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Explicación de la banda ultra ancha (UWB) (y por qué está en el iPhone 11)

Los dispositivos de banda ultra ancha e IoT prometen servicios de ubicación más precisos, así como acceso seguro a una gran variedad de sistemas. La tecnología, que ha existido durante años, está integrada en los últimos iPhones.


Uno de los nuevos chips en la cosecha de iPhones de este año es el U1; Proporciona conectividad de banda ultra ancha (UWB) que, junto con la tecnología de Internet de las cosas (IoT), podría ofrecer una miríada de nuevos servicios para empresas y consumidores.

Como dice Apple, la tecnología UWB ofrece "conciencia espacial": la capacidad de su teléfono de reconocer su entorno y los objetos en él. Básicamente, un usuario de iPhone 11 puede apuntar su teléfono a otro y transferir un archivo o foto.

Si bien la tecnología no es nueva, la implementación de Apple marca la primera vez que se utiliza UWB en un teléfono inteligente moderno.

UWB es un protocolo de comunicación inalámbrica de corto alcance que, como Bluetooth o Wi-Fi, utiliza ondas de radio. Pero difiere sustancialmente en que opera a una frecuencia muy alta. Como su nombre lo indica, también utiliza un amplio espectro de varios GHz. Una forma de pensar en ello es como un radar que puede escanear continuamente una habitación entera y fijar con precisión un objeto como un rayo láser para descubrir su ubicación y comunicar datos.

A principios de la década de 2000, UWB tuvo un uso limitado en radares militares y comunicaciones encubiertas y se utilizó brevemente como una forma de imágenes médicas, como los sistemas de monitoreo cardíaco remoto. Su adopción se retrasó hasta hace poco, cuando los intereses comerciales comenzaron a explorar usos potenciales.

En la actualidad, se espera que su objetivo principal sea el descubrimiento de la ubicación y el alcance de los dispositivos, según Phil Solis, director de investigación de IDC. Si bien tanto el Wi-Fi como el Bluetooth se han modificado para permitir una mayor precisión en la ubicación de otros dispositivos y la conexión a ellos, UWB es nativamente más preciso, usa menos energía y, a medida que la producción de chips UWB aumenta con el tiempo, mantiene la promesa de un menor punto de precio.

Samsung, Apple y Huawei, los fabricantes de teléfonos inteligentes más grandes del mundo, están involucrados en proyectos de UWB, incluida la producción de chips y antenas, según Solis. Apple, sin embargo, es el primero en implementarlo en un teléfono.

    Samsung, junto con Xiaomi, NXP, Sony, Bosch y otros, también forman parte del Consorcio FiRa (rango fino), que está trabajando para hacer crecer el ecosistema UWB. Ese ecosistema está construido sobre el estándar IEE 802.15.4 / 4x existente para la comunicación inalámbrica de baja velocidad de datos.

    ¿Cómo funciona UWB?

    Un transmisor UWB funciona enviando miles de millones de pulsos (anteriormente UWB se conocía como "radio de pulsos") a través de la frecuencia de amplio espectro; un receptor correspondiente luego traduce los pulsos en datos escuchando una secuencia de pulsos familiar enviada por el transmisor. Los pulsos se envían aproximadamente uno cada dos nanosegundos, lo que ayuda a UWB a lograr su precisión en tiempo real.

    UWB tiene una potencia extremadamente baja, pero el ancho de banda alto (500MHz) es ideal para transmitir una gran cantidad de datos desde un dispositivo host a otros dispositivos hasta aproximadamente 30 pies de distancia. Sin embargo, a diferencia de Wi-Fi, no es particularmente bueno para transmitir a través de paredes.

    “Debido a que es de tan alta frecuencia, es muy visual”, dijo Jack Gold, analista principal de J. Gold Associates. “Entonces, la ventaja es que tiene un ancho de banda tan amplio, tiene mucha capacidad de datos. Si está transmitiendo una señal de 60 GHz con un ancho de 500 MHz ... y la multiplica por la cantidad de canales que puede hacer, está hablando de una banda muy amplia ".

    Para aumentar el alcance y la confiabilidad de la recepción de UWB, se ha agregado un sistema de antena distribuida MIMO (múltiples entradas y múltiples salidas) al estándar que permite redes de corto alcance. Las antenas se pueden integrar en un teléfono inteligente u otros dispositivos, como una pulsera o una llave inteligente.

    Cuando un teléfono inteligente con UWB (como el último iPhone) se acerca a otro dispositivo UWB, los dos comienzan a medir o medir su distancia exacta. El rango se logra mediante mediciones de “tiempo de vuelo” (ToF) entre los dispositivos; estos se utilizan para calcular el tiempo de ida y vuelta de los paquetes de desafío / respuesta.

    UWB Apple FiRa de banda ultra ancha
    Consorcio FiRa

    Según el estándar IEEE 802.15.4a, UWB puede determinar la posición relativa de los dispositivos pares con una línea de visión de hasta 200 metros, según el Consorcio FiRa. Actualmente, el Consorcio está agregando una extensión de seguridad, especificada en IEEE 802.15.4z, para convertirla en una "tecnología segura de rango fino".

    Dependiendo del tipo de uso, como el seguimiento de activos o la localización del dispositivo, uno de los dispositivos UWB calcula la ubicación precisa de otro objeto habilitado para UWB, como las llaves del auto o el control remoto de la televisión que cayeron entre los cojines del sofá. (Si el dispositivo está ejecutando un servicio de navegación interior, el dispositivo habilitado para UWB debe conocer su ubicación relativa a los "anclajes" de UWB fijos y calcular su posición en un mapa de área).

