Ультра широкополосная связь (UWB) и ее значение [Объяснение]

От недавно анонсированного Note 20 Ultra от Samsung до последних предложений Apple: серии iPhone 11 (анонсированной в прошлом году), мы начинаем видеть, как технология ультра широкополосной связи (UWB) проникает в смартфоны, при этом производители (хотя бы несколько на данный момент) начинают внедрять ее в свои флагманские предложения. В случае с Apple это AirDrop, от которого компания утверждает, что она получает наибольшую выгоду от UWB, тогда как в случае с Samsung это Nearby Share — эквивалент AirDrop от Google — который технология обещает улучшить для беспроводного обмена контентом. Но что такое технология ультра широкополосной связи, как она работает и каковы некоторые из ее приложений? Ответы на эти и другие вопросы в этом объяснении.

Что такое ультра широкополосная связь (UWB)?

UWB — это технология пространственного восприятия, которая помогает смартфонам эффективно находитьNearby устройства для установления соединения и передачи контента. Это, по сути, протокол, предназначенный для использования на коротких расстояниях и использующий радиотехнологию для определения местоположения и связи с устройствами вблизи. 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 ультра широкополосная связь происходит от зависимости протокола от относительно широкого диапазона частот (от 3,1 до 10,6 ГГц) с высокой пропускной способностью (500 МГц).

Несмотря на то, что именно Apple первой внедрила UWB в смартфон с линейкой iPhone 11 (используя чип U1) в 2019 году, технология существует уже несколько десятилетий. И в значительной степени она была подвержена ограничениям, изначально только военное ведомство США имело право использовать эту технологию. В конечном итоге, через несколько лет, в 2002 году Федеральная комиссия по связи (FCC) разрешила не лицензированное использование UWB (в диапазоне частот от 3,1 до 10,6 ГГц), и тогда технология начала внедряться в телекоммуникации, радары, изображения и аналогичные области.

Говоря о внедрении технологии в смартфоны, среди прочих приложений, UWB может использоваться для помощи устройству в обнаруженииNearby устройств/объектов в небольшом физическом пространстве для более точного определения их местоположения (или связи с ними). В линейке iPhone 11 от Apple эта технология используется с помощью чипа U1, который помогает устройству точно определять другие устройства вблизи, которые готовы принимать контент через AirDrop. Таким образом, обнаружение и связь между устройствами становятся быстрыми и беззаботными, предлагая пользователям возможность указывать на устройства для простого обнаружения и передачи контента.

Подобно Apple, с недавно выпущенным Note 20 Ultra, Samsung следует той же концепции и развивает ее, чтобы включить технологию таким образом, чтобы улучшить опыт использования Nearby Share — встроенной утилиты Google для беспроводного обмена контентом — делая обнаружение устройств и связь быстрыми, точными и удобными.

Как работает технология ультра широкополосной связи (UWB)?

Чтобы иметь возможность обнаруживать и связываться с устройствами, технология ультра широкополосной связи включает в себя использование как передатчика, так и приемника. Процесс обычно включает в себя передатчик UWB, который использует широкий спектр радиоволн и использует волны с высокой пропускной способностью (и очень низкой мощностью) для отправки импульсов по области через небольшие периодические временные интервалы. В то время как это происходит, приемник, с другой стороны, захватывает эти импульсы и переводит их в данные для выполнения дальнейших операций по мере необходимости. Более того, в зависимости от сценария использования, в котором используется технология UWB, она может быть модифицирована и использована соответствующим образом.

Когда аналогичная связь происходит между двумя смартфонами (оснащенными UWB), измерение расстояния осуществляется с использованием измерения времени полета (ToF), что используется в радиолокации (RADAR). Проще говоря, ToF — это время, необходимое для того, чтобы импульс преодолел расстояние между двумя точками. Поскольку радиоволны, используемые с UWB, имеют очень низкую мощность (и высокую пропускную способность: 500 МГц), легче передавать большие объемы импульсов на более высоких скоростях. Таким образом, обеспечивая лучшую точность определения местоположения в реальном времени.

