Ultra Wideband hay UWB là một giao thức truyền thông không dây, tầm ngắn như Bluetooth hoặc Wi-Fi sử dụng sóng vô tuyến. Nhưng UWB khác ở chỗ hoạt động ở tần số rất cao. Như tên gọi, nó cũng sử dụng một dải phổ rộng vài GHz. Có thể hình dung về Ultra Wideband như một radar có thể liên tục quét toàn bộ căn phòng và khóa chính xác vào một vật thể như chùm tia laze để khám phá vị trí của vật thể và truyền dữ liệu.

Vào đầu những năm 2000, công nghệ UWB được sử dụng hạn chế trong các radar quân sự và thông tin liên lạc bí mật và được sử dụng trong thời gian ngắn trong xạ hình y tế, chẳng hạn như hệ thống theo dõi tim từ xa. Việc áp dụng nó bị chậm lại cho đến gần đây khi các lợi ích thương mại bắt đầu khám phá các ứng dụng tiềm năng của nó.

Hiện tại mục đích chính của nó là khám phá vị trí và phạm vi thiết bị. Mặc dù cả Wi-Fi và Bluetooth đều đã được sửa đổi để cho phép xác định vị trí các thiết bị khác và kết nối chính xác, nhưng Ultra Wideband chính xác hơn, sử dụng ít năng lượng hơn và khi sản xuất chip UWB tăng lên thì giá của nó cũng sẽ thấp hơn.

Samsung, Apple và Huawei, những nhà sản xuất điện thoại thông minh lớn nhất thế giới, đều tham gia vào các dự án UWB bao gồm sản xuất chip và ăng-ten. Tuy nhiên, Apple là hãng đầu tiên thực sự triển khai nó trên điện thoại.

Samsung, cùng với Xiaomi, NXP, Sony, Bosch và những công ty khác cũng đang làm việc để phát triển hệ sinh thái Ultra Wideband. Hệ sinh thái đó được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn IEE 802.15.4 / 4x hiện có cho giao tiếp không dây tốc độ dữ liệu thấp.

UWB hoạt động như thế nào

Máy phát UWB hoạt động bằng cách gửi hàng tỷ xung (Ultra Wideband trước đây được gọi là "vô tuyến xung") trên tần số phổ rộng; một máy thu tương ứng sau đó chuyển các xung thành dữ liệu bằng cách nghe một chuỗi xung quen thuộc do máy phát gửi. Các xung được gửi đi khoảng một hai nano giây, giúp UWB đạt được độ chính xác theo thời gian thực.

Công nghệ UWB có công suất cực thấp, nhưng băng thông cao (500MHz) rất lý tưởng để chuyển tiếp nhiều dữ liệu từ thiết bị chủ đến các thiết bị khác cách xa khoảng 9 mét. Tuy nhiên, không giống như Wi-Fi, nó truyền qua tường không tốt.

Để tăng phạm vi tiếp nhận và độ tin cậy của Ultra Wideband, hệ thống ăng ten phân tán MIMO (nhiều đầu vào và nhiều đầu ra) đã được thêm vào tiêu chuẩn cho phép các mạng tầm ngắn. Ăng-ten có thể được nhúng vào điện thoại thông minh hoặc các thiết bị khác như dây đeo tay hoặc chìa khóa thông minh.

Khi một điện thoại thông minh có UWB (như iPhone mới nhất) đến gần một thiết bị UWB khác, cả hai sẽ bắt đầu đo khoảng cách chính xác của chúng. Phạm vi được thực hiện thông qua các phép đo "Thời gian bay" (ToF) giữa các thiết bị; chúng được sử dụng để tính toán thời gian khứ hồi của các gói hỏi đáp / phản hồi.

Dựa trên tiêu chuẩn IEEE 802.15.4a, Ultra Wideband có thể xác định vị trí tương đối của các thiết bị ngang hàng với đường ngắm lên đến 200 mét.

Tùy thuộc vào hình thức sử dụng, chẳng hạn như theo dõi tài sản hoặc nội địa hóa thiết bị, thiết bị UWB sẽ tính toán vị trí chính xác của một đối tượng hỗ trợ UWB khác - chẳng hạn như chìa khóa ô tô hoặc điều khiển từ xa của tivi. (Nếu thiết bị đang chạy dịch vụ điều hướng trong nhà, thiết bị hỗ trợ UWB phải biết vị trí tương đối của nó với "neo" cố định của UWB và tính toán vị trí của nó trên bản đồ khu vực.)

Với phạm vi chính xác, công nghệ UWB có lợi thế về cả độ chính xác và bảo mật so với Bluetooth và WiFi, và lợi thế đó có thể được sử dụng cho nhiều ứng dụng khác nhau. Ví dụ: thiết bị hỗ trợ UWB có thể sử dụng để mở khóa ô tô như key fob hoặc cho phép vào khu vực an toàn trong tòa nhà. Đồng hồ hoặc điện thoại thông minh hỗ trợ UWB có thể cho phép truy cập vào tài khoản ngân hàng qua máy ATM.

Ultra Wideband cũng có thể là một cách khác để ngăn chặn các cuộc tấn công thwart relay hoặc man-in-the-middle, trong đó những kẻ xấu giám sát một khu vực như bãi đậu xe nhằm tìm cách chặn và sau đó lưu trữ các thông báo xác thực giữa hai thiết bị, chẳng hạn như key fob và xe hơi. Tín hiệu của thiết bị UWB sẽ bỏ qua tất cả các thiết bị khác trong một khu vực.

UWB sử dụng để làm gì

Apple đã được cấp bằng sáng chế cho việc sử dụng Ultra Wideband với beacon (gọi là iBeacon), các cảm biến nhỏ chạy bằng pin có thể được gắn vào các vật thể và phát tín hiệu mà một thiết bị UWB được kích hoạt sau đó có thể sử dụng để ước tính khoảng cách giữa hai vật thể xuống vài cm cho các dịch vụ định vị. Ví dụ sân bay hoặc trung tâm mua sắm được trang bị mạng lưới beacon có thể theo dõi tiến trình của người đi bộ qua tòa nhà và đưa ra chỉ đường đến điểm đến trong thời gian thực.

Apple đề cập đến UWB trong buổi thông báo về iPhone 11 và iOS 13.1, tuyên bố rằng AirDrop sẽ được cải tiến hơn với “các đề xuất nhận biết định hướng”. Về cơ bản, UWB cho phép người dùng thiết bị biết những người xung quanh họ và nhắm mục tiêu để chuyển tài liệu thông qua AirDrop.

Ultra Wideband có thể là một phương pháp an toàn hơn nhiều để truyền dữ liệu giữa các điện thoại trong một khoảng cách ngắn vì nó biết chính xác vị trí của thiết bị hỗ trợ UWB khác.