2020 Apple'ın sonbahar konferansı, 11 Eylül'de Jobs Theatre'da düzenlendi.

Bu konferansta bir detay da iPhone'ların hepsinde ultra geniş bant (UWB) teknolojisini destekleyen U1 yongası bulunuyor.

Resmi tanıtıma göre, yeni teknoloji Apple cep telefonlarının Mekansal Farkındalık özelliklerini önemli ölçüde geliştirecek.

Peki, mekansal farkındalık ne anlama geliyor? U1 çipi tam olarak ne yapabilir? UWB teknolojisi nedir? Tüm bunlar yeni bir akıllı cihaz uygulama yeniliğine yol açacak mı?

Bu soruların cevapları ileride açıklanacak.

Mekânsal Farkındalık, konumlandırma yeteneği olan yönelimi algılama yeteneğidir.

Apple'ın tanıtımına göre, U1 çipi ile donatılmış iPhone, cep telefonunun konumlandırma işlevini daha da geliştiriyor. Sadece kendi cep telefonunun yerini değil, yakındaki diğer cep telefonlarının da yerini algılayabilir.

U1 çipinin sağladığı alan farkındalığı yeteneğine bağlı olarak, AirDrop kullanırken (AirDrop, Apple cihazları tarafından sağlanan kablosuz dosya paylaşım işlevidir), yalnızca iPhone'unuzu başka birinin iPhone'una yönlendirmeniz yeterlidir ve sistem buna öncelik verir ( ne kadar yakınsanız, öncelik o kadar yüksek), dosyaları daha hızlı paylaşmanıza olanak tanır.

iPhone11, "bana ne kadar yaklaşırsan, o kadar ilk yanıt alırsın" uygulama etkisini elde edebilir.

Konumlandırma, hepimiz için tanıdık bir konudur. Konumlandırma ve navigasyon hizmetlerine sahip Google Map veya Baidu Map gibi APP'leri sıklıkla kullanırız.

Konum servisleri yön belirlememize, güvenlik ve kontrol duygumuzu artırmamıza yardımcı olur ki bu da işimize ve hayatımıza büyük kolaylıklar getirir.

Bu nedenle, UWB teknolojisi ile şu anda kullandığımız konumlandırma teknolojisi arasındaki fark nedir?

Yaygın olarak kullanılan konumlandırma teknolojileri artık esas olarak uydu konumlandırmayı ve baz istasyonu konumlandırmayı içermektedir.

Uydu konumlandırma, nokta konumu ölçümü gerçekleştirmek için yapay dünya uydularını kullanan bir teknolojidir. Ve şu anda kullanıcılar için en yaygın kullanılan ve en popüler konumlandırma teknolojisidir. Yüksek hassasiyet, hızlı hız ve düşük kullanım maliyeti özellikleri oldukça ön plana çıkmaktadır.

Tanınmış uydu konumlandırma sistemleri arasında Amerika Birleşik Devletleri'nin Küresel Konumlandırma Sistemi (GPS), Çin'in Beidou (BDS), Avrupa'nın Galileo'su, Rusya'nın GLONASS'ı bulunmaktadır.

Baz istasyonu konumlandırma ilkesi radara benzer. Radar konumlandırma, radar dalgaları yaymak ve hedefin yansımasına dayalı olarak uzamsal konum ölçümü yapmaktır.

Baz istasyonu bir "radar" gibi çalışır.

Genellikle, bir cep telefonu bir şehirdeki birden fazla baz istasyonunun sinyal kapsama alanı altındadır. Cep telefonu, her baz istasyonunun TOA (varış zamanı) veya TDOA (varış zamanı farkı) sinyalini elde etmek için farklı baz istasyonlarının aşağı bağlantı pilot sinyallerini "ölçecektir".

Ölçüm sonucuna göre cep telefonunun koordinatları baz istasyonunun koordinatları ile birleştirilerek hesaplanabilir,

İşte göstermek için bir resim.

Yukarıda belirtilen tüm konumlandırma yöntemlerinin bariz bir eksikliği vardır. Binalara nüfuz edemezler ve iç mekanda konumlandırma sağlayamazlar.

Uydu konumlandırma, alıcının yeterli uydu sinyali almasını gerektirir. Odaya girerken veya engellendiğinde, uydu sinyali çok zayıftır ve etkili bir şekilde konumlandırılamaz.

