Die Einführung von Ultrabreitband (UWB) nimmt Fahrt auf

Mit Nachrichtenberichten, die darauf hindeuten, dass Tesla die Verwendung von Ultrabreitband-Technologie (UWB) erwägt, um das Entsperren seiner Autos zu ermöglichen, sowie erwarteten Tracker-Tags von Samsung, Apple und sogar Tile mit UWB, steckt eindeutig eine plötzliche Dynamik hinter dieser Technologie.

Dieser Artikel präsentiert Auszüge aus einem Gespräch während eines kürzlich erschienenen Podcasts, „Die ultraweiten Möglichkeiten von Ultra-Wideband“, der den Hintergrund und die Möglichkeiten von UWB untersucht, von der Definition der von UWB gebotenen Möglichkeiten bis hin zu Standardisierung, Interoperabilität und Marktakzeptanz . Ich bespreche diese Themen mit Charles Dachs, VP und General Manager für sichere eingebettete Transaktionen bei NXP Semiconductors und Ramesh Songukrishnasamy, SVP und CTO bei HID Global.

Schlüssellose Autoanhänger und Tracker-Tags entstehen mit UWB

Bevor wir ins Gespräch kommen, deuten die jüngsten Entwicklungen sicherlich darauf hin, dass die Akzeptanz in naher Zukunft wahrscheinlich steigen wird.

Im Januar kündigte BMW offiziell seinen BMW Digital Key Plus an, der in seinem vollelektrischen BMW iX eingeführt werden soll. Nutzer von iPhones mit dem UWB-fähigen U1-Chip können bequem und sicher schlüssellos auf das Auto zugreifen. Dies nutzt die sichere und präzise Lokalisierung, die durch die UWB-Technologie mit kurzer Reichweite und hoher Bandbreite ermöglicht wird. Die Präzision sorgt dafür, dass Relay-Angriffe, bei denen das Funksignal gestört oder abgefangen wird, nicht möglich sind. Apple und BMW haben eng mit dem Car Connectivity Consortium (CCC) zusammengearbeitet, um die Digital Key Specification 3.0 für UWB zu etablieren, die einen globalen Standard für die Automobilindustrie bietet.

Darüber hinaus reichte Tesla bei der FCC ein Dokument für einen Schlüsselanhänger mit UWB ein, der im Frequenzbereich von 6489,6 bis 7987,2 MHz, BLE und passiven NFC-Fähigkeiten betrieben wird. Dies wurde zusammen mit anderen Dokumenten eingereicht, aber eine bestimmte Einreichung von Tesla, die vor der Entfernung kurz online verfügbar war und das Gerät beschrieb, enthielt diese Beschreibung:

„Das Gerät ist ein vollintegrierter Single-Chip Impulse Radio Ultra Wideband (IR-UWB) Low Energy Low-Cost Transceiver IC. Das Gerät unterstützt Frame-Formate, die mit IEEE 802.15.4 HRP UWB PHY und IEEE Draft 802.15.4z-D03 BPRF/HPRF UWB PHY konform sind. Es ist für sichere Ranging-Anwendungen in einer Automobilumgebung konzipiert. Es kann in 2-Wege-Ranging- oder TDOA-Ortungssystemen verwendet werden, um Assets mit einer Genauigkeit von bis zu 10 cm zu lokalisieren. Es unterstützt auch Datenübertragungsraten von bis zu 7,8 Mbit/s.“

Im Folgenden wird beschrieben, wie die UWB-Entfernungsmessung eine Entfernungsschätzung basierend auf einer Flugzeitmessung liefert, die es immun gegen Relaisangriffe macht, eine häufige Herausforderung für Autos, die schlüssellose Zugangsschlüssel verwenden.

Die UWB-Podcast-Highlights

Was all diese Entwicklungen möglich macht, ist die Fähigkeit von UWB, Smart Edge-Geräten räumliches Bewusstsein zu verleihen. Was bedeutet dies für die Zugangskontrolle für den Verbraucher und für das Ultrabreitband-Ökosystem? Charles Dachs und Ramesh Songukrishnasamy erklären.

