UWB技術(shù)將給物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)帶來巨大推動(dòng)作用

本文來源：慧聰物聯(lián)資訊

10月12日，小米宣布發(fā)布消息：支持小米UWB技術(shù)的手機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)智能設(shè)備的厘米級(jí)定位，手機(jī)可直接控制指向的任意智能設(shè)備，角度測(cè)量精度可達(dá)±3°，如同高精版的“室內(nèi)GPS”。

去年9月，蘋果發(fā)布iPhone 11，UWB技術(shù)成為其關(guān)鍵創(chuàng)新功能。而另一手機(jī)巨頭三星緊跟蘋果步伐，于今年8月推出了全球首部搭載UWB技術(shù)的安卓手機(jī)。支持小米UWB技術(shù)的手機(jī)將是國(guó)內(nèi)手機(jī)品牌首次搭載UWB技術(shù)，小米也因此成為蘋果、三星之后第三家推出配備UWB技術(shù)手機(jī)的制造商。

國(guó)內(nèi)廠商在UWB技術(shù)方面，除了小米外，華為也早有布局。就在去年iPhone 11搭載UWB技術(shù)橫空出世的前后腳，華為就與中海達(dá)旗下聯(lián)睿電子宣布開展“UWB手機(jī)無線防盜器項(xiàng)目”，使用測(cè)距來判斷手機(jī)位置，不再需要安裝基站，只需在手機(jī)上安裝一個(gè)手機(jī)標(biāo)簽即可，無需專業(yè)技術(shù)人員在場(chǎng)。

那么什么是UWB技術(shù)？這種技術(shù)在手機(jī)上的普遍應(yīng)用會(huì)帶來怎樣的影響呢？

UWB即Ultra Wide Band，也就是“超寬帶通信”。UWB是一種無線通信技術(shù)，它利用納秒至微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，相較于傳統(tǒng)的窄頻帶系統(tǒng)的無線通信方式，UWB有較大的區(qū)別。UWB與WiFi、藍(lán)牙、NFC等類似，為個(gè)人局域網(wǎng)通信的幾種重要方式。

UWB采用基帶窄脈沖方式的超寬帶系統(tǒng)，具有小于1ns的時(shí)間分辨率，可以在保持通信的同時(shí)實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)的定位精度，加上又具有較強(qiáng)的穿透障礙物的能力，在室內(nèi)定位應(yīng)用方面相比于WiFi、ZigBee, RFID，超聲波等優(yōu)勢(shì)突出，其最大特點(diǎn)是傳輸速率快（110Mb/s）、安全性能高、功耗低，但是傳輸距離有限，且需要更多設(shè)備配合，因此適合應(yīng)用在小范圍、高分辨率的圖像和視頻的無線個(gè)人局域網(wǎng)，可應(yīng)用于智慧家居、智能出行等2C消費(fèi)領(lǐng)域以及系統(tǒng)集成、智慧安防等2B領(lǐng)域。

超寬帶典型的定位系統(tǒng)主要由標(biāo)簽(Tags)、接收機(jī)和處理器三部分構(gòu)成，接收機(jī)和處理器被固定在已知位置，多部接收機(jī)接收標(biāo)簽發(fā)送的UWB信號(hào)，處理器通過算法解出目標(biāo)的位置。用于手機(jī)的UWB技術(shù)并不是作為“標(biāo)簽”來被定位的，它更像是一個(gè)接收機(jī)和處理器，再通過推出“標(biāo)簽”綁定在其他物品上，實(shí)現(xiàn)和“標(biāo)簽”相對(duì)位置的測(cè)量，從而實(shí)現(xiàn)“找物品”或“找手機(jī)”的功能等。

根據(jù)去年蘋果公司的介紹，搭載U1芯片的新iPhone，由于采用UWB技術(shù)進(jìn)一步提升了手機(jī)的定位功能，不僅可以感知自己手機(jī)的位置，還可以感知周邊其他手機(jī)的位置。

即在使用隔空投送（AirDrop，蘋果設(shè)備提供的一種無線分享文件的功能）時(shí)，基于U1芯片提供的空間感知能力，只需將你的iPhone指向其他人的iPhone，系統(tǒng)就會(huì)優(yōu)先排序（離得越近，優(yōu)先級(jí)越高），讓你更快速地共享文件。

