La Ultra Wideband (UWB), o banda ultralarga, è un protocollo di comunicazione wireless a corto raggio che, come le tecnologie Bluetooth e Wi-Fi, utilizza le onde radio per la trasmissione di dati.
Si differenzia da Bluetooth e Wi-Fi in quanto opera a una frequenza molto alta. Come indica il nome, la UWB utilizza un ampio spettro di banda, di diversi GHz. Possiamo immaginarla come un radar in grado di scansionare continuamente un’intera stanza e identificare con precisione un oggetto per scoprirne la posizione e comunicare eventuali dati.
La tecnologia UWB è stata sviluppata all’inizio degli anni 2000, con un uso limitato ai radar militari e alle comunicazioni segrete; successivamente, è stata utilizzata brevemente come strumento di imaging medico, in sistemi come il monitoraggio cardiaco remoto. La sua adozione è rimasta limitata fino a poco tempo, quando gli interessi commerciali hanno iniziato a esplorarne le potenzialità.
A cosa serve la UWB
Oggi, il suo scopo principale dovrebbe essere la scoperta della posizione e la misurazione dei dispositivi, secondo Phil Solis, research director di IDC. Sebbene sia il Wi-Fi che il Bluetooth siano stati modificati per consentire una maggiore precisione nella localizzazione di altri dispositivi e nel collegamento ad essi, la UWB presenta notevoli vantaggi: è nativamente più precisa, utilizza meno energia e, poiché la produzione di chip UWB sta aumentando, anche il prezzo diventa interessante.
Samsung, Apple e Huawei, i maggiori produttori di smartphone al mondo, sono tutti coinvolti in progetti UWB, inclusa la produzione di chip e antenne, secondo Solis. Apple, tuttavia, è stata la prima a implementarlo effettivamente nei telefoni, a partire dall’iPhone 11.
Samsung, insieme a Xiaomi, NXP, Sony, Bosch e altri, fanno anche parte del Consorzio FiRa (fine range), che sta lavorando per far crescere l’ecosistema UWB. Questo ecosistema è costruito sulla base dello standard IEE 802.15.4/4x esistente per la comunicazione wireless a bassa velocità di dati.
Come funziona la UWB?
Un trasmettitore UWB funziona inviando miliardi di impulsi (la UWB era precedentemente nota come “radio a impulsi”) attraverso l’ampio spettro di frequenze; dopodiché, un ricevitore corrispondente “traduce” gli impulsi in dati. Gli impulsi vengono inviati alla frequenza approssimativa di uno ogni due nanosecondi. Questa elevata frequenza è la causa principale della precisione in tempo reale della tecnologia UWB.
La UWB ha una potenza estremamente bassa, ma l’elevata larghezza di banda (500 MHz) è ideale per trasmettere molti dati da un dispositivo host ad altri dispositivi fino a circa 9 metri di distanza. A differenza del Wi-Fi, tuttavia, la UWB ha più difficoltà a trasmettere attraverso i muri.
Un sistema di antenne distribuite
Per aumentare la portata e l’affidabilità di ricezione della UWB, allo standard è stato aggiunto un sistema di antenne distribuite di tipo MIMO (multiple-input e multiple-output) che abilita le reti a corto raggio. Le antenne possono essere incorporate in uno smartphone o in altri dispositivi come un braccialetto, una smart key, o un ciondolo, come l’AirTag di Apple.
Quando uno smartphone con UWB (come un iPhone dal modello 11 in poi) si avvicina a un altro dispositivo UWB, i due iniziano a misurare la loro distanza esatta. La distanza viene elaborata tramite misurazioni del Time of Flight (ToF) tra i dispositivi: tramite il calcolo del tempo di andata e ritorno dei pacchetti di dati, è possibile determinare con precisione la distanza.
Basato sullo standard IEEE 802.15.4a, la UWB può determinare la posizione relativa di dispositivi fino a 200 metri (in campo libero), secondo il consorzio FiRa. Il Consorzio sta attualmente aggiungendo un’estensione di sicurezza – specificata in IEEE 802.15.4z – per renderla una “tecnologia sicura e di precisione”.
A seconda del tipo di utilizzo, come il tracciamento delle risorse o la localizzazione del dispositivo, uno dei dispositivi UWB calcola la posizione precisa di un altro oggetto abilitato UWB, come le chiavi dell’auto o il telecomando del televisore caduti tra i cuscini del divano (se il dispositivo esegue un servizio di navigazione interna, il dispositivo abilitato UWB deve conoscere la sua posizione relativa agli “ancoraggi” UWB fissi e calcolare la sua posizione su una mappa dell’area).
