建立UWB技術(shù)平臺(tái)，促進(jìn)應(yīng)用生態(tài)發(fā)展

近兩年來(lái)主流智能手機(jī)廠商無(wú)一例外都在探索在其產(chǎn)品上集成 “空間感知”能力，為用戶(hù)帶來(lái)方便，快捷的全新使用體驗(yàn)。比如去年10月，小米手機(jī)展示的“一指連”功能，當(dāng)用手機(jī)指向智能設(shè)備（如風(fēng)扇、空調(diào)等），對(duì)應(yīng)設(shè)備控制卡片就能自動(dòng)彈出，用戶(hù)可直接開(kāi)始操控；比如OPPO在其未來(lái)科技大會(huì)上現(xiàn)場(chǎng)展示了手機(jī)上的指向控制、室內(nèi)精準(zhǔn)定位追蹤功能；再比如Google將會(huì)在PIXEL 6系列手機(jī)上支持類(lèi)似功能。以上這些看似神奇的“空間感知”功能，是通過(guò)在手機(jī)中集成超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

UWB技術(shù)本質(zhì)上是一種頻譜范圍很寬的無(wú)線(xiàn)載波通信技術(shù)，但目前主要應(yīng)用在短距離數(shù)據(jù)傳輸、室內(nèi)精準(zhǔn)定位等方面，其原理、特點(diǎn)已有很多文章做了詳細(xì)闡述，本文要從UWB應(yīng)用生態(tài)和支撐技術(shù)平臺(tái)兩個(gè)維度來(lái)分析這項(xiàng)技術(shù)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

一、UWB技術(shù)未來(lái)仍將以精準(zhǔn)定位為主要應(yīng)用特點(diǎn)。

一項(xiàng)技術(shù)要被廣泛應(yīng)用，需要兩個(gè)必不可少條件：第一，技術(shù)可以滿(mǎn)足用戶(hù)明確或潛在需求；第二，技術(shù)特點(diǎn)或解決方案要有比較優(yōu)勢(shì)。兩條充分結(jié)合才能構(gòu)成實(shí)際的技術(shù)應(yīng)用場(chǎng)景。

目前UWB技術(shù)有兩大特點(diǎn)：一是具備短距離內(nèi)的高速數(shù)據(jù)傳輸能力，傳輸速率高達(dá)27MB/s；二是可以在室內(nèi)提供厘米級(jí)的精確定位。目前UWB應(yīng)用生態(tài)主要和第二個(gè)技術(shù)特點(diǎn)密切相關(guān)。

第一個(gè)技術(shù)特點(diǎn)對(duì)應(yīng)的是用戶(hù)設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸需求，但單純UWB技術(shù)和同類(lèi)型的無(wú)線(xiàn)或有線(xiàn)傳輸技術(shù)相比（如WiFi，Bluetooth、USB等），在高速數(shù)據(jù)傳輸方面沒(méi)有明顯比較優(yōu)勢(shì)。WiFi的速率可以更快，范圍可以更廣，藍(lán)牙連接的功耗可以做到更低。

第二個(gè)技術(shù)特點(diǎn)對(duì)應(yīng)著市場(chǎng)規(guī)模巨大的定位導(dǎo)航需求。目前手機(jī)上已有的衛(wèi)星或慣性定位模組還不能在局域范圍內(nèi)提供精度很高的定位功能，但人們大概有70%的時(shí)間都室內(nèi)活動(dòng)，而且隨著更多設(shè)備智能化和網(wǎng)絡(luò)化后，人們對(duì)于室內(nèi)實(shí)時(shí)定位潛在需求有待進(jìn)一步發(fā)掘。

和其他室內(nèi)定位技術(shù)相比，UWB技術(shù)有著精度高、實(shí)時(shí)性好的比較優(yōu)勢(shì)，具體比較見(jiàn)下圖。

分類(lèi)	GPS	RFID	Zigbee	WiFi	藍(lán)牙	UWB
定位精度	5米	區(qū)域判斷	5-10米	3-10米	1-3米	10厘米-1米
工作距離	室外	5米	100米	200米	<50米	>100米
應(yīng)用場(chǎng)景	室外	區(qū)域進(jìn)入判斷	低精度	低精度	近距離、低精度	高精度，高密度
價(jià)格	低	低	中	中	低	高