Dies im Podcast. Hier sind die Highlights.

UWB-Entwicklung und was die Technologie ermöglicht

Wie hat sich die UWB-Technologie im Laufe der Jahre entwickelt?

Dächer :Vor vielen Jahren begann es als Datenübertragungstechnologie und konkurrierte damals mit Technologien wie Wi-Fi und Bluetooth. Seitdem hat UWB jedoch mehrere Transformationen durchlaufen und sich von einer OFDM-basierten Datenübertragungstechnologie zu einer Impulsfunktechnologie entwickelt, die im IEEE spezifiziert ist. Und in jüngerer Zeit wurde es um Sicherheitserweiterungen und eine Reihe von Dingen erweitert, die die Integrität und Genauigkeit von Entfernungsmessungen garantieren. Heute ist es wirklich eine Sensortechnologie. Es bietet die einzigartige Fähigkeit, sichere Standortfunktionen von Geräten in Bezug aufeinander bereitzustellen.

Was ermöglicht UWB?

Dächer :Seine Erfassungsfähigkeit ermöglicht es Geräten, ihre jeweilige Position in Bezug aufeinander auf sehr genaue Weise zu erkennen. Wenn Sie Geräten diese Funktion zur Verfügung stellen, können sie jetzt basierend auf ihrem Wissen über diesen relativen Standort auf intelligente Weise handeln.

Songukrishnasamy :Es ermöglicht Dinge wie eine genaue Fähigkeit, die relative Position zu lokalisieren, und dies auf sehr sichere Weise. Dadurch ist es möglich, konsistente, nahtlose Benutzererlebnisse zu bieten – beispielsweise wenn Sie das Smart Lock in Ihrem Zuhause entriegeln oder Ihr Auto entriegeln oder auf Ihren Arbeitsplatz zugreifen.

UWB ermöglicht meiner Ansicht nach eine höhere Genauigkeit der Positionsbestimmungsmöglichkeiten, zusammen mit erhöhter Sicherheit im Vergleich zu anderen HF-Technologien. Außerdem ist UWB immun gegen HF-Störungen, sodass es in Umgebungen mit hohem Datenverkehr viel besser funktioniert. Ich denke, diese Funktionen werden eine viel bessere nahtlose Benutzererfahrung in einer Vielzahl von Anwendungsfällen wie der freihändigen Zugangskontrolle an Ihrem Arbeitsplatz, in Krankenhäusern, Hotels oder zu Hause ermöglichen. Das ist für mich eine der wichtigsten Unterscheidungsmerkmale dieser Technologie.

Inwiefern ist Genauigkeit in diesem Zusammenhang für den sicheren Zugriff wichtig?

Songukrishnasamy :Es spielt zwei wichtige Rollen. Für einen sicheren Zugriff müssen Sie sicherstellen, dass Sie es sind und nur Sie und nicht jemand anderes. Zweitens und am wichtigsten ist die Benutzererfahrung. Mit der Möglichkeit, genau zu bestimmen, wo Sie sich an einem Standort befinden, können Sie dann erweiterte Funktionen wie die Absichtserkennung aktivieren. Das heißt, wenn jemand auf die Tür zugeht, verwenden Sie die Standorttrajektorie, um zu bestimmen, ob die Tür entriegelt werden soll, und überprüfen Sie dann die Anmeldeinformationen, um sie zu entriegeln, damit sie nahtlos wird. Und wenn es sich um eine Automatiktür handelt, öffnet sich die Tür bei Annäherung automatisch und schließt sich, sobald Sie einen bestimmten Raum außerhalb der Tür verlassen, automatisch. Oder, wenn Sie gerade an der Tür vorbeikommen, können Sie anhand des Ankunftswinkels und der Flugbahn feststellen, dass diese Person, obwohl sie über die gültigen digitalen Ausweise verfügt, nicht beabsichtigt, die Tür zu öffnen Ich werde diese Tür nicht aufschließen.

Wie schneidet UWB im Vergleich zu anderen Technologien wie Bluetooth, Wi-Fi ab?

