فناوری UWB حالا در مسیر توسعه گسترده قرار گرفته و با دقت موقعیت‌یابی بالا، در حال ورود به دستگاه‌های هوشمند و کاربردهای متنوع است.
به گزارش تکراتو و به نقل از synzen، فناوری ultra-wideband یا همان UWB بالاخره پس از سال‌ها توسعه محدود، به مرحله استفاده گسترده در دستگاه‌های الکترونیکی رسیده است.
این فناوری که پیش‌تر بیشتر در صنایع نظامی به کار می‌رفت، حالا جای خود را در میان استانداردهای بی‌سیم محبوب مانند Wi-Fi، Bluetooth و GNSS باز کرده و قرار است کاربردهای متنوع‌تری را پوشش دهد.
معرفی فناوری UWB
UWB یک پروتکل بی‌سیم است که با استفاده از فرکانس‌های بالا، می‌تواند داده‌های زیادی را در فاصله‌های کوتاه منتقل کند. اما نکته‌ای که این فناوری را از سایرین متمایز می‌کند، توانایی آن در موقعیت‌یابی بسیار دقیق دستگاه‌ها حتی بدون نیاز به خط دید مستقیم است. این موضوع باعث شده UWB به انتخاب اصلی برای فناوری‌های مبتنی بر مکان‌یابی تبدیل شود.
این فناوری با پهنای باندی حدود ۵۰۰ مگاهرتز (یا بیشتر) در بازه فرکانسی بین ۳.۱ تا ۱۰.۶ گیگاهرتز فعالیت می‌کند. به دلیل همین پهنای باند وسیع، UWB با توان انتقال پایین عمل می‌کند و این مسئله احتمال تداخل با سایر سیستم‌های بی‌سیم باریک‌باند را کاهش می‌دهد.
سرعت انتقال داده‌ها در UWB حدود ۱ گیگابیت بر ثانیه است. البته این سرعت از Wi-Fi، به‌ویژه نسخه Wi-Fi 6، پایین‌تر است، اما از فناوری‌هایی مانند Bluetooth و NFC بسیار سریع‌تر عمل می‌کند. با این حال، نقطه قوت اصلی UWB سرعت نیست، بلکه توانایی بی‌نظیر آن در تشخیص مکان و حرکت دقیق دستگاه‌هاست.
UWB چگونه کار می‌کند؟
UWB عملکردی شبیه به سونار دارد، اما به جای امواج صوتی از پالس‌های رادیویی بسیار کوتاه (حدود ۵۰۰ میلیون پالس در ثانیه) استفاده می‌کند. این پالس‌ها به گیرنده اجازه می‌دهند موقعیت یک شی را از طریق فرآیندی به نام تعیین فاصله (ranging) محاسبه کند.
در این روش، یک دستگاه UWB مجموعه‌ای از پالس‌های رادیویی کم‌قدرت را ارسال می‌کند و دستگاه دیگر آن‌ها را دریافت می‌کند. با اندازه‌گیری زمان رسیدن این پالس‌ها، که به آن Time of Flight گفته می‌شود، می‌توان فاصله بین دو دستگاه را محاسبه کرد.
علاوه بر این، اطلاعاتی مانند زاویه ورود سیگنال یا اختلاف زمان رسیدن پالس‌ها نیز در محاسبه مکان و حرکت دستگاه‌ها دخیل هستند. ترکیب این تکنیک‌ها باعث افزایش دقت موقعیت‌یابی توسط UWB می‌شود.
این ویژگی‌ها، فناوری UWB را برای کاربردهایی مثل موقعیت‌یابی داخلی، کلیدهای دیجیتال، ردیابی اشیا و خدمات مبتنی بر مکان بسیار مناسب کرده است.
تاریخچه و توسعه فناوری UWB
UWB فناوری جدیدی نیست. ریشه‌های آن به پژوهش‌های اولیه دانشمندانی مانند هاینریش هرتز و گوگلیلمو مارکونی بازمی‌گردد. در قرن بیستم، ثبت اختراع‌هایی در این حوزه انجام شد، اما به دلیل نگرانی نهادهای نظارتی مانند FCC درباره تداخل با سایر فناوری‌های بی‌سیم، توسعه تجاری آن متوقف شد.
اما در دو دهه اخیر، با معرفی استاندارد IEEE 802.15.4 و سپس نسخه جدیدتر آن یعنی IEEE 802.15.4z در سال ۲۰۲۰، مسیر برای استفاده تجاری از این فناوری باز شده است.
این استاندارد جدید دقت موقعیت‌یابی را افزایش داده و ویژگی‌هایی مثل رمزنگاری و پیام‌های امن را نیز به آن افزوده است. به همین دلیل، UWB به گزینه‌ای بسیار مناسب برای کلیدهای دیجیتال در خودروها تبدیل شده و امنیت بالایی در برابر سرقت ایجاد می‌کند.
سازمان‌هایی مانند Car Connectivity Consortium، UWB Alliance و FiRa Consortium تلاش می‌کنند تا محدودیت‌های قانونی در مسیر توسعه UWB را کاهش دهند و زمینه را برای رشد گسترده این فناوری فراهم کنند.
