Komunikacja UWB - przyszły lider rynku

Czym jest komunikacja ultra szerokopasmowa (UWB)?

Ultraszerokopasmowa technologia komunikacji bezprzewodowej (UWB), w porównaniu z innymi technologiami komunikacji bezprzewodowej, do przesyłania informacji wykorzystuje szerokie pasmo częstotliwości. Większość typowych technologii bezprzewodowych moduluje sygnał nośny w celu przekazywania informacji, a modulacją tą może być amplituda fali nośnej, częstotliwość fali nośnej lub faza fali nośnej. Te metody przekazywania informacji mają na ogół wąskie zakresy częstotliwości (tj. niewielką szerokość pasma), co oznacza, że ​​większość ich mocy radiowej przypada na określoną częstotliwość. W przypadku Wi-Fi szerokość pasma radiowego wynosi od 20 MHz do 40 MHz, wycentrowanego na 2,4 GHz lub 5 GHz.

UWB wykorzystuje jednak bardzo dużą przepustowość, znajdującą się w zakresie gigahercowym, który może z łatwością obejmować pasma wielu technologii radiowych (takich jak Wi-Fi) bez ingerencji w nie. Bez wchodzenia w zawiłości technologii UWB, można stwierdzić, iż jest to osiągalne ponieważ sygnał wysyłany przez UWB jest niższy niż poziom szumów w całym spektrum. Nie oznacza to, że UWB transmituje fale radiowe poniżej poziomu szumu tła, lecz ilość energii wysyłanej przez UWB w jednostce czasu jest niższa niż określona przez międzynarodowe normy granica szumów. Można to przyrównać do pojedynczego, głośnego klaśnięcia na stadionie: podczas gdy poszczególne klaśnięcia wydają się głośne, ‘średni hałas’ w jednostce czasu jest prawie bezgłośny.

UWB wysyła pojedyncze impulsy energii radiowej w szerokim zakresie częstotliwości, których fala zwykle stanowi jeden cykl. To, co sprawia, że ​​UWB jest szczególnie interesujące, to fakt, że generowanie pojedynczego impulsu energii powoduje, że nadajnik emituje w szerokim spektrum (tak jak fala prostokątna generuje fale harmoniczne).

Miliony - jeśli nie miliardy - tych impulsów są przesyłane co sekundę przez UWB. Impulsy te są rozmieszczone równomiernie tak, aby odbiornik UWB mógł odizolować sygnał UWB. Co więcej, inne technologie odbiorników w naturalny sposób ignorują sygnały UWB, ponieważ nie ma modulacji częstotliwości, energia radiowa jest bardzo niska lub przesunięcie fazowe jest zbyt wąskie.

Podsumowując, UWB wysyła maleńkie impulsy energii radiowej w szerokim spektrum, które dla pozostałych odbiorników indywidualnie wyglądają jak szum. Te impulsy energii są równomiernie rozmieszczone, dzięki czemu mogą być odebrane przez odbiornik UWB, a średnia energia sygnałów UWB spada poniżej poziomu szumów w przypadku innych rodzajów komunikacji.

Jakie są zalety UWB?

UWB ma wiele zalet w porównaniu z istniejącymi technologiami, a opracowanie niedrogiej anteny z układem fazowym dodatkowo pomaga w jej rozpowszechnianiu. Należy jednak stwierdzić, że UWB jako technologia idealnie nadaje się do wspomagania wcześniej istniejących technologii i nie ma na celu całkowitego zastąpienia jakiejkolwiek innej technologii.

Pierwszą główną zaletą UWB jest bardzo małe zużycie energii. Inne technologie, takie jak Wi-Fi i sieci komórkowe, wymagają użycia sygnałów nośnych na duże odległości, co jest bardzo energochłonne. Zmniejszenie energii zużywanej przez falę nośną zasadniczo jest główną zaletą Bluetooth, ale odbywa się to kosztem zasięgu i szybkości przesyłania danych. Wykorzystanie maleńkich porcji energii radiowej pomaga zredukować chwilowe zużycie energii, a wykorzystanie szerokiego spektrum pozwala na bardziej efektywne wykorzystanie energii (należy pamiętać, że sygnały wąskopasmowe marnują energię, która wykracza poza pasmo).

Drugą ważną zaletą UWB jest zasięg. W zależności od częstotliwości, komunikacja radiowa może być często blokowana przez przeszkody, takie jak ściany, drzwi i drzewa. Zastosowanie fali nośnej o pojedynczej częstotliwości oznacza, że ​​każda przeszkoda zdolna do blokowania sygnałów o tej częstotliwości spowoduje poważną degradację sygnału. UWB wykorzystuje jednak szerokie spektrum częstotliwości, z których wszystkie zachowują się inaczej i podążają różnymi ścieżkami. W rezultacie żadna przeszkoda, która może zablokować określoną częstotliwość, nie będzie w stanie zablokować wszystkich innych częstotliwości używanych w UWB. W związku z tym sygnały UWB sprawują się wyjątkowo dobre jeśli chodzi o omijanie przeszkód i mogą przenikać przez ściany.

