Vítejte, dnes je
sobota 21.
prosinec 2024
Odborný časopis a portál zaměřený na vývoj a výrobu elektroniky 
Extended Reality (XR) – obecné označení pro různé technologie, zahrnující rozšířenou realitu (AR), virtuální realitu (VR) nebo i smíšenou realitu (MR) se rozšiřuje z herního prostředí až do průmyslových či obchodních aplikací.
Zde všude lze XR použít při výcviku, učení, simulacích, vzdáleném dohledu, údržbě, opravách apod.
V případě XR se do roku 2028 předpokládá roční nárůst 20 až 30 %. Global Information, Inc. zde kupříkladu očekává roční míru růstu 29,1 % a hodnotu v roce 2027 na úrovni 123,77 miliardy amerických dolarů (Extended Reality Global Market Report 2023).
AR (Augmented Reality) přitom překrývá obraz skutečného světa počítačově generovanými snímky a videi. Zpravidla k tomu použije chytré brýle nebo telefony a neumožňuje manipulovat s takto vzniklým obsahem, který pak bude ve většině případů statický. Uplatní se typicky při údržbě zařízení a dalšího vybavení. AR zde obsluze umožňuje vidět přes chytré brýle manuál, zatímco lze stále oběma rukama pracovat a nespustit přitom oči ze zařízení. Za určitou formu systému s AR lze považovat i head-up displeje (HUD) používané v automobilech.
VR (Virtual Reality) uživatele zase vtáhne do počítačově generovaného virtuálního prostoru a vyžaduje speciální brýle, které často maskují vše skutečné okolo. Ve virtuálním prostoru lze proto přicházet do styku s různými postavami či předměty. Jako příklad zmíněné technologie si uveďme modelování BIM (Building Information Modelling), které za účelem plánování, vyměřování, návrhu, konstrukce, řízení a také údržby používá ve všech fázích výstavby 3D modely.
MR (Mixed Reality) skutečný svět dále kombinuje s virtuálními objekty, jako jsou menu či symboly. Pro uživatele se jedná o interaktivní technologii vyžadující speciální brýle určené pro MR, kdy bude systém podporovat rozpoznávání gest, např. virtuálního dotyku v nabídce zobrazované někde v prostoru. 3D grafika generovaná MR se skvěle hodí pro obsluhu a instrukce používané na výrobní lince nebo i k zajištění vzájemné spolupráce mezi jednotlivými členy týmu, kteří v rámci daného projektu potřebují sdílet informace o způsobu provedení či podobě produktu. S ohledem na školení a efektivitu práce pozorujeme rostoucí trend, kdy se MR uplatňuje při výrobě, údržbě i opravách, jelikož zde dokáže zajistit 3D zobrazení součástí, včetně pracovních procedur. Systém zde rovněž může zahrnovat know-how zkušených pracovníků. Stručný přehled klíčových aspektů zmíněných technologií přináší obr. 1.
Obr. 1 Základní představení technologií AR, VR a MR
Technické nástrahy spojené s XR
Zařízení s XR musí na chování a také informace zadávané uživateli reagovat v reálném čase, a to včetně 3D video obsahu, což vede ke striktním požadavkům na zpoždění. Jeden ze způsobů, jak snížit prodlevu, spočívá v přenosu nekomprimovaných video dat z host systému a následném zobrazování takového videa na zařízení s XR tak, „jak je“. Zásadním problémem však v tomto případě bude zvyšování propustnosti dat na fyzické vrstvě bezdrátové komunikace. Zařízení s XR zde totiž musí odesílat a také přijímat spoustu nekomprimovaných dat, pokud jde o video či 3D grafiku.
Standard Wi-Fi 5 či IEEE 802.11ac kupříkladu definuje maximální propustnost dat 6,9 Gb/s, což jen s nepatrnou rezervou splňuje požadavky na 6 Gb/s pro stereoskopickou XR s využitím dat bez komprese. Novější standardy, jako je Wi-Fi 6/6E (11ax) nicméně počítají s nejvyšší kapacitou 9,6 Gb/s. Wi-Fi 7 (11be) kromě toho nabízí teoretické maximum v podobě 46 Gb/s. Skutečné rychlosti však budou zpravidla výrazně nižší, než je tato teoreticky možná nejvyšší kapacita.
Další komplikace pak spočívá v koexistenci technologií bezdrátové komunikace a pro zařízení s XR také ve způsobu integrace s vysokou hustotou.
Zařízení s podporou XR mívají různá vysokofrekvenční (vf) komunikační rozhraní, včetně bezdrátové LAN či Bluetooth®, sloužící k přenosu 3D grafiky a také dat ze senzorů pohybu. V úvahu zde rovněž přichází technologie 5G NR s eMBB, mMTC a URLLC. Říká se, že bez technologie 5G NR se již další zařízení s XR neobejdou. Pokud ale mají zmíněná řešení bezdrátové komunikace pracovat „bok po boku“ v rámci jednoho zařízení, musí se jejich vývojáři umět vypořádat s rušením či vf interferencemi, které budou v provozu generovány každou z těchto technologií.
