紐瑞芯UWB芯片厘米級精準定位技術(shù)革命

電子發(fā)燒友網(wǎng)（文/李寧遠）UWB技術(shù)以其優(yōu)異定位精度和無縫互聯(lián)特性逐漸在消費電子、汽車互聯(lián)等相關(guān)領(lǐng)域開始廣泛應(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。

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，而且性價比高，能實現(xiàn)厘米級精準定位的芯片技術(shù)革命。UWB技術(shù)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。根據(jù)ABI Research的預(yù)測，今年UWB設(shè)備的出貨量將超五億臺，其中智能手機對UWB的推動作用尤為突出。預(yù)計到2026年，UWB設(shè)備的出貨量將達到十億級別。

UWB技術(shù)為何能實現(xiàn)厘米級精準定位芯片技術(shù)革命

UWB技術(shù)全稱Ultra Wide Band，是一種無線載波通信技術(shù)。UWB技術(shù)起源自60年代的脈沖通信技術(shù)，因其能夠準確測量飛行時間被應(yīng)用于雷達探測。它不采用正弦載波，而是通過納秒級的窄脈沖進行空間物體探測。利用超寬帶脈沖信號的極強時空分辨率，UWB芯片可以實時、高頻、快速地對物體進行厘米級定位。

UWB技術(shù)的重點是信號傳播時間，和藍牙技術(shù)、Wi-Fi技術(shù)用于定位的原理一樣，如藍牙5.1、Wi-Fi在往返時間上的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)用上尚處在早期階段。

UWB最大的亮點當(dāng)然是高定位精度，UWB的定位分單邊測距SS-TWR和雙邊測距DS-TWR，雙邊測距計算量更大但也極為精準。除了這一點，UWB技術(shù)相較于這些傳統(tǒng)無線通信方式還有不少優(yōu)勢。由于UWB信號占用了至少500MHz的通信帶寬，且工作頻率遠離2.4GHz等繁忙的窄帶通信頻段，因此UWB信號具有強大的抗干擾能力，同時在復(fù)雜環(huán)境中具有極強的抗多徑能力。這意味著持續(xù)且極短的窄脈沖可以讓UWB接收機在嘈雜的環(huán)境中也能準確捕捉到UWB信號。

另一方面，新的通信協(xié)議也使得UWB在實現(xiàn)高速傳輸數(shù)據(jù)的同時從物理層就增強了安全通信能力，使用者的數(shù)據(jù)安全也有保障。相比諸如WiFi5、WiFi6、5G等較新的通信定位技術(shù)的高成本，UWB技術(shù)達到高精度的同時成本也不會成為負擔(dān)，可以說UWB技術(shù)的確實現(xiàn)了厘米級精準定位芯片技術(shù)革命。

紐瑞芯UWB芯片的技術(shù)革命

UWB芯片想要實現(xiàn)定位高精度，大帶寬和高采樣率是最基礎(chǔ)的。就目前的UWB技術(shù)定位精度來看，能夠達到10厘米的精度已經(jīng)是不錯的表現(xiàn)，目前國內(nèi)市場UWB設(shè)備能實現(xiàn)10厘米左右的定位精度就已經(jīng)可以被接受。相較之下一些主流的歐美UWB芯片廠商及相關(guān)實驗室可以將UWB定位實現(xiàn)3厘米以內(nèi)的精度。



根據(jù)紐瑞芯科技總經(jīng)理兼首席技術(shù)官陳振騏在紐瑞芯UWB新品發(fā)布會上的介紹，“紐瑞芯的芯片已經(jīng)實現(xiàn)了1厘米精度”。之所以能實現(xiàn)如此高的精度，從最基礎(chǔ)的帶寬和采樣速率來看帶寬并沒有差太多，采樣頻率則有著革命性的提升，紐瑞芯在發(fā)布會上推出的UWB芯片已經(jīng)達到了4GHz的采樣速率，超過了主流歐美UWB芯片的1GHz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。從發(fā)布會提供的實測視頻來看，由于沒有采用卡爾曼濾波，整個測量的反應(yīng)速度也非?？?，在0.11s以內(nèi)。



精度革命之后，UWB芯片在測量范圍以及多徑效應(yīng)上是否也同樣做了革新呢？測量范圍的覆蓋直接影響到產(chǎn)品使用場景，而多徑效應(yīng)也直接關(guān)系到信號是否失真。UWB的脈沖信號相較于連續(xù)信號受多徑效應(yīng)影響上會稍微好一些，加之紐瑞芯基于在多徑信道模型上的技術(shù)積累和算法優(yōu)化，進一步緩解了多徑效應(yīng)的干擾。



在實測場景中，紐瑞芯UWB產(chǎn)品可以實現(xiàn)100米以上的測距范圍。這得益于紐瑞芯在射頻技術(shù)上的創(chuàng)新，發(fā)射功率得以提升，同樣在接收靈敏度上相較于歐美主流也提升了3dB，拓寬了大概40%的信號覆蓋距離。

紐瑞芯在UWB技術(shù)上的革新很好地體現(xiàn)了發(fā)布會的主題——萬物知位，向由芯生，技術(shù)革新帶來更好的定位體驗。

寫在最后

隨著技術(shù)不斷改進，下一代UWB正在尋求替代編碼，前導(dǎo)方案以及調(diào)制方案的辦法，繼續(xù)拓展UWB頻譜在準確度、可靠性上的能力。作為被譽為最佳室內(nèi)微距定位的UWB技術(shù)，未來會有更多的應(yīng)用場景涌現(xiàn)，“萬物知位”的未來值得期待。