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UWB技術研討會

【DAYS：2021.06.24】

6月22日，Qorvo與利爾達公司共同舉辦的主題為超寬帶UWB技術使用案例及其優勢的在線研討會。吸引了近500位來自全球的從業者，提出了近300個專業問題，UWB技術熱度可見一斑。

近年來，UWB推動了一系列使用高度精確位置和距離感應的新場景快速發展，提供了諸多的新體驗和新功能，乃至以前不可能實現的應用場景。業內認為UWB成為主流無線技術指日可待。本次演講主要展示了各種UWB應用的可能性，包括UWB的技術原理和特點，它能在在哪些場景被使用，以及未來的應用方向，并重點分析了其差異化優勢。

開啟精準定位新紀元

首先一起來了解定位技術的歷史，它如何改變人們的生活？催生了什么新的服務和業務？

這一切都始于90年代末2000年初。當GPS開始被普通民眾用于導航目的，比如尋找自動取款機，找到最近的加油站等，改變了我們作為普通個體的生活，更加方便。但對企業而言，不僅僅是方便，而是提高了效率，甚至是建立可持續的商業模式的問題。如果沒有GPS技術，亞馬遜這樣的公司要高效的導航送貨會多么的困難。

10年后，室內導航技術開始應用，商場、機場和其他大型建筑有了新的基于室內位置的服務。然而直到今天，第一代室內定位服務并沒有完全滿足個人和企業的期望，因為它們不夠超精準，有時候還有點慢。事實上，我們想要的是能夠實時定位和找到幾乎所有的東西，無論大小，但是目前系統不能提供足夠的精度、可靠性和實時性，因為他們所使用的底層技術不是為精確定位而設計的。

準確的位置可以帶來新的安全級別，因為他們特定的物理位置信息不能偽造，可以用作新的安全憑證，但目前的技術無法實現這些期望，我們需要高精度！如果想建立分析和自動化系統，可靠性就相當重要，因為我們不再滿足于鏈接和定位一小部分設備，而是成千上萬的設備，所以需要系統的可擴展性。因為大多數連接的設備對成本和耗電量都很敏感，所以也需要做到低功耗和低成本，如果你打算建立自動化系統，一個物體或者人在5秒前的位置是不夠的，所以對實時性也是有要求。

傳統的定位技術例如WiFi、藍牙、zigbee都非常好，但它們都不是為實時定位服務而設計的。工程師們做了大量的工作，來建立基于他們的定位系統，但是準確度以米為單位，可靠性大概只有70%。成千上萬的設備無法同時報告它們的位置，這些缺點都不能滿足我們對定位的所有要求。

那么超寬帶的基本特點是什么呢？

厘米級的準確度帶來超高精度的定位，高度抗多徑干擾的能力帶來超高的可靠性，比GPS快50倍的低延遲帶來實時性低功耗，低成本地處理性帶來可接受成本的全覆蓋，符合802.15.4Z協議帶來更高的安全性。

UWB比其他的定位技術例如WiFi和藍牙的性能更好，因為它的信號傳輸帶寬很寬，達到500M赫茲，并且使用了飛行時間技術，而不是窄帶和信號強度，本質上這允許UWB在實現厘米級精度的同時，體現了多抗多徑和抗干擾的能力，可以達到1厘米級的精度。

UWB信號可以配置不同的算法，適應各種應用場景。

■點對點的應用非常適合Airtag的應用

■mesh網絡的組網方式適合于相對位置的導航；

■基于多個基站的方式是高精度定位和導航的理想選擇；

■在一些簡化的場景中可以使用到達角的算法，可以得到兩個物體之間的相對距離和角度。

盡管UWB非常強大，但它仍然對障礙物非常敏感，因此我們將視頻與圖文一傳感器相結合實現更高的精度，為客戶提供與現實場景相關的解決方案。

UWB經常遇到的一個問題——在應用中需要部署的錨點的數量是范圍是多少？答案是視情況而定。這取決于UWB的工作頻率，在3.5G到8G赫茲之間，頻率越高距離越短。這也取決于傳輸速率，傳輸速率越高距離越短。

最后一點，硬件的天線設計也對距離有一定的影響。但是即使在硬件設計糟糕的情況下，很多時候仍能得到25米的測量距離，而且精度是恒定的，這意味著只需使用4個錨點仍可覆蓋625平米，并且具有恒定的定位精度，所有這些數字都假設沒有外部的PA或者LNA。

