1、UWB的主要應用
UWB（Ultra-Wideband，超寬帶）技術(shù)已經(jīng)存在多年，但直到幾年前，它仍是一項小眾技術(shù)，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(shè)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(shù)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(lǐng)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(shè)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(shù)。
這一切的基礎(chǔ)是FiRa聯(lián)盟（Fine Ranging），該聯(lián)盟致力于通過實現(xiàn)人和設(shè)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(shù)，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(shù)之前，UWB RTLS是該技術(shù)的主要用例驅(qū)動因素。然而，與消費產(chǎn)品的快速發(fā)展相比，RTLS技術(shù)的采用速度要慢得多。在工業(yè)環(huán)境中，技術(shù)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(shè)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(shù)的另一個即將到來的應用領(lǐng)域，通過在車輛中嵌入這項技術(shù)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(shù)的車輛。
智能迎賓”功能是推動這項技術(shù)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(shù)的更大驅(qū)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(shù)采用的基礎(chǔ)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(wù)的關(guān)鍵無線技術(shù)將長期活躍在人們視線中。UWB技術(shù)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(gòu)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(shù)的基于位置的服務(wù)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(guān)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(shù)服務(wù)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(chǔ)設(shè)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(shè)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(lǐng)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(shè)備而更加便捷，讓我們拭目以待。