UWB是什么？

我是UWB，名字的全称是Ultra Wide Band，翻译成中文就是“超宽带”。   很多人是通过苹果认识我的，因为在去年发布的iPhone 11上，苹果“内置了UWB功能”。虽然那时大家还不太清楚我可以做什么，不过能让苹果看上眼的东西总有种不明觉厉的赶脚。

这不，安卓阵营已经行动起来了，不久前三星已经宣布在最新的Note20 Ultra上，也采用了UWB技术。很多分析师已经在预测，我将继Wi-Fi、蓝牙、GPS、NFC之后，成为下一个智能手机标配无线技术的热门人选。  

图1，三星的Note20 Ultra成为首款集成UWB技术的安卓手机（图源：NXP）

我从哪里来？       其实在无线通信的江湖里，我可真不是个新人，而是一个诞生于上个世纪60年代的老战士。那些“胡子稍微长点”的工程师也一定还记得，在本世纪之初我还和Wi-Fi交过手，这其中的故事，且听我慢慢道来。   要说我还真的是人如其名，所谓“超宽带”说的就是——我是在一个很宽的频带上对于一系列纳秒级的脉冲进行调制以传输信息；而其他无线技术大都是在一个窄频带上用调制正弦波的方式来传输信息。这个与众不同的特质，使我可以支持以数百MHz，乃至GHz的带宽传输数据，这放在二十年前，可谓是自带光环。  

图2，UWB与其他无线技术的比较（图源：网络）   尽管如此，在相当长的一段时间里，我只是作为一个军用技术在雷达系统中应用。直到1998年FCC才开始琢磨让我进入民用市场的可能性。2002年，FCC宣布将3.1GHz至10.6GHz的频带开放给我做室内通信，这下我才终于有了进入民用市场的“签证”。   世纪之交，人们正对宽带通信充满了渴望。有线网络成天琢磨着如何延伸到最后一公里、最后一百米，但想要触达到最终的用户，特别是位置可能会移动的用户，还是显得力不从心，而那时的蜂窝移动网络可支持的数据带宽也挺可怜的，所以大家就想找到一个能够在几米到几十米的局域网中，实现宽带无线数据通信的技术。从这个角度来看，我再合适不过了！  

不过所谓有“人”的地方就有江湖，有江湖竞争就在所难免，和我展开PK的主要就是Wi-Fi了。PK的结果大家也知道了，Wi-Fi成了赢家。现在回想起来，此战失利的主要原因，一是因为我们UWB内部的DS-UWB和WiMedia两大技术流派一直争执不下，没有形成统一的合力；二是Wi-Fi自己发展得确实不错，又得到了苹果这样的行业大佬的支持。从那以后，我淡出了江湖，也渐渐淡出了人们的视野。

我是谁？       其实这个世界上的技术千千万，他们就像是一颗颗种子，最终是否能够开花结果，除了自身内在的原因，有时候也要看是不是在“对”的时间，落在了“对”的地方。   换句话说，也就是要给自己重新找找定位，暗下功夫，等待柳暗花明的那一天。过去这十几年我就是这么过来的，可以说这是一个认真思考“我是谁”的过程。   前面也说过，那种“在宽频带上使用短脉冲”的特质，让我获得了很多不同于他人的禀赋。除了可以高带宽传输数据，实际上还有很多特性可圈可点。   比如，我所使用的脉冲，其样子看上去又陡又窄，在嘈杂的通道环境中，很容易识别，特别是在一些环境复杂、存在多径干扰的地方，接收机很容易将主信号从其他干扰因素中“择出来”。再有，我工作的频段避开了2.4GHz这个最拥挤的地段，不会对其他无线通信产生干扰。而且，我功耗低，典型工作范围在10米左右，不过如果需要可以使用较高功率的脉冲，将作用距离增加到200米。   这些特性让我琢磨，抛开数据传输，还有什么可以让我施展拳脚的地方。最后我得出的结论是——测距和定位。其实在IEEE 802.15.4a标准中，就指定我可以使用2ns脉冲来测量飞行时间和到达角的值，基于独特的性能和工作机理，我的定位精度可以达到厘米级！这可以说是今天其他的无线技术所望尘莫及的。  

表1，主流无线定位技术比较（资料来源：网络）   一直以来，也有不少人在UWB精准定位这件事上下功夫，不过总感觉离最终的商用都还很远。一个很重要的原因就是“贵”！特别是早期用分立元器件搭出来的系统，很少能有商业客户接受得了。那时候，我除了耐心等下去了，也没有别的选择了。终于到2003年，UWB定位芯片出现了，这就像是在我的身后猛地推了一把，我终于可以加速小跑了！

我要到哪里去？    

不过想要真正在精准定位市场中飞奔起来，我还需要更多的能量。   在我看来，终端应用是最关键一个能量源，没有人用的技术，终归走不远。好在我们已经步入21世纪的20年代，移动互联网和物联网的发展让用户涨了不少见识，用户和用户之间以及用户和机器之间的交互越来越多，大家的脑洞也越开越大，很多以前不曾想象的精准定位应用场景逐渐浮出了水面。   比如有人希望我成为他们在室内的“GPS”，在规模宏大的Shopping Mall或博物馆里不至于迷路；有些爱丢三落四的人，想让我帮他们找东西，比如找个TWS蓝牙耳机之类的；有人想让我帮他们操控家电，比如一靠近马桶，它就能知道谁要来如厕；还有一些“懒人”进门的时候连抬手刷卡都嫌麻烦，希望在靠近房门或车门的时候，就能自动被识别出来。上面这些随便哪一条要成真了，都够我能量满格地在市场上跑一阵的。  

图3，人们设想的UWB与新零售相结合的应用场景（图源：NXP）   技术的不断精进，也是我缺不了的一颗“能量石”。比如在安全性方面，特别是前面提到的安全门禁这类应用中，针对测距的802.15.4a标准已经不能满足所需，人们已经开始在修订新的802.15.4z标准，通过为PHY数据包添加加密密钥和数字随机性，防止坏人钻空子。   最后一股能量，就要靠UWB生态圈里的“圈友”们了。不过这方面我信心挺足的：苹果三星已经有动作，其他手机厂商的跟进应该是迟早的事儿；从上游芯片厂商的动向来看，最近也是颇为热闹，Qorvo收购了Decawave、意法半导体收购了BeSpoon、恩智浦和大众合力打造的基于UWB技术的Arteon概念车也已经上路。同时，我也看到有FiRa联盟这样的行业组织在为UWB的商用落地穿针引线！   总之，最终能走到哪儿，我现在还真说不好，不过我脚下“精准定位”这条路越走越宽阔，这是真的。等路再宽些，你也来和我一起奔跑吧！