Dächer :Grundsätzlich ist die Physik anders. Wi-Fi und Bluetooth LE basieren auf einer moderierten Sinuswelle, die über eine schmale Frequenz übertragen wird, während das UWB-Signal mit sehr kurzen Impulsen über einer Frequenz von 500 MHz arbeitet. Dieser grundlegende Unterschied in der Physik bedeutet, dass Bluetooth LE und Wi-Fi von Natur aus anfälliger für Umwelteinflüsse sind. UWB hingegen profitiert davon, dass das Pulssignal seine Genauigkeit behält, auch wenn der Abstand zwischen den Geräten größer wird.

Songukrishnasamy: In Bezug auf Standards, da wir mit einem spezifischen Anwendungsfall für UWB beginnen, sind wir als Konsortium in der Lage, bestimmte Standards, bestimmte Leistungsanforderungen, die Interoperabilitätsanforderungen ausschließlich für die physische Zugangskontrolle oder den freihändigen Zugang sind, zu definieren. Das unterscheidet UWB meiner Meinung nach und die Einführung von UWB, um einen nahtloseren, sichereren Zugriff im Vergleich zu anderen HF-Technologien zu ermöglichen (die aus einem anderen Kontext entstanden, aber dann in die Welt des physischen Zugriffs übernommen wurden).

Wie wird die Interoperabilität angegangen? Es wird der Schlüssel zur Marktakzeptanz sein.

Songukrishnasamy :Ich denke, Interoperabilität und ein robustes Ökosystem sind wirklich der Schlüssel zur Einführung neuer Technologien. Ohne Interoperabilität können wir keine konsistente Benutzererfahrung über verschiedene Geräte hinweg erreichen, die von verschiedenen Herstellern hergestellt werden, und wir können nicht skalieren. Aus diesem Grund haben wir mit Hilfe von Branchenführern und Technologieanbietern das FiRa-Konsortium gegründet, um UWB zu fördern und die Interoperabilität sicherzustellen. Das garantiert oder gibt zumindest die Gewissheit, dass das Gerät, das Sie kaufen, mit mehreren Mobiltelefonen oder anderen Endgeräten verwendet werden kann, wenn sich die Technologie weiterentwickelt.

Dächer :Sicherzustellen, dass Sie dieses einzigartige und konsistente Erlebnis bieten, wird für den Verbraucher von entscheidender Bedeutung sein. Der andere ist, dass Branchenführer in einem breiten Ökosystem damit beginnen, Geräte bereitzustellen und herzustellen, die über diese Fähigkeit verfügen. Und genau das sehen wir gerade in der Mobil- und Automobilbranche.

Wo stehen wir in Sachen Standardisierung?

Dächer :Ich kann der Standardisierung schnell drei Zweige nennen. IEEE ist eins. In den letzten zwei Jahren gab es viele Aktivitäten zur Erweiterung des ursprünglichen IEEE auf einen Breitbandstandard mit Sicherheit und auch Verbesserungen, die eine bessere Integrität und Genauigkeit bei Entfernungsmessungen ermöglichen. Beim Car Connectivity Consortium speziell für den Anwendungsfall des Freisprechzugriffs sind die Standards jetzt mit der Spezifikation Digital Key Release 3.0 festgelegt. Dies ermöglicht einen passiven, standortabhängigen schlüssellosen Zugriff. Und dann haben wir 2019 gemeinsam mit HID, ASSA ABLOY und Samsung die FiRa-Initiative ins Leben gerufen, die nun dafür sorgt, dass wir über den Autozugang oder das Auto-Ökosystem hinaus dieses Interoperabilitätsversprechen einlösen.

FiRa hat mittlerweile mehr als 50 Mitglieder. Es konzentrierte sich sofort auf die technischen Anforderungen und Spezifikationen von PHY und MAC, so dass Anwendungsfälle auf den Standards aufbauen konnten, die im eigentlich bereits fertiggestellten IEEE-Standard definiert wurden. Und dann begann man mit der Entwicklung von Spezifikationen für Anwendungsfälle, und der Zugang war der erste Schwerpunkt. Weitere Arbeitsgruppen werden jetzt zusammengestellt, um eine Vielzahl von Anwendungsfällen über den Zugriff hinaus zu behandeln.

