Realitatea extinsă (XR) – un termen generic utilizat pentru diverse tehnologii care includ realitatea augmentată (AR), realitatea virtuală (VR) și realitatea mixtă (MR) – s-a extins de la lumea jocurilor la aplicații industriale și de afaceri. În industrie și în mediul de afaceri, XR poate fi utilizată pentru formare, învățare, simulare, monitorizare la distanță, întreținere, reparații și multe altele.
Figura 1: Principalele caracteristici ale AR, VR și MR.
Se preconizează că XR va înregistra o creștere anuală cuprinsă între 20% și 30% până în 2028. De exemplu, în raportul său din 2023 privind piața globală a realității extinse (Extended Reality Global Market Report 2023), Global Information, Inc. estimează că piața XR va atinge o rată de creștere anuală de 29,1% și va ajunge la o valoare de 123,77 miliarde USD în 2027.
AR (realitate augmentată) suprapune imagini video din lumea reală peste imagini și videoclipuri generate de calculator. AR utilizează, de obicei, ochelari inteligenți sau telefoane inteligente și nu permite manipularea conținutului suprapus, care este static, în majoritatea cazurilor. O aplicație tipică AR este întreținerea instalațiilor și a echipamentelor. În acest caz, AR permite operatorului să vizualizeze un manual prin intermediul ochelarilor inteligenți, fiind în același timp capabil să lucreze cu ambele mâini și să nu-și ia ochii de la echipament. Heads-up display (HUD) utilizat în aplicații auto este, de asemenea, considerat un tip de dispozitiv AR.
VR (realitate virtuală) imersează utilizatorul într-un spațiu virtual generat de calculator, necesitând ochelari VR care, adesea, blochează lumea reală. Utilizatorii pot interacționa cu personaje și obiecte în acest spațiu virtual. Un exemplu de utilizare a acestei tehnologii este BIM (Building Information Modelling – modelarea informațiilor despre clădiri), care utilizează modele 3D în toate etapele de construcție pentru planificare, topografie, proiectare, construcție, management și întreținere.
MR combină lumea reală cu obiecte virtuale, cum ar fi meniuri și personaje. Este o tehnologie interactivă cu utilizatorul, care presupune utilizarea unor ochelari MR dedicați pentru recunoașterea gesturilor, precum atingerea virtuală, pe un meniu afișat în aer. Grafica 3D generată de MR este ideală pentru a oferi instrucțiuni operatorilor pe o linie de producție sau pentru a permite colaborarea între membrii proiectului care trebuie să împărtășească informații despre forma și designul unui produs. Pentru a stimula instruirea și eficiența muncii, există o tendință din ce în ce mai mare de utilizare a MR în procesele de fabricație, întreținere și reparații, având în vedere că aceasta poate oferi reprezentări 3D ale componentelor și procedurilor de lucru. De asemenea, poate fi folosită pentru a include într-un sistem cunoștințele tehnice ale lucrătorilor cu experiență. Figura 1 rezumă principalele aspecte ale acestor tehnologii.
XR – Provocări tehnice
Dispozitivele XR trebuie să răspundă în timp real la acțiunile și intrările utilizatorului, inclusiv la conținutul video 3D, ceea ce conduce la cerințe stricte de latență. O metodă de reducere a întârzierii implică trimiterea de date video necomprimate de la sistemul gazdă și apoi afișarea acestor date video, ca atare, pe dispozitivul XR. Totuși, aceasta înseamnă că îmbunătățirea debitului de date al stratului fizic al comunicațiilor wireless este o provocare esențială care trebuie depășită în cazul în care dispozitivele XR trebuie să transmită și să primească cantități uriașe de date necomprimate, cum ar fi conținutul video și grafic 3D.
Figura 2: Implementarea MR cu scopul de a eficientiza operațiunile din fabrică și formarea profesională. Diferența față de AR este aceea că MR recunoaște operațiunile tactile virtuale pe un meniu sau un panou de comandă afișat în aer. Obiectele, cum ar fi componentele și instalațiile, sunt reprezentate ca modele 3D, cu care utilizatorul poate interacționa prin rotirea lor, deplasarea lor și așa mai departe. (Sursă imagine: Anritsu Corporation)
De exemplu, standardul Wi-Fi 5 sau IEEE 802.11ac specifică un debit maxim de date de 6,9 Gbps, care este cu puțin peste cerințele de 6 Gbps pentru XR stereoscopic folosind date necomprimate. Totuși, standardele mai noi, cum ar fi Wi-Fi 6/6E (11ax), specifică un debit maxim de date de 9,6 Gbps. În plus, Wi-Fi 7 (11be) oferă un debit maxim teoretic de 46 Gbps. Cu toate acestea, vitezele de transfer de date din lumea reală sunt, de obicei, mult mai mici decât debitul maxim teoretic posibil.
O altă provocare este coexistența tehnologiilor de comunicație fără fir și integrarea de înaltă densitate în dispozitivele XR.
