هرآنچه باید درباره فناوری بی‌سیم UWB بدانید

ازجمله قابلیت‌های کمتر شناخته‌شده در گلکسی نوت 20 اولترا سامسونگ، فناوری باند فوق وسیع (UWB) است. گوشی هوشمند مذکور درکنار آیفون 11 اپل جزو اولین محصولاتی است که از این استاندارد در حوزه‌ی ارتباطات بی‌سیم بهره می‌برد.

UWB فناوری جدیدی در بازار گوشی‌های هوشمند است که درکنار استانداردهای تثبیت‌شده‌ی بی‌سیم همچون NFC و بلوتوث کم‌مصرف (Bluetooth Low Energy) برای رسیدن به جایگاهی رفیع‌تر حرکتی روبه‌جلو دارد. UWB درکنار ضعف‌ها و قوت‌های خودش درقیاس‌با استانداردهای موجود، قابلیت‌های مشابهی را نوید می‌دهد. قرار است این فناوری در سال‌های آینده به‌صورت گسترده‌تری پشتیبانی شود؛ درنتیجه بهتر است از هم‌اکنون آگاهی بیشتری از آن داشته باشیم. هرآنچه لازم است درباره‌ی فناوری باند فوق وسیع بدانید، درادامه آمده است.

نحوه‌ی عملکرد UWB بسیار متفاوت از سایر فناوری‌های بی‌سیم انتقال داده است. این قابلیت فناوری مبتنی‌بر فرکانس‌های رادیویی با الگوی پالسی است که داده‌ها را در دامنه‌ی زمان در طیفی با محدوده‌ی ۳٫۱ تا ۱۰٫۶ گیگاهرتز ارسال می‌کند. فناوری‌های انتقال بی‌سیم رایج به‌جای تغییر ساده‌ی پالس‌ها برای رمزگذاری داده‌ها، قدرت، فرکانس یا فاز موج سینوسی را عوض می‌کنند.

در روش استفاده از پالس برای حصول اطمینان از امنیت داده‌ها، طیف وسیع‌تری از فرکانس‌های رادیویی مصرف می‌شود. نام‌گذاری این فناوری با عنوان «باند فوق وسیع» نیز به همین دلیل است. هر باند رادیویی منفرد با روش مذکور معمولا محدوده‌ای ۵۰۰ مگاهرتزی از طیف را استفاده می‌کند. در همین حال، شبکه‌ی 4G LTE بین ۵ تا ۲۰ مگاهرتز و وای‌فای ۲۰ تا ۸۰ مگاهرتز از طیف امواج رادیویی را اشغال می‌کنند. داده‌های پالسی به‌دلیل طیف وسیع استفاده‌شده از امواج بدون اینکه دقت کاهش یابد، با سرعت بیشتری ارسال می‌شوند. نرخ انتقال داده در UWB بسته به فرکانس، می‌تواند بین ۴ تا ۶۷۵ مگا‌بیت‌برثانیه باشد. این میزان از انتقال داده بسیار سریع‌تر از نرخ ۴۲۴ کیلوبیت‌برثانیه‌ای NFC و سرعت‌های استاندارد ۲٫۱ مگابیت‌برثانیه‌ای بلوتوث است. بااین‌حال، فناوری وای‌فای ۶ با سرعت انتقال داده‌ی ۲ گیگابیت‌برثانیه از UWB سریع‌تر است.

فناوری‌های بی‌سیم برای جلوگیری از تداخل با یکدیگر، معمولا به باندهای بسیار محدودی منحصر می‌شوند. UWB با عملکرد در سطوح بسیار کم‌قدرت که اساسا ضعیف‌تر از سطح نویز سایر شبکه‌های بی‌سیم است، از بروز چنین مشکلی جلوگیری می‌کند. به‌عبارت‌دیگر، طیف اشغال‌شده در فناوری مذکور به‌صورت کاملا مشخصی وسیع است؛ ولی برای اینکه با سایر سیگنال‌ها تداخل نکند، با سطح قدرتی به‌اندازه‌ی کافی ضعیف کار می‌کند.

یکی‌ دیگر از مزایای انتقال داده‌ی مبتنی‌بر پالس این است که محاسبه‌ی اطلاعات مدت پرواز (time of flight) از داده‌های دریافت‌شده را امکان‌پذیر می‌کند. مدت پرواز اندازه‌گیری مسافتی است که امواج رادیویی در محیط طی می‌کنند. اگر از زمان سپری‌شده و سرعت انتقال داده آگاهی داشته باشید، محاسبه‌ی مسافت بین فرستنده و گیرنده آسان خواهد بود. البته به‌دست‌آوردن داده‌های مربوط به مکان‌ها به‌صورت دو یا سه‌بعدی شدیدا پیچیده است. دقت اندازه‌گیری با UWB در حدود ۱۰ سانتی‌متر یا کمتر است که درقیاس‌با دقت یک‌متری بلوتوث یا وای‌فای بهبود بزرگی به‌نظر می‌رسد. بااین‌حال، بلوتوث 5.1 در برخی شرایط دقت برابری با UWB دارد. به‌هرصورت، دقت زیاد فناوری یادشده مزیتی بزرگ برای اپلیکیشن‌های امنیتی خواهد بود.