فناوری UWB
موج تجاری UWB
برندهایی مانند Apple و Samsung اکنون UWB را در گوشی‌های هوشمند خود قرار داده‌اند. دستگاه‌هایی مانند Apple Airtags و Samsung Smart Tags با بهره‌گیری از این فناوری، مسیر را برای گسترش UWB در بازار هموار کرده‌اند.
سایر تولیدکنندگان مانند Google، Xiaomi و Oppo نیز در حال عرضه گوشی‌هایی با قابلیت UWB هستند. با افزایش تعداد دستگاه‌های مجهز به این فناوری، توسعه‌دهندگان نیز به دنبال یافتن کاربردهای جدید و مصرف‌محور برای آن هستند.
در صنعت خودرو، UWB برای ایجاد کلیدهای دیجیتال ایمن به کار گرفته شده است. برای مثال، در خودروی BMW iX، با نزدیک شدن مالک، خودرو به‌صورت خودکار روشن شده و درها باز می‌شوند، بدون آنکه نیاز به بیرون آوردن گوشی باشد.
این فناوری همچنین پتانسیل بالایی در حوزه اینترنت اشیا دارد. به دلیل دقت بالای مکان‌یابی، می‌توان از UWB برای کنترل هوشمند خانه بهره برد؛ مثلاً با ورود کاربر، چراغ‌ها روشن یا دما تنظیم شود.
یکی دیگر از کاربردهای جالب، استفاده از گوشی به عنوان کنترلر برای دستگاه‌های اطراف است. برای نمونه، با نشانه رفتن گوشی به سمت یک لامپ، رابطی اختصاصی روی صفحه گوشی نمایش داده می‌شود که امکان تغییر رنگ یا میزان نور را فراهم می‌کند.
UWB در رسانه‌ها و پروژه‌های خاص
در جام جهانی فوتبال ۲۰۲۲ در قطر، توپ‌هایی با سنسور UWB استفاده شدند تا موقعیت دقیق توپ در هر لحظه مشخص شود و داده‌ها به‌صورت زنده منتقل شوند. این موضوع می‌تواند انقلابی در داوری فوتبال به وجود آورد و خطاهای انسانی را کاهش دهد. همچنین در دوره کرونا، از قابلیت موقعیت‌یابی دقیق UWB برای فاصله‌گذاری اجتماعی و ردیابی تماس‌ها استفاده شد.
البته با وجود مزایای بسیار، نگرانی‌هایی درباره حفظ حریم خصوصی در فناوری‌هایی مانند UWB وجود دارد، زیرا امکان ردیابی دقیق افراد در محیط‌های مختلف را فراهم می‌کند. مثل بسیاری از فناوری‌های نوین، خطر سوءاستفاده همیشه وجود دارد.
UWB نه به عنوان جایگزین بلکه به عنوان مکمل فناوری‌هایی مانند Wi-Fi، Bluetooth، GNSS، NFC و RFID وارد میدان شده است. ترکیب این فناوری‌ها با UWB می‌تواند کارایی کلی سیستم‌ها را ارتقا دهد.
کاربردهای مختلف UWB
با گسترش استفاده از UWB، کاربردهای جدیدی نیز در حال ظهور هستند، از جمله:
صنعت و لجستیک: ردیابی همزمان هزاران شی با دقت بالا
ورود بدون کلید به خودروها: با امنیت بیشتر نسبت به سیستم‌های قدیمی
خانه‌های هوشمند: شناسایی اشیا گمشده، روشن کردن وسایل با ورود کاربر
انتقال سریع داده بین دستگاه‌ها، به‌ویژه در همکاری با شبکه‌های 5G
ورزش: کمک به داوران برای تصمیم‌گیری دقیق
بازی‌های ویدیویی: تأخیر بسیار پایین برای تجربه بهتر گیمرها
خودروهای خودران: افزایش دقت در موقعیت‌یابی برای جلوگیری از تصادف‌ها
همه این‌ها نشان می‌دهند که فناوری UWB هنوز در مراحل ابتدایی کاربرد تجاری قرار دارد، اما آینده‌ای بسیار روشن در انتظار آن است.
راه‌حل‌های آنتن برای فناوری UWB
با توجه به پتانسیل بسیار بالای UWB، انتخاب آنتن مناسب برای هر کاربرد از اهمیت بالایی برخوردار است. نوع و کیفیت آنتن نقش مستقیم در کارایی دستگاه دارد.
شرکت Synzen Precision Technology مجموعه‌ای گسترده از آنتن‌های UWB را تولید کرده که بازه فرکانسی کامل ۳.۱ تا ۱۰.۶ گیگاهرتز را پوشش می‌دهند. این آنتن‌ها با فناوری‌های مختلف طراحی شده‌اند و بسته به نیاز پروژه، می‌توان گزینه مناسب را انتخاب کرد.
در صورتی که پروژه‌ای خاص در نظر دارید یا نیاز به مشاوره برای انتخاب آنتن مناسب دارید، تیم مهندسی Synzen آماده همکاری و مشاوره رایگان است.
