UWB賽道快速崛起：推進(jìn)技術(shù)發(fā)展，拓展落地應(yīng)用

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）作為室內(nèi)高精度定位技術(shù)，UWB技術(shù)發(fā)展至今稱得上足夠可靠，而且性價(jià)比高，能實(shí)現(xiàn)厘米級的精準(zhǔn)定位。得益于技術(shù)帶來的優(yōu)異定位精度和無縫互聯(lián)優(yōu)勢，UWB技術(shù)逐漸在物聯(lián)網(wǎng)、消費(fèi)電子、汽車互聯(lián)等相關(guān)領(lǐng)域開始鋪開廣泛應(yīng)用。從智能終端、家庭應(yīng)用到汽車應(yīng)用，UWB生態(tài)正在逐步完善。

UWB的通信定位技術(shù)潛力

UWB技術(shù)全稱Ultra Wide Band，是一種建立在脈沖無線電、低功率寬帶信號兩大基石上的無線載波通信技術(shù)。UWB技術(shù)起源自60年代的脈沖通信技術(shù)，因其能夠準(zhǔn)確測量飛行時(shí)間，最早被應(yīng)用于軍事雷達(dá)探測。起初這一技術(shù)并沒有應(yīng)用在民用領(lǐng)域。

隨著UWB在民用領(lǐng)域的解禁，UWB技術(shù)依靠隱蔽性好、傳輸速率高、系統(tǒng)容量大、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等諸多優(yōu)勢，在通信和定位領(lǐng)域迅速發(fā)展普及。UWB并不采用正弦載波，而是利用納秒級非正弦的占空比很低的波窄脈沖作為載體，進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)或探測物體，頻譜極寬。

從通信角度來說，由于UWB信號占用了至少500MHz的通信帶寬，傳輸數(shù)據(jù)的能力是足夠的，只是不適合遠(yuǎn)距離傳輸，因?yàn)樗p比較嚴(yán)重。UWB的工作頻率遠(yuǎn)離2.4GHz等繁忙的窄帶通信頻段，因此UWB信號具有強(qiáng)大的抗干擾能力，同時(shí)在復(fù)雜環(huán)境中具有極強(qiáng)的抗多徑能力。而且隨著新的通信協(xié)議發(fā)布，UWB在實(shí)現(xiàn)高速傳輸數(shù)據(jù)的同時(shí)，從物理層就增強(qiáng)了安全通信能力，使用者的數(shù)據(jù)安全也有保障，比一般的通信系統(tǒng)安全性更高。

測距定位應(yīng)用，目前UWB最火熱的應(yīng)用方向。UWB測距定位技術(shù)依靠信號傳播時(shí)間，和藍(lán)牙技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)用于定位的原理一樣，如藍(lán)牙5.1、Wi-Fi在往返時(shí)間上的LTE和Multi-RTT定位法，不過這些技術(shù)和UWB技術(shù)相比在定位應(yīng)用上相比尚處在早期階段。

UWB的定位分單邊測距SS-TWR和雙邊測距DS-TWR，雙邊測距計(jì)算量更大但也更精準(zhǔn)。而且這種技術(shù)的時(shí)延很低，能夠即時(shí)定位。UWB持續(xù)且極短的窄脈沖能在嘈雜的環(huán)境中依然精準(zhǔn)地被捕捉到。

技術(shù)本身的優(yōu)勢在UWB相關(guān)器件的支持下，厘米級定位帶來的豐富應(yīng)用場景在各類微距定位上有著十足的潛力。

UWB應(yīng)用生態(tài)與前景

UWB的應(yīng)用生態(tài)與發(fā)展有著不少組織的推動，首先是UWB聯(lián)盟，其次有側(cè)重于UWB安全測距的FiRa聯(lián)盟、側(cè)重于定位位置服務(wù)的omlox聯(lián)盟，以及側(cè)重于汽車應(yīng)用的UWB車聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟。這也是目前UWB技術(shù)應(yīng)用最廣泛的幾個方向。

無鑰匙方案是汽車應(yīng)用領(lǐng)域較新的方向，因其便捷很受歡迎。其他的例如安全支付應(yīng)用、增強(qiáng)AR/VR應(yīng)用都也開始出現(xiàn)UWB技術(shù)的身影。雖然目前安全支付應(yīng)用領(lǐng)域里更多的是NFC技術(shù)，但是在以后UWB可能將與NFC融合，進(jìn)一步提高安全支付的可靠性。

根據(jù)市場調(diào)研機(jī)構(gòu)Techno Systems Research發(fā)布的報(bào)告，2021年全球UWB芯片市場出貨量超過2億顆，到2027年將會超過12億顆。另外根據(jù)ABI Research的測算，2022年UWB設(shè)備的出貨量將超五億臺，其中智能手機(jī)將會是出貨量最大的市場，緊隨其后的是汽車、智能家居、可穿戴設(shè)備、消費(fèi)電子標(biāo)簽及實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。在室內(nèi)微距定位上優(yōu)勢明顯的UWB技術(shù)，應(yīng)用前景可期。

