UWB強(qiáng)勢(shì)來(lái)襲 無(wú)線通信技術(shù)百花齊放

無(wú)線通信技術(shù)百花齊放，藍(lán)牙 5.2，WiFi-6，NFC，Cat.1，6G 星鏈……但毫無(wú)疑問(wèn)的，隨著蘋(píng)果翻牌 UWB，將 UWB 技術(shù)植入到 iPhone 以后，業(yè)界對(duì)于 UWB 的未來(lái)，充滿了無(wú)限的期待。

2019 年 9 月 11 日，蘋(píng)果發(fā)布 iPhone 11，首次內(nèi)置了 UWB（Ultra Wide Band，超寬帶）技術(shù)，作為新一代蘋(píng)果手機(jī)的亮點(diǎn)功能，備受市場(chǎng)矚目。

雖然 UWB 生態(tài)還處于形成初期，但毫無(wú)疑問(wèn)，蘋(píng)果對(duì) UWB 寄予厚望，因?yàn)?UWB 不但可以提供短距離高速數(shù)據(jù)傳輸，還可以實(shí)現(xiàn)精確位置定位。

未來(lái)，蘋(píng)果有可能借助 UWB 技術(shù)，構(gòu)筑一個(gè)以 iPhone 為中心的智能硬件生態(tài)，將 iPhone 作為一個(gè)控制中心，實(shí)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(chē)控制，比如智能物品追蹤等等。

蘋(píng)果在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的風(fēng)潮引領(lǐng)地位不容小覷，如同一只點(diǎn)石成金的金手指，從 iMac 到 iPod，從 iPhone 到 iWatch，從觸控大屏、指紋識(shí)別到 3D 人臉感測(cè)，無(wú)一不彰顯蘋(píng)果在電子產(chǎn)品領(lǐng)域的風(fēng)尚標(biāo)作用。

特別是蘋(píng)果推出 AirPods 耳機(jī)后，引發(fā)了全球 TWS 耳機(jī)熱潮。但 TWS 耳機(jī)過(guò)于小巧，很容易丟失，也許是基于這個(gè)原因，蘋(píng)果推出了 UWB，可以實(shí)現(xiàn) AirPods 耳機(jī)物品遺失追蹤功能？

除了蘋(píng)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(mén)鎖）、HID Global（門(mén)禁）等組建了 FiRa 聯(lián)盟，參與廠商涵蓋 UWB 芯片、設(shè)備和應(yīng)用解決方案商，旨在利用 UWB 技術(shù)推動(dòng)用戶無(wú)縫體驗(yàn)、形成互聯(lián)互通生態(tài)。

在應(yīng)用落地方面，恩智浦與大眾汽車(chē)聯(lián)手展示了 UWB 技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應(yīng)用，推出了 Arteon 概念車(chē)型，內(nèi)置 UWB 模塊，提供包括車(chē)輛防盜保護(hù)、無(wú)感車(chē)鑰匙、無(wú)感通行等方面的應(yīng)用。

圖片來(lái)源：NXP 官網(wǎng)

同時(shí)，F(xiàn)iRa 聯(lián)盟會(huì)員的 Logo 墻上，也出現(xiàn)了不少的中國(guó)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(guó)信通院，代表著中國(guó)參與 UWB 的新勢(shì)力。

按這個(gè)節(jié)奏下去，像藍(lán)牙、WiFi、GPS 一樣，UWB 也許很快成為大部分智能終端設(shè)備的標(biāo)配。

UWB 作為一個(gè)“古老”的技術(shù)，為什么突然變得這么香？

筆者作為國(guó)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(dāng)時(shí)提起 UWB，主要還是短距離高速數(shù)據(jù)傳輸功能，沒(méi)有位置定位什么事兒。

跟 WiMedia 聯(lián)盟的業(yè)務(wù)合作，也僅僅局限在在國(guó)內(nèi)辦辦峰會(huì)，做一下產(chǎn)業(yè)推廣，給一個(gè)新技術(shù)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(shí)際上，追溯 UWB 技術(shù)的歷史，還更長(zhǎng)久。

UWB 技術(shù)誕生于 1960 年代，應(yīng)用一直局限于軍事、雷達(dá)定位及測(cè)距等方面。直到 2002 年，UWB 才獲得 FCC 批準(zhǔn)，用于民用和商用通信。

別的主流無(wú)線通信技術(shù)，說(shuō)實(shí)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(shù)，達(dá)到功耗、通信距離、傳輸速率等參數(shù)指標(biāo)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離高速傳輸。

但 UWB 不一樣。

UWB 技術(shù)是一種新型的無(wú)線通信技術(shù)，它通過(guò)對(duì)納秒級(jí)的沖激脈沖進(jìn)行直接調(diào)制，使數(shù)據(jù)傳輸速率具有百 MHz 至 GHz 量級(jí)的帶寬。

