UWB強勢來襲 無線通信技術百花齊放

無線通信技術百花齊放，藍牙 5.2，WiFi-6，NFC，Cat.1，6G 星鏈……但毫無疑問的，隨著蘋果翻牌 UWB，將 UWB 技術植入到 iPhone 以后，業(yè)界對于 UWB 的未來，充滿了無限的期待。

2019 年 9 月 11 日，蘋果發(fā)布 iPhone 11，首次內(nèi)置了 UWB（Ultra Wide Band，超寬帶）技術，作為新一代蘋果手機的亮點功能，備受市場矚目。

雖然 UWB 生態(tài)還處于形成初期，但毫無疑問，蘋果對 UWB 寄予厚望，因為 UWB 不但可以提供短距離高速數(shù)據(jù)傳輸，還可以實現(xiàn)精確位置定位。

未來，蘋果有可能借助 UWB 技術，構筑一個以 iPhone 為中心的智能硬件生態(tài)，將 iPhone 作為一個控制中心，實現(xiàn)與所有支持 UWB 的智能硬件互聯(lián)互通，比如 VR 眼鏡數(shù)據(jù)傳輸，比如智能家居控制，比如汽車控制，比如智能物品追蹤等等。

蘋果在電子產(chǎn)品領域的風潮引領地位不容小覷，如同一只點石成金的金手指，從 iMac 到 iPod，從 iPhone 到 iWatch，從觸控大屏、指紋識別到 3D 人臉感測，無一不彰顯蘋果在電子產(chǎn)品領域的風尚標作用。

特別是蘋果推出 AirPods 耳機后，引發(fā)了全球 TWS 耳機熱潮。但 TWS 耳機過于小巧，很容易丟失，也許是基于這個原因，蘋果推出了 UWB，可以實現(xiàn) AirPods 耳機物品遺失追蹤功能？

除了蘋果之外，業(yè)界很多頭部企業(yè)也積極參與到 UWB 產(chǎn)業(yè)鏈之中。

2019 年 8 月 1 日，恩智浦、三星、索尼、 博世、 ASSA ABLOY（門鎖）、HID Global（門禁）等組建了 FiRa 聯(lián)盟，參與廠商涵蓋 UWB 芯片、設備和應用解決方案商，旨在利用 UWB 技術推動用戶無縫體驗、形成互聯(lián)互通生態(tài)。

在應用落地方面，恩智浦與大眾汽車聯(lián)手展示了 UWB 技術在汽車領域的應用，推出了 Arteon 概念車型，內(nèi)置 UWB 模塊，提供包括車輛防盜保護、無感車鑰匙、無感通行等方面的應用。

圖片來源：NXP 官網(wǎng)

同時，F(xiàn)iRa 聯(lián)盟會員的 Logo 墻上，也出現(xiàn)了不少的中國面孔，小米、清研訊科、浩云科技（300448）、精位科技、OPPO、唐恩科技、中電昆辰、沃旭通訊、聯(lián)睿電子、四相致新恒高、中國信通院，代表著中國參與 UWB 的新勢力。

按這個節(jié)奏下去，像藍牙、WiFi、GPS 一樣，UWB 也許很快成為大部分智能終端設備的標配。

UWB 作為一個“古老”的技術，為什么突然變得這么香？

筆者作為國內(nèi)最早接觸 UWB 的一批從業(yè)人員之一，起源于 WiMedia 聯(lián)盟的合作，那還是十幾年前的事情，當時提起 UWB，主要還是短距離高速數(shù)據(jù)傳輸功能，沒有位置定位什么事兒。

跟 WiMedia 聯(lián)盟的業(yè)務合作，也僅僅局限在在國內(nèi)辦辦峰會，做一下產(chǎn)業(yè)推廣，給一個新技術的產(chǎn)業(yè)發(fā)展烘托一下氣氛而已。

這已經(jīng)是差不多 12 年前的事情了。但實際上，追溯 UWB 技術的歷史，還更長久。

UWB 技術誕生于 1960 年代，應用一直局限于軍事、雷達定位及測距等方面。直到 2002 年，UWB 才獲得 FCC 批準，用于民用和商用通信。

別的主流無線通信技術，說實話，都是換湯不換藥，都是利用各種編解碼、調(diào)制解調(diào)、信道利用等底層通信技術，達到功耗、通信距離、傳輸速率等參數(shù)指標之間的平衡。而且都是將數(shù)據(jù)調(diào)制加載到高頻的載波上面，才能實現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠距離高速傳輸。

