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UWB,我们不一样

2020-06-29 08:57 步日欣
关键词:UWB高精度定位

导读:无线通信技术百花齐放,蓝牙5.2,WiFi-6,NFC,Cat.1,6G星链……但毫无疑问的,随着苹果翻牌UWB,将UWB技术植入到iPhone以后,业界对于UWB的未来,充满了无限的期待。


无线通信技术百花齐放,蓝牙5.2,WiFi-6,NFC,Cat.1,6G星链……但毫无疑问的,随着苹果翻牌UWB,将UWB技术植入到iPhone以后,业界对于UWB的未来,充满了无限的期待。

2019年9月11日,苹果发布iPhone 11,首次内置了UWB(Ultra Wide Band,超宽带)技术,作为新一代苹果手机的亮点功能,备受市场瞩目。

虽然UWB生态还处于形成初期,但毫无疑问,苹果对UWB寄予厚望,因为UWB不但可以提供短距离高速数据传输,还可以实现精确位置定位。

未来,苹果有可能借助UWB技术,构筑一个以iPhone为中心的智能硬件生态,将iPhone作为一个控制中心,实现与所有支持UWB的智能硬件互联互通,比如VR眼镜数据传输,比如智能家居控制,比如汽车控制,比如智能物品追踪等等。

苹果在电子产品领域的风潮引领地位不容小觑,如同一只点石成金的金手指,从iMac到iPod,从iPhone到iWatch,从触控大屏、指纹识别到3D人脸感测,无一不彰显苹果在电子产品领域的风尚标作用。

特别是苹果推出AirPods耳机后,引发了全球TWS耳机热潮。但TWS耳机过于小巧,很容易丢失,也许是基于这个原因,苹果推出了UWB,可以实现AirPods耳机物品遗失追踪功能?

除了苹果之外,业界很多头部企业也积极参与到UWB产业链之中。

2019年8月1日,恩智浦、三星、索尼、 博世、 ASSA ABLOY(门锁)、HID Global(门禁)等组建了FiRa联盟,参与厂商涵盖UWB芯片、设备和应用解决方案商,旨在利用UWB技术推动用户无缝体验、形成互联互通生态。

在应用落地方面,恩智浦与大众汽车联手展示了UWB技术在汽车领域的应用,推出了Arteon概念车型,内置UWB模块,提供包括车辆防盗保护、无感车钥匙、无感通行等方面的应用。

图片来源:NXP官网

同时,FiRa联盟会员的Logo墙上,也出现了不少的中国面孔,小米、清研讯科、浩云科技(300448)、精位科技、OPPO、唐恩科技、中电昆辰、沃旭通讯、联睿电子、四相致新恒高、中国信通院,代表着中国参与UWB的新势力。

按这个节奏下去,像蓝牙、WiFi、GPS一样,UWB也许很快成为大部分智能终端设备的标配。

UWB作为一个“古老”的技术,为什么突然变得这么香?

笔者作为国内最早接触UWB的一批从业人员之一,起源于WiMedia联盟的合作,那还是十几年前的事情,当时提起UWB,主要还是短距离高速数据传输功能,没有位置定位什么事儿。

跟WiMedia联盟的业务合作,也仅仅局限在在国内办办峰会,做一下产业推广,给一个新技术的产业发展烘托一下气氛而已。

这已经是差不多12年前的事情了。但实际上,追溯UWB技术的历史,还更长久。

UWB技术诞生于1960年代,应用一直局限于军事、雷达定位及测距等方面。直到2002年,UWB才获得FCC批准,用于民用和商用通信。

别的主流无线通信技术,说实话,都是换汤不换药,都是利用各种编解码、调制解调、信道利用等底层通信技术,达到功耗、通信距离、传输速率等参数指标之间的平衡。而且都是将数据调制加载到高频的载波上面,才能实现数据的远距离高速传输。

但UWB不一样。

UWB技术是一种新型的无线通信技术,它通过对纳秒级的冲激脉冲进行直接调制,使数据传输速率具有百MHz至GHz量级的带宽。

也就是说,别的无线通信技术都需要用载波实现信号传输,而UWB是直接通过信号脉冲实现信号传输,每个信号脉冲时间极短,只有纳秒级,那传输带宽可不就轻轻松松达到百兆了么?

形象来说,你向张三要几块砖:

张三看了看你,不说话,直接抛过来了100块砖头,这是UWB无线超宽带。

张三看了看你,把100块砖打包,用小推车给你推过来了,这是主流的无线通信技术。

因此,UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、消耗电能小、发送功率小以及高安全性等诸多优势,但也显而易见的,靠脉冲传播,传输距离受限,只能提供十几米以内的近距离传输。

关于扔板砖的案例,主要体现了UWB技术的“高速数据传输”的性能,而UWB的另一个特性是特别适合于测距和位置定位。

测距和位置定位,二者是不可分割的。要确定位置,和标定点之间的距离是必不可少的参数之一,我们经常所说的“三点确定位置”,就是这个道理,但是这个位置定位,仅仅局限在二维空间。

UWB通过脉冲数据,TOF(Time of flight,飞行时间)原理,来计算定位基站和移动设备之间的距离,进而通过多组定位基站和移动设备之间的距离,计算移动设备的空间位置(TDOA法,Time Difference Of Arrival)。

TDOA定位法的原理非常简单,高中数学的范畴,我们知道,如果知道了移动设备与两个基站的距离差,那么这个移动设备必然位于以这两个基站为焦点的一条双曲线上。

通过测量定位信号从定位基站传播到移动设备的时间差,进而确定距离差,由距离差可以得到一条以这两个基站为焦点的双曲线。如果能测量到多组TDOA值,那么便可以得到多条双曲线,多条双曲线的交点即为移动设备的估计位置。

任何一种技术都只是理论,只有付诸应用,才能真正体现其生命力。

笼统来看, UWB性能主要体现在高速数据传输和位置定位两方面。功能主要包括设备之间数据交互、自动访问控制、位置定位服务,应用场景主要包括消费电子、AR/VR、家居、工厂、停车、精准营销、医院、V2X等。

从FiRa联盟对UWB技术的应用规划来看,UWB应用主要适用于三大场景,出入管理、位置服务和设备间交流。

图片来源:FiRa官网

三大应用场景主要针对智能家居和智能办公、智慧城市、智慧交通、消费电子、新零售、消费和医疗等领域。

无障碍出入管理(Hands-Free Access Control)是利用UWB技术,实现出入门禁管理,当人物靠近门禁时,自动感应、识别完成解锁,替代传统需互动接触的指纹、密码的应用场景;

位置服务(Location-Based Services)是基于UWB在多重路径下高穿透力的稳定传输性能, 实现室内精准定位和大数据分析;

设备互联互通(P2P Applications)则主要用于设备之间的数据互联互通,如视频电话会议、自动驾驶V2X、AR/VR游戏、远程支付等。

从前面看到,FiRa联盟中,中国企业参与度较高,已经形成了从芯片到应用解决方案的小生态,具体产业链公司包括:(如有遗漏,请后台联系增补

作者简介:步日欣

创道投资咨询创始人,北京邮电大学创业导师、经管学院特聘导师、天津市集成电路产业协会顾问、北京芯合汇集成电路产业平台顾问、威海双创街创业导师。电子工程本科、计算机硕士学位,具有证券从业资格、基金从业资格、通过CFA LII考试,先后就职于亚信咨询、中科院赛新资本、东旭集团金控集团等,拥有IT研发、咨询、投融资十五年以上经验,关注投资领域为人工智能、大发快三、集成电路、智能制造、云计算、大数据等。