圖1 UWB技術(shù)定位精度比較

實(shí)際上，UWB技術(shù)早在被智能手機(jī)廠商關(guān)注之前，已經(jīng)有了非常廣泛的應(yīng)用場(chǎng)景，其中已經(jīng)在40多個(gè)垂直應(yīng)用領(lǐng)域(工業(yè)、汽車(chē)、消費(fèi))中的超過(guò)800萬(wàn)臺(tái)設(shè)備上得到了部署。基于UWB技術(shù)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，對(duì)人、物、料的實(shí)現(xiàn)基于高精度位置的實(shí)時(shí)管控，在各類(lèi)智能工廠中得到大量應(yīng)用。國(guó)內(nèi)如清研訊科公司，也已經(jīng)有基于UWB技術(shù)的工業(yè)智能、安全生產(chǎn)、倉(cāng)儲(chǔ)物流、公檢法司等多場(chǎng)景的高精度定位解決方案。

二、UWB在智能手機(jī)上的集成能帶來(lái)更大市場(chǎng)空間和更廣泛應(yīng)用生態(tài)

在智能手機(jī)上集成UWB技術(shù)，未來(lái)UWB設(shè)備數(shù)量將從百萬(wàn)量級(jí)迅速提升到千萬(wàn)至上億量級(jí)，同時(shí)智能手機(jī)還能夠連接和帶動(dòng)更多的智能家居終端、物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等聯(lián)網(wǎng)，會(huì)進(jìn)一步提高UWB技術(shù)在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中的滲透率。

根據(jù)相關(guān)研究報(bào)告，今年全球 UWB 設(shè)備出貨量預(yù)計(jì)將達(dá)到2.3億臺(tái)以上，到 2027年將超過(guò)12億臺(tái)。智能手機(jī)毫無(wú)疑問(wèn)是 UWB 技術(shù)的最大應(yīng)用市場(chǎng)，其次則是汽車(chē)、智能家居設(shè)備、可穿戴設(shè)備、智能標(biāo)簽和面向工業(yè)領(lǐng)域的實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)。

圖2 UWB技術(shù)相關(guān)市場(chǎng)出貨量預(yù)測(cè)（數(shù)據(jù)來(lái)源：Techno Systems Research）

智能手機(jī)廠商還可以使用UWB技術(shù)進(jìn)一步拓展應(yīng)用生態(tài)。UWB技術(shù)集成到智能手機(jī)中，可以采用空間感知功能解鎖UWB應(yīng)用潛力，創(chuàng)造出更多應(yīng)用場(chǎng)景，構(gòu)建出個(gè)性化且符合當(dāng)前語(yǔ)境的體驗(yàn)、精確的控制系統(tǒng)、安全無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)以及強(qiáng)大的跟蹤生態(tài)系統(tǒng)。例如：

?   配套UWB技術(shù)的智能標(biāo)簽，可以采用智能手機(jī)，輕松找到物品和設(shè)備；

?   配套UWB技術(shù)的智能汽車(chē)中，為汽車(chē)帶來(lái)安全且符合駕駛情境的體驗(yàn)，例如，用手機(jī)靠近車(chē)輛自動(dòng)解鎖汽車(chē)，并自動(dòng)實(shí)現(xiàn)符合要求的座椅位置、娛樂(lè)系統(tǒng)和溫度設(shè)置；

?   集成到游戲中，通過(guò)將UWB添加到游戲控制器或遙控器，以實(shí)現(xiàn)新型控制功能和端到端的游戲體驗(yàn)；

?   配套智能家居，通過(guò)在電視、機(jī)頂盒或流媒體播放器中添加UWB，可實(shí)現(xiàn)通過(guò)智能手機(jī)的新型控制體驗(yàn)，增加用戶(hù)互動(dòng)；

?   集成到安全系統(tǒng)中，當(dāng)利用智能手機(jī)打開(kāi)住宅或車(chē)輛的門(mén)時(shí)，距離和方向?qū)τ诒ＷC安全性至關(guān)重要。例如，只有當(dāng)用戶(hù)在外接近家時(shí)，才能打開(kāi)家門(mén)。

