Bluetooth e UWB (Ultra Wideband) sono due tecnologie di connessione dati/audio/video a corto raggio con alcune similitudini e molte differenze. Scopriamo insieme come funzionano e quali sono pregi, difetti e applicazioni.
Per le comunicazioni a corto raggio di dati, comandi, audio e video esiste una tecnologia ormai consolidata e utilizzata in miliardi di dispositivi fissi e mobili, in auto come a casa (domotica). Si chiama Bluetooth (clicca qui per leggere il nostro articolo di approfondimento) ed è stata sviluppata negli anni ’90 dall’azienda svedese Ericsson per collegare tra loro i telefoni cellulari con altri dispositivi del mondo digitale senza bisogno di cavi, cioè in wireless.
La tecnologia Bluetooth è presente su tutti i dispositivi portatili e indossabili come telefoni cellulari, smartphone, tablet, smartwatch, notebook, cuffie e auricolari, su computer fissi, Smart TV ed anche negli apparecchi elettromedicali e nei dispositivi domotici per la registrazione e il controllo di luci, prese e interruttori smart.
Nel corso degli anni ha subito un’evoluzione tecnologica davvero impressionante che ha permesso non solo di migliorare la qualità delle comunicazioni a corto raggio (soprattutto in ambito audio) ma anche la precisione e l’affidabilità, inaugurando nuovi ambiti di applicazione.
Anche se al momento rappresenta la migliore soluzione per i collegamenti wireless su brevi distanze esistono tecnologie alternative di recente apparizione che promettono prestazioni addirittura superiori.
Quella più interessante si chiama UWB (acronimo di “Ultra Wide Band”), è apparsa per la prima volta sugli iPhone 11 di Apple e successivamente sui Galaxy Note 20 Ultra di Samsung per la localizzazione precisa dei tracker Bluetooth come AirTag, SmartTag+ e SmartTag 2.
Spesso l’UWB viene erroneamente accostata al Bluetooth “spacciandola” come una sua funzionalità mentre, in realtà, si tratta di una tecnologia alternativa per le comunicazioni a corto raggio.
In questo articolo vi spieghiamo quali sono le differenze e i punti in comune tra le due tecnologie, le possibili applicazioni e ciò che ci attende nell’immediato futuro.
Frequenza fissa o variabile
Il Bluetooth opera sulla banda a 2,45 GHz (2,402-2,480 GHz in banda ISM senza licenza) già utilizzata dal Wi-Fi ma con una potenza nettamente inferiore per ragioni di consumo energetico che si traduce in una copertura limitata (corto raggio).
L’UWB utilizza invece uno spettro di frequenze molto più ampio (da 3,1 a 10,6 GHz), con o senza licenza, che permette di trasportare molti più dati, su una distanza maggiore rispetto al Bluetooth (circa 70 metri contro i 10 “nominali” del BT) e con consumi elettrici simili o addirittura inferiori (circa 0,5 milliwatt).
A seconda della banda di frequenza utilizzata, le microonde dell’UWB possono attraversare facilmente muri, pavimenti ed altri ostacoli fisici (meglio del Bluetooth al crescere della frequenza di lavoro), con una portata inversamente proporzionale alla frequenza (oltre i 5 GHz migliora la penetrazione ma si riduce la portata) ma anche con un netto miglioramento della precisione e della qualità del collegamento radio.
Impulsi digitali ad alta frequenza
Come altre tecnologie di comunicazione wireless (Bluetooth, Wi-Fi, ecc.) anche l’UWB basa il proprio funzionamento sullo scambio di impulsi digitali tra “nodi”, ad esempio tra una sorgente audio come lo smartphone e la sua destinazione (auricolare, speaker BT, vivavoce in auto, ecc.), ad intervalli di tempo regolari.
Ciò che cambia tra le due tecnologie è la tempistica di sincronizzazione tra i nodi, decisamente più rapida nell’UWB (impulsi molto brevi), e l’occupazione di banda (molto più ampia nell’UWB) a tutto vantaggio della quantità di bit che si possono trasferire tra i dispositivi (oltre 1 Gbps) e della precisione di calcolo del tempo di transito dei dati tra i nodi.
Quest’ultimo elemento è alla base di una delle funzioni attualmente implementate nei dispositivi con UWB, ovvero la localizzazione ultra-precisa di un oggetto (come un tracker Bluetooth) rispetto ad un altro (smartphone utilizzato per cercare il tracker).
Mentre il Bluetooth può localizzare gli oggetti con una precisione di qualche metro ma senza riuscire a stabilirne la direzione, l’UWB vanta una precisione a livello di centimetri e, addirittura, millimetri (su distanze molto brevi) con l’ulteriore vantaggio di poter stabilire la provenienza del segnale inviato dall’oggetto e quindi la direzione da seguire per ritrovarlo.
Basse emissioni, poche interferenze e massima sicurezza
La bassa potenza dei segnali UWB e l’utilizzo di una banda molto ampia e meno congestionata rispetto a quella di Bluetooth e Wi-Fi (3,1-10,6 GHz contro i “soliti” 2,4 GHz) rende questa tecnologia più “green”, sicura e meno soggetta a interferenze.
Bassa potenza significa infatti consumi ridotti per tutti quei dispositivi portatili alimentati a batteria, non solo smartphone ma anche smart tag e apparecchi per la domotica e l’automotive.
Quando la potenza è molto bassa, il segnale UWB si confonde con il rumore di fondo (noise floor) prodotto dai dispositivi elettrici ed elettronici (emissioni elettromagnetiche) così da renderlo difficile da intercettare da parte degli hacker.
