O que é uma rede UWB (Ultra Wideband)? Conheça aplicações e vantagens

UWB (Ultra Wideband ou Banda Ultralarga) é um padrão de comunicação sem fio de curto alcance que usa ondas de rádio de alta frequência para fazer transmissão de dados. A tecnologia está cada vez mais presente em smartphones, mas também aparece em dispositivos menores, como tags (etiquetas) de rastreamento eletrônico.

O uso de redes UWB para transmissão de baixa potência em escala industrial surgiu em 2002, com especificações padronizadas pela FCC (Comissão Federal de Comunicação dos EUA).

Mas esse tipo de conexão começou a ganhar espaço em eletrônicos de consumo em 2019, quando a Apple lançou a linha iPhone 11 com o chip U1 com suporte a UWB.

Os AirTags, introduzidos em 2021, são igualmente compatíveis. Marcas como Samsung e Xiaomi também já implementam o Ultra Wideband em seus produtos.

Neste artigo, o Tecnoblog explica como o UWB funciona, quais as suas vantagens e limitações, bem como as suas diferenças em relação a outras tecnologias de comunicação sem fios, como o Bluetooth e ao Wi-Fi.

Como funciona uma conexão UWB

O UWB funciona por meio de ondas de rádio geradas com a emissão de pulsos eletromagnéticos em frequência de amplo espectro.

A tecnologia tem baixo consumo de energia e segue as especificações de transmissões sem fio IEEE 802.15.3 e IEEE 802.15.4, o que a habilita para uso em larga escala.

Um chip UWB existente nos dispositivos receptores interpreta os pulsos como dados. Por padrão, é necessário emitir até 128 pulsos para que um único bit seja transmitido, mas isso acontece de modo tão rápido, com emissões a cada dois nanossegundos ou menos, que o UWB se torna viável em diversas aplicações.

O envio sucessivo dos pulsos em intervalos tão curtos faz o UWB atuar como um radar, permitindo que o dispositivo de origem identifique com precisão outros equipamentos e objetos existentes no mesmo ambiente para iniciar uma comunicação ou realizar ações de rastreamento.

Quais são as faixas de frequência de operação do UWB?

O UWB opera com uma frequência típica entre 3,1 GHz e 10,6 GHz, o que é ideal apenas para transmissões de curto alcance e difere da frequência adotada por outros padrões, como o Bluetooth (2,4 GHz), característica que previne interferências.

A alta largura de banda (500 MHz ou mais) faz a tecnologia UWB ser eficiente e apresentar baixa latência (tempo para um dado ir de um ponto a outro) na comunicação entre dispositivos próximos.

Além disso, em uma comunicação UWB, a energia é espalhada pela largura de banda de modo a ter baixa densidade espectral, o que torna mais difícil a intercepção de dados ou a interferência da tecnologia em outras conexões.

UWB pode penetrar paredes?

Sim, uma transmissão UWB pode atravessar paredes, o que permite que a conexão alcance ambientes próximos. Porém, a capacidade de penetração tende a ser atenuada ou até anulada, dependendo da espessura da parede ou dos materiais que a compõem, principalmente há quando estruturas de metal entre eles.

Configurar a conexão UWB para operar em frequências mais baixas diminui o risco de paredes ou outras barreiras físicas impedirem a transmissão de chegar a um ponto próximo.

Qual é o alcance de uma rede UWB?

O UWB tem alcance teórico de 200 metros, mas apresenta maior precisão dentro de uma distância de até 50 metros. Essa característica torna o UWB bastante diferente da tecnologia NFC, que funciona com distâncias inferiores a 20 centímetros. O UWB lembra mais o Bluetooth, que trabalha com distâncias de até 100 metros, mas tem frequência, velocidade e precisão diferentes.

Qual é a taxa de dados máxima de uma conexão UWB?

A taxa de transferência de dados teórica do padrão UWB pode chegar a 1 Gb/s, mas isso depende da forma como a tecnologia é implementada, bem como da capacidade de transmissão dos módulos baseados na tecnologia.

Nas aplicações mais comuns, a taxa de transferência de dados do UWB costuma variar entre 4 e 27 Mb/s, o suficiente para o uso da tecnologia em rastreamento de objetos, equipamentos de casa inteligente e dispositivos médicos, por exemplo.

Para que serve a tecnologia UWB?

