الاتصالات اللاسلكية ذات النطاق العريض UWB

تُعتبر الاتصالات اللاسلكية ذات النطاق العريض “UWB” بأنّها تقنية ثورية لنقل كميات كبيرة من البيانات الرقمية عبر طيف تردد واسع باستخدام إشارات الراديو ذات النبضات القصيرة والمنخفضة الطاقة، ويشير “UWB” بشكل شائع إلى إشارة أو نظام له إمّا عرض نطاق نسبي كبير “BW” يتجاوز “20%” أو عرض نطاق مطلق كبير يزيد عن “500 ميجاهيرتز”.

ما هي الاتصالات اللاسلكية ذات النطاق العريض UWB؟

الاتصالات اللاسلكية ذات النطاق العريض “UWB”: هي تقنية ثورية لنقل كميات كبيرة من البيانات الرقمية عبر مجموعة واسعة من نطاقات التردد مع طاقة منخفضة للغاية لمسافة قصيرة.

• “UWB” هي اختصار لـ “Ultra wideband”.

• “BW” هي اختصار لـ “Bandwidth”.

أساسيات UWB:

يتم الاستخدام غير المرخص لـ “UWB” في “3.1 جيجاهرتز” – “10.6 جيجاهرتز”، ويهدف هذا إلى توفير استخدام فعال لعرض النطاق الترددي الراديوي النادر، ومع تمكين الاتصال اللاسلكي لشبكة المنطقة الشخصية “PAN” ذات معدل البيانات المرتفع وتطبيقات ذات معدل بيانات منخفض وأطول مدى بالإضافة إلى أنظمة الرادار والتصوير.

• “PAN” هي اختصار لـ “Personal Area Network”.

آلية عمل UWB:

مثل “Bluetooth” و”Wi-Fi” يُعد النطاق العريض للغاية هو بروتوكول اتصال لاسلكي “wireless communication protocol” يستعمل موجات الراديو، حيث يرسل مرسل “UWB” بلايين من النبضات الراديوية عبر تردد الطيف الواسع ثم يترجم مستقبل “UWB” النبضات إلى بيانات، وبنفس الطريقة التي تستخدم بها الخفافيش تحديد الموقع بالصدى لاستشعار بيئتها، يمكن استخدام نبضات “UWB” لاستشعار المسافات بين جهازي إرسال.

وكلما كانت مدة النبضة أقصر كلما كان قياس المسافة أكثر دقة، حيث تحقق “UWB” الدقة في الوقت الفعلي لأنّها ترسل ما يصل إلى مليار نبضة في الثانية أي حوالي 1 لكل نانوثانية، كما يستخدم “UWB” طاقة منخفضة جداً ويُعتبر النطاق الترددي العالي “500 ميجاهرتز” مثالياً لتوصيل الكثير من البيانات من جهاز إرسال إلى أجهزة أخرى.

وبإرسال نبضات في أسلوب يُشفر “UWB” المعلومات، حيث يحتاج الأمر ما بين “32” و”128″ نبضة لتشفير جزء محدد من البيانات، ولكن بالنظر إلى سرعة وصول البتات فإنّ ذلك يتيح معدلات بيانات تتراوح من “7 ميجابت في الثانية” إلى “27 ميجابت في الثانية”.

لزيادة نطاق “UWB” وموثوقية الاستقبال تمت إضافة نظام متعدد المدخلات ومخرجات متعددة “MIMO” ونظام الهوائي الموزع إلى المعيار الذي يتيح الشبكات قصيرة المدى، كما يمكن دمج الهوائيات في هاتف ذكي أو أجهزة أخرى مثل سوار المعصم أو المفتاح الذكي.

عندما يقترب هاتف ذكي به “UWB” مثل أحدث جهاز “iPhone” من جهاز “UWB” آخر يبدأ الاثنان في تحديد المسافة أو قياس المسافة الدقيقة بينهما، كما يتم تحقيق المدى من خلال وقت الرحلة “ToF” وهو الوقت الذي يستغرقه النبض للانتقال من النقطة أ إلى النقطة ب.

اعتماداً على نوع الاستخدام مثل تتبع الأصول أو توطين الجهاز يحسب أحد أجهزة “UWB” الموقع الدقيق لكائن آخر يدعم “UWB”، مثل مفاتيح السيارة أو جهاز التحكم عن بعد في التلفاز، وإذا كان الجهاز يقوم بتشغيل خدمة ملاحة داخلية، فيجب أن يعرف الجهاز الذي يدعم “UWB” موقعه النسبي “المراسي” الثابتة “UWB” ويحسب موقعه على خريطة المنطقة.

• “MIMO” هي اختصار لـ “Multiple Input, Multiple Output”.

• “ToF” هي اختصار لـ “Time-of-Flight”.