Systémy s XR si žádají různé moduly bezdrátové komunikace s vysokou hustotou integrace v omezeném prostoru. Na malé vyhrazené ploše, hned vedle komunikačního modulu, se navíc budou nacházet zdroje rušení, jako jsou napájecí zdroje, systémy pro zpracování signálu, ventilátory nebo motory. Výsledné rušení pak může při komunikaci zvyšovat chybovost a stát za nižší přenosovou rychlostí nebo i výpadky.
Zapomínat ale nesmíme ani na další předpisy, související se specifickým využíváním spektra v jednotlivých zemích a regionech, stejně jako na shodu se všemi důležitými standardy, jako je 3GPP a IEEE.
Obr. 2 Nasazení MR pro ještě efektivnější provozní operace a také výcvik. Rozdíl oproti AR spočívá v tom, že MR rozlišuje operace na základě virtuálního dotyku s využitím menu či přístrojového panelu zobrazovaného v prostoru. Objekty – komponenty a zařízení jsou reprezentovány 3D modely se kterými přichází uživatel do styku a otáčí jimi, přesouvá je apod.
Jak zajistit odpovídající vlastnosti bezdrátové komunikace
Pro vývojáře, kterých se dotýkají náročné technické požadavky, pokud jde o bezdrátovou komunikaci nastíněnou výše, bude zcela zásadní následující testování vf vlastností. Jedná se o
Díky analyzátoru bezdrátových technologií od firmy Anritsu lze např. získat a vyhodnotit vf charakteristiky TRx – výkon Tx, citlivost přijímače (PER) a přesnost modulace (EVM) v případě zařízení skloňujících IEEE 802.11a/b/g/n/ac/ax/be (pásma 2,4, 5 a 6 GHz). MT8862A zde přitom podporuje oba režimy, Network a také Direct.
Obr. 3 MT8852B
Režim Network, coby charakteristická funkce MT8862A, lze použít k testování vf vlastností a souvisejících ukazatelů na základě přímé simulace skutečného síťového spojení a zajištění bezdrátového spojení mezi DUT a MT8862A – tady jako AP (access point) či STA (station). Zmíněný mód zde při testování znamená snadno použitelné prostředí, které nebude vyžadovat řízení DUT a skvěle se hodí při vývoji produktu, validaci návrhu nebo i verifikaci koncového produktu. Režim Direct je na druhou stranu ideálním řešením v případě návrhu prototypu či vývoje produktu. MT8862A totiž podporuje rychlá měření, kdy bude DUT řízeno rovnou z externího PC a nechybí zde ani optimalizace pro sériovou výrobu.
Obr. 4 MT8000A
Při komunikaci mezi zařízeními s XR a kontroléry se hojně využívá technologie Bluetooth, takže je nutné vyhovět požadavkům na vf vlastnosti z pohledu Bluetooth SIG. Zkušební sestava MT8852B pro Bluetooth od společnosti Anritsu zde představuje standardní vf testovací řešení certifikované Bluetooth SIG. Pro celou řadu produktů využívajících technologii Bluetooth lze proto zajistit testování ve výrobě. S ohledem na BR (Basic Rate), EDR (Enhanced Data Rate) a BLE (Bluetooth low energy) jsou podporována měření přenosového výkonu, kmitočtu, modulace a citlivosti přijímače, jak to rovněž vyžadují specifikace vf testů pro zmíněné rozhraní.
Vf parametry lze v rámci 5G NR zase vyhodnotit s využitím měřicí soupravy pro rádiovou komunikaci MT8000A. Testovací platforma MT8000A zde přináší multifunkční podporu vf měření, stejně jako testů spojených s protokolem či aplikacemi v pásmech FR1 (do 7,125 GHz) a FR2 (millimetrové vlny). MT8000A umožňuje měřit v pásmu milimetrových vln a také testovat s ohledem na beamforming a využívat přitom tel. spojení dle specifikací 3GPP.
Obr. 5 MT8862A
Závěr
Technologie XR prochází rychlým vývojem, protože má k dispozici bezdrátové systémy, o které se může „opřít“. Brýle pro XR nové generace zde budou vyžadovat nízké zpoždění v řádu jednotek ms. Pokud toho máme v rámci 5G, ale i dalších sítí dosáhnout, bude skloňováno tzv. MEC (multi-access edge computing), kde ke zpracování dat dochází na místních serverech (edge) situovaných poblíž zařízení s XR, aniž by se využívalo cloudu. Abychom pak usnadnili vývoj systémů s XR a dostali zařízení nové generace na trh, neobejdeme se bez testů vf vlastností. Společnost Anritsu proto nabízí ucelenou řadu špičkových měřicích sestav, které pomohou s pokročilými testy vyžadovanými v souvislosti s bezdrátovými technologiemi – současnými, ale i těmi, které teprve přichází. Systémů s XR se týká zejména uvedení Wi-Fi 6/6E a představení Wi-Fi 7. Také se očekává výrazné zlepšení komunikace spojené s dlouhodobějším vývojem 5G apod.
Další podrobnosti naleznete na webových stránkách
https://www.anritsu.com/en-gb/test-measurement/solutions/internet-of-things-iot/extended-reality
Poznámka: Slovní známka a loga Bluetooth® jsou registrovanými ochrannými známkami ve vlastnictví Bluetooth SIG, Inc. Jakékoli použití takových známek společností Anritsu probíhá v rámci licence.