UWB在什么領域發揮作用

UWB目前在超過40個垂直的細分市場里用到了USB定位，范圍囊括工業應用、汽車、消費電子等。

以人員管理為例，由于新冠疫情，有必要在全世界范圍內準確追蹤和實施社交距離控制以確保個人在工作場所的安全。員工會配備標簽，當員工之間的距離過近時會發出警報，中央服務器將記錄所有標簽的位置。如果有人生病了，公司將通知所有密切接觸者，以便他們能夠立刻接受檢測和隔離，UWB是用于此類應用的完美技術，高精度讓它可以根據當地的安全標準設置出不同的安全距離，比如法國1米，德國1.5米，英國2米，同時保證數據的可靠性和避免錯誤檢測。UWB的標簽很小，可以讓員工佩戴著工卡，而且是電池供電的，在過去的幾個月里從工廠到NBA夏令營，這些解決方案已經成功的部署到世界各地。

在智慧工廠，超寬帶技術可以在工作場所提高運營的效率，同時實現完全的可視化，員工、資產、工具和地面設備都有UWB標簽，這些標簽將有助于識別和消除工作里面的瓶頸，幫助工作流程變得更加高效。工具叉車上的UWB標簽將幫助管理人員跟蹤其利用率，提供有價值的利用率分析和優化，這類系統已經在全球許多大型工廠部署，并且回收期非常短，不到18個月。

UWB為企業帶來的另外一個價值是安全管理，改善現場工人的安全，使企業能夠有效的保護工人，通過降低安全管理成本，幫助企業獲得競爭優勢。UWB標簽將有助于建立虛擬的安全區設置，只有授權員工才能進入的訪問控制，減輕叉車與人和其他設備之間的碰撞。如果員工處在非安全區，一旦出現緊急情況，所有員工必須撤離工廠。員工身上的標簽將有助于通知樓層經理團隊員工是否已經離開大樓，如果有一些員工仍在大樓內，能及時顯示他們的確切位置，而不用盲目尋找。

UWB的最后一個價值是安全通信。當你接近車的時候會自動開鎖，這種無鑰匙進入系統已廣泛部署在汽車領域，目前的遙控車鑰匙有一個安全弱點，叫做終極攻擊沖擊。它的概念和實現相當簡單即當你離開汽車時，一個攻擊者會跟著你，攻擊者將攜帶一個設備，設備從你的遙控鑰匙獲取信號，因為鑰匙會數據傳輸，該裝置將放大信號使汽車能夠接觸到，并認為鑰匙在附近從而觸發汽車開啟。如果采用UWB技術，汽車和鑰匙將使用飛行時間測量它們的相對距離，并創建一個安全的通信范圍，在設定范圍內只允許汽車接觸。距離是時間乘以光速，這兩個屬性是無法修改的，這使得UWB的解決方案比傳統技術更加安全。這是由于UWB的這個優點，已經被汽車和手機制造商選擇用于下一代的無鑰匙進入系統。

改變才剛剛開始

UWB已經在許多不同的市場中得到了應用，但這只是一個開始，超寬帶即將成為我們日常生活中下一個無處不在的射頻技術，事實上所有適合大規模采用UWB技術的部分都已經準備就緒。

目前各大手機制造商正在將超寬帶技術嵌入到手機中，因為手機是人們生活中的主要門戶。但這還不夠產生網絡效應和發展大型的生態系統，我們需要互操作性和規則來保證所有的USB設備可以相互通信。這正是UWB聯盟，歐洲汽車聯盟和FIRA聯盟設立的目的，確保你的汽車和手機，你的手機和門鎖，你的手機和定位基站等之間實現互聯。目前FIRA聯盟正致力于確保多種用例的互操作性，不僅僅是工業產品，而且是所有的消費品互聯。

在你的智能手機中使用超寬帶技術將會帶來很多新的可能性，比如可以無鑰匙訪問汽車，購買將更加安全，很容易找到放錯地方的東西。借助先進的導航功能，店內的購物更加高效，我們能夠在擁擠區域快速找到家人和朋友，還有機會實現真正的智慧家居。

就像沒有人能預料到GPS、 WiFi和藍牙所帶來的新應用的廣度一樣。超寬帶技術帶來的多方面價值，除了室內定位導航、情景決策、安全通信支付，還可以配合位置信息實現低延遲的數據傳輸和雷達，就讓我們拭目以待，UWB會如何改變我們的生活。