ما مدى دقة UWB؟

تتسبب إشارات الطاقة المنخفضة الخاصة بـ “UWB” في حدوث القليل من التداخل مع عمليات الإرسال اللاسلكية الأخرى، ويمكنها قياس المسافة بشكل فعال بدقة تصل إلى “10 سم” أي “3.9 بوصة”، كما تُعد شريحة “UWB” من “Deca wave” بدقة تصل إلى “2 سم” أي “0.78 بوصة” في البيئات الداخلية ولمقارنة دقة “Wi-Fi” و”Bluetooth”، فإنّ دقة تصل إلى متر واحد فقط “39 بوصة” بشرط عدم وجود عوائق.

هناك جوانب متعددة يجب مناقشتها عند تحليل أمان تكنولوجيا “UWB”، حيث تبلغ قوة نبضات “UWB” حوالي “1 / 10000” – “1 / 100000” ثم تلك الخاصة بالإشارات المنبعثة من الهواتف المحمولة، لذا فهي آمنة للاستخدام من قبل جميع الأشخاص.

“UWB” لديه القدرة على قياس الموقع النسبي للأجهزة إلى مستويات دقة لا مثيل لها من قبل أي تقنية لاسلكية أخرى، وعند دمجه مع معرفات فريدة وآمنة للغاية يمكنه حماية المركبات من الوصول غير المصرح به عبر المصادقة الثنائية، كما يمكن للسيارة المزودة بتقنية “UWB” اكتشاف وجود مالكها والتحقق من هويته والتأكد من رفض الاتصال بين جسمين، مثل السيارة ومفاتيحها، وإذا تجاوزت المسافة بينهما حداً محدداً مسبقاً، وهذا يجعل أي وصول للاحتيال صعباً حقاً إن لم يكن مستحيلاً.

أصبح الأشخاص أيضاً أكثر قلقاً بشأن استخدام “UWB” لتتبع الموقع في الخلفية على أجهزة “iPhone” الخاصة بهم، حيث تتم إدارة استخدام النطاق العريض للغاية لبيانات الموقع بالكامل على الجهاز، ولا يتم جمع موقع الجهاز بواسطة “Apple”، ولكن محلياً بواسطة “iPhone” نفسه.

استخدامات اتصالات UWB:

مع النطاق الدقيق تتمتع “UWB” بميزة في كل من الدقة والأمان عبر “Bluetooth” و”Wi-Fi” ويمكن استخدام هذه الميزة في العديد من حالات الاستخدام المختلفة، وبناءً على “FiRa Consortium” يكون التركيز الأولي على ثلاث فئات أساسية من حالات الاستخدام، وهي التحكم في الوصول بدون استخدام اليدين وخدمات تحديد المواقع وتطبيقات جهاز إلى جهاز أي نظير إلى نظير:

• “Smart Car Access”، أي افتح سيارة بهاتف ذكي بمجرد اقترابك منه للدخول بدون مفتاح وبدء التشغيل عن بُعد.

• مدفوعات لاسلكية آمنة، حيث إنّها أكثر أماناً من “NFC” ويمكنك ترك هاتفك الذكي في جيبك.

• الوصول الآمن إلى المبنى، أي افتح الأبواب تلقائياً إلى منطقة آمنة داخل المبنى بمجرد الاقتراب منها.

• التجزئة الذكية، بحيث يقدم معلومات مفيدة حول منتج اخترته للتو أو عرضاً خاصاً لشرائه.

• تتبع الأصول، حيث تستخدم “Boeing” علامات “UWB” لتتبع أكثر من “10000 أداة” وعربة وعناصر أخرى في أرضيات المصنع الشاسعة.

• تتبع الرياضة واللياقة البدنية، حيث يقوم اتحاد كرة القدم الأميركي بالفعل بتتبع اللاعبين في الميدان للحصول على رسوم متحركة فورية مع أجهزة إرسال “UWB” في كل وسادة كتف، ويتم تحديث موقع كرة القدم “2000 مرة في الثانية”.

• أجهزة الاستشعار الصحية القابلة للارتداء أي سوار “UWB” البيومتري الذي يراقب درجة حرارة الجسم ومستويات تشبع الأكسجين وحركة الجسم ومعدل ضربات القلب على مدار “24 ساعة في اليوم”.

• الرادارات الطبية، حيث يمكن استخدام نبضات “UWB” لمراقبة التنفس وضربات القلب للشخص من مسافة بقراءة إشارات “UWB” المنعكسة.

• التنقل الداخلي، احصل على تنقل دقيق داخلي لبوابتك في المطار أو منتج على الرف.

• المنزل الذكي، بحيث ستتمكن الأضواء ومكبرات الصوت وأي جهاز آخر متصل مزود بإمكانية استشعار “UWB” من متابعة المستخدمين من غرفة إلى أخرى، فعلى سبيل المثال ضبط مستوى صوت مكبر الصوت بناءً على المكان الذي تقف فيه أو تبديل ملف تعريف “Netflix” إلى جهازك .

• وضع المستودعات، حيث تتبع الأشخاص والآلات والمعدات في الداخل بفاعلية وتحديد المواقع بدقة في حالات الطوارئ والعثور على شخص فاقد للوعي.

ملاحظة:“NFC” هي اختصار لـ “Near-field communication”.