Несмотря на то, что высокая пропускная способность используемой волны полезна для передачи данных на короткие расстояния, а ее высокая частота помогает удерживать большие объемы данных, это не относится к довольно большим физическим пространствам, которые содержат множество препятствий, таких как стены. Поскольку в отличие от Wi-Fi, который также использует радиоволны, UWB не может эффективно проникать через стены, и, следовательно, требует четкой линии видимости (LOS) для лучшей связи и обнаружения. Более того, в некоторых случаях может потребоваться внешняя антенная система для увеличения диапазона и, следовательно, приема.

Чем ультра широкополосная связь (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 предлагают возможность помочь определить объект или обнаружить другие устройства в его окружении. И, следовательно, могут быть использованы в системе в зависимости от ее требований и применения — хотя их эффективность является тем, что в значительной степени отличает их друг от друга.

Wi-Fi является одним из самых распространенных и широко используемых беспроводных сетевых протоколов для подключения. Он в основном используется для сетевого взаимодействия и доступа в интернет. Разные версии Wi-Fi предлагают разные диапазоны и скорости, при этом 2,4 ГГц и 5 ГГц являются основными используемыми диапазонами. В отличие от UWB, Wi-Fi использует узкий частотный диапазон, который позволяет значительно снизить скорость передачи, что является одним из его основных недостатков по сравнению с UWB. Более того, поскольку диапазоны волн имеют высокий коэффициент поглощения, они требуют четкой линии видимости для обеспечения лучшего подключения. Ключевым показателем, используемым для определения качества соединения, обычно является его сила сигнала, что работает в случае интернет-соединения, но не так эффективно, когда речь идет о возможности обнаружения. И именно это ограничивает Wi-Fi от того, чтобы быть предпочтительным протоколом для обнаружения и определения местоположенияNearby объектов.

Подобно Wi-Fi, Bluetooth также полагается на волны в узком частотном диапазоне и, следовательно, не предлагает той эффективности, с которой его конкурент, UWB, передает импульсы. Аналогично, когда речь идет об обнаруженииNearby объектов, Bluetooth использует силу сигнала в качестве критерия для определения качества сигнала, что, как мы уже упоминали, не является самым эффективным способом определения точного местоположения объекта вблизи. И поэтому, как и Wi-Fi, Bluetooth также отстает от UWB, когда речь идет об обнаруженииNearby объектов и устройств.

Каковы некоторые приложения ультра широкополосной связи (UWB)?

С учетом того, что технология обладает способностью точно обнаруживатьNearby устройства и передавать контент беспроводным способом быстро и без проблем, существует множество сценариев использования, где UWB может оказаться полезной. И, в некоторых случаях, даже лучше, чем протоколы, которые в настоящее время используются.

Помимо смартфонов, где технология помогает с обменом контентом или может помочь определить/найти другие устройства вблизи, UWB может использоваться в дополненной реальности (AR), навигации, мобильных платежах, доступе к транспортным средствам, внутренней навигации, отслеживании активов, автомобильной промышленности, медицинских приложениях и различных других целях.

Что ждет технологию ультра широкополосной связи (UWB) в будущем?

Как мы можем видеть на последнем предложении Samsung, Galaxy Note 20 Ultra, компания внедряет UWB в устройство, чтобы предложить лучшую функциональность с Nearby Share. Конечно, это всего лишь одно приложение, которое компания выделила для использования технологии UWB на данный момент. И, вероятно, существует множество других сценариев использования, для которых она может быть применена. Аналогично, принятие Apple этой технологии с линейкой iPhone 11 также может открыть возможности для других приложений, чтобы воспользоваться точными данными о местоположении для предоставления лучшей функциональности (и даже новых функций), как только разработчики получат полный доступ к чипу U1 и начнут использовать его возможности.

Аналогично, мы также можем видеть компании по отслеживанию активов, использующие UWB, чтобы позволить пользователям точно отслеживать свои вещи и иметь лучший контроль над ними. Не говоря уже о нескольких сценариях использования из раздела приложений, таких как медицинская область: которая может предложить лучшее изображение, отслеживание пациентов и лучший контроль над автономной хирургией; автомобильная промышленность: которая может улучшить обнаружениеNearby объектов и улучшить опыт автономного вождения, делая его безопасным; перспектива применения и сфера использования UWB чрезвычайно широка, и мы можем надеяться увидеть лучшее из этого в ближайшие годы в различных отраслях.