A tecnologia de banda ultralarga, ou , está cada vez mais no foco da mídia digital ou sendo mencionada em relação aos produtos carro-chefe das principais empresas. No entanto, ainda permanece um azarão entre as tecnologias sem fio convencionais e sofre com a falta de exposição na mídia. UWB Assim, este artigo pretende resolver essa injustiça. É uma revisão que contém uma breve perspectiva histórica, uma descrição dos princípios gerais, métodos, campos de aplicação e casos de uso e analisa as capacidades e perspectivas. Visão geral do conteúdo Sobre a tecnologia UWB História do desenvolvimento Prós e contras da tecnologia UWB Métodos de localização UWB Aplicações e casos de uso Conclusão Sobre a tecnologia UWB UWB é uma tecnologia de comunicação sem fio que usa um espectro ultra amplo do sinal da operadora e permite que os dados sejam transmitidos em distâncias curtas com consumo de energia extremamente baixo. De acordo com : Setor de Radiocomunicações da UIT “A tecnologia de banda ultralarga (UWB) é uma tecnologia de radiocomunicação de curto alcance, que envolve a geração e transmissão intencional de energia de radiofrequência que se espalha por uma faixa de frequência muito grande, podendo sobrepor várias faixas de frequência atribuídas aos serviços de radiocomunicação. Os dispositivos que usam a tecnologia UWB geralmente têm radiação intencional da antena com uma largura de banda de –10 dB de pelo menos 500 MHz ou uma largura de banda fracional de –10 dB maior que 0,2”. O principal método de comunicação UWB é a transmissão de uma série de pulsos curtos, cada um com duração de cerca de 1 nanossegundo. E como quanto mais curto o pulso, mais amplo seu espectro, esses pulsos requerem uma largura de banda muito maior (em comparação com as comunicações de banda estreita). Daí o termo “banda ultralarga”. Outra característica é um nível de sinal muito baixo, próximo à intensidade do ruído do rádio. Por isso, o UWB coexiste com outras tecnologias mais tradicionais sem causar interferência. de radiocomunicação História do desenvolvimento O método de transmissão de sinais por pulsos era conhecido . Naquela época, versões aprimoradas do transmissor de faísca, com o qual Heinrich Hertz iria provar a existência de ondas eletromagnéticas, eram amplamente utilizadas em . no final dos anos 80 do século XIX a organização da comunicação sem fio entre navios e estações costeiras Mais tarde, durante a Segunda Guerra Mundial, a tecnologia de rádio de pulso foi usada em vários radares militares. , cientistas soviéticos, tentando melhorar os sistemas de energia, iniciaram extensas pesquisas nessa área. Eles eram , embora o escopo de aplicação ainda fosse principalmente militar. Na década de 1950 o primeiro a entender que pulsos ultracurtos podem transmitir mais informações sobre um objeto , os sistemas de radar baseados em UWB começaram a ser usados para aplicações civis: varredura de solo, edifícios, posicionamento, alerta de colisão, detecção de nível de líquido, detecção de intrusos e em estações de radar móveis. Na década de 1970 , de 17.04.1973, é considerado um marco no desenvolvimento da tecnologia e destaca uma das grandes vantagens do UWB - a coexistência com padrões comuns sem interferência. Patente dos EUA de Ross 3.728.632 , devido ao crescente interesse comercial, a Federal Communications Commission (FCC) dos EUA aprovou o uso comercial regulamentado do espectro de rádio de 3,1 a 10,6 GHz. Em 2002 , o Instituto Europeu de Padrões de Telecomunicações (ETSI) publicou o padrão IEEE 802.15.4, que define a camada física (PHY) e a camada de controle de acesso à mídia (MAC) para redes de área pessoal sem fio de baixa taxa (LR-WPAN). Uma extensão do padrão com foco na segurança foi introduzida em 2020 em 802.15.4z, que introduziu a camada física PHY CSS (modulação de frequência linear em 2450 MHz), definiu um método de alcance bidirecional e adicionou uma cifra de substituição. Em 2003 Não foi até alguns anos atrás, , que o UWB se tornou conhecido por um público mais amplo de usuários finais, quando empresas de renome mundial, como Apple e Samsung, começaram a introduzir funcionalidades baseadas