在蘋果公司的產(chǎn)品發(fā)布會(huì)后，基于Decawave芯片DW1000的定位芬蘭廠商INTRANAV連發(fā)兩條推特，聲稱其套件支持與iPhone11的互操作，愛爾蘭的Decawave也轉(zhuǎn)發(fā)了該推特。Decawave是目前已知唯一支持IEEE 802.15.4的UWB定位芯片廠商。他們提供低成本的芯片出售，零售價(jià)格在幾美元。

相比RFID 、Wi-Fi和藍(lán)牙定位技術(shù)，UWB具有如下優(yōu)勢(shì)：

1）抗多徑能力強(qiáng)，定位精度高：帶寬決定了信號(hào)在多徑環(huán)境下的距離分辨能力（成正比關(guān)系）。UWB的帶寬很寬，多徑分辨能力強(qiáng)，能夠分辨并剔除大部分多徑干擾信號(hào)的影響，得到精度很高的定位結(jié)果。UWB可以在距離分辨能力上高于其他傳統(tǒng)系統(tǒng)，復(fù)雜環(huán)境下其精度甚至可以達(dá)到Wi-Fi、藍(lán)牙等傳統(tǒng)系統(tǒng)的百倍以上。

2）時(shí)間戳精度高：超寬帶脈沖信號(hào)的帶寬在納秒級(jí)，由定時(shí)來計(jì)算位置時(shí)，引入的誤差通常小于幾厘米。

3）電磁兼容性強(qiáng)：UWB的發(fā)射功率低，信號(hào)帶寬寬，能夠很好地隱蔽在其它類型信號(hào)和環(huán)境噪聲之中，傳統(tǒng)的接收機(jī)無法識(shí)別和接收，必須采用與發(fā)射端一致的擴(kuò)頻碼脈沖序列才能進(jìn)行解調(diào)，所以不會(huì)對(duì)其他通信業(yè)務(wù)造成干擾，同時(shí)也能夠避免其他通信設(shè)備對(duì)其造成干擾。

4）能效較高：UWB具有500MHz以上的射頻帶寬，能夠提供極大的擴(kuò)頻增益，使得UWB通信系統(tǒng)能效較高。這意味著對(duì)于電池供電設(shè)備，系統(tǒng)的工作時(shí)間可以大大延長(zhǎng)，或是同樣發(fā)射功率限制下，覆蓋范圍比傳統(tǒng)技術(shù)大得多。通常在短距離應(yīng)用中，UWB發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率普遍低于1mW；在長(zhǎng)距離應(yīng)用中，不需要額外的功率放大器即可達(dá)到200米的距離，同時(shí)實(shí)現(xiàn)6.8Mbps的空中速率。

基于上述技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用UWB技術(shù)能夠構(gòu)成高精度的室內(nèi)定位系統(tǒng)。在應(yīng)用過程中，UWB的優(yōu)勢(shì)逐漸顯示出來，已成為高精度室內(nèi)定位技術(shù)中最有前景的技術(shù)。

UWB技術(shù)在蘋果手機(jī)上實(shí)現(xiàn)了以下功能：

A. AirDrop。iPhone 上的AirDrop多了一項(xiàng)新功能，可以更具距離給周圍的人排序，這樣用戶可以選擇最近的人來傳輸數(shù)據(jù)。

B. 實(shí)時(shí)定位（Real-time Location）。在沒有GPS的場(chǎng)合，例如機(jī)場(chǎng)的地下停車場(chǎng)，UWB可以幫助定位，用戶可以分享給網(wǎng)約車司機(jī)，告知自己的實(shí)時(shí)位置，這樣幫助司機(jī)找到乘客。

C. 車鑰匙（CarKey）。蘋果在iOS14中推出CarKey功能，通過手機(jī)分享汽車鑰匙給親友，最初的合作伙伴是寶馬，這其中就使用了超寬帶UWB技術(shù)。

D．安全門禁Access and Security。當(dāng)你靠近家門或者地鐵閘口時(shí)，嵌有UWB芯片的門禁可以感知到人的靠近，并自動(dòng)開門，用戶不需要做任何動(dòng)作。UWB獨(dú)特的ToF原理保證了安全的同時(shí)，也使得開門動(dòng)作變得安全，不用擔(dān)心無線信號(hào)被黑。