?   集成到智能商場(chǎng)系統(tǒng)中，可以實(shí)現(xiàn)智能手機(jī)上的精準(zhǔn)位置導(dǎo)航，同時(shí)通過(guò)位置來(lái)開(kāi)展實(shí)時(shí)互動(dòng)營(yíng)銷(xiāo)。

上述場(chǎng)景都能為用戶(hù)帶來(lái)非常好的體驗(yàn)，所以UWB技術(shù)在智能手機(jī)上的集成，將進(jìn)一步拓展設(shè)備空間維度，未來(lái)有著非常廣闊的應(yīng)用前景。

三、UWB應(yīng)用生態(tài)需要一個(gè)整體化UWB技術(shù)平臺(tái)支撐

不論是在工業(yè)還是消費(fèi)電子領(lǐng)域，UWB技術(shù)的每一類(lèi)應(yīng)用場(chǎng)景都要對(duì)應(yīng)一套應(yīng)用程序或系統(tǒng)。在工業(yè)領(lǐng)域中，通常采用定制化開(kāi)發(fā)方式來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜應(yīng)用系統(tǒng)，并優(yōu)先保障系統(tǒng)穩(wěn)定性和可靠性。那么隨著手機(jī)等消費(fèi)領(lǐng)域終端配置UWB后，那么對(duì)應(yīng)的應(yīng)用程序要更注重用戶(hù)體驗(yàn)、更新迭代能力等，更需要一套完整的UWB技術(shù)平臺(tái)來(lái)支持整個(gè)UWB應(yīng)用生態(tài)建立。

例如，我們都知道最新的高端手機(jī)里面要多集成一顆UWB芯片，但顯然僅只集成一顆芯片是構(gòu)不成UWB技術(shù)平臺(tái)。完整的UWB技術(shù)平臺(tái)至少應(yīng)該包括UWB芯片、模組以及配套的UWB軟件平臺(tái)幾個(gè)功能模塊，同時(shí)UWB技術(shù)平臺(tái)還必須提供和其他計(jì)算平臺(tái)的兼容協(xié)作能力和底層技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。本文將UWB技術(shù)平臺(tái)歸納圖示如下：

圖3 UWB技術(shù)平臺(tái)結(jié)構(gòu)

l  UWB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：目前底層為IEEE 802.15.4。這套標(biāo)準(zhǔn)建立UWB技術(shù)平臺(tái)底層的數(shù)據(jù)格式，互操作方式等。同時(shí)在UWB應(yīng)用層面，推動(dòng)UWB生態(tài)發(fā)展的FiRa聯(lián)盟提出設(shè)備之間互操作的協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。

l  UWB芯片：提供了UWB硬件部分實(shí)現(xiàn)，保障UWB信號(hào)的發(fā)送接收。該芯片應(yīng)兼容IEEE 802.15.4最新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。如果在工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，芯片需要滿(mǎn)足工業(yè)上的可靠性要求，而在消費(fèi)電子領(lǐng)域內(nèi)應(yīng)用，芯片架構(gòu)要重點(diǎn)考慮低功耗設(shè)計(jì)；

l  UWB模組：通過(guò)將UWB芯片和其他電源芯片，MCU芯片等集成，形成一個(gè)功能完整的硬件平臺(tái)，方便和其他計(jì)算平臺(tái)做進(jìn)一步集成；

l  UWB軟件：這個(gè)提供了UWB應(yīng)用實(shí)現(xiàn)所需的算法模塊，例如定位算法、安全模塊等，并為上層應(yīng)用開(kāi)發(fā)提供一套完整的API。同時(shí)和底層芯片基于標(biāo)準(zhǔn)接口進(jìn)行集成。

