XR-teknologia ja langattomat ratkaisut etenevät vauhdilla. Tulevaisuuden XR-lasit vaativat lähes viiveettömän toiminnan, mikä onnistuu hyödyntämällä 5G- ja seuraavan sukupolven verkkojen reunalaskentaa (MEC), jossa data käsitellään pilven sijaan lähellä käyttäjää.
|
Artikkelin kirjoittaja Tomohide Yamazaki toimii Anritsulla markkinoinnin johtajana. Hänellä on tutkinto Hosein yliopistosta Japanista. |
Extended Reality (XR) – yhteisnimitys erilaisille teknologioille, jotka sisältävät lisätyn todellisuuden (AR), virtuaalitodellisuuden (VR) ja sekoitetun todellisuuden (MR) – on laajentunut pelimaailmasta teollisiin ja liiketoimintasovelluksiin. Teollisuudessa ja liiketoiminnassa XR:ää voidaan soveltaa koulutukseen, oppimiseen, simulointiin, etävalvontaan, huoltoon, korjaukseen ja paljon muuhun.
XR:n odotetaan kasvavan vuosittain 20-30 prosenttia vuoteen 2028 saakka. Esimerkiksi Extended Reality Global Market Report 2023 -raportissaan Global Information -tutkimuslaitos arvioi, että XR-markkina saavuttaa 29,1 %:n vuotuisen kasvuvauhdin ja olisi arvoltaan 123,77 miljardia Yhdysvaltain dollaria vuonna 2027.
AR (augmented reality) yhdistää todellisen maailman videokuvan tietokoneella tuotettuihin kuviin ja videoihin. AR käyttää yleensä älylaseja tai älypuhelinta, eikä se useimmiten mahdollista päällekkäisen sisällön muokkaamista, sillä sisältö on yleensä staattista. Tyypillinen AR-sovellus on laitteiden ja tilojen huollossa. AR:n avulla käyttäjä voi katsoa käyttöohjetta älylasien kautta ja samalla työskennellä molemmat kädet vapaana sekä pitää katseensa laitteessa. Autojen HUD-näyttöjä (heads-up display) pidetään myös AR-laitteina.
VR eli virtual reality upottaa käyttäjän kokonaan tietokoneella luotuun virtuaalitilaan ja vaatii VR-lasit, jotka usein sulkevat todellisen maailman näkymän. Käyttäjät voivat olla vuorovaikutuksessa hahmojen ja esineiden kanssa tässä virtuaalisessa ympäristössä. Esimerkki tämän teknologian käytöstä on BIM eli Building Information Modelling, jossa 3D-malleja hyödynnetään rakentamisen kaikissa vaiheissa suunnittelusta hallintaan ja ylläpitoon.
MR (mixed reality) yhdistää todellisen maailman virtuaalisiin objekteihin, kuten valikkoihin ja hahmoihin. Se on käyttäjän ohjattavissa oleva teknologia, joka vaatii erikoisvalmisteisia MR-laseja eleentunnistuksella, esimerkiksi ilmassa näkyvän valikon virtuaalinen koskettaminen. MR:n tuottamat 3D-grafiikat sopivat erinomaisesti tuotantolinjan työntekijöiden ohjeistamiseen tai projektiryhmän yhteistyöhön, kun täytyy jakaa tuotteen muotoa ja suunnittelua koskevaa tietoa. Koulutuksen ja työtehokkuuden lisäämiseksi MR:n käyttö valmistuksessa, huollossa ja korjausprosesseissa on kasvussa, koska sen avulla voidaan esittää komponentit ja työvaiheet 3D-muodossa. Kokeneiden työntekijöiden osaaminen voidaan myös tallentaa järjestelmään. Kuvassa 1 on tiivistetty näiden teknologioiden keskeiset piirteet.
Kuva 1. AR:n, VR:n ja MR:n pääominaisuudet.
XR:n tekniset haasteet
XR-laitteiden täytyy reagoida käyttäjän toimintaan ja syötteisiin reaaliaikaisesti, myös 3D-videosisällön kohdalla, mikä johtaa tiukkoihin viivevaatimuksiin. Yksi tapa viiveen vähentämiseksi on lähettää pakkaamaton videodata isäntäkoneelta ja näyttää se sellaisenaan XR-laitteessa. Tämä kuitenkin tarkoittaa, että langattoman viestinnän fyysisen kerroksen tiedonsiirtonopeuden parantaminen on keskeinen haaste, jotta XR-laitteet voivat siirtää ja vastaanottaa valtavia määriä pakkaamatonta dataa, kuten video- ja 3D-grafiikkaa.
Esimerkiksi Wi-Fi 5 eli IEEE 802.11ac -standardi määrittelee maksiminopeudeksi 6,9 gigabittiä sekunnissa, mikä on vain hieman stereoskooppisen XR:n pakkaamattoman datan 6 Gbps -vaatimuksen yläpuolella. Uudemmat standardit, kuten Wi-Fi 6/6E (11ax), määrittelevät maksiminopeudeksi 9,6 Gbps, ja Wi-Fi 7 (11be) tarjoaa teoreettisesti jopa 46 Gbps. Käytännössä saavutettavat nopeudet ovat kuitenkin huomattavasti pienempiä.