nessa tecnologia em seus dispositivos de segmento de consumo. em 2019 Prós e contras da tecnologia UWB Uma das do UWB é sua devido à sua alta resolução de temporização e comprimento de onda curto. É por isso que a tecnologia é tão boa para medição e rastreamento de distância: UWB é 100 vezes mais preciso que Wi-Fi ou Bluetooth Low Energy em tais tarefas e fornece precisão em alguns centímetros em vez de alguns metros. principais vantagens resistência a o efeito multicaminho O uso de UWB, por sua vez, dá quando comparado com Bluetooth e Wi-Fi. Isso possibilita a implantação de vários sistemas baseados em UWB no mesmo ambiente sem causar conflitos com outros padrões. alta resiliência a frequência seletiva desbotando torna o UWB um candidato ideal para sistemas de posicionamento automático de objetos em movimento rápido em tempo real, por exemplo, drones. A latência extremamente baixa como consequência da baixa potência dos pulsos gerados. O mais recente A mudança aumentou a segurança dos dados ao introduzir uma nova camada física de modulação de frequência de linha, adicionando técnicas de criptografia, como carimbo de data/hora codificado e cifra de substituição. Outra vantagem importante é o alto grau de proteção de dados IEEE 802.15.04z-2020 Outras vantagens do UWB incluem: Sem restrições na disponibilidade do espectro de rádio; Suporte simultâneo de centenas de canais; Ampla gama de taxas de dados: de 4 Mbit/s a 675 Mbit/s e superior, dependendo da frequência; Suporte inerente às dezenas de topologias; Uso flexível do espectro; Consumo de energia ultrabaixo: 2 mW a 1 Mbps, 6 μW a 1 kbps; Baixo custo de chip: ~2 – 5 USD para produção em massa. Mas, claro, nem tudo é tão tranquilo... Devido ao comprimento de pulso curto e ao espectro ultra amplo, (em comparação com a transmissão de banda estreita) . a taxa de transferência de UWB cai muito mais com a distância Em teoria, (quando esta última não é limitada por regulamentos) . largura de banda larga e alta potência do sinal podem interferir nos sistemas e linhas de comunicação existentes Além disso, em vários países ( , a maioria dos quais na antiga União Soviética) por agências estatais e serviços de segurança. Na Rússia, por exemplo, os rastreadores AirTags são forçados a usar o Bluetooth em vez do UWB originalmente concebido. a disponibilidade de espectro 12 países é limitada Métodos de localização UWB Vejamos como a tecnologia implementa uma de suas principais vantagens - determinação de distância ultraprecisa. Variação bidirecional (TWR) UWB usa — o tempo para entregar pacotes de “solicitação-resposta” — para medir a distância entre dispositivos, em vez de , que é usado em outros padrões. ToF (Time-of-Flight) RSSI (Received Signal Strength Indicator) Este método calcula a distância entre a etiqueta e a âncora determinando o ToF e multiplicando-o pela velocidade da luz. O mais complexo Double-Sided Two-Way Ranging (DS-TWR) corrige implicitamente os erros de deslocamento do relógio, mas requer mais pacotes de dados e, como resultado, consome mais energia: ToF =1/2*(T1'T2'-T1T2)/(T1'+T2'+T1+T2) Diferença de Tempo de Chegada (TDoA) Obviamente, a medição ToF usando uma única âncora não fornecerá a localização da tag, mas com a ajuda de várias âncoras externas, o UWB é capaz de determinar a posição bi e tridimensional da tag no espaço dentro de uma determinada área. Ao mesmo tempo, os pacotes de tags são trocados com as âncoras, e a diferença no tempo de recebimento desses pacotes é calculada. Dependendo de qual é o lado receptor, duas topologias são reconhecidas: , como por exemplo no GPS; Tag-Side Time-Difference of Arrival (TS-TDoA) . Diferença de Tempo de Chegada do Lado Âncora (AS-TDoA) Diferença de fase de chegada (PDoA) Observe que o cálculo ToF determina apenas a distância, mas não a direção. resolve esse problema, bem como o problema com a organização de infraestrutura adicional. É feito com duas antenas em pelo menos um dos dispositivos. A diferença de fase do sinal recebido nas antenas permite calcular o O método de diferença de fase de chegada (PDoA) ângulo de chegada do sinal (Angle of Arrival, AoA). Aplicações e