Marktakzeptanz

Wenn wir UWB im Telefon und bei bestimmten Dingen wie Türschlössern haben, was kommt als nächstes, da Sie von nahtlosen Benutzererfahrungen sprechen?

Songukrishnasamy :Aufgrund seiner Fine-Ranging-Fähigkeit glauben wir, dass es viele neue standortbasierte Dienste ermöglichen wird, sei es der Zugang oder die Gerät-zu-Gerät-Kommunikation in IoT-Anwendungen, sowohl in der Unterhaltungselektronik als auch in industriellen Anwendungen. Darüber freuen wir uns sehr, denn das Potenzial der UWB-Technologie bei der Verwaltung des Zugangs zu physischen und digitalen Orten, Dingen und Identitäten ist für viele unserer Angebote von grundlegender Bedeutung.

Dächer :Darüber hinaus sehen wir besonderes Interesse an Indoor-Navigation, Echtzeit-Ortung von Diensten in industriellen Umgebungen, Ticketvalidierung für öffentliche Verkehrsdienste, vollständige freihändige mobile Zahlungserfahrungen, bei denen Sie im Wesentlichen in einem gebührenpflichtigen Bereich laufen um aus Ihrem Einkaufserlebnis auszuchecken; soziale Distanzierung, virtuelle Realität, Spieleanwendungen.

Es gibt wirklich eine sehr breite Palette von interessanten Anwendungsfällen. Zu Hause zum Beispiel kann das Audioerlebnis verbessert werden, indem im Wesentlichen Musik von einem Raum in den anderen verfolgt wird.

Was kommt als nächstes für das UWB-Ökosystem?

Songukrishnasamy :Da UWB von fast einem sauberen Blatt mit wenigen Altlasten ausgeht, wird es darum gehen, wie gut wir die Standards definieren können, wie gut wir Interoperabilität ermöglichen, wie breit wir dieses Ökosystem aufbauen können, und das ist wirklich der Schlüssel. Wir sehen, wie die laufenden Arbeiten beginnen, während wir sprechen. Und das gibt den Hauptakteuren dieser Branche sehr großes Vertrauen, ihre Kräfte zu bündeln, um eine viel angenehmere Benutzererfahrung in ihren Produkten oder Angeboten zu schaffen.

Zweitens denke ich, dass das Bewusstsein und auch die Nachfrage nach Sicherheit und Datenschutz steigt. Diese Technologie (UWB) wird einige dieser Aspekte ermöglichen oder einige der Mängel anderer HF-Technologien überwinden. Der dritte ist die Fähigkeit, vielseitige Anwendungen von einem Ort zum anderen auf verschiedenen Geräten und verschiedenen Endpunkten zu haben. Wenn wir konsistente Benutzerinteraktionen und Benutzererfahrungen schaffen könnten, würde dies meiner Meinung nach die Akzeptanz viel breiter und schneller machen.

Dächer :Was mich außerdem sehr zuversichtlich macht, dass dies nicht nur ein Experiment ist, ist das schiere Interesse, das wir in verschiedenen Branchen daran haben, was UWB ihnen bringen kann. Es wird von einigen wirklich großen Unternehmen unterstützt – und am Ende erreichen Technologien keine Größenordnung, es sei denn, einige sehr große Unternehmen investieren. Wenn Sie sich die Marken da draußen im Automobilbereich ansehen, diejenigen, die sich lautstark geäußert haben, wie Continental, BMW, Volkswagen, Bosch; im mobilen Bereich Apple, Samsung, Xiaomi; im Zugangsbereich, ASSA ABLOY, HID und viele andere. Dies sind keine kleinen Player, sie sind führend in ihrer Branche. Und die Tatsache, dass sie mit anderen Akteuren der Branche zusammenarbeiten, um dieses breitere Ökosystem zu schaffen, gibt mir hier viel Vertrauen.

Hören Sie sich den vollständigen Podcast an, der als Teil des NXP Smarter World-Podcasts produziert wurde, klicken Sie hier:„Die Ultra-Wide-Möglichkeiten von Ultra-Wideband“.