Dışarıdayken, cep telefonunun aldığı GPS konumlandırma sinyali 15'in üzerine çıkabilir. İçerideyken, cep telefonunun iç mekanda aldığı GPS konumlandırma sinyali 3'ten az olabilir.

Bilindiği gibi uydu sayısı azaldığında konumlandırma hatası 10 m'den 66 m'ye çıkmaktadır.

Bir yandan, uydu ve baz istasyonu konumlandırma teknolojisi, iç mekan konumlandırma ihtiyaçlarını karşılayamaz. Öte yandan, yeraltı garaj navigasyonu, alışveriş merkezlerinde mağaza ve mal bulmak ve hatta kayıp çocukları bulmak gibi iç mekan konumlandırmasına yönelik artan bir talep var.

Artan talep sayesinde insanlar, konumlandırma yetenekleri sağlamak için diğer bağlantı düğüm türlerini kullanmayı denemek için bir dizi teknoloji geliştirdiler. Wi-Fi, Bluetooth , UWB ve diğer teknolojileri içerir .

UWB nedir?

Wi-Fi ve Bluetooth bizim için büyük bir haber değil. Peki UWB nedir?

UWB, 1960'larda ortaya çıkan darbeli iletişim teknolojisinden kaynaklanan bir ultra geniş bant teknolojisidir.

Genel iletişim sistemi, dar bant sinyalini modüle etmek için yüksek frekanslı bir taşıyıcı kullanır ve iletişim sinyalinin kapladığı gerçek bant genişliği yüksek değildir.

UWB, geleneksel iletişim teknolojisinden farklıdır, nanosaniye veya mikrosaniye büyüklüğünde son derece dar darbeler gönderip alarak kablosuz iletimi gerçekleştirir. Son derece kısa darbe süresi genişliği nedeniyle, spektrumda ultra geniş bant elde edilebilir ve 500 MHz'in üzerindedir.

FCC (Federal İletişim Komisyonu), UWB için 3,1 GHz'den 10,6 GHz'e toplam 7,5 GHz tahsis etmiştir. Ayrıca, yayılan gücüne FCC Bölüm 15.209'dan daha katı sınırlar koydular. UWB, -41,3 dBm frekans bandıyla sınırlıdır.

Kısacası UWB, ultra geniş bant genişliği ve düşük iletim gücü sayesinde düşük güç tüketimi ile hızlı veri iletimi sağlar.

UWB darbelerinin son derece kısa zaman genişliği nedeniyle, mesafe ölçümü için yüksek hassasiyetli zamanlama da kullanılabilir.

Wi-Fi ve Bluetooth konumlandırma teknolojisi ile karşılaştırıldığında, UWB'nin kendi avantajları vardır.

• Güçlü anti-multipath yeteneği, yüksek konumlandırma doğruluğu. Bant genişliği, çok yollu bir ortamda (doğru orantılı olarak) sinyalin mesafe çözünürlük kapasitesini belirler. UWB, çok yollu girişim sinyallerinin etkisinin çoğunu ayırt edebilen ve ortadan kaldırabilen ve yüksek hassasiyetli konumlandırma sonuçları elde edebilen geniş bir bant genişliğine ve güçlü çok yollu çözünürlük yeteneğine sahiptir. UWB, mesafe çözünürlüğünde diğer geleneksel sistemlerden daha yüksek olabilir ve doğruluğu, karmaşık bir ortamda Wi-Fi ve Bluetooth gibi geleneksel sistemlerin yüz katına bile ulaşabilir.
• Yüksek zaman damgası doğruluğu. UWB darbeleri nanosaniye bant genişliğine sahiptir. Konumu zamanlamaya göre hesaplarken, ortaya çıkan hata genellikle birkaç santimetreden azdır.
• Güçlü elektromanyetik uyumluluk. UWB, diğer sinyal türlerinde ve çevresel gürültüde iyi gizlenebilen düşük iletim gücüne ve geniş sinyal bant genişliğine sahiptir. Geleneksel alıcılar tanımlayamaz ve alamaz. Demodüle etmek için verici ile aynı yayma kodu darbe dizisini kullanmalıdır, böylece diğer iletişim hizmetlerinde parazite neden olmaz, aynı zamanda diğer iletişim cihazlarından kaynaklanan girişimi de önleyebilir.
• Yüksek enerji verimliliği. UWB, 500 MHz'den fazla RF bant genişliğine sahiptir ve bu, büyük bir yayılmış spektrum kazancı sağlayarak UWB iletişim sistemini yüksek enerji verimliliği sağlar. Pille çalışan ekipman için, sistemin çalışma süresi büyük ölçüde uzatılabilir ve aynı iletim gücü sınırlaması altında, kapsama alanı geleneksel teknolojininkinden çok daha geniştir. UWB vericileri, kısa menzilli uygulamalar için tipik olarak 1 mW'tan daha az iletir. Uzun mesafeli uygulamalarda 200 metre mesafeye ek bir güç amplifikatörü olmadan ulaşılırken 6.8 Mbps hava hızına ulaşılabiliyor.

