اصطلاح “UWB” در مقالات خبری فناوری در چند سال گذشته به طور مکرر ظاهر شده است. چندین گروه صنعتی با هدف ترویج استفاده از فناوری UWB تأسیس شدهاند و تولیدکنندگان گوشیهای هوشمند شروع به گنجاندن قابلیت UWB در گوشیهای پرچمدار خود کردهاند. حتی AirTag اپل از فناوری UWB استفاده میکند. پس، UWB دقیقاً چیست و چه چیزی آن را مفید میسازد؟
پسزمینه
اگرچه اصطلاح UWB (یا Ultra-WideBand) میتواند معنای وسیعتری در دنیای بیسیم داشته باشد، ما بر روی تعریف UWB به عنوان فناوری رادیویی بیسیم با برد کوتاه و پالس، که در استاندارد IEEE 802.15.4z مشخص شده است، تمرکز خواهیم کرد و به طور خاصتر به زیرمجموعهای از آن استاندارد که توسط FiRa Consortium پذیرفته شده است، که HID Global یکی از اعضای بنیانگذار آن است، خواهیم پرداخت.
نگاهی نزدیکتر
برخلاف فناوریهای بیسیم متعارف مانند Bluetooth®، Wi-Fi و رادیو FM، که اطلاعات را با مدوله کردن یک موج حامل پیوسته ارسال میکنند، UWB با ارسال جریاناتی از پالسهای بسیار کوتاه (حدود دو نانوثانیه هر کدام) از موج حامل عمل میکند. مدت زمان کوتاه این پالسها است که به UWB پهنای باند وسیع (499.2MHz) و نام آن را میدهد. UWB میتواند از فرکانسهای حامل بین 3.1GHz و 10.6GHz استفاده کند (اگرچه FiRa در حال حاضر فقط از 6.0GHz تا 10.6GHz استفاده میکند) و قدرت ارسال به شدت توسط نهادهای نظارتی محدود شده است. این منجر به یک محدوده عملی چند ده متر میشود و آن را از نیاز به مجوز معاف میسازد.
در دنیای مخابرات، پهنای باند وسیع معمولاً با نرخهای داده بالا مرتبط است. با این حال، ویژگی ارزشمندتر UWB توانایی آن در انجام اندازهگیریهای دقیق، سریع و قابل اعتماد از جهت و فاصله (یا “رنجینگ”) بین دو یا چند دستگاه مجهز به UWB است. این توانایی به کاربردهای روزمره مانند دسترسی بدون درز و خدمات موقعیتیابی در زمان واقعی کمک میکند.
در این مرحله، ممکن است فکر کنید، “چرا به یک فناوری بیسیم دیگر نیاز داریم؟ Bluetooth و Wi-Fi میتوانند اندازهگیریهای فاصله و جهت را به ما بدهند.” بله، میتوانند، اما UWB مزایای متمایزی نسبت به آن فناوریهای دیگر ارائه میدهد.
دقت بالاتر
اکثر سیستمهای رنجینگ Bluetooth و Wi-Fi از قدرت سیگنال دریافتی به عنوان معیاری برای فاصله استفاده میکنند. این یک تقریب خام است که به تغییرات در محیط بسیار حساس است، به پردازش سیگنال اضافی نیاز دارد و اندازهگیریهایی با دقت چند متر در بهترین حالت ارائه میدهد.
از طرف دیگر، اندازهگیریهای رنجینگ UWB بر اساس محاسبه زمان پرواز (ToF) است. یک دستگاه اندازهگیری میکند که چقدر طول میکشد تا پیامها “پرواز” کنند و به یک دستگاه دوم برسند و دوباره برگردند و سپس فاصله طی شده را بر اساس سرعت نور محاسبه میکند. اندازهگیریها در چند سانتیمتر دقیق هستند.
رنجینگ سریعتر
فاصلهیابی بلوتوث و Wi-Fi شامل فیلتر کردن و پردازش سیگنال برای دستیابی به سطح قابل استفادهای از دقت است و بهروزرسانیهای فاصلهیابی را هر چند ثانیه یکبار ارائه میدهد. این میتواند به شما بگوید که آیا یک شخص (با یک گوشی هوشمند) در یک اتاق است یا نه.
عملیات فاصلهیابی UWB میتواند تنها چند میلیثانیه طول بکشد و منجر به صدها بهروزرسانی فاصلهیابی در هر ثانیه شود. این میتواند به شما بگوید که آن شخص در کدام جهت در اتاق در حال حرکت است و با چه سرعتی.
قابل اعتمادتر
قابلیت اطمینان فاصلهیابی UWB ناشی از پهنای باند وسیع و مکانیزمهای تصحیح خطا است. انرژی هر پالس بر روی یک دامنه فرکانسی وسیع پخش میشود و این باعث میشود که کمتر به تداخل باند باریک حساس باشد. ویژگیهای تشخیص و تصحیح خطا در پیام UWB اجازه میدهد تا عملیات موفق حتی اگر برخی از پالسها در یک پیام به درستی دریافت نشوند، ادامه یابد.
امنیت بیشتر
ویژگیهای فاصلهیابی امن محافظتی در برابر حملات به اصطلاح رله و پخش مجدد فراهم میکنند، جایی که یک دزد بالقوه میتواند یک دستگاه UWB را فریب دهد تا فکر کند که یک دستگاه UWB دیگر در نزدیکی آن است. این حمله برای دزدیدن خودروها استفاده شده است با فریب دادن خودرو به این که “مالک” در حال نزدیک شدن است و بنابراین درها را باز میکند.
موارد استفاده
نام کنسرسیوم FiRa از طبیعت فاصلهیابی دقیق UWB ناشی میشود و این پایهگذار تمام موارد استفادهای است که FiRa استانداردسازی و ترویج میکند، مانند باز کردن درب بدون تماس، ردیابی دارایی، خدمات موقعیتیابی در زمان واقعی و فاصلهگذاری اجتماعی. لیست در حال رشد موارد استفاده FiRa را بررسی کنید اینجا.
پل کبل از سال 2009 بخشی از تیم HID Global بوده است. در این مدت، او مهندس ارشد توسعه و سرپرست تیم مهندسی سختافزار برای حوزه کسبوکار کنترل دسترسی فیزیکی بوده است. او در حال حاضر مهندس ارشد اصلی در تیم پلتفرم سختافزاری مرکزی است و به گسترش فناوری جدید به تیمهای طراحی شرکت کمک میکند. از سال 2019 پل همچنین عضو چندین گروه کاری کنسرسیوم FiRa بوده است.