, indústria automotiva, aplicações médicas e várias outras finalidades.

O que a tecnologia Ultra Wideband (UWB) reserva para o futuro?

Como podemos ver com a última oferta da Samsung, o Galaxy Note 20 Ultra, a empresa está implementando o UWB no dispositivo para oferecer melhor funcionalidade com o Nearby Share. Claro, esta é apenas uma aplicação que a empresa destacou para aproveitar a tecnologia UWB até agora. E provavelmente existem muitos outros cenários de casos que a mesma pode ser utilizada. Da mesma forma, a adoção da mesma pela Apple com sua linha iPhone 11 também pode abrir possibilidades para outras aplicações aproveitarem os dados de posição precisos para fornecer melhor funcionalidade (e até novas funcionalidades) uma vez que os desenvolvedores tenham acesso completo ao chip U1 e comecem a aproveitar seu poder.

Da mesma forma, também podemos ver empresas de rastreamento de ativos usando UWB para permitir que os usuários rastreiem com precisão seus pertences e tenham melhor controle sobre os mesmos. Sem mencionar, alguns cenários de casos da seção de aplicações, como o campo médico: que pode oferecer melhor imagem, rastreamento de pacientes e melhor controle sobre cirurgia autônoma; a indústria automotiva: que pode melhorar a detecção de objetos próximos e melhorar a experiência de direção autônoma, tornando-a também segura; a perspectiva de aplicação e o escopo de uso para o UWB é imensamente amplo, e podemos esperar ver melhorias nos próximos anos em diferentes indústrias.