Все, что вам нужно знать о сверхширокополосной связи в iPhone 12 и HomePod mini

Apple добавила свой чип U1 к еще большему количеству продуктов и явно планирует сделать сверхширокополосную связь основной особенностью своей экосистемы устройств? Вот разбивка UWB, что он делает сейчас и что он может сделать для вас.

Наряду с выпуском линейки смартфонов iPhone 12 Apple представила ряд других продуктов в ходе нескольких специальных мероприятий. Появление поддержки Ultra Wideband в HomePod mini, а также в Apple Watch Series 6 вызвало больше разговоров о технологии и ее потенциальном использовании в будущем.

Некоторые до сих пор могут быть сбиты с толку тем, что на самом деле делает Ultra Wideband и какие преимущества он может принести им в будущем. Помимо объяснения Apple, что его можно использовать для отслеживания местоположения, компания на самом деле не предложила много способов объяснения использования Ultra Wideband на практике, за исключением приоритезации AirDrop.

В этой статье мы стремимся развенчать мифы о сверхширокополосной связи.

Что такое сверхширокополосный?

Обычно называемый UWB, Ultra Wideband — это беспроводной протокол связи, который работает с использованием радиоволн. По сути, его можно использовать для передачи сообщений между устройствами, что делает его чем-то похожим на Bluetooth или Wi-Fi.

Поскольку у него есть потенциальные приложения для связи в персональной сети, а именно, позволяя устройствам на одном человеке общаться друг с другом, существует много перекрестков с более устоявшимся Bluetooth. Однако способ его работы означает, что он может предложить некоторые дополнительные функции, которые не могут обеспечить два других типа связи.

Основная функция, которую он обеспечивает, — это высокоточное отслеживание местоположения, при этом устройства, использующие UWB, потенциально могут определять расстояние и даже местоположение другого оборудования относительно себя с точностью до нескольких дюймов. Это означает, что у него есть потенциальные возможности использования для служб отслеживания устройств, таких как расширенная форма приложения Find My.

Страница продукта Apple iPhone 11 с подробным описанием появления микросхемы U1 в 2019 году.

Несмотря на то, что она имеет некоторые промышленные цели, включая радиолокационные системы, получение медицинских изображений и даже протестирована для обработки сигналов в метро Нью-Йорка, основным применением технологии для потребителей по-прежнему, вероятно, будет связь между устройствами и отслеживание местоположения на близком расстоянии. .

По идее, UWB существует уже довольно давно. Лишь относительно недавно он приобрел известность, в основном из-за включения этой технологии Apple в iPhone 11.

Консорциум FiRa, в который входят Samsung, Oppo, Xiaomi и другие фирмы, был сформирован в 2019 году для поощрения создания UWB для потребительских устройств, которые работают на разных платформах, например между разными моделями смартфонов. Хотя группа существует, она пока не считает Apple своим членом, и неясно, будет ли реализация Apple работать с версией FiRa в будущем.

Как работает сверхширокополосная связь для связи?

Как и другие системы радиосвязи, UWB использует комбинацию передатчиков и приемников на устройствах. В то время как Wi-Fi и Bluetooth используют относительно узкие частотные диапазоны для связи между устройствами, UWB работает совершенно иначе.

Как следует из названия «сверхширокополосный», UWB избавляется от узких диапазонов и вместо этого передает данные в гораздо большей полосе частот. Хотя типичная ширина канала Wi-FI может составлять 20, 40 или 80 МГц, UWB вместо этого использует для своих передач диапазон ширины 500 МГц или более.

UWB обычно может себе это позволить, потому что он работает в большой полосе частот, которая обычно не используется для других типов связи, для которых FCC разрешила диапазон от 3,1 ГГц до 10,6 ГГц для нелицензионного использования. Что касается чипа Apple U1, который используется в собственных сверхширокополосных приложениях Apple, анализ TechInsights показал, что он передает данные на двух частотах: 6,24 ГГц и 8,2368 ГГц.