Toinen haaste on langattomien teknologioiden yhteensovittaminen ja niiden tiivis integrointi XR-laitteisiin.
XR-laitteissa on useita langattomia yhteyksiä, kuten WLAN ja Bluetooth 3D-grafiikan ja liikeanturien datan siirtoon. Lisäksi 5G NR -teknologioita (eMBB, mMTC, URLLC) harkitaan XR:n käyttöön, ja niiden uskotaan olevan tulevaisuudessa välttämättömiä. Kun useita tekniikoita käytetään samassa laitteessa, kehittäjien täytyy ratkaista kohina- ja häiriöongelmat, joita nämä tekniikat aiheuttavat yhdessä.
Lisäksi XR-laitteisiin täytyy mahduttaa useita radiomoduuleja pieneen tilaan. Virransyötöt, signaalinkäsittely, tuulettimet ja moottorit aiheuttavat häiriöitä lähellä moduulia. Tämä voi lisätä virheitä ja aiheuttaa hidastumista ja datanmenetyksiä.
Lisäksi on huomioitava maiden ja alueiden radiotaajuuksia koskevat säädökset sekä noudatettava kaikkia asiaankuuluvia standardeja, kuten 3GPP ja IEEE.
Kuva 2. MR:n käyttö voi tehostaa tuotantolaitosten toimintaa ja koulutusta. Erona AR:ään MR tunnistaa virtuaaliset kosketustoiminnot ilmassa näkyvällä valikolla tai kojelaudalla. Komponentit ja tilat esitetään 3D-malleina, joita voi pyörittää ja liikuttaa.
Langattoman suorituskyvyn varmistaminen
Langattoman suorituskyvyn testaus on keskeistä XR-laitteiden kehittäjille, jotta edellä mainitut haasteet voidaan ratkaista. Tärkeimmät testattavat asiat ovat:
- Signaalin voimakkuus
- Signaalin laatu (esimerkiksi vastaanottoherkkyys, modulointitarkkuus)
- Yhteyden vakaus
Esimerkiksi Anritsu Wireless Connectivity Test Set voi arvioida TRx RF -ominaisuuksia, kuten lähetystehoa, vastaanottoherkkyyttä (PER) ja modulointitarkkuutta (EVM) IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax/be (2,4, 5 ja 6 GHz kaistat) -laitteissa. MT8862A tukee sekä verkko- että suoramoodia.
Verkkomoodi (Network Mode) simuloi todellista verkkoyhteyttä ja muodostaa langattoman yhteyden testattavan laitteen ja MT8862A:n välillä (toimien tukiasemana tai päätelaitteena). Tämä tarjoaa helpon testiympäristön ilman laitteen ohjausta, ja sopii tuotekehitykseen, suunnittelun validointiin ja lopputuotteen varmistukseen.
Suoramoodi (Direct Mode) sopii prototyyppeihin ja kehitykseen, sillä se mahdollistaa nopeat mittaukset, kun testattavaa laitetta ohjataan suoraan ulkoiselta PC:ltä. Tämä sopii massatuotannon optimointiin.
Bluetooth-teknologia on laajasti käytössä XR-laitteiden ja ohjainten välillä, ja sen täytyy täyttää Bluetooth SIG RF -vaatimukset. Anritsu Bluetooth Test Set MT8852B on Bluetooth SIG:n sertifioima RF-testiratkaisu, jota käytetään laajalti tuotteissa, joissa Bluetooth on integroitu. Se tukee Basic Rate-, Enhanced Data Rate- ja Bluetooth Low Energy -mittauksia (lähetysteho, taajuus, modulointi, herkkyys).
MT8852B.
5G NR RF-suorituskykyä voidaan testata Radio Communication Test Station MT8000A:lla. Tämä testiympäristö tukee RF-, protokolla- ja sovellustestejä FR1 (7,125 GHz asti) ja FR2 (millimetriaallot) -taajuuksilla. MT8000A mahdollistaa myös beamforming- eli keilanmuodostuksen testit 3GPP-määritellyillä yhteyksillä.
MT8000A.
Langattoman suorituskyvyn testaus on keskeistä XR-kehityksen edistämiseksi ja seuraavan sukupolven laitteiden markkinoille tuomiseksi. Tätä varten Anritsu tarjoaa laajan valikoiman alan johtavia testausratkaisuja, jotka antavat insinööreille tarvittavat työkalut sekä nykyisten että tulevien langattomien teknologioiden testaamiseen. Erityisen merkityksellistä XR:lle on Wi-Fi 6/6E:n käyttöönotto ja Wi-Fi 7:n lanseeraus. Pidemmällä aikavälillä myös 5G:n ja sitä seuraavien teknologioiden kehitys parantaa merkittävästi viestintää.
Lisätietoja täällä.
