UWB赛道快速崛起：推进技术发展，拓展落地应用

电子发烧友网报道（文/李宁远）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，能实现厘米级的精准定位。得益于技术带来的优异定位精度和无缝互联优势，UWB技术逐渐在物联网、消费电子、汽车互联等相关领域开始铺开广泛应用。从智能终端、家庭应用到汽车应用，UWB生态正在逐步完善。
 
UWB的通信定位技术潜力
 
UWB技术全称Ultra Wide Band，是一种建立在脉冲无线电、低功率宽带信号两大基石上的无线载波通信技术。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，最早被应用于军事雷达探测。起初这一技术并没有应用在民用领域。
 
随着UWB在民用领域的解禁，UWB技术依靠隐蔽性好、传输速率高、系统容量大、功耗低、抗干扰能力强等诸多优势，在通信和定位领域迅速发展普及。UWB并不采用正弦载波，而是利用纳秒级非正弦的占空比很低的波窄脉冲作为载体，进行传输数据或探测物体，频谱极宽。
 
从通信角度来说，由于UWB信号占用了至少500MHz的通信带宽，传输数据的能力是足够的，只是不适合远距离传输，因为衰减比较严重。UWB的工作频率远离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。而且随着新的通信协议发布，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，比一般的通信系统安全性更高。
 
测距定位应用，目前UWB最火热的应用方向。UWB测距定位技术依靠信号传播时间，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相比尚处在早期阶段。
 
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更精准。而且这种技术的时延很低，能够即时定位。UWB持续且极短的窄脉冲能在嘈杂的环境中依然精准地被捕捉到。
 
技术本身的优势在UWB相关器件的支持下，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。
 
UWB应用生态与前景
 
UWB的应用生态与发展有着不少组织的推动，首先是UWB联盟，其次有侧重于UWB安全测距的FiRa联盟、侧重于定位位置服务的omlox联盟，以及侧重于汽车应用的UWB车联网联盟。这也是目前UWB技术应用最广泛的几个方向。
 
无钥匙方案是汽车应用领域较新的方向，因其便捷很受欢迎。其他的例如安全支付应用、增强AR/VR应用都也开始出现UWB技术的身影。虽然目前安全支付应用领域里更多的是NFC技术，但是在以后UWB可能将与NFC融合，进一步提高安全支付的可靠性。
 
根据市场调研机构Techno Systems Research发布的报告，2021年全球UWB芯片市场出货量超过2亿颗，到2027年将会超过12亿颗。另外根据ABI Research的测算，2022年UWB设备的出货量将超五亿台，其中智能手机将会是出货量最大的市场，紧随其后的是汽车、智能家居、可穿戴设备、消费电子标签及实时定位系统。在室内微距定位上优势明显的UWB技术，应用前景可期。
 
UWB模块中各类器件
 
一款全集成的UWB定位模组一般由UWB芯片及相关射频电路、MCU、传感器、天线、电源几部分组成。
 
传感器会包含IMU在内的多种传感器，目的是结合IMU的数据改善定位精度。天线部分根据IMU的应用方式有PCB板载天线（标签应用）和SMA外接天线（基站应用）两种方案。供电部分为了避免电源噪声干扰UWB通信，多路独立DCDC和LDO芯片在其中也发挥着重要作用。
 
UWB芯片，UWB模组的核心。不同于Wi-Fi、蓝牙芯片，UWB芯片设计难度更大，想要实现定位高精度，大带宽和高采样率是最基础的。UWB芯片内部射频和模拟模块需要能够支持更高的带宽，延迟部分也需要计算的非常精确。另一方面，UWB芯片的定位需要大量算法的优化迭代作为基础，开发难度和成本自然也就更高。
 
从行业平均水平来看，目前终端模组主流的定位水平在10厘米左右就已经可以被接受，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，一些领先的厂商已经将精度提升到1厘米。
 
国内外UWB芯片厂商进展
 
Qorvo已在UWB领域深耕多年，当下最主流的UWB芯片无疑是Qorvo的DW系列，根据Qorvo的统计数据，其相关产品已被广泛应用于40多个垂直市场中，市占率高达70%。Qorvo最新的DW3300Q支持UWB5通道（6.5 GHz）和9通道（8 GHz），同时提供850 Kbps和6.8 Mbps 的数据传输速率。该新系列主打汽车应用，移远通信今年推出的车规级UWB模组AU30Q就是基于DW3300Q打造而成。
 

 
DW系列，Qorvo

 
NXP，另一家UWB技术领先的行业龙头，其Trimension系列在物联网、移动设备市场应用广泛。在UWB芯片上目前没有新的系列出来，还是大家熟知的用于移动设备的SR100T、工业应用的OL23DO、物联网应用的SR150、SR040以及汽车应用的NCJ29D5。基于这些UWB芯片的相关模块一直有新的产品出来，如近期Murata基于NXP UWB芯片推出了超小型UWB模块。
 

 
UWB芯片，NXP
 

目光转向国内，专精上游芯片的UWB厂商也不少。纽瑞芯在UWB的定位精度和测量范围上在全球范围都处于领先位置。纽瑞芯UWB芯片通过提升采样速率，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，还通过在射频技术上的创新将测距范围扩展到100米。近期纽瑞芯面向汽车电子产品的700系列芯片发布了两款芯片，目前已实现量产，下半年过车规认证；面向VR/AR的800系列新品也实现量产。
 

 
600系列，纽瑞芯

 
优智联的UWB SoC芯片ZN1000、ZN2000也已经在多家汽车整机厂、零部件供应商开始测试。从目前的相关消息来看，旗下的UWB芯片很好地解决了小型化和低功耗上应用痛点，处于快速切入市场阶段。
 
驰芯半导体今年推出了CX310和CX500两款UWB芯片，CX310定位在消费电子和物联网市场，CX500定位于汽车电子市场。CX310的睡眠功耗、收发功耗指标特别突出，CX500则在集成度上做了进一步提升。
 
瀚巍微电子的MK系列低功耗技术也很出名，正携手英飞凌合作共同推进UWB技术在资产跟踪、PKE数字密钥、仓库管理和定位标签等方面的应用。
 
写在最后
 
越来越多的人认为UWB是仅次于WLAN和蓝牙的第三大非蜂窝技术，虽然目前UWB技术还面临着价格高、技术支持难等问题，但是其应用前景十分明朗。UWB技术的应用已经涉及我们日常生活的方方面面，随着技术的进步，更多应用场景将被挖掘出来。
 
同时，UWB技术也在不断改进，下一代UWB已经开始在研究中。不少技术组织和厂商正在寻求替代编码，前导方案以及调制方案的办法，进一步拓展UWB频谱在准确度、可靠性上的性能。技术发展和产品落地的共同推进下，UWB将给我们的日常生活带来哪些改变很值得期待。