Чип U1 в iPhone 11 Pro Max [via TechInsights]

Необычной характеристикой СШП является то, что это импульсная система, которая многократно генерирует сигналы, а затем отключается перед повторением. Хотя каждый импульс может занимать весь диапазон назначенной ему полосы пропускания, чрезвычайно короткое время передачи каждого импульса, а также относительно низкое энергопотребление ориентированного на потребителя СШП делают маловероятным его влияние на другие системы. в тех же диапазонах.

Использование таких широких диапазонов означает, что сигнал можно легко использовать для передачи данных. Учитывая, что он способен передавать более миллиарда импульсов в секунду и использует несколько импульсов для каждого бита закодированных данных, в идеальных условиях это может равняться скорости в сотни мегабит в секунду.

Это не совсем уровень скорости сети Wi-Fi. Это все еще довольно много для связи, помимо управляемой пользователем передачи больших файлов.

Установленные регулятором низкие уровни мощности для широковещательной передачи в сочетании с более хрупкой природой высокополосных передач означают, что общий радиус действия сети невелик, обычно до 30 футов, и поэтому изначально не идеален для такой связи.

Как Ultra Wideband работает для отслеживания местоположения?

Импульсный характер сверхширокополосной связи позволяет отслеживать местоположение несколькими способами. Для начала, регулярно отправляя импульс данных, он может позволить другим близлежащим устройствам знать, что он существует, или наоборот, если он получает импульс от другого устройства.

Использование СШП и его широкого диапазона используемых частот также позволяет устройствам выполнять вычисления времени пролета (ToF), а именно, сколько времени требуется для получения ответа, что обеспечивает гораздо более полезную точку данных: насколько далеко друг от друга расположены устройства. .

Используя такой широкий частотный диапазон, это практически позволяет системе преодолевать многолучевое распространение, а именно случаи, когда радиоволны проходят по нескольким путям, чтобы достичь пункта назначения, например, отражаясь от поверхностей. Поскольку некоторые частоты, используемые в импульсе, с большой вероятностью дойдут до предполагаемого получателя непосредственно в пределах прямой видимости, вычисления могут быть основаны на них, а не на более медленных отклоненных сигналах на других частотах, что приведет к более точным расчетам.

Иллюстрация Apple UWB, используемого для игр на основе относительного местоположения, в данном случае многопользовательского Pong.

Один iPhone отправляет пакет данных на второй iPhone в рамках задачи, известной как «ранжирование». Второе устройство принимает его и отправляет ответ первому, который затем принимается с записью всех времен приема и передачи.

Затем первое устройство может отправить третий пакет данных второму, содержащий идентификатор устройства, метку времени отправки первого пакета, метку времени, когда первое устройство получило свой ответ, и время отправки третьего пакета. Этого достаточно для второго устройства, чтобы определить, насколько далеко эти два устройства находятся друг от друга.

Поскольку второе устройство имеет метки времени для приема и отправки пакетов, аналогичные точки данных могут быть отправлены, что также сообщает первому устройству о диапазоне.

Поскольку радиостанции СШП также могут определять угол входящего сигнала, это также может позволить им определять направление, в котором устройство расположено по отношению к нему. Совместите это с вычислением расстояния, и вы сможете определить общее относительное положение с более высокой степенью точности, чем другие методы.

Например, можно определить местоположение устройства с помощью сигналов Wi-Fi с точностью до 10 футов, а GPS с ГЛОНАСС — с точностью до 6 футов. Bluetooth может достигать расстояния примерно 10 футов для устройств, использующих Bluetooth 5.0 или новее, но Bluetooth 5.1 предоставляет больше возможностей определения направления, которые могут позволить отслеживать местоположение с точностью до нескольких дюймов, когда технология станет более распространенной.

Точность UWB может привести к тому, что устройство будет в худшем случае с точностью до фута, но обычно с точностью до нескольких дюймов. Точность будет зависеть от нескольких факторов, таких как расстояние и прямая видимость между устройствами.

