Pengantar Teknologi Ultra-Wideband (UWB)

Pelajari dasar-dasar protokol nirkabel jarak pendek ultra-wideband, sebuah teknologi yang dapat ditemukan di perangkat mutakhir.

Ultra-wideband (UWB), komunikasi berusia 132 tahun, sekarang sedang direvitalisasi untuk menghubungkan perangkat secara nirkabel jarak pendek. Banyak pengamat industri mengklaim UWB terbukti lebih berhasil daripada Bluetooth karena memiliki kecepatan superior, lebih murah, menggunakan lebih sedikit daya, lebih aman, dan menyediakan penemuan lokasi dan jangkauan perangkat yang unggul.

Perusahaan seperti Intel, Time Domain, Apple, Huawei, Samsung, Xiaomi, NXP, Sony, Bosch, dan Xtreme Spectrum sedang meneliti dan berinvestasi dalam teknologi UWB. Faktanya, Apple sudah menyediakan chip UWB di iPhone 11-nya yang memungkinkan akurasi pemosisian yang unggul dan rentang melalui pengukuran "Waktu Penerbangan".

Dalam artikel ini, kami akan membahas dasar-dasar teknologi pita lebar ultra, termasuk asal-usulnya, manfaat, dan pandangan tingkat tinggi tentang metode transmisi.

Apa itu UWB?

Ultra-wideband (UWB) adalah protokol komunikasi nirkabel jarak pendek—seperti Wi-Fi atau Bluetooth—menggunakan gelombang radio pulsa pendek pada spektrum frekuensi mulai dari 3,1 hingga 10,5 GHz dalam aplikasi yang tidak berlisensi.

Istilah UWB digunakan untuk bandwidth (BW) yang lebih besar atau sama dengan 500 MHz atau fractional bandwidth (FBW) lebih besar dari 20% dimana FBW =BW/fc , di mana fc adalah frekuensi tengah.

Sejarah UWB

Sejarah teknologi UWB berawal dari masa radio buatan manusia pertama ketika Marconi menggunakan pemancar spark-gap (pulsa listrik pendek) untuk komunikasi nirkabel.

Pada tahun 1920, sinyal UWB dilarang untuk penggunaan komersial. Teknologi UWB dibatasi untuk aplikasi pertahanan di bawah program yang sangat rahasia untuk komunikasi yang aman. Baru pada tahun 1992 UWB mulai mendapat perhatian nyata dalam komunitas ilmiah.

Perkembangan mikroprosesor berkecepatan tinggi dan teknik switching cepat telah membuat UWB layak secara komersial untuk komunikasi jarak pendek dan berbiaya rendah. Aplikasi awal termasuk sistem radar, komunikasi, elektronik konsumen, jaringan area pribadi nirkabel, lokalisasi, dan elektronik medis. Sejak saat itu, pengetahuan rinci tentang elektromagnetik UWB, komponen, dan rekayasa sistem telah dikembangkan.

Pada tahun 2002, Komisi Komunikasi Federal AS (FCC) adalah organisasi pertama di dunia yang mengeluarkan peraturan UWB yang mengizinkan penggunaan spektrum yang dialokasikan tanpa izin. Namun, batas daya yang diizinkan ditetapkan sangat rendah untuk menghindari interferensi dengan teknologi lain yang beroperasi pada pita frekuensi ini seperti WiFi, Bluetooth, dll.

Densitas spektral yang rendah dari sinyal UWB menarik, membuat UWB kurang rentan terhadap interferensi in-band dari sinyal narrowband lainnya dan sangat aman karena sulit dideteksi karena kepadatan daya yang rendah.

Kelebihan Teknologi Ultra-Wideband

Bandwidth sinyal UWB yang sangat lebar memungkinkan kinerja dalam ruangan yang superior dibandingkan sistem pita sempit tradisional.

Beberapa fitur bandwidth ini disorot di bawah ini:

• Bandwidth lebar memberikan kekebalan terhadap efek saluran di lingkungan yang padat dan memungkinkan resolusi ruang-waktu yang sangat halus untuk pemosisian node UWB dalam ruangan yang sangat akurat, misalnya, iPhone 11 baru
• Kepadatan spektral yang rendah, di bawah kebisingan lingkungan, memastikan kemungkinan deteksi sinyal yang rendah dan meningkatkan keamanan komunikasi.
• Kecepatan data yang tinggi dapat ditransmisikan melalui jarak pendek menggunakan UWB.
• Sistem UWB dapat hidup berdampingan dengan sistem narrowband yang sudah diterapkan.

Transmisi UWB

Dua pendekatan berbeda diadopsi untuk transmisi data:

• Pulsa ultra-pendek dalam rentang picosecond, yang mencakup semua frekuensi secara bersamaan (juga disebut radio impuls)
• Membagi total bandwidth UWB menjadi satu set saluran broadband Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)

Pendekatan pertama hemat biaya dengan mengorbankan rasio sinyal terhadap noise yang terdegradasi. Secara umum, transmisi radio impuls tidak memerlukan penggunaan pembawa, yang berarti mengurangi kerumitan dibandingkan dengan transceiver pita sempit tradisional (yaitu, arsitektur transceiver yang lebih sederhana) karena sinyal langsung dipancarkan melalui antena UWB. Monocycle Gaussian atau salah satu turunannya adalah contoh pulsa UWB yang mudah dibangkitkan.

Pendekatan kedua mengeksploitasi spektrum secara lebih efisien dan menawarkan kinerja dan throughput data yang lebih baik dengan mengorbankan kompleksitas yang meningkat (yaitu, memerlukan pemrosesan sinyal), dan konsumsi daya.

Pilihan antara dua pendekatan tergantung pada aplikasinya.