在無(wú)線連接技術(shù)中,，藍(lán)牙和Wi-Fi已被大家熟知,。而近年來(lái)，UWB連接則逐漸興起,。蘋(píng)果推出的iPhone11 全系搭載了支持 UWB 技術(shù)的 U1 芯片,；北京召開(kāi)的冬奧會(huì),，也采用了UWB技術(shù)進(jìn)行厘米級(jí)定位。
什么是UWB芯片,？
UWB,，就是 Ultra Wideband，超寬帶技術(shù),。它源于 20 世紀(jì) 60 年代興起的脈沖通信技術(shù),。在 2002 年以前,，UWB 被廣泛用于軍事方面的用途。美國(guó)國(guó)防部首次使用了UWB這一術(shù)語(yǔ),，意指產(chǎn)生,、傳輸、接收一段持續(xù)時(shí)間非常短（納秒或以下）的爆發(fā)式射頻能量脈沖,。
在2002 年時(shí),，F(xiàn)CC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）為 UWB 分配了 3.1~10.6 GHz 共 7.5 GHz 頻帶，還對(duì)其輻射功率做出了比 FCC Part15.209 更為嚴(yán)格的限制,，將其限定 - 41.3dBm 頻帶內(nèi),，才將 UWB 技術(shù)解禁，準(zhǔn)許進(jìn)入民用領(lǐng)域,。
UWB 不同于傳統(tǒng)的通信技術(shù),，它通過(guò)發(fā)送和接收具有納秒或微秒級(jí)以下的極窄脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸。由于UWB脈沖時(shí)間寬度極短,，因此可以實(shí)現(xiàn)頻譜上的超寬帶：使用的帶寬在 500MHz 以上,。
與藍(lán)牙相比,，UWB技術(shù)延遲更短,、傳輸數(shù)據(jù)更大，它不僅使用 3.1 和 10.6 GHz 之間的更高頻率,，因?yàn)閁WB使用更寬的 500 MHz 信道,，可以在短時(shí)間內(nèi)發(fā)送大數(shù)據(jù)包，而藍(lán)牙通常限制在 20 MHz,。UWB 的延遲通常只有一毫秒,，而藍(lán)牙 LE（低功耗）的延遲明顯更長(zhǎng)。UWB 還提供更長(zhǎng)的范圍,，理論上可以達(dá)到 250 米,。
簡(jiǎn)而言之，這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)超大帶寬和低發(fā)射功率,，實(shí)現(xiàn)低功耗水平上的快速數(shù)據(jù)傳輸,。由于 UWB 脈沖的時(shí)間寬度極短，因此也可以采用高精度定時(shí)來(lái)進(jìn)行距離測(cè)算,。
并不是那么新的UWB技術(shù)在蒙塵幾十年后,，隨著物聯(lián)網(wǎng)的逐漸興起，UWB技術(shù)也開(kāi)始展露它的光輝,。
改變游戲規(guī)則
精準(zhǔn)定位的特性讓UWB進(jìn)入了主流消費(fèi)電子領(lǐng)域,。
可穿戴設(shè)備已經(jīng)成為UWB的目標(biāo)市場(chǎng)之一，如在智能手表中加入U(xiǎn)WB功能,，能夠?qū)⒍ㄎ环秶龅健?度,、定位距離縮小到5-10厘米的精度,，這將比藍(lán)牙“米”級(jí)精度有了大幅的提升。
目前已經(jīng)使用UWB超寬帶技術(shù)的消費(fèi)電子品牌除了蘋(píng)果,、小米外,，三星也非常看好 UWB 技術(shù),，認(rèn)為其將成為下一代可以改變游戲規(guī)則的無(wú)線通信技術(shù)之一,。
Airdrop是蘋(píng)果UWB技術(shù)應(yīng)用的代表性應(yīng)用。從iPhone 11系列手機(jī)開(kāi)始,，蘋(píng)果已先后在Apple Watch S6,、HomePod mini智能音箱、iPhone12 系列手機(jī)和Aritag無(wú)線追蹤器這些產(chǎn)品內(nèi),，都應(yīng)用了自研的UWB方案,。蘋(píng)果表示，U1 芯片將顯著提升蘋(píng)果 iPhone 手機(jī)的空間感知（Spatial Awareness）能力,，結(jié)合UWB技術(shù),，可以實(shí)現(xiàn)更多可能。
三星主要是在手機(jī)上導(dǎo)入了UWB方案,，具體型號(hào)包括Galaxy Note 20 Ultra,、 Galaxy Z Fold 2、 S21+和S21 Ultra,，同時(shí)三星也推出了采用UWB技術(shù)的SmartTag+智能追蹤器,。據(jù)iFixit拆解顯示，三星在Galaxy Note 20 Ultra上采用的是 NXP恩智浦的一款特別研發(fā)的Secure UWB芯片,。
根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)market&market預(yù)測(cè),，全球室內(nèi)定位市場(chǎng)規(guī)模將由2017年71.1億美元增長(zhǎng)到2022年的409.9億美元，并將保持42%的復(fù)合增長(zhǎng)率,。因此,，UWB定位行業(yè)正處于快速發(fā)展時(shí)期。