Yukarıdaki teknik avantajlara dayanarak, UWB yüksek hassasiyetli bir iç mekan konumlandırma sistemi oluşturabilir.

UWB ve diğer konumlandırma teknolojilerinin karşılaştırılması

Şu anda, yaygın olarak kullanılan üç UWB aralıklandırma yöntemi vardır.

(1) ToF (Uçuş süresi). Menzil ölçümü, UWB sinyalinin baz istasyonu ile etiket arasındaki uçuş süresi ölçülerek gerçekleştirilir.

(2) TDoA (Varış Zaman Farkı). UWB sinyali, etiketten her bir baz istasyonuna olan zaman farkını bulmak için kullanılır.

(3) PDoA (Varışın Faz Farkı). Baz istasyonu ve etiket arasındaki azimut ilişkisi, Varış Açısı fazı ile ölçülür.

UWB endüstri geliştirme

UWB, 2002'den önce askeri amaçlar için yaygın olarak kullanılıyordu. 2002'de FCC, UWB teknolojisi üzerindeki yasağı kaldırdı ve sivil alana girmesine izin verdi.

O zamandan beri, UWB teknolojisi hızlı bir gelişme dönemine girdi ve çeşitli teknik çözümler de UWB uluslararası standartlarının formülasyonu etrafında şiddetli bir rekabet başlattı.

2007'de IEEE, UWB teknolojisini 802.15.4a standardında standartlaştırdı. Yaklaşık 10 yıllık geliştirme sürecinin ardından, UWB standartları sürekli olarak gelişmektedir.

Decawave, UWB endüstri zincirinde belirtilmelidir.

Decawave şu anda IEEE 802.15.4'ü desteklediği bilinen tek UWB konumlandırma çipi üreticisidir. Birkaç dolarlık perakende satış fiyatıyla düşük maliyetli fişler sunuyorlar. Çip, IEEE 802.15.4-2011 UWB standart protokolüne uyan DW1000'dir (ideal koşullar altında maksimum ölçülebilir aralık 300 m'dir).

Apple'ın ürün lansmanından sonra, Decawave çip DW1000 tabanlı bir konumlandırma üreticisi olan INTRANAV, kitinin iPhone11 ile birlikte çalışabilirliği desteklediğini iddia eden iki tweet attı ve Decawave de tweet'i yeniden yayınladı. Bu, Apple U1'in IEEE 802.15.4'ü destekleme konusunda büyük bir olasılığa sahip olduğunu gösteriyor.

UWB teknolojisiyle uğraşan diğer üreticiler arasında Ubisense ve BeSpoon bulunmaktadır. Bu üreticiler, genellikle bir modül kiti biçiminde başlatılan kendi UWB çözümlerini kullanır, ancak hiçbiri IEEE 802.15.4'ü desteklemez.

Daha iyi Mekansal Farkındalığın gerçekleştirilmesi, uygulama ekolojisinin desteğini gerektirir. Tüm uygulama ekosistemini oluşturmak için farklı üreticilerin cihazlarının birlikte çalışabilirlik ve uyumluluk sağlaması gerekir. Gelecekte tüm üreticilerin cihazlarının IEEE 802.15.4 standardını desteklemesi muhtemeldir.

UWB konumlandırma etkisi

Şu anda, dünyada üç yüksek standartlı iç mekan konumlandırma yarışması var.

1) Microsoft Indoor Yerelleştirme Yarışması (MILC)

2) Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü (NIST) tarafından düzenlenen PERFLoc (İç Mekan Akıllı Telefonun Performans Değerlendirmesi)

3) Uluslararası Bina İçi Konumlandırma ve Bina İçi Seyrüsefer Konferansı (IPIN)

Microsoft'un MILC yarışması, yüksek hassasiyetli iç mekan konumlandırma teknolojisini değerlendirmek için en iyi aşama olarak kabul ediliyor.

