1、UWB的主要應用
UWB（Ultra-Wideband，超寬帶）技術已經(jīng)存在多年，但直到幾年前，它仍是一項小眾技術，只有少數(shù)公司采用。最近的市場增長數(shù)據(jù)顯示，UWB在消費產(chǎn)品（如智能手機、智能手表、智能家居設備等）、汽車行業(yè)和工業(yè)實時定位系統(tǒng)（Real-Time Location Systems，RTLS）中的應用迅速增加。消費產(chǎn)品中的UWB
到目前為止，UWB技術在消費產(chǎn)品中的采用最為廣泛，而且主要是在智能手機市場。2023年，約70%的UWB芯片被嵌入智能手機中。蘋果公司顯然處于領先地位，并已在其生態(tài)系統(tǒng)中的眾多產(chǎn)品中添加了UWB功能，以支持設備的“空間感知”。其他主要的智能手機廠商如三星和小米也在其最新型號中采用了UWB技術。
這一切的基礎是FiRa聯(lián)盟（Fine Ranging），該聯(lián)盟致力于通過實現(xiàn)人和設備的精確位置感知來改變我們與環(huán)境的互動方式。FiRa聯(lián)盟開發(fā)了一項標準，描述了一套通用協(xié)議，以支持物理訪問控制、智能家居、室內(nèi)導航、社交距離測量或資產(chǎn)跟蹤等應用。
隨著FiRa2.0版本在2023年發(fā)布，我們將看到大量利用這一新標準的新產(chǎn)品上市。特別是在智能鎖市場，預計會有一些新產(chǎn)品利用UWB的準確性和安全性，從而提升使用智能手機操作這些系統(tǒng)的體驗。
工業(yè)RTLS中的UWB
UWB精確測距的能力是實時定位系統(tǒng)（RTLS）的理想選擇。使用UWB技術，RTLS系統(tǒng)可以在復雜環(huán)境中提供精確到10至30厘米的實時定位。UWB RTLS主要應用于采礦業(yè)、制造業(yè)、分銷業(yè)，還包括醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、零售甚至體育比賽。
在UWB因智能手機普及而成為主流技術之前，UWB RTLS是該技術的主要用例驅動因素。然而，與消費產(chǎn)品的快速發(fā)展相比，RTLS技術的采用速度要慢得多。在工業(yè)環(huán)境中，技術更迭往往是緩慢且漸進的過程。然而，UWB需要在挑戰(zhàn)性環(huán)境中證明其可靠性的時代已經(jīng)過去。在今天，UWB RTLS被認為是精確室內(nèi)定位的黃金標準。
FiRa聯(lián)盟在2019年成立的同時，另一項名為Omlox的標準也應運而生。該標準專為工業(yè)RTLS應用設計，旨在提供RTLS系統(tǒng)供應商以及RTLS應用軟件之間的互操作性。雖然該標準的初始版本從未投放市場，但2023年發(fā)布的Omlox版本2現(xiàn)在正在逐步推動標準的廣泛采用。
汽車中的UWB
汽車是UWB技術的另一個即將到來的應用領域，通過在車輛中嵌入這項技術以支持一系列功能。寶馬、奔馳、大眾汽車以及最近的特斯拉等主要制造商已經(jīng)推出或正在積極研發(fā)帶有UWB技術的車輛。
智能迎賓”功能是推動這項技術的主要因素，它可以根據(jù)車鑰匙的位置智能地鎖定和解鎖車輛。此外，即將出臺的兒童存在檢測（Child Presence Detection，CPD）標準可能會成為UWB技術的更大驅動力。為了支持這一功能，僅依靠UWB測距是不夠的，還需要依賴UWB雷達能力，為此會有一系列新芯片投入市場中。