UWB模塊中各類器件

一款全集成的UWB定位模組一般由UWB芯片及相關(guān)射頻電路、MCU、傳感器、天線、電源幾部分組成。

傳感器會包含IMU在內(nèi)的多種傳感器，目的是結(jié)合IMU的數(shù)據(jù)改善定位精度。天線部分根據(jù)IMU的應(yīng)用方式有PCB板載天線（標(biāo)簽應(yīng)用）和SMA外接天線（基站應(yīng)用）兩種方案。供電部分為了避免電源噪聲干擾UWB通信，多路獨(dú)立DCDC和LDO芯片在其中也發(fā)揮著重要作用。

UWB芯片，UWB模組的核心。不同于Wi-Fi、藍(lán)牙芯片，UWB芯片設(shè)計(jì)難度更大，想要實(shí)現(xiàn)定位高精度，大帶寬和高采樣率是最基礎(chǔ)的。UWB芯片內(nèi)部射頻和模擬模塊需要能夠支持更高的帶寬，延遲部分也需要計(jì)算的非常精確。另一方面，UWB芯片的定位需要大量算法的優(yōu)化迭代作為基礎(chǔ)，開發(fā)難度和成本自然也就更高。

從行業(yè)平均水平來看，目前終端模組主流的定位水平在10厘米左右就已經(jīng)可以被接受，歐美UWB芯片廠商及相關(guān)實(shí)驗(yàn)室可以將UWB定位實(shí)現(xiàn)3厘米以內(nèi)的精度，一些領(lǐng)先的廠商已經(jīng)將精度提升到1厘米。

國內(nèi)外UWB芯片廠商進(jìn)展

Qorvo已在UWB領(lǐng)域深耕多年，當(dāng)下最主流的UWB芯片無疑是Qorvo的DW系列，根據(jù)Qorvo的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，其相關(guān)產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于40多個垂直市場中，市占率高達(dá)70%。Qorvo最新的DW3300Q支持UWB5通道（6.5 GHz）和9通道（8 GHz），同時(shí)提供850 Kbps和6.8 Mbps 的數(shù)據(jù)傳輸速率。該新系列主打汽車應(yīng)用，移遠(yuǎn)通信今年推出的車規(guī)級UWB模組AU30Q就是基于DW3300Q打造而成。

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DW系列，Qorvo

NXP，另一家UWB技術(shù)領(lǐng)先的行業(yè)龍頭，其Trimension系列在物聯(lián)網(wǎng)、移動設(shè)備市場應(yīng)用廣泛。在UWB芯片上目前沒有新的系列出來，還是大家熟知的用于移動設(shè)備的SR100T、工業(yè)應(yīng)用的OL23DO、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的SR150、SR040以及汽車應(yīng)用的NCJ29D5?；谶@些UWB芯片的相關(guān)模塊一直有新的產(chǎn)品出來，如近期Murata基于NXP UWB芯片推出了超小型UWB模塊。

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UWB芯片，NXP

目光轉(zhuǎn)向國內(nèi)，專精上游芯片的UWB廠商也不少。紐瑞芯在UWB的定位精度和測量范圍上在全球范圍都處于領(lǐng)先位置。紐瑞芯UWB芯片通過提升采樣速率，在不使用業(yè)界常用的卡爾曼濾波的情況下已經(jīng)能將定位精度拉到1厘米級別，還通過在射頻技術(shù)上的創(chuàng)新將測距范圍擴(kuò)展到100米。近期紐瑞芯面向汽車電子產(chǎn)品的700系列芯片發(fā)布了兩款芯片，目前已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，下半年過車規(guī)認(rèn)證；面向VR/AR的800系列新品也實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。

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600系列，紐瑞芯

優(yōu)智聯(lián)的UWB SoC芯片ZN1000、ZN2000也已經(jīng)在多家汽車整機(jī)廠、零部件供應(yīng)商開始測試。從目前的相關(guān)消息來看，旗下的UWB芯片很好地解決了小型化和低功耗上應(yīng)用痛點(diǎn)，處于快速切入市場階段。

馳芯半導(dǎo)體今年推出了CX310和CX500兩款UWB芯片，CX310定位在消費(fèi)電子和物聯(lián)網(wǎng)市場，CX500定位于汽車電子市場。CX310的睡眠功耗、收發(fā)功耗指標(biāo)特別突出，CX500則在集成度上做了進(jìn)一步提升。

瀚巍微電子的MK系列低功耗技術(shù)也很出名，正攜手英飛凌合作共同推進(jìn)UWB技術(shù)在資產(chǎn)跟蹤、PKE數(shù)字密鑰、倉庫管理和定位標(biāo)簽等方面的應(yīng)用。

寫在最后

越來越多的人認(rèn)為UWB是僅次于WLAN和藍(lán)牙的第三大非蜂窩技術(shù)，雖然目前UWB技術(shù)還面臨著價(jià)格高、技術(shù)支持難等問題，但是其應(yīng)用前景十分明朗。UWB技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)涉及我們?nèi)粘Ｉ畹姆椒矫婷?，隨著技術(shù)的進(jìn)步，更多應(yīng)用場景將被挖掘出來。

同時(shí)，UWB技術(shù)也在不斷改進(jìn)，下一代UWB已經(jīng)開始在研究中。不少技術(shù)組織和廠商正在尋求替代編碼，前導(dǎo)方案以及調(diào)制方案的辦法，進(jìn)一步拓展UWB頻譜在準(zhǔn)確度、可靠性上的性能。技術(shù)發(fā)展和產(chǎn)品落地的共同推進(jìn)下，UWB將給我們的日常生活帶來哪些改變很值得期待。