但 UWB 不一樣。

UWB 技術是一種新型的無線通信技術，它通過對納秒級的沖激脈沖進行直接調(diào)制，使數(shù)據(jù)傳輸速率具有百 MHz 至 GHz 量級的帶寬。

也就是說，別的無線通信技術都需要用載波實現(xiàn)信號傳輸，而 UWB 是直接通過信號脈沖實現(xiàn)信號傳輸，每個信號脈沖時間極短，只有納秒級，那傳輸帶寬可不就輕輕松松達到百兆了么？

形象來說，你向張三要幾塊磚：

張三看了看你，不說話，直接拋過來了 100 塊磚頭，這是 UWB 無線超寬帶。

張三看了看你，把 100 塊磚打包，用小推車給你推過來了，這是主流的無線通信技術。

因此，UWB 具有抗干擾性能強、傳輸速率高、消耗電能小、發(fā)送功率小以及高安全性等諸多優(yōu)勢，但也顯而易見的，靠脈沖傳播，傳輸距離受限，只能提供十幾米以內(nèi)的近距離傳輸。

關于扔板磚的案例，主要體現(xiàn)了 UWB 技術的“高速數(shù)據(jù)傳輸”的性能，而 UWB 的另一個特性是特別適合于測距和位置定位。

測距和位置定位，二者是不可分割的。要確定位置，和標定點之間的距離是必不可少的參數(shù)之一，我們經(jīng)常所說的“三點確定位置”，就是這個道理，但是這個位置定位，僅僅局限在二維空間。

UWB 通過脈沖數(shù)據(jù)，TOF（Time of flight，飛行時間）原理，來計算定位基站和移動設備之間的距離，進而通過多組定位基站和移動設備之間的距離，計算移動設備的空間位置（TDOA 法，Time Difference Of Arrival）。

TDOA 定位法的原理非常簡單，高中數(shù)學的范疇，我們知道，如果知道了移動設備與兩個基站的距離差，那么這個移動設備必然位于以這兩個基站為焦點的一條雙曲線上。

通過測量定位信號從定位基站傳播到移動設備的時間差，進而確定距離差，由距離差可以得到一條以這兩個基站為焦點的雙曲線。如果能測量到多組 TDOA 值，那么便可以得到多條雙曲線，多條雙曲線的交點即為移動設備的估計位置。

任何一種技術都只是理論，只有付諸應用，才能真正體現(xiàn)其生命力。

籠統(tǒng)來看， UWB 性能主要體現(xiàn)在高速數(shù)據(jù)傳輸和位置定位兩方面。功能主要包括設備之間數(shù)據(jù)交互、自動訪問控制、位置定位服務，應用場景主要包括消費電子、AR/VR、家居、工廠、停車、精準營銷、醫(yī)院、V2X 等。

從 FiRa 聯(lián)盟對 UWB 技術的應用規(guī)劃來看，UWB 應用主要適用于三大場景，出入管理、位置服務和設備間交流。

圖片來源：FiRa 官網(wǎng)

三大應用場景主要針對智能家居和智能辦公、智慧城市、智慧交通、消費電子、新零售、消費和醫(yī)療等領域。

無障礙出入管理（Hands-Free Access Control）是利用 UWB 技術，實現(xiàn)出入門禁管理，當人物靠近門禁時，自動感應、識別完成解鎖，替代傳統(tǒng)需互動接觸的指紋、密碼的應用場景；

位置服務（Location-Based Services）是基于 UWB 在多重路徑下高穿透力的穩(wěn)定傳輸性能， 實現(xiàn)室內(nèi)精準定位和大數(shù)據(jù)分析；

設備互聯(lián)互通（P2P Applications）則主要用于設備之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，如視頻電話會議、自動駕駛 V2X、AR/VR 游戲、遠程支付等。

從前面看到，F(xiàn)iRa 聯(lián)盟中，中國企業(yè)參與度較高，已經(jīng)形成了從芯片到應用解決方案的小生態(tài)，具體產(chǎn)業(yè)鏈公司包括：（如有遺漏，請后臺聯(lián)系增補）