Inoltre, grazie alle migliorie introdotte dallo standard IEEE 802.15.4z a livello fisico (PHYsical layer), è possibile proteggere il segnale con sistemi crittografici che rendono l’UWB molto più sicuro rispetto al Bluetooth e ad altri sistemi di accesso wireless come il “keyless entry” delle automobili (vedi sotto).
Possibili applicazioni dell’UWB
Oltre alla localizzazione ultra-precisa di cui abbiamo già parlato ad inizio articolo e nei nostri articoli-test dedicati ai tracker Bluetooth (clicca qui, qui e qui), la tecnologia UWB ha le potenzialità necessarie per svolgere molte altre funzioni interessanti e porsi come alternativa (o sostituto) del Bluetooth e di altre tecnologie wireless e contactless come l’NFC.
Commercio, industria e museale
La localizzazione ultra-precisa non è utile solo per ritrovare le chiavi di casa o dell’auto nascoste nel divano ma anche in ambito commerciale e industriale per indirizzare il cliente verso l’articolo desiderato all’interno del punto vendita (con possibili implicazioni di marketing) oppure il magazziniere verso il prodotto da prelevare, senza sprechi di tempo grazie all’elevata precisione in termini di distanza e direzione.
Le audioguide utilizzate in musei, mostre ed altri eventi indoor possono sfruttare i vantaggi della tecnologia UWB per localizzare il visitatore con altissima precisione e fornirgli spiegazioni sulle opere esposte, percorsi personalizzati, ricerche specifiche, ecc.
Se a questo aggiungiamo anche la possibilità di trasmettere dati e audio (ordini, avvisi, ecc.) è facile immaginare come l’UWB possa divenire in futuro uno strumento prezioso in negozi, magazzini, musei, ecc.
Controllo accessi
L’elevata sicurezza della tecnologia UWB (vedi sopra) rappresenta un elemento chiave anche nei sistemi di controllo accessi in alternativa a soluzioni ormai consolidate come RFID, NFC, ecc.
Grazie alla crittografia ed alle basse emissioni elettromagnetiche che rendono molto difficile la rilevazione dei segnali e la decodifica dei dati trasmessi (hacking) è possibile utilizzare l’UWB per gli accessi aziendali (varchi d’ingresso, parcheggi, uffici, aree riservate, ecc.), per sbloccare le portiere sulle vetture con sistema keyless in maniera più sicura rispetto alle soluzioni attualmente utilizzate (aggirabili con ricevitori e ripetitori di segnale – tecnica “relay attack”), per gli accessi bancari, sanitari, ecc.
Periferiche informatiche wireless
Molte periferiche informatiche come tastiere, mouse, controller e monitor utilizzano ormai il Bluetooth o il Wi-Fi per comunicare tra loro e con il PC senza bisogno dei cavi. L’UWB ha già tutto quello che serve per affiancarsi a queste tecnologie e, in futuro, a rimpiazzarle grazie ai minori consumi energetici, alla maggiore resistenza alle interferenze e capacità di trasporto dati (fino a 1 Gbps).
Audio wireless multicanale e lossless
La tecnologia UWB può essere utilizzata anche per lo streaming audio con alcuni vantaggi rispetto al Bluetooth come la maggior larghezza di banda (da circa 7 a oltre 25 Mbps teorici), una bassa latenza (inferiore a 5 ms) e un minor rischio di interferenze.
Secondo gli ingegneri di Sonical, azienda californiana che sta testando l’UWB in ambito audio, è possibile ottenere un flusso audio in alta risoluzione da 96 kHz/24 bit a 2 canali (stereo) di tipo lossless, cioè senza perdita di qualità rispetto al suono originale, oppure multicanale di tipo lossy (con perdita di qualità).
Al momento non esistono ancora cuffie, speaker ed altri sistemi audio compatibili UWB ma è possibile utilizzare gli adattatori come il Remora PRO che trasformano il collegamento via cavo (qualsiasi cuffia) in wireless UWB.
Bluetooth 6 con localizzazione ultra-precisa
La risposta degli sviluppatori Bluetooth, concorrente principale dell’UWB, non si è fatta attendere. La posta in gioco è molto alta e il rischio di soccombere di fronte ad una tecnologia alternativa più potente e promettente è assolutamente reale.
A poco più di due anni dal rilascio della versione 5.3 che ha introdotto ulteriori e significativi miglioramenti in termini di velocità, qualità audio (latenza a meno di 20 ms), portata, risparmio energetico, versatilità e sicurezza anche in ambito commerciale (etichette elettroniche da scaffale, pagamenti, ecc.), è ormai arrivato il tanto atteso momento del debutto del Bluetooth 6.0.
La nuova versione introduce tecnologie avanzate come il Channel Sounding per localizzare gli smart tag in modo più rapido e preciso (a livello di centimetri) senza dover ricorrere all’UWB.
La tecnologia CS utilizza due diversi metodi, chiamati PBR (Phase-Based Ranging) e RTT (Round-Trip Timing) per calcolare la distanza tramite onde radio al posto del vecchio metodo RSSI (Received Signal Strenght Indicator) basato sulla potenza del segnale ricevuto.
Il metodo PBR misura le differenze di fase tra i segnali inviati e ricevuti per migliorare la precisione su distanze brevi mentre l’RTT misura il tempo impiegato dal segnale radio per viaggiare tra due dispositivi (andata e ritorno) su distanze lunghe (fino a 150 metri).
Per ottenere questi risultati si è lavorato sull’efficienza della suddivisione dei canali radio ma non sulla banda (che rimane sempre la solita a 2,4 GHz per ragioni di retrocompatibilità).
La maggior precisione di rilevamento della distanza migliora la sicurezza dei dispositivi e consente di utilizzarli anche per il controllo accessi (es.: chiavi digitali per automotive, hospitality, ecc.). Per ulteriori informazioni sul Bluetooth 6 cliccate qui.