A conexão Ultra Wideband serve principalmente para serviços de localização e monitoramento. Entre as aplicações do UWB, estão:

• Localização em tempo real: o UWB complementa sistemas de reconhecimento espacial, que são úteis para localizar objetos, por exemplo. Isso explica o seu uso em dispositivos como AirTags e Galaxy SmarTag+;
• Casa inteligente: o UWB pode agilizar a comunicação entre dispositivos domésticos, reconhecendo o celular do usuário para ligar as luzes do quarto ou iniciando uma transmissão de dados multimídia (streaming) na sala, por exemplo;
• Radar veicular: a comunicação rápida do UWB pode ser empregada em automóveis para prevenir acidentes em cruzamentos, fazer o veículo receber dados de sinalização da via, entre outras aplicações do setor automobilístico;
• Dispositivos vestíveis: o UWB pode ser usado para permitir a troca rápida de dados entre pulseiras ou relógios inteligentes e o smartphone;
• Monitoramento médico: os pulsos emitidos pelo UWB podem auxiliar no monitoramento da frequência cardíaca ou de outros parâmetros de saúde de uma pessoa;
• Conexão de periféricos: o UWB pode ser usado para conexão sem fio de fones de ouvido, mouse e outros acessórios a notebooks com pouca conectividade. É por isso que a tecnologia é a base do WUSB (Wireless USB);
• Chave eletrônica: a tecnologia UWB pode ser usada para a comunicação de chaves eletrônicas com portões ou carros com travas automatizadas, ou para permitir que dispositivos móveis como celulares funcionem como chave.

UWB pode ser usado para streaming de áudio?

Sim. Como o UWB funciona de modo eficiente em curto alcance, demanda pouca energia e possibilita transmissões com baixa latência, a tecnologia pode ser usada em streaming de áudio e até de vídeo.

Porém, o uso do UWB para streaming é incomum. É possível que a indústria tenha que otimizar tecnologias e definir padrões técnicos para tornar o UWB viável com áudio. Para esse fim, a tecnologia Bluetooth LE Audio tem atraído mais interesse por otimizar o fluxo de som e consumir pouca energia.

Quais são as vantagens de uma conexão UWB?

A tecnologia UWB é vantajosa para transmissão de dados em curto alcance, e apresenta características como:

• Alta precisão: aplicações baseadas em UWB podem localizar objetos ou medir distâncias dentro do raio de alcance com precisão de centímetros, o que torna a tecnologia adequada para rastreamento ou monitoramento;
• Sem interferência: a operação do UWB em uma faixa de frequência alta diminui o risco de a tecnologia causar interferência em outras conexões;
• Baixo consumo de energia: conexões UWB tendem a consumir menos energia do que comunicações baseadas em Bluetooth clássico ou Wi-Fi;
• Implementação relativamente barata: o UWB não costuma aumentar de modo significativo os custos de uma aplicação por não ser uma tecnologia que exige licenças caras.
• Segurança: a tecnologia UWB é considerada segura por ter funcionamento em curto alcance, que dificulta interceptações, e o risco menor em relação a outros tipos de comunicações sem fio de sofrer ou causar interferências.

Quais são as limitações das redes UWB?

Conexões UWB têm algumas limitações que podem restringir o seu uso sob determinadas circunstâncias, como:

• Curto alcance: conexões UWB funcionam melhor em distâncias de até 50 metros. O alcance é menor se o ambiente tiver paredes ou outros tipos de barreira;
• Velocidade restrita: o UWB pode alcançar taxas de transmissão de 1 Gb/s, mas isso depende da forma de implementação. Boa parte das aplicações têm baixa taxa de transmissão de dados devido a um controle de custos;
• Dispositivos podem ser caros: produtos baseados em UWB, como etiquetas eletrônicas, costumam ter preço alto, apesar de a implementação da tecnologia não ser cara;
• Limitações de compatibilidade: o número de aplicações baseadas em UWB ainda é baixo em relação a outras tecnologias de conexão sem fio, o que pode fazer o padrão ter pouco aproveitamento em dispositivos móveis compatíveis.

Qual é a diferença entre UWB e Bluetooth?

O UWB é uma tecnologia de comunicação sem fio de curto alcance que, tipicamente, funciona dentro da faixa de frequência de 3,1 a 10,6 GHz. Já o Bluetooth é uma tecnologia de curto alcance que funciona dentro da faixa de 2,4 GHz a 2,483 GHz, mais suscetível a interferências.

A maior vantagem do UWB em relação ao Bluetooth é a sua capacidade de localizar dispositivos com alta precisão. O Bluetooth pode ter alcance maior dentro de ambientes internos e é compatível com uma variedade ampla de dispositivos.

Qual é a diferença entre UWB e Wi-Fi?

O UWB é um padrão de conexão sem fio que requer que os dispositivos estejam próximos entre si, enquanto o Wi-Fi é um tipo de rede de longo alcance e que permite a interconexão de múltiplos dispositivos simultaneamente.

Normalmente, o UWB opera com frequência entre 3,1 e 10,6 GHz. Já o Wi-Fi trabalha com as frequências de 2,4 GHz, 5 GHz e 6 GHz, dependendo da versão. Ambas as tecnologias podem ter transmissão que ultrapassa 1 Gb/s, mas o UWB costuma ser implementado com taxa de dados entre 4 e 27 Mb/s.