據(jù)ABI Research分析,，到2026年,，支持UWB的設(shè)備出貨量將從2020年的1.43億臺(tái)增長(zhǎng)到超過(guò)13億臺(tái)。
UWB芯片發(fā)展瓶頸
早期,，UWB定位方案的核心元器件采用的是分離電路板方式,，并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的芯片產(chǎn)品，雖然分離電路板可以實(shí)現(xiàn)不錯(cuò)的定位性能,，但是其產(chǎn)品的功耗,、尺寸以及成本居高不下，尤其是分離電路的玩法,，客戶(hù)只能購(gòu)買(mǎi)整體的方案,，其他的技術(shù)企業(yè)難以參與,。
而UWB定位芯片出現(xiàn)之后，使得UWB最具技術(shù)壁壘與核心的環(huán)節(jié)得以標(biāo)準(zhǔn)化,，因此,，直接刺激了大量的企業(yè)涌入到UWB定位領(lǐng)域中進(jìn)行技術(shù)的二次開(kāi)發(fā)，以及市場(chǎng)應(yīng)用的拓展,。
目前,，HID Global，恩智浦,，三星,，博世，索尼,，LitePoint和TTA等組建了FiRa聯(lián)盟,，該聯(lián)盟組織目的在于制定UWB室內(nèi)定位行業(yè)的互操作性，同時(shí)將打破不同標(biāo)準(zhǔn)和制式的藩籬,，形成全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn),。目前國(guó)內(nèi)加入此聯(lián)盟的廠商包括小米公司、信維通信,、浩云科技,、沃旭科技、精位科技,、清研訊科,、聯(lián)睿電子等,。
對(duì)于目前UWB產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問(wèn)題,，業(yè)內(nèi)人士表示：“一個(gè)是芯片方案過(guò)于單一。芯片供應(yīng)商在一個(gè)產(chǎn)業(yè)中屬于需要高度標(biāo)準(zhǔn)化的一個(gè)環(huán)節(jié),，芯片方案過(guò)多,，會(huì)造成方案的差異化嚴(yán)重，產(chǎn)品良莠不齊,，并且會(huì)加劇行業(yè)競(jìng)爭(zhēng),。并且，研發(fā)一款芯片產(chǎn)品的成本昂貴,，出貨量如果達(dá)不到千萬(wàn)級(jí)別,，很難盈利，所以芯片這個(gè)環(huán)節(jié)注定玩家不會(huì)過(guò)多,?！?/p>
但是單一的芯片商護(hù)士的市場(chǎng)沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)方案出現(xiàn)，行業(yè)也會(huì)陷入另個(gè)發(fā)展困境,。
“UWB 方案價(jià)格偏高,，也是一大問(wèn)題,。”業(yè)內(nèi)人士表示,。
由于UWB技術(shù)能夠精確至厘米級(jí),，在早期定位其定位就屬于高端市場(chǎng)，類(lèi)似軍工,、奧運(yùn)會(huì)的等級(jí),，因此其價(jià)格非常昂貴。高居不下的成本讓很多企業(yè)望而卻步,，更別說(shuō)運(yùn)用在消費(fèi)領(lǐng)域了,。因此，價(jià)格也是困擾UWB發(fā)展的另一大問(wèn)題,。
國(guó)內(nèi)玩家增多
有業(yè)內(nèi)人士分析：“目前定位技術(shù)種類(lèi)繁多,，基于細(xì)分場(chǎng)景應(yīng)用的需求，UWB憑借穿透力強(qiáng),、功耗低,、安全性高，特別是高精度等特性,，以及上下游產(chǎn)業(yè)鏈的完善,，UWB定位在智能家居領(lǐng)域的爆發(fā)將逐步到來(lái)?！?/p>
在FCC公布UWB相關(guān)規(guī)定后,，中國(guó)在標(biāo)準(zhǔn)制定及頻譜規(guī)劃方面也做了調(diào)研準(zhǔn)備工作。2008年,，工信部正式頒布超寬帶技術(shù)相關(guān)的頻率規(guī)定,。中國(guó)的UWB標(biāo)準(zhǔn)采用了OFDM雙載波技術(shù)，包含兩個(gè)載波的OFDM超寬帶信號(hào)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸,，中國(guó)的UWB標(biāo)準(zhǔn)使用的頻段主要集中在6-9GHz,。
已經(jīng)可以確定，UWB是終極一代的位置服務(wù)技術(shù)平臺(tái),，將彌補(bǔ)GPS,、北斗的缺陷，成為向整個(gè)社會(huì)提供室內(nèi),、室外高精度三維位置信息的基礎(chǔ)設(shè)施,。