وقتی سخن از موارد استفاده از این فناوری به میان می‌آید، باند فوق وسیع با‌توجه‌به دقت مکانی درخورتوجه به‌عنوان ایده‌ای بزرگ برای سیستم‌های دزدگیر اتومبیل یا فناوری‌های مرتبط با قفل هوشمند در منزل مطرح می‌شود. همچنین، می‌توان از UWB برای یافتن اشیای گم‌شده، به‌عنوان برچسب‌هایی به سبک NFC یا سیستم‌های پرداخت گوشی‌های هوشمند، موقعیت‌یابی درون ساختمان‌ها و تعامل با اشیای متصل‌شده‌ی نزدیک به این فناوری در فروشگاه‌ها استفاده کرد. هم‌اکنون، در قابلیت Airdrop اپل و گلکسی نوت 20 اولترا از UWB برای انتقال داده‌های حجیم به‌صورت بی‌سیم استفاده می‌شود؛ بااین‌حال، چنین کاربردی تنها گوشه‌ای از قابلیت‌های باند فوق وسیع را به‌تصویر می‌کشد.

اگر موارد استفاده از باند فوق وسیع آشنا به‌نظر می‌رسد، به این دلیل است که بسیاری از ویژگی‌های مذکور هم‌اکنون نیز در فناوری‌های موجود، یعنی NFC و بلوتوث، وجود دارد. چنین موضوعی این سؤال را مطرح می‌کند که چرا زحمت استفاده از استاندارد بی‌سیم دیگری را می‌کشیم؟

بلوتوث در باند ۲٫۴ گیگاهرتز کار می‌کند که محدوده‌ی مناسبی برای استفاده در داخل ساختمان‌ها است. باوجوداین‌، باند یادشده در همان طیف فرکانسیِ بعضی سیگنال‌های وای‌فای قرار دارد و درنتیجه، درمعرض تداخل است. استفاده از طیف فرکانسی وسیع در UWB، باعث می‌شود که احتمال ایجاد تداخل کاهش یابد؛ ازاین‌رو، اولین مورد استفاده از آن در کاربری‌های صنعتی است. البته محدوده‌ی پوشش فناوری مذکور کمتر‌ از بلوتوث است. همچنین، NFC که در فرکانس ۱۳٫۵۶ مگاهرتز کار می‌کند، محدوده‌ی پوشش بسیار کمی، درحدود ۴ سانتی‌متر دارد.

فناوری باند فوق وسیع در مواردی که به سرعت انتقال داده‌ی بیشتر، تداخل کمتر، مسافت‌یابی سریع‌تر و دقیق‌تر نیاز است، اهمیت بیشتری پیدا می‌کند. چنین موضوعی سبب می‌شود که فناوری مذکور برای سناریوهایی همچون دسترسی بی‌سیم به وسیله‌ی نقلیه که نیازمند امنیت بیشتری است، بهترین گزینه باشد. UWB مزایا و معایب خودش را دارد؛ ازاین‌رو، مطمئنا جایگزین مستقیمی برای هیچ‌یک از فناوری‌های بی‌سیم کنونی در بازار نخواهد بود.

اندک‌زمانی از ابداع باند فوق وسیع سپری شده؛ ولی این فناوری در دنیای گوشی‌های هوشمند بسیار جدید است. UWB تنها در برخی از گوشی‌های هوشمند بسیار گران‌قیمت بازار استفاده شده است. فهرست زیر گوشی‌های هوشمند سازگار با این فناوری را نشان می‌دهد:

• آیفون 11 اپل
• آیفون 11 پرو اپل
• آیفون 11 پرو مکس اپل
• گلکسی نوت 20 اولترا سامسونگ

عملکرد فناوری باند فوق وسیع به دستگاه پشتیبانی‌کننده از آن بستگی دارد. سال‌ها طول می‌کشد تا قابلیت مذکور همه‌گیر و به‌صورت گسترده‌ای پشتیبانی شود. انتظار می‌رود سایر شرکت‌های تولیدکننده نسل بعدی از گوشی‌های هوشمند پرچم‌دارشان را با استفاده از این فناوری راهی بازار کنند. بااین‌حال، در گوشی‌های میان‌رده و مقرون‌به‌صرفه تا چند سال دیگر از UWB خبری نخواهد بود.