這項技術采用的基礎是國際標準。更值得注意的是，汽車連接聯(lián)盟（Car Connectivity Consortium）已經(jīng)標準化了用于支持不同汽車制造商之間車鑰匙互操作性的UWB協(xié)議。該標準的最新版本CCC車鑰匙3.0于2021年發(fā)布。
2、UWB的標準
UWB作為空間感知和基于位置服務的關鍵無線技術將長期活躍在人們視線中。UWB技術會繼續(xù)被廣泛采用，并逐步成為全球標準。此前IEE802.15.4 標準的明確定義指定了三個頻段，總共產(chǎn)生 16 個無線電信道。隨后的標準要求各國的監(jiān)管機構定義其哪些頻段可以在地理上能否使用，從而形成了明確的 UWB 標準。在日常的消費應用中，由于UWB 信道 5（6GHz）和 9（8GHz）可以全球使用，所以已被 FiRa 選擇為主要 UWB 信道。2024 年 5 月 27 日發(fā)布的最新歐盟標準（2024/1467）標志著使用 UWB 技術的基于位置的服務的一個重要里程碑。這項標準涵蓋了在機動車輛、鐵路系統(tǒng)甚至飛機上使用UWB的相關內(nèi)容的更新。美國也在進行類似的標準討論，目前還沒有明確的發(fā)布時間。中國計劃僅使用較高頻率的UWB信道，這將與日本和韓國等其他亞洲地區(qū)更加一致。
歐盟的最新標準放寬了對UWB的限制，其中最重要的更新是，標準允許更高的發(fā)射功率，并且統(tǒng)一了室內(nèi)外的UWB部署。這些更新極大地支持了UWB的應用，可以更好的使該項技術服務于各行各業(yè)。
提高室內(nèi)UWB定位器的發(fā)射功率
新標準帶來的最顯著好處是室內(nèi)定位器的發(fā)射功率增加了 10 dB，從 -41.3 dBm/MHz 增加到 -31.3 dBm/MHz。理論上，這可以將標簽（tag）到錨點（anchor）的距離擴大約三倍。這意味著RTLS系統(tǒng)的覆蓋可以使用更少的錨點，從而降低基礎設施成本并提高投資回報率（ROI）。此外，額外的功率裕度提高了信號穿透力，因此發(fā)射功率的增強使精確放置標簽變得沒有那么重要?？傮w而言，人工容錯率的提高使得定位系統(tǒng)將更易于部署和維護。
統(tǒng)一室內(nèi)外UWB的使用規(guī)定
新標準使得戶外部署UWB更加輕松。此前，戶外部署僅限于較低頻段（頻率范圍從 3.1 GHz 到 4.8 GHz）的 定位跟蹤設備，而且歐盟各國的規(guī)則和審批流程各不相同，部署存在較大障礙?，F(xiàn)在，UWB 信道5到9（頻率范圍從 6 GHz 到 8.5GHz）戶外部署在整個歐盟范圍內(nèi)統(tǒng)一，戶外安裝必須遵守其他條件和要求，但無需審批流程，為UWB在戶外部署鋪平道路。
3、UWB芯片
隨著標準化日趨成熟，商用UWB芯片的可用領域正在迅速擴大。國內(nèi)已有多家芯片廠商發(fā)布了UWB芯片。由芯邦科技開發(fā)的最新UWB芯片CBU5000V210是一款集成了UWB（6-9GHz）、藍牙（BLE）和32位微處理器（MCU）的單芯片CMOS SoC，符合IEEE 802.15.4z、IEEE 802.15.4-2015和FiRa標準。這款芯片可以支持測距、3D AOA和雷達功能。BLE系統(tǒng)支持BLE5.0，具有低功耗特性，使得芯片可以支持更長的電池壽命。SoC集成了高性能的32位MCU、硬件安全平臺和豐富的功能模塊，使得芯片適用于通信、測距、物聯(lián)網(wǎng)等應用。
接下來UWB芯片的普及度會不斷提高，應用越來越廣泛。隨著 2025 年即將推出的新 IEEE 802.15.4ab，將會有新一代UWB芯片進入市場，其功耗進一步降低，安全性提高，并支持流媒體音頻。我們的生活將會因為這些智能家居設備而更加便捷，讓我們拭目以待。