Yıllar boyunca MILC yarışmalarında altyapı grubuna dayalı olarak ilk üç sonucun bir listesi aşağıdadır.

2015 yılından bu yana UWB'nin avantajlarının yavaş yavaş gösterildiği ve yüksek hassasiyetli konumlandırma teknolojisinde en umut verici teknoloji haline geldiği bilinebilir. Aynı zamanda, Decawave'in DW1000'i de belirli konumlandırma çözümlerinde ana tercihtir. Kazanan 8 UWB takımından 7'si DW1000'i kullandı.

2018 yarışmasında, bir harita (soldaki resim) oluşturmak için çok yüksek performanslı bir lazer SLAM kullanıldı ve oyunun değerlendirme temeli olarak kullanılan gerçek konum yörüngesinin bu gerçek zamanlı çıktısına (sağda) dayanıldı.

Oyunun yeri Portekiz'in Porto Borsası Sarayı'dır ve ortam çok karmaşıktır.

2018 yarışması, dinamik doğruluğu değerlendiren ilk yarışmaydı. Yarışma yeri çok karmaşıktı ve sonuçlar çok odaklıydı. Bu etkinlikte Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Carnegie Mellon Üniversitesi'nden Anthony Rowe ekibi anılmaya değer. Bu ekip, iç mekan konumlandırma alanında liderdir. 3 kez ilk üçe girdiler. 2018'de birinci oldular ve ikinci oldular.

CMU Anthony Rowe ekibi

Daha da önemlisi, ekibin 2018'de ilk sırada yer aldığı teknik rota UWB + Artırılmış Gerçeklik (AR) oldu ve iPhone 11 Pro, hem AR hem de UWB'yi destekleyen ilk cep telefonu oldu. Bu, ekibin güçlü bir teknik içgörüye sahip olduğunu kanıtlıyor.

Ayrıca Çin'den Nanjing ATE Electronic Technology Co., Ltd. de dikkate değer.

Onlar gelişmekte olan bir takım. UWB pazarına girdikten bir yıl sonra 2018 yarışmasına katıldılar ve ikincilik için berabere kaldılar. Bu, yerli takımın bu etkinlikte şimdiye kadarki en iyi sıralaması.

Yukarıdaki resim, yarışma sırasında ATE ekibinin gerçek zamanlı çıktısıdır. Görüldüğü gibi, birkaç alan dışında, çoğu alan, yüksek doğrulukta konumlandırma koordinatlarına sahiptir. Mavi, lazer SLAM'in gerçek zamanlı yörüngesidir, yeşil nokta, ATE ekibinin çıktısı olan yörüngedir ve kırmızı, vektör hatasıdır.

Yukarıdaki resim, katılan takımların ortalama konumlandırma hatalarının bir karşılaştırmasıdır. ATE ekibinin ortalama konumlandırma hatası 0,4 metredir.

Bununla birlikte, UWB teknolojisini de kullanan Racelogic ve Russian Research Institute gibi birkaç geleneksel güçlü ekip, yalnızca 1 metreye yakın veya daha kötüsünü elde etti. Bu, 2018 yarışının zorluğunu tam olarak göstermektedir.

Özet

Sonuç olarak, iPhone'un kapsamlı UWB desteği, büyük ölçekli ticari tanıtım için çok değerli bir fırsattır. Ayrıca UWB yukarı ve aşağı endüstri zincirinin gelişimini ve olgunluğunu hızlandıracaktır.

5G'nin gelişiyle, her şeyin internet çağına doğru hızla ilerliyoruz ve giderek daha fazla IoT cihazı ve uygulaması ortaya çıkacak. UWB teknolojisi, kullanıcılara daha iyi bir hizmet deneyimi sağlamak için kendi özelliklerine göre bu IoT uygulamalarıyla yakından entegre edilebilir.

UWB teknolojisi, akıllı ev, AR, mobil ödeme, bakım izleme, jeolojik keşif, iç mekan navigasyonu vb. dahil olmak üzere çok geniş geliştirme beklentilerine sahiptir.

İlgili ajansların tahminlerine göre gelecekte UWB teknolojisi iç mekan konumlandırma pazarının %30 ~ %40'ını işgal edecek ve pazar büyüklüğünün 2022'de 16,4 milyar ABD dolarına ulaşması bekleniyor.

UWB'nin parlak geleceğini dört gözle bekleyelim.