國(guó)內(nèi)廠商諸如浩云科技、環(huán)旭電子,、長(zhǎng)電科技,、歐菲光等也在UWB技術(shù)或產(chǎn)品層面早有布局，且環(huán)旭電子和長(zhǎng)電科技皆是蘋(píng)果的UWB相關(guān)產(chǎn)品供應(yīng)商。紐瑞芯科技,、瀚巍微電子先后在去年年底和今年1月完成新一輪融資,，小米等下游廠商也在對(duì)UWB芯片研發(fā)企業(yè)進(jìn)行投資并構(gòu)建UWB生態(tài)。
馳芯半導(dǎo)體推出國(guó)內(nèi)首款商用的UWB芯片CX300,，這款芯片是國(guó)內(nèi)首款具備商用能力的UWB芯片,，填補(bǔ)了國(guó)產(chǎn)UWB芯片的空白。
紐瑞芯的UWB定位通信系統(tǒng)芯片采用全集成SoC,，實(shí)現(xiàn)通信定位系統(tǒng)功能,；時(shí)分通道實(shí)現(xiàn)通信和定位功能；動(dòng)態(tài)信道頻率3~9GHzu超低功耗設(shè)計(jì),，是一種微型化全集成芯片方案,。紐瑞芯優(yōu)化算法片上集成硬件加速器實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度定位，創(chuàng)新抗多徑算法和海量用戶(hù)快速定位算法,，支持多頻段動(dòng)態(tài)切換,。紐瑞芯目前可提供的產(chǎn)品包括：天線調(diào)諧芯片、UWB定位通信系統(tǒng)芯片,、物聯(lián)網(wǎng)芯片和5G小基站收發(fā)機(jī)芯片,。
精位科技JR3401是一款UWB室內(nèi)定位射頻前端芯片，完成3G-6GHz寬帶脈沖調(diào)制信號(hào)的放大,、濾波,、檢波、脈沖基帶信號(hào)放大驅(qū)動(dòng),、基帶脈沖比較器,、高速基帶脈沖ADC、數(shù)字脈沖信號(hào)輸出和LDC等功能,。芯片集成SPI接口,，通過(guò)該接口實(shí)現(xiàn)芯片的工作模式配置及性能指標(biāo)優(yōu)化。采用180nm RF CMOS 工藝實(shí)現(xiàn)高度集成的UWB接收芯片,。
清研訊科TSG5162,，符合802.15.4Z/Bluetooth5.1標(biāo)準(zhǔn)的雙頻室內(nèi)定位芯片，具有TWR/TDOA/PDOA/AOA多種測(cè)距測(cè)角能力,，適用于手機(jī)生態(tài)鏈為代表的個(gè)人智慧終端與IoT類(lèi)應(yīng)用，可以滿(mǎn)足All-in-one需求,、多天線需求,、算法集成需求、小尺寸需求應(yīng)用場(chǎng)景,。
國(guó)內(nèi)的浩云科技也是通過(guò)并購(gòu)潤(rùn)安科技成功切入U(xiǎn)WB領(lǐng)域,。據(jù)了解，潤(rùn)安科技是深圳市多功能智能桿配套產(chǎn)品中的UWB獨(dú)家入庫(kù)單位,，也是中國(guó)核電獨(dú)家中標(biāo)的UWB高精準(zhǔn)位置管理系統(tǒng)供應(yīng)商,。當(dāng)前,，浩云科技可提供定位算法服務(wù)器、室外定位基站,、電子身份定位卡牌等產(chǎn)品,。
在ToB市場(chǎng)，UWB技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈較為簡(jiǎn)單,，可以分為芯片和解決方案兩個(gè)環(huán)節(jié),，有些公司甚至從事芯片和解決方案的完整布局。當(dāng)前To B類(lèi)的應(yīng)用場(chǎng)景中,，出貨量無(wú)法像ToC類(lèi)應(yīng)用一樣進(jìn)行大規(guī)模的爆發(fā),。在ToC市場(chǎng)，UWB技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈正形成芯片,、模組,、整機(jī)等多個(gè)環(huán)節(jié)，此外,，UWB技術(shù)也為FPC,、功能結(jié)構(gòu)件等產(chǎn)業(yè)打開(kāi)新的市場(chǎng)。
在2018年,，國(guó)內(nèi)UWB企業(yè)級(jí)應(yīng)用市場(chǎng)出貨量為百萬(wàn)級(jí),，隨著新的芯片玩家進(jìn)入，未來(lái)幾年,，在企業(yè)級(jí)應(yīng)用市場(chǎng),，UWB將會(huì)保持著超高的發(fā)展速度，預(yù)計(jì)在2022年將會(huì)超過(guò)千萬(wàn)級(jí)的量,，達(dá)到1200萬(wàn)片左右,。
總結(jié)
超寬帶是一項(xiàng)潛力巨大的技術(shù)，目前仍處于起步階段,。它并非旨在取代 Wi-Fi,、藍(lán)牙或 NFC，而是智能地補(bǔ)充它們,。支持 UWB 的設(shè)備數(shù)量仍然非常易于管理,。但是，三星等制造商也使用此功能為更昂貴的高端智能手機(jī)提供賣(mài)點(diǎn),。這種情況在未來(lái)應(yīng)該會(huì)改變,，UWB 也將進(jìn)入普通大眾市場(chǎng)。汽車(chē)制造商也在著手在他們的車(chē)輛中安裝無(wú)線電標(biāo)準(zhǔn),。