casos de uso A maioria dos aplicativos da tecnologia UWB utiliza seus recursos de segurança de alcance fino ou uma combinação de ambos. Sendo, por muito tempo, atraente principalmente para fins militares e industriais, a tecnologia recentemente encontrou novas implementações devido ao atual estado da arte em eletrônicos de consumo: wearables, smartphones e infraestrutura inteligente. Capacidades de alcance fino Com o UWB, a localização exata a poucos centímetros de todos os tipos de objetos torna-se real. , o UWB ajuda as pessoas a encontrar os serviços necessários em hospitais, fornece dados baseados em proximidade, como registros médicos de pacientes, para a equipe e localiza pacientes para cuidadores. também é útil quando se trata de uma busca rápida de itens pequenos ou equipamentos caros e importantes, como desfibriladores. Na área da saúde O rastreamento de ativos médicos As propriedades do radar UWB são usadas que também encontra sua aplicação em edifícios inteligentes com detecção de presença, babás eletrônicas, aplicações médicas e detecção de queda. na medição remota de parâmetros vitais, como frequência cardíaca e respiratória, A tecnologia tem uma aplicação extremamente ampla em navegação interna quando é necessária a orientação por diferentes tipos de instalações - shoppings, hospitais, estacionamentos, locais de produção. O UWB pode ser usado durante uma , rastreando e rastreando qualquer pessoa que permaneça no local. evacuação de emergência é uma das questões mais relevantes no período de pandemia. Os crachás e pulseiras habilitados para UWB podem avisar ao se aproximar e alertar ao violar a zona segura com precisão inferior a 10 cm. O distanciamento social Com o UWB, os processos de produção podem ser digitalizados e otimizados por meio , o que melhora as taxas de utilização de itens e economiza tempo. O local de produção torna-se mais seguro com utilizando o método TWR de UWB. de rastreamento de ferramentas e equipamentos sistemas de detecção anticolisão E, claro, já amplamente conhecidas anexadas aos chaveiros ou mochila e emparelhadas com seu smartphone economizam tempo para encontrar itens pessoais importantes. as tags UWB Controle de acesso e entrada sem chave passiva Com o cálculo do Time-of-Flight, o UWB garante alta precisão no alcance, bem como a segurança dos dados transmitidos, enquanto o cálculo do ângulo de chegada (AoA) permite definir a direção do movimento. Portanto, os dispositivos habilitados para UWB podem entender se um usuário está se aproximando de uma porta trancada ou saindo e determinar de que lado da porta isso está acontecendo. , mais comumente — Bluetooth. O Bluetooth é usado para iniciar o alcance e transferir dados, enquanto o UWB é diretamente responsável pelo alcance. No caso de controle de acesso, o UWB é usado em par com outros protocolos A nova camada física (PHY) adicionada no IEEE 802.15.4z e relacionada à proteção criptográfica minimiza o sucesso de . Isso abre um grande número de possibilidades: e muito mais. ataques MITM fechaduras inteligentes em apartamentos e portas de garagem, sistemas de controle de acesso físico em locais de produção, serviços de aluguel, chaves digitais para veículos No início de 2022, a Samsung, em colaboração com a Zigbang, anunciou o lançamento de um . Para desbloquear este cadeado nem precisa de tirar o smartphone do bolso. "fechadura inteligente" Em janeiro de 2021, a Apple e confirmou que está adicionando uma gama mais ampla de opções de chave digital e ID digital ao iOS 15 e ao watchOS 8 para usuários do Apple Watch. O Pixel 6 Pro e o Pixel 7 Pro do Google também suportam chave digital UWB, bem como o recurso "Nearby Share" do Android, que permite transferir arquivos de perto de um dispositivo para outro. anunciou seu recurso de chave de carro digital baseado em UWB Volkswagen e acompanha-o oferecendo funcionalidades alargadas como o reconhecimento da presença da cadeira de criança e desativação do airbag correspondente, controlo por gestos da porta traseira, deteção automática e extração do engate para engate com reboque. maior fabricante de chips do mundo, NXP O BMW X5 e X6 atualizados suportarão