E．環(huán)境感知Spatial Context。用戶隨身攜帶嵌入U(xiǎn)WB的裝置，比如智能手機(jī)，進(jìn)入房間后會(huì)被其他智能硬件感知，從而自動(dòng)進(jìn)行個(gè)性化服務(wù)，比如設(shè)置空調(diào)溫度、燈光亮度、燈光顏色、背景音樂。

F．萬能遙控Point and Control。智能家電中可以加入U(xiǎn)WB芯片，當(dāng)手機(jī)或萬能遙控器指向它們的時(shí)候，軟件動(dòng)態(tài)顯示智能家電的信息或者控制點(diǎn)。

G．物件追蹤Location Trackers。有報(bào)道說蘋果計(jì)劃今年上半年發(fā)布一種新的小型外設(shè)AirTags，具備UWB無線功能，貼在物體如手機(jī)、錢包、鑰匙等物體上，通過手機(jī)上的Find My應(yīng)用可以很方便找到。

結(jié)合小米自研的天線排列及算法，通過魔改小米10系列手機(jī)及一系列智能設(shè)備，小米已經(jīng)實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位和±3°的角度測(cè)量精度，并推出了“一指操控”和“一指投送”兩大創(chuàng)新功能。

一指操控：拿起手機(jī)，對(duì)準(zhǔn)智能設(shè)備，自動(dòng)彈出操控界面。打開電視、臺(tái)燈調(diào)色、選歌及查看歌詞，一指即可到位。一指投送：在手機(jī)的任何界面下，對(duì)準(zhǔn)智能設(shè)備進(jìn)行手勢(shì)操作，即可自動(dòng)將當(dāng)前屏幕投送至小米電視、觸屏音箱.小米筆記本等智能設(shè)備。不久之后，甚至連“指”都可以省略，做到無感聯(lián)動(dòng)?？拷囬T，口袋中的手機(jī)自動(dòng)幫你解除門鎖；通過閘機(jī)，手機(jī)自動(dòng)刷卡順暢通行。這一切都將伴隨小米UWB技術(shù)的落地陸續(xù)實(shí)現(xiàn)。

對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)來說。要實(shí)現(xiàn)更好的空間感知和各種應(yīng)用，需要應(yīng)用生態(tài)的支持。為了構(gòu)建整個(gè)應(yīng)用生態(tài)，不僅需要共同遵循的標(biāo)準(zhǔn)，不同廠家設(shè)備需要能實(shí)現(xiàn)互操作、互兼容。

去年8月，由恩智浦、三星、博世、索尼等公司組建了FiRa聯(lián)盟，旨在利用超寬帶（UWB）技術(shù)推動(dòng)用戶無縫體驗(yàn)，旨在發(fā)展UWB生態(tài)系統(tǒng)，UWB今后有望像藍(lán)牙、GPS一樣成為標(biāo)配。小米則在今年3月前加入了該聯(lián)盟，一同加入的中國(guó)企業(yè)還有OPPO和蘋果手機(jī)UWB供應(yīng)商浩云科技。

RFID、視頻識(shí)別、生物識(shí)別是目前物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)采用的主要幾種識(shí)別技術(shù)。視頻識(shí)別需要依賴具備人工智能的先進(jìn)攝像系統(tǒng)，生物識(shí)別主要用于不同個(gè)體的人，它們?cè)谖锫?lián)網(wǎng)的應(yīng)用中都有一定的局限性。

RFID是目前在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)應(yīng)用最普及的識(shí)別技術(shù)，按頻率劃分主要分為：LF：125 KHz～135KHz；HF：13.56MHz；UHF：860MHz～960MHz；MW：2.45 GHz；混頻：134.2KHz和430MHz相混合等頻段，而UWB所占帶寬非常寬，從3G到10Ghz，頻率也要高得多。RFID不太適合于移動(dòng)性物體定位，而且RFID讀卡器安裝的普及程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法和智能手機(jī)相比較。因此支持UWB技術(shù)的手機(jī)的普及對(duì)于實(shí)現(xiàn)萬人互聯(lián)和對(duì)室內(nèi)設(shè)備的智能控制有很好的發(fā)展前景。

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