    Con un rango preciso, UWB tiene una ventaja tanto en precisión como en seguridad sobre Bluetooth y WiFi, según Solis, y esa ventaja se puede utilizar para muchas aplicaciones diferentes. Por ejemplo, un dispositivo habilitado para UWB se puede usar para desbloquear un automóvil como un llavero o permitir la entrada a un área segura dentro de un edificio. O bien, un teléfono inteligente o un reloj habilitado para UWB podría permitir el acceso a una cuenta bancaria a través de un cajero automático.

    "Básicamente sería otro control de seguridad", dijo Solís. “O su teléfono se convierte en su tarjeta de débito. Y tal vez Apple tenga en mente que se esté usando NFC para [Apple] Pay, y UWB se convierte en otro cheque para eso ".

    UWB también podría ser otra forma de frustrar los ataques de relevo o de intermediario, donde los malos actores monitorean un área como un estacionamiento en un intento de interceptar y luego almacenar mensajes de autenticación entre dos dispositivos, como un llavero y un coche. La señal del dispositivo UWB ignoraría todos los demás dispositivos en un área.

    ¿Cuáles son los posibles usos de UWB?

    Apple patentó el uso de UWB con balizas (llamadas iBeacon), pequeños sensores alimentados por batería que se pueden conectar a objetos y transmitir una señal que un dispositivo UWB habilitado puede usar para estimar la distancia entre dos objetos hasta unos pocos centímetros para servicios de ubicación. Entonces, por ejemplo, un aeropuerto o centro comercial equipado con una red de balizas podría monitorear el progreso de un peatón a través del edificio y ofrecer direcciones a un destino en tiempo real.

    Apple solo mencionó a UWB de pasada junto con sus anuncios de septiembre de iPhone 11 e iOS 13.1, indicando que AirDrop mejoraría con "sugerencias direccionalmente conscientes". Básicamente, UWB permite a los usuarios de dispositivos saber quién está a su alrededor y apuntar a ellos para transferir un documento a través de AirDrop.

    "Eso es exactamente lo que están tratando de hacer", dijo Gold. “Están diciendo, tu amiga está tres grados a tu izquierda, y esta mujer, Joan, está justo detrás de ti. No le envíe nada a Joan, simplemente envíelo a su amigo ".

    En ese sentido, dijo Gold, UWB puede ser un método mucho más seguro para transmitir datos entre teléfonos a una distancia corta porque sabe exactamente dónde está el otro dispositivo habilitado para UWB.

    ¿Qué hará UWB en el iPhone 11?

    Apple desarrolló su chip U1 para permitir que los tres modelos del iPhone 11 transmitan datos utilizando el servicio de transferencia de archivos AirDrop a una distancia similar a la de Bluetooth.

    Si bien AirDrop puede funcionar mediante Bluetooth y Wi-Fi, el chip U1 desarrollado por Apple permite la especificidad. En otras palabras, en lugar de una lista de posibles destinatarios de un archivo, un usuario de iPhone 11 puede apuntar su teléfono a otro iPhone 11 y solo aparecerá para la transmisión de archivos. 

    En el futuro, espere ver a Apple habilitar el iPhone como un tipo de llavero de vehículo. 

    El Consorcio FiRa cree que UWB transformará las experiencias de conectividad en IoT y las industrias automotrices, según Debra Spitler, vicepresidenta de desarrollo comercial.

    El enfoque inicial de FiRa está en tres categorías principales de casos de uso: (1) control de acceso manos libres; (2) servicios basados ​​en la ubicación; y (3) aplicaciones de dispositivo a dispositivo (de igual a igual). Luego, esas categorías de casos de uso cruzan seis segmentos de casos de uso que incluyen hogares y empresas inteligentes, ciudades inteligentes y movilidad, transporte inteligente, uso del consumidor, venta minorista inteligente e industria 4.0 y atención médica.

    UWB FiRa Apple
    Consorcio FiRa

    “UWB se introdujo originalmente como una tecnología de comunicación de alta velocidad de datos para datos multimedia. Establecer UWB como una nueva 'tecnología de alcance' requerirá la creación de un ecosistema completamente nuevo ”, afirmó FiRa por correo electrónico.

    ¿A dónde va UWB desde aquí?

    Los miembros del Consorcio FiRa están convencidos de que el éxito del rango fino seguro de UWB depende de un ecosistema interoperable, holístico e interconectado. Eso requerirá:

    • Interoperabilidad entre varios dispositivos y requiere programas de certificación y cumplimiento.
    • Estrecha colaboración con otras organizaciones de la industria como IEEE, Wi-Fi Alliance, Car Connectivity Consortium (CCC) y otras. El Consorcio FiRa se centrará en casos de uso de UWB utilizando el espectro disponible de 6-9 GHz.
    • Que atraemos a empresas miembro que aportan amplios conocimientos sobre ecosistemas, posiciones de liderazgo en mercados verticales específicos y amplia experiencia técnica y de sistemas, así como una sólida presencia y experiencia en otros consorcios relevantes para UWB.
    • La introducción de un nuevo nombre, FiRa, para ayudar a superar el estereotipo de UWB como una "vieja tecnología de comunicación" y, en cambio, enfatizar la transformación de UWB como una tecnología segura de detección y alcance fino.
    • Fuerte alcance del mercado y educación sobre los beneficios de usar la tecnología UWB.

    "Tendremos que ver qué tan bien funciona realmente, cuántas personas lo quieren y cuántos servicios pueden realmente vincularlo", dijo Gold. “Y, ¿realmente quieres un mini-radar en tu teléfono? Creo que eso es lo que podría frenarlo ".



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