Trzecią ważną zaletą UWB jest to, że wykorzystanie szerokiego zakresu częstotliwości w połączeniu z krótkimi sygnałami radiowymi pozwala na realizację zaawansowanych funkcji pozycjonowania. Podczas gdy technologie radiowe, takie jak Wi-Fi i Bluetooth, zapewniają dokładność lokalizacji na poziomie kilku metrów, UWB jest w stanie to zrobić z dokładnością do 10 cm. Pozwala to na użycie UWB w aplikacjach wymagających śledzenia zasobów, jednocześnie zapewniając komunikację z innymi urządzeniami systemu.

W jakich aplikacjach można wykorzystać UWB?

Rozważając zalety UWB, jasne jest, że UWB jest idealny do zastosowań wymagających niskiego zużycia energii, dużego zasięgu i możliwości śledzenia zasobów. Chociaż UWB może być używany do transmisji danych z dużą szybkością, jest jednak mało prawdopodobne, aby skutecznie konkurował z technologiami takimi jak telefonia komórkowa i Wi-Fi, które są specjalnie zaprojektowane do celów dużych transferów danych.

Jedną z aplikacji, dla których technologia UWB wydaje się być idealna, są urządzenia IoT. Wraz z ciągłym ulepszaniem technologii, urządzenia IoT niewątpliwie będą się zmniejszać: łącząc mały rozmiar z potrzebą zdalnej obsługi, UWB staje  się idealnym kandydatem. Niskie zapotrzebowanie na energię UWB pozwala urządzeniom IoT działać przez dłuższy czas bez konieczności ładowania, podczas gdy jego daleki zasięgu umożliwia rozproszenie urządzeń IoT na dużych obszarach.

UWB jest również idealnym rozwiązaniem dla aplikacji wymagających śledzenia zasobów. Już obecnie UWB jest używany w niektórych produktach do śledzenia zasobów, takich jak Apple Airtag, udowadniając swoje możliwości. Śledzenie zasobów stanie się kluczową funkcjonalnością w zakładach przemysłowych przyszłości, które obejmują setki, jeśli nie tysiące, urządzeń podłączonych do Internetu, których położenie musi być znane. Na przykład zautomatyzowane pojazdy towarowe, które przemieszczają towary z jednego magazynu do drugiego, mogą wykorzystywać UWB do pozycjonowania w czasie rzeczywistym względem innych urządzeń.

Technologia UWB ma również olbrzymi potencjał w branży motoryzacyjnej, może bowiem wykorzystywać swoje możliwości śledzenia do uczynienia pojazdu bardziej świadomym swojego otoczenia. Wiele pojazdów wyposażonych w systemy UWB byłoby w stanie komunikować się ze sobą w zakresie ich prędkości, położenia i przyspieszenia, co mogłoby prowadzić do zaawansowanych funkcji bezpieczeństwa, takich jak predykcyjne wykrywanie kolizji.

Korzystanie z UWB w pojazdach może również przynieść korzyści dla pieszych: samochody poruszające się drogą mogą wykryć, czy piesi wkraczają na jezdnię i albo poinformować pieszego, aby wrócił, albo w kontrolowany sposób zahamować.

Wnioski

W porównaniu z popularnymi standardami, takimi jak Wi-Fi i Bluetooth, UWB to zasadniczo inna metoda komunikacji. Wykorzystanie impulsów radiowych o szerokim spektrum pozwala na równoczesną pracę UWB z innymi technologiami, a jego wykorzystanie pozwala na realizację zaawansowanych funkcji, takich jak dokładne śledzenie. Co więcej, stosowanie impulsów radiowych w określonych odstępach czasu pomaga zmniejszyć zużycie energii przy zachowaniu wysokich szybkości transmisji danych, a wykorzystanie mocnych choć krótkich pod względem czasu impulsów pozwala na komunikację do 50 metrów (co stawia tę technologię na równi z Wi-Fi ).

UWB nie zastąpi ani nie będzie konkurować z innymi technologiami, ponieważ każda używana technologia ma swoje zalety. Jednak bez wątpienia będzie głównym graczem w przyszłych aplikacjach IoT i IIoT i może również znaleźć szerokie zastosowanie w motoryzacji.

Artykuł opublikowano dzięki uprzejmości firmy Arrow.