a função de chave digital UWB, que pode ser compartilhada com até mais cinco pessoas por meio de um aplicativo nativo. Os dispositivos UWB podem formar uma chamada em torno de uma determinada área, usada principalmente para desbloquear automaticamente dispositivos pessoais. Alguns vídeos com uma demonstração de como essas "bolhas" funcionam: "bolha de segurança" A tecnologia pode ser usada em uma variedade de . No monitoramento de saúde, uma rede de sensores UWB, como eletrocardiograma (ECG), sensor de saturação de oxigênio (SpO2) e eletromiografia (EMG), pode ser usada para desenvolver um sistema de saúde proativo e inteligente. aplicativos WBAN Multimídia, realidade aumentada e virtual O baixo valor de latência (5-10 ms para streaming de áudio ao usar codecs e até 2 ms para áudio não compactado) torna o UWB atraente para uso em . streaming de dados de vídeo e áudio, em VR e AR e vários tipos de controladores Os dispositivos UWB podem criar que são usadas em . experiências contextuais com base na proximidade e orientação sistemas de varejo e residências inteligentes Os alto-falantes Apple HomePod, HomePod mini e Nest do podem captar instantaneamente músicas em um smartphone, um podcast ou uma conversa telefônica em andamento quando se aproxima do alto-falante (recurso "Handoff" da Apple). Google Um bom exemplo de um dispositivo doméstico inteligente é . Lançado em 2016, este produto infelizmente estava à frente de seu tempo. O conjunto incluía para definir sua orientação para que o menu de contexto do dispositivo para o qual o controle remoto apontasse fosse chamado. A principal desvantagem era o preço proibitivo: $ 399 no início. Sevenhugs Smart Remote X o controle remoto e âncoras Os detectores de presença com UWB podem ser usados em . Acender a luz quando o movimento é detectado economiza eletricidade, e a alta sensibilidade dos sensores UWB pode detectar até o menor movimento de uma pessoa sentada silenciosamente em um computador ou telefone e manter a iluminação na área desejada. sistemas de iluminação profissional de edifícios de escritórios oferece aos clientes ofertas individuais com base em sua rota de viagem e preferências. As empresas podem se beneficiar do . O marketing direcionado tráfego de pedestres e da análise do comportamento de compra Automotivo Múltiplos casos para automóveis incluem: : o motorista pode deixar o carro no lugar certo, e o carro encontrará um lugar e estacionará sozinho. Posteriormente, por meio de um aplicativo no smartphone, o motorista pode chamar o carro para ser atendido no local desejado; Estacionamento com manobrista sem motorista e pick-up ; V2X* (comunicação veículo-para-tudo) e condução autónoma e várias funções de conveniência, mencionadas anteriormente; Chave digital do carro (uma rede social para Automóveis) pode diminuir significativamente os acidentes através da comunicação entre veículos e elementos da infraestrutura de tráfego. A comunicação C2X “Siga-me” e recursos anti-colisão usando a tecnologia UWB de alguma forma surpreendentemente encontraram aplicação na mala inteligente Airwheel SR5 que libera as mãos do proprietário e se comporta como um “bom menino” seguindo “o papai” e evitando obstáculos. Além disso, a UWB é uma candidata líder em tecnologia para aplicações de micro veículos aéreos (MAV). Conclusão É justo dizer que o padrão UWB está pronto para um futuro brilhante - além de vários casos de uso b2b, as chances são altas de que em breve ele se torne uma das interfaces padrão de smartphone, como aconteceu com Bluetooth e NFC . Previsão de CAGR do mercado UWB de 16,06% para US$ 3,129 bilhões até 2026, pode ser dobrado, se não triplicado, caso o UWB se torne uma das interfaces padrão - ele já está aparecendo nos principais smartphones e pode chegar à faixa intermediária em breve. conforme relatado por “Pesquisa e Mercados” em 2021 No , observamos atentamente os desenvolvimentos de UWB e participamos de vários projetos baseados em UWB, incluindo casos de uso típicos, como RTLS, bem como implementações mais raras do meio, incluindo streaming de áudio. Ficaria feliz em discutir suas necessidades de produto! outro não