Precisa e sicura allo stesso tempo
Con una portata precisa, la UWB ha un vantaggio sia in termini di precisione che di sicurezza rispetto a Bluetooth e WiFi, sempre secondo Solis. E tale vantaggio può essere utilizzato per molte applicazioni diverse. Ad esempio, un dispositivo abilitato per UWB può essere utilizzato per sbloccare un’auto come un portachiavi o per consentire l’ingresso a un’area sicura all’interno di un edificio. Oppure, uno smartphone o un orologio abilitato UWB potrebbe consentire l’accesso a un conto bancario tramite un bancomat.
In altre parole, la UWB può diventare un mezzo di comunicazione sicuro come la tecnologia NFC, solo con una maggiore distanza operativa. Considerando questo, può darsi che Apple stia considerando l’opzione di utilizzare la UWB per Apple Pay.
UWB potrebbe anche essere un altro modo per contrastare gli attacchi relay o man-in-the-middle, in cui i malintenzionati monitorano un’area come un parcheggio nel tentativo di intercettare e quindi memorizzare i messaggi di autenticazione tra due dispositivi, come un portachiavi e un auto. Il segnale del dispositivo UWB ignorerebbe tutti gli altri dispositivi in un’area.
Gli smartphone che supportano la UWB
Non sono molti i produttori di smarpthone che hanno implementato la tecnologia UWB nei propri dispositivi. Al momento, abbiamo i seguenti.
- Apple:
iPhone 11, 12, 13, 14 e 15 (tutte le varianti) - Google
Pixel 6, 7, 8 (varianti Pro), Pixel Fold e Pixel Tab - Samsung
Galaxy Note 20 Ultra, Galaxy S21, S22, S23 (modelli + e Ultra), Galaxy Z Fold 2, 3, 4 e 5 - Xiaomi
MIX4
I possibili usi della UWB
Apple ha brevettato l’uso della UWB integrata in beacon (chiamati iBeacon). I beacon sono piccoli sensori alimentati a batteria. Normalmente, inviano dati tramite il Bluetooth Low energy, ma potrebbero connettersi e trasmettere anche tramite UWB. Potrebbero utilizzare la UWB per stimare la distanza tra due oggetti fino a pochi centimetri per i servizi di localizzazione. Quindi, ad esempio, un aeroporto o un centro commerciale dotato di una rete di beacon potrebbe monitorare il percorso di un pedone attraverso l’edificio e offrire indicazioni per una destinazione in tempo reale. Questa è una funzione per cui attualmente possono essere impiegati i Beacon BLE.
Apple ha menzionato UWB solo di sfuggita nella presentazione dei suoi ultimi modelli di iPhone, affermando che AirDrop sarebbe stato migliorato con “suggerimenti direzionali”. Fondamentalmente, la UWB consente agli utenti dei dispositivi di sapere chi c’è intorno a loro e indirizzarli per trasferire un documento tramite AirDrop.
A questo proposito, la UWB può essere un metodo molto più sicuro per la trasmissione di dati tra telefoni a breve distanza perché sa esattamente dove si trova l’altro dispositivo abilitato per UWB.
Il consorzio FiRa ritiene che la UWB trasformerà le esperienze di connettività tra l’IoT e le industrie automobilistiche.
L’attenzione iniziale di FiRa si concentra su tre categorie principali di casi d’uso:
- Il controllo dell’accesso a mani libere;
- I servizi basati sulla posizione;
- Le applicazioni per comunicazioni da dispositivo a dispositivo (peer-to-peer).
Queste si declinano a loro volta in diverse applicazioni concrete, tra cui: smart home e imprese intelligenti, smart city e mobilità/trasporti intelligenti, vendita al dettaglio intelligente, industria 4.0 e sanità.
Quale futuro per UWB?
I membri del consorzio FiRa sono convinti che il successo del range sicuro UWB dipenda da un ecosistema interoperabile e interconnesso. I fattori chiave sono i seguenti.
- Interoperabilità tra diversi dispositivi, con la necessità di programmi di certificazione e conformità.
- Stretta collaborazione con altre organizzazioni del settore come IEEE, Wi-Fi Alliance, Car Connectivity Consortium (CCC) e altri. Il FiRa Consortium si concentrerà sui casi d’uso della UWB utilizzando lo spettro disponibile a 6-9 GHz.
- Appetibilità per aziende associate che portano un vasto know-how sull’ecosistema, posizioni di leadership in mercati verticali mirati e un’ampia competenza tecnica e di sistema, nonché una forte presenza ed esperienza in altri consorzi rilevanti per UWB.
- Introduzione di un nuovo nome, FiRa, per aiutare a superare lo stereotipo di UWB come “vecchia tecnologia di comunicazione” e invece enfatizzare la trasformazione di UWB come una tecnologia di rilevamento e rilevamento di precisione.
- Forte diffusione del mercato e formazione sui vantaggi dell’utilizzo della tecnologia UWB.
In conclusione, la diffusione di questa tecnologia dipende dalle sue applicazioni concrete, dal numero di persone a cui può portare un effettivo vantaggio e quanti servizi possono usufruirne. Le potenzialità ci sono, resta la prova con il mercato.