圖4 UWB技術(shù)平臺(tái)實(shí)例

有了這樣一個(gè)技術(shù)平臺(tái)，制造商就可以更容易的建立UWB應(yīng)用生態(tài)。對(duì)于這樣一個(gè)平臺(tái)，能夠支持在不同領(lǐng)域的應(yīng)用是非常重要的。如果一個(gè)平臺(tái)可以同時(shí)支持多種類(lèi)型的操作系統(tǒng)和不同類(lèi)型的CPU，通過(guò)底層的協(xié)議能夠在Android設(shè)備、iOS設(shè)備包括國(guó)內(nèi)華為鴻蒙設(shè)備直接進(jìn)行互操作，那么在這個(gè)平臺(tái)上完成的UWB應(yīng)用也就能夠更容易的在不同生態(tài)系統(tǒng)之間進(jìn)行移植。實(shí)際上，可以看到目前各家公司都在整合資源推出自己的UWB技術(shù)平臺(tái)。下表對(duì)幾家主要公司平臺(tái)做了簡(jiǎn)單總結(jié)。

表1 主要廠商的UWB技術(shù)平臺(tái)

廠商	Qorvo	NXP	Apple	Renesas
UWB芯片	DW1000（第一代） QM35720（第二代）	NCJ29D5 SR150	U1	與3DB Access合作芯片（3DB6830）
UWB軟件	提供Sevenhusgs’ UWB stack	Trimension UWB開(kāi)發(fā)套件	蘋(píng)果iOS生態(tài)支持	與亞創(chuàng)（Altran）合作解決方案
是否支持IEEE 802.15.4	支持	支持	支持	支持
目標(biāo)應(yīng)用	手機(jī)、汽車(chē)電子	汽車(chē)電子	手機(jī)	嵌入式系統(tǒng)

目前各個(gè)廠商還是整合UWB技術(shù)資源，形成完整平臺(tái)的階段。例如在NXP官網(wǎng)上，芯片NCJ29D5還處于樣品階段，其應(yīng)用主要定位在滿(mǎn)足全球汽車(chē)業(yè)的連接和功能安全需求。蘋(píng)果芯片和UWB技術(shù)目前主要服務(wù)其iOS生態(tài)，當(dāng)然從去年基于Decawave芯片DW1000的定位廠商INTRANAV聲稱(chēng)其套件支持與iPhone的互操作，蘋(píng)果UWB技術(shù)應(yīng)該也是支持IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)的。

Qorvo公司的UWB技術(shù)平臺(tái)其第二代底層芯片為DW3000，采用40納米工藝，兼容IEEE 802.15.4最新標(biāo)準(zhǔn)，具備更低功耗。Qorvo公司同時(shí)也提供系列化可用UWB模塊。在軟件層面，Qorvo通過(guò)收購(gòu)Sevenhugs和Decawave，可以為用戶(hù)同時(shí)提供工業(yè)級(jí)和消費(fèi)級(jí)的UWB軟件方案，支持Android、linux等操作系統(tǒng)上的集成和開(kāi)發(fā)。瑞薩電子在芯片方面和3DB Access公司合作，方案方面則和亞創(chuàng)（Altran）公司合作，從可穿戴應(yīng)用作為瑞薩電子在UWB方面的切入點(diǎn)。

其它從事UWB技術(shù)研究的國(guó)際廠商還包括Ubisense、BeSpoon。這些廠商使用了自己的UWB解決方案，通常以模組套件的形式推出，但均不支持IEEE 802.15.4。同時(shí)國(guó)內(nèi)的UWB企業(yè)也在加速UWB技術(shù)商用的步伐，目前主要是面向企業(yè)級(jí)客戶(hù)。

實(shí)際上，要通過(guò)UWB技術(shù)實(shí)現(xiàn)更好的空間感知應(yīng)用，是非常需要一個(gè)完整的技術(shù)平臺(tái)支持。為了構(gòu)建整個(gè)UWB應(yīng)用生態(tài)，不同廠家技術(shù)平臺(tái)需要實(shí)現(xiàn)互操作、互兼容。可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)所有廠家設(shè)備都必須支持底層IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn)，而在軟件層面，一方面要提供完整的UWB的應(yīng)用組建，另一方面要進(jìn)一步提升平臺(tái)之間的互操作性。只有當(dāng)UWB技術(shù)平臺(tái)能進(jìn)一步協(xié)同手機(jī)計(jì)算平臺(tái)形成成熟解決方案，才能確實(shí)的實(shí)現(xiàn)本文第一部分描述的廣泛應(yīng)用前景，為手機(jī)用戶(hù)帶來(lái)真正創(chuàng)新體驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)真正的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。