纽瑞芯UWB芯片厘米级精准定位技术革命

电子发烧友网（文/李宁远）UWB技术以其优异定位精度和无缝互联特性逐渐在消费电子、汽车互联等相关领域开始广泛应用。从智能终端、家庭应用到汽车应用，UWB生态正在逐步完善。
 
作为室内高精度定位技术，UWB技术发展至今称得上足够可靠，而且性价比高，能实现厘米级精准定位的芯片技术革命。UWB技术厘米级定位带来的丰富应用场景在各类微距定位上有着十足的潜力。根据ABI Research的预测，今年UWB设备的出货量将超五亿台，其中智能手机对UWB的推动作用尤为突出。预计到2026年，UWB设备的出货量将达到十亿级别。
 
UWB技术为何能实现厘米级精准定位芯片技术革命
 
UWB技术全称Ultra Wide Band，是一种无线载波通信技术。UWB技术起源自60年代的脉冲通信技术，因其能够准确测量飞行时间被应用于雷达探测。它不采用正弦载波，而是通过纳秒级的窄脉冲进行空间物体探测。利用超宽带脉冲信号的极强时空分辨率，UWB芯片可以实时、高频、快速地对物体进行厘米级定位。
 
UWB技术的重点是信号传播时间，和蓝牙技术、Wi-Fi技术用于定位的原理一样，如蓝牙5.1、Wi-Fi在往返时间上的LTE和Multi-RTT定位法。不过这些技术和UWB技术相比在定位应用上尚处在早期阶段。
 
UWB最大的亮点当然是高定位精度，UWB的定位分单边测距SS-TWR和双边测距DS-TWR，双边测距计算量更大但也极为精准。除了这一点，UWB技术相较于这些传统无线通信方式还有不少优势。由于UWB信号占用了至少500MHz的通信带宽，且工作频率远离2.4GHz等繁忙的窄带通信频段，因此UWB信号具有强大的抗干扰能力，同时在复杂环境中具有极强的抗多径能力。这意味着持续且极短的窄脉冲可以让UWB接收机在嘈杂的环境中也能准确捕捉到UWB信号。
 

图源：纽瑞芯科技，下同

 
另一方面，新的通信协议也使得UWB在实现高速传输数据的同时从物理层就增强了安全通信能力，使用者的数据安全也有保障。相比诸如WiFi5、WiFi6、5G等较新的通信定位技术的高成本，UWB技术达到高精度的同时成本也不会成为负担，可以说UWB技术的确实现了厘米级精准定位芯片技术革命。
 
纽瑞芯UWB芯片的技术革命
 
UWB芯片想要实现定位高精度，大带宽和高采样率是最基础的。就目前的UWB技术定位精度来看，能够达到10厘米的精度已经是不错的表现，目前国内市场UWB设备能实现10厘米左右的定位精度就已经可以被接受。相较之下一些主流的欧美UWB芯片厂商及相关实验室可以将UWB定位实现3厘米以内的精度。
 

 
根据纽瑞芯科技总经理兼首席技术官陈振骐在纽瑞芯UWB新品发布会上的介绍，“纽瑞芯的芯片已经实现了1厘米精度”。之所以能实现如此高的精度，从最基础的带宽和采样速率来看带宽并没有差太多，采样频率则有着革命性的提升，纽瑞芯在发布会上推出的UWB芯片已经达到了4GHz的采样速率，超过了主流欧美UWB芯片的1GHz速率，在不使用业界常用的卡尔曼滤波的情况下已经能将定位精度拉到1厘米级别。从发布会提供的实测视频来看，由于没有采用卡尔曼滤波，整个测量的反应速度也非常快，在0.11s以内。
 

 
精度革命之后，UWB芯片在测量范围以及多径效应上是否也同样做了革新呢？测量范围的覆盖直接影响到产品使用场景，而多径效应也直接关系到信号是否失真。UWB的脉冲信号相较于连续信号受多径效应影响上会稍微好一些，加之纽瑞芯基于在多径信道模型上的技术积累和算法优化，进一步缓解了多径效应的干扰。
 

 
在实测场景中，纽瑞芯UWB产品可以实现100米以上的测距范围。这得益于纽瑞芯在射频技术上的创新，发射功率得以提升，同样在接收灵敏度上相较于欧美主流也提升了3dB，拓宽了大概40%的信号覆盖距离。
 
纽瑞芯在UWB技术上的革新很好地体现了发布会的主题——万物知位，向由芯生，技术革新带来更好的定位体验。
 
写在最后
 
随着技术不断改进，下一代UWB正在寻求替代编码，前导方案以及调制方案的办法，继续拓展UWB频谱在准确度、可靠性上的能力。作为被誉为最佳室内微距定位的UWB技术，未来会有更多的应用场景涌现，“万物知位”的未来值得期待。