Поддержка UWB от Apple и U1

Хотя идея UWB существует уже довольно давно, она стала вызывать озабоченность у потребителей только с конца 2019 года, когда Apple включила эту технологию в линейку iPhone 11, включая iPhone 11 Pro и iPhone 11 Pro Max. В этих моделях Apple представила микросхему U1, которая используется исключительно для связи с UWB.

В то время Apple предложила причину его использования в AirDrop, поскольку его можно было использовать для определения приоритетов в списке устройств, которым может быть предоставлен общий доступ к файлу. Направив iPhone на другой iPhone, это устройство переместилось в верхнюю часть списка общего доступа.

HomePod mini использует UWB для функций близости устройства.

Помимо iPhone, только два других устройства в линейке Apple имеют чипы U1, а Apple Watch Series 6 и HomePod mini оснащены поддержкой Ultra Wideband. Тем не менее, Apple не указала никаких причин для присутствия U1 в моделях. Хотя HomePod mini обеспечивает передачу обслуживания на основе близости, подтягивая к себе iPhone, это также доступно без UWB на HomePod, но Apple утверждает, что он используется специально для функции «приближения к устройству» на mini.

Планы Apple на будущее в отношении UWB

Что касается того, чего ожидать от UWB в будущем, Apple относительно молчала о том, что находится на горизонте, хотя, в отличие от других элементов своей экосистемы, не хранила полное молчание.

В июне Apple представила платформу для разработчиков «Nearby Interactions» для устройств с U1, позволяющую разработчикам создавать приложения, использующие данные об относительном направлении и расстоянии. В рамках своей документации Apple предложила приложение для поездок, которое позволяет водителю и пассажиру легко находить друг друга, а также сражаться на воздушных шарах в дополненной реальности.

Apple, как полагают, также рассматривает возможность использования UWB не для iPhone, и часто слухи о «AirTags» являются ярким примером.

По слухам, AirTags — это тег для отслеживания устройств, поддерживаемый UWB. [image via Jon Prosser/@CConceptCreator]

«AirTags», задуманный аналогично тегам отслеживания плитки, состоит из небольшого круглого диска, оснащенного радиомодулями Bluetooth и UWB. Идея состоит в том, чтобы прикрепить их к элементам, которые вы хотите отслеживать, а затем использовать приложение Find My, чтобы переместить их.

Также считается, что приложение Find My предоставляет не только географическое местоположение тега, но также использует преимущества дополненной реальности для отображения ближайшего местоположения тега, наложенного на прямую видеотрансляцию с камеры iPhone.

Идея состоит в том, что оставленный в мире «AirTag» будет постоянно пинговать, используя UWB, который может быть обнаружен ближайшими iPhone, оснащенными чипом U1, которые случайно находятся в этом районе. Эти iPhone будут делиться данными о местоположении, где они находились, когда они обнаружили широковещательную передачу UWB, которые могут быть предоставлены владельцу тега через приложение.

Наличие микросхемы U1 в HomePod mini предполагает, что на подходе может появиться какая-то функция умного дома, потенциально с участием HomeKit. Например, Apple могла бы включить функцию, в которой UWB используется новым устройством HomeKit, чтобы определить, в какую «комнату» его следует установить, исходя из присутствия поблизости и относительного расположения других продуктов.

Также можно использовать обнаружение iPhone в комнате для применения общих словесных команд, таких как «включить свет», для применения только к этой комнате и для автоматического включения и выключения их при перемещении пользователя между комнатами. Такое гиперлокальное геозонирование открывает мир возможностей взаимодействия умного дома.

Конечно, это зависит от того, что Apple добавит U1 к еще большему количеству продуктов и потенциально позволит другим устройствам взаимодействовать с его реализацией UWB. Учитывая расширение U1 с iPhone до Apple Watch и HomePod mini, кажется весьма вероятным, что Apple сделает именно это.