Dispozitivele XR dispun de mai multe interfețe de comunicație fără fir, inclusiv wireless LAN și Bluetooth®, pentru transferul graficii 3D și al datelor senzorilor de mișcare. În plus, tehnologiile 5G NR cu eMBB, mMTC și URLLC sunt, de asemenea, luate în considerare pentru a fi utilizate la XR. Se spune că tehnologia 5G NR va fi esențială pentru viitoarele dispozitive XR. Însă, dacă aceste tehnologii multiple de comunicație wireless trebuie să coexiste într-un singur dispozitiv, dezvoltatorii de dispozitive XR se confruntă cu provocarea de a face față zgomotului și interferențelor radio generate de fiecare dintre aceste tehnologii în timpul utilizării.
Dispozitivele XR necesită integrarea de înaltă densitate a mai multor module de comunicații fără fir într-un spațiu limitat. În plus, sursele de zgomot, cum ar fi sursele de alimentare, procesarea semnalelor, ventilatoarele și motoarele, sunt montate într-o incintă mică, aproape de modulul de comunicație. Zgomotul rezultat poate crește rata erorilor de comunicație, determinând reducerea vitezei de comunicație și pierderea datelor.
De asemenea, trebuie avute în vedere și alte reglementări privind utilizarea frecvențelor radio specifice fiecărei țări și regiuni, precum și conformitatea cu toate standardele relevante, cum ar fi 3GPP și IEEE.
Asigurarea performanței comunicațiilor wireless
Testele de performanță wireless enumerate mai jos vor fi vitale pentru dezvoltatorii care își asumă provocările tehnice ale comunicației wireless prezentate anterior.
- Intensitatea semnalului wireless
- Calitatea semnalului, cum ar fi sensibilitatea la recepție și precizia modulării
- Stabilitatea
MT8862A (© Anritsu Corporation)
De exemplu, Anritsu Wireless Connectivity Test Set poate evalua caracteristicile TRx RF, cum ar fi puterea Tx, sensibilitatea la recepție (PER) și acuratețea modulării (EVM) pentru dispozitivele IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax/be (benzi de 2,4, 5 și 6 GHz). MT8862A suportă atât modul Rețea, cât și modul Direct.
Modul Rețea (Network mode), care este o caracteristică distinctă a MT8862A, poate fi utilizat pentru a testa indicii de performanță wireless prin simularea directă a unei conexiuni de rețea din lumea reală și finalizarea conexiunii wireless între DUT-uri și MT8862A care îndeplinește rolul de punct de acces (AP) sau stație (STA). Modul Rețea oferă un mediu de testare ușor de utilizat care nu necesită controlul DUT și este ideal pentru dezvoltarea produsului, validarea designului și verificarea produsului final. Pe de altă parte, modul Direct (Direct mode) este ideal pentru prototipare și dezvoltarea de produse, în sensul că MT8862A suportă măsurători rapide deoarece DUT este controlat direct de un PC extern și este optimizat pentru producția de masă.
MT8852B (© Anritsu Corporation)
Tehnologia Bluetooth este utilizată pe scară largă pentru comunicația dintre dispozitivele XR și controlere și trebuie să îndeplinească cerințele de performanță Bluetooth SIG RF. Echipamentul de testare Bluetooth MT8852B de la Anritsu este o soluție de testare RF standard, certificată de Bluetooth SIG. Acesta oferă teste de producție pentru o gamă largă de produse care integrează tehnologia Bluetooth. Totodată, suportă măsurători Basic Rate (BR), Enhanced Data Rate (EDR) și Bluetooth low energy (BLE) pentru puterea de transmisie, frecvență, modulație și sensibilitatea receptorului, conform specificațiilor de testare RF Bluetooth.
MT8000A (© Anritsu Corporation)
Performanța RF în 5G NR poate fi evaluată utilizând stația de testare a comunicațiilor radio MT8000A. Platforma de testare MT8000A oferă suport “all-in-one” pentru măsurători RF, precum și pentru teste de protocol și aplicații în benzile FR1 (până la 7,125 GHz) și FR2 (unde milimetrice). MT8000A permite atât măsurători RF în banda de unde milimetrice, cât și teste de beamforming utilizând conexiunile de apel specificate de 3GPP.
Concluzie
Tehnologia XR evoluează rapid, la fel ca și tehnologiile wireless pe care se va baza. Noile generații de ochelari XR vor necesita un nivel scăzut de latență, de ordinul ms cu o singură cifră. Pentru a obține acest lucru în rețelele 5G și ulterioare, se are în vedere utilizarea MEC (Multi-access Edge Computing – calcul la marginea rețelei cu acces multiplu), în care datele sunt procesate pe servere edge situate aproape de dispozitivul XR, fără a se utiliza cloud-ul. Testarea performanței wireless este importantă pentru a facilita dezvoltarea XR și pentru a aduce pe piață următoarea generație de dispozitive. În acest scop, Anritsu oferă o gamă cuprinzătoare de echipamente de testare de vârf în industrie, care oferă inginerilor capabilități avansate de testare necesare pentru tehnologiile wireless actuale și de generație următoare. Deosebit de relevantă pentru XR este implementarea Wi-Fi 6/6E și lansarea Wi-Fi 7. Se așteaptă, de asemenea, ca progresele pe termen mai lung în 5G și dincolo de aceasta să îmbunătățească considerabil comunicațiile.
Autor: Tomohide Yamazaki Ph.D Assistant Manager, Anritsu Corporation
Marca și logo-urile Bluetooth® sunt mărci înregistrate ale Bluetooth SIG, Inc. Orice utilizare a acestor mărci de către Anritsu este sub licență.