也就是說(shuō)，別的無(wú)線通信技術(shù)都需要用載波實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，而 UWB 是直接通過(guò)信號(hào)脈沖實(shí)現(xiàn)信號(hào)傳輸，每個(gè)信號(hào)脈沖時(shí)間極短，只有納秒級(jí)，那傳輸帶寬可不就輕輕松松達(dá)到百兆了么？

形象來(lái)說(shuō)，你向張三要幾塊磚：

張三看了看你，不說(shuō)話，直接拋過(guò)來(lái)了 100 塊磚頭，這是 UWB 無(wú)線超寬帶。

張三看了看你，把 100 塊磚打包，用小推車(chē)給你推過(guò)來(lái)了，這是主流的無(wú)線通信技術(shù)。

因此，UWB 具有抗干擾性能強(qiáng)、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(shì)，但也顯而易見(jiàn)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(guān)于扔板磚的案例，主要體現(xiàn)了 UWB 技術(shù)的“高速數(shù)據(jù)傳輸”的性能，而 UWB 的另一個(gè)特性是特別適合于測(cè)距和位置定位。

測(cè)距和位置定位，二者是不可分割的。要確定位置，和標(biāo)定點(diǎn)之間的距離是必不可少的參數(shù)之一，我們經(jīng)常所說(shuō)的“三點(diǎn)確定位置”，就是這個(gè)道理，但是這個(gè)位置定位，僅僅局限在二維空間。

UWB 通過(guò)脈沖數(shù)據(jù)，TOF（Time of flight，飛行時(shí)間）原理，來(lái)計(jì)算定位基站和移動(dòng)設(shè)備之間的距離，進(jìn)而通過(guò)多組定位基站和移動(dòng)設(shè)備之間的距離，計(jì)算移動(dòng)設(shè)備的空間位置（TDOA 法，Time Difference Of Arrival）。

TDOA 定位法的原理非常簡(jiǎn)單，高中數(shù)學(xué)的范疇，我們知道，如果知道了移動(dòng)設(shè)備與兩個(gè)基站的距離差，那么這個(gè)移動(dòng)設(shè)備必然位于以這兩個(gè)基站為焦點(diǎn)的一條雙曲線上。

通過(guò)測(cè)量定位信號(hào)從定位基站傳播到移動(dòng)設(shè)備的時(shí)間差，進(jìn)而確定距離差，由距離差可以得到一條以這兩個(gè)基站為焦點(diǎn)的雙曲線。如果能測(cè)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(diǎn)即為移動(dòng)設(shè)備的估計(jì)位置。

任何一種技術(shù)都只是理論，只有付諸應(yīng)用，才能真正體現(xiàn)其生命力。

籠統(tǒng)來(lái)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(shè)備之間數(shù)據(jù)交互、自動(dòng)訪問(wèn)控制、位置定位服務(wù)，應(yīng)用場(chǎng)景主要包括消費(fèi)電子、AR/VR、家居、工廠、停車(chē)、精準(zhǔn)營(yíng)銷(xiāo)、醫(yī)院、V2X 等。

從 FiRa 聯(lián)盟對(duì) UWB 技術(shù)的應(yīng)用規(guī)劃來(lái)看，UWB 應(yīng)用主要適用于三大場(chǎng)景，出入管理、位置服務(wù)和設(shè)備間交流。

圖片來(lái)源：FiRa 官網(wǎng)

三大應(yīng)用場(chǎng)景主要針對(duì)智能家居和智能辦公、智慧城市、智慧交通、消費(fèi)電子、新零售、消費(fèi)和醫(yī)療等領(lǐng)域。

無(wú)障礙出入管理（Hands-Free Access Control）是利用 UWB 技術(shù)，實(shí)現(xiàn)出入門(mén)禁管理，當(dāng)人物靠近門(mén)禁時(shí)，自動(dòng)感應(yīng)、識(shí)別完成解鎖，替代傳統(tǒng)需互動(dòng)接觸的指紋、密碼的應(yīng)用場(chǎng)景；

位置服務(wù)（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(shí)現(xiàn)室內(nèi)精準(zhǔn)定位和大數(shù)據(jù)分析；

設(shè)備互聯(lián)互通（P2P Applications）則主要用于設(shè)備之間的數(shù)據(jù)互聯(lián)互通，如視頻電話會(huì)議、自動(dòng)駕駛 V2X、AR/VR 游戲、遠(yuǎn)程支付等。

從前面看到，F(xiàn)iRa 聯(lián)盟中，中國(guó)企業(yè)參與度較高，已經(jīng)形成了從芯片到應(yīng)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(qǐng)后臺(tái)聯(lián)系增補(bǔ)）