跟WiFi和藍(lán)牙一樣，超寬帶（UWB）是一種短距離無(wú)線通信協(xié)議，自從2019年蘋(píng)果在其iPhone 11中引入U(xiǎn)WB芯片U1和AirTag功能以來(lái)，UWB便開(kāi)始走入大眾視野，成為短距離無(wú)線通信和精確定位的熱門(mén)應(yīng)用技術(shù)。UWB的主要應(yīng)用包括：通信和感應(yīng)、定位和跟蹤，以及雷達(dá)探測(cè)等。
跟WiFi和藍(lán)牙一樣，超寬帶（UWB）是一種短距離無(wú)線通信協(xié)議，自從2019年蘋(píng)果在其iPhone 11中引入U(xiǎn)WB芯片U1和AirTag功能以來(lái)，UWB便開(kāi)始走入大眾視野，成為短距離無(wú)線通信和精確定位的熱門(mén)應(yīng)用。UWB原本限于軍事用途，2002年美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）發(fā)布UWB商用化規(guī)范，允許UWB使用非授權(quán)許可的頻帶，其頻率范圍從3.1至10.5 GHz。FCC和國(guó)際電信聯(lián)盟 (ITU) 將UWB 定義為發(fā)射信號(hào)帶寬超過(guò)500 MHz的天線傳輸，這種基于脈沖的通信系統(tǒng)的每個(gè)發(fā)射脈沖可以占用至少500 MHz的UWB 帶寬。
UWB不使用載波，而是利用納秒（ns）至皮秒（ps）級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，所采用的時(shí)間調(diào)變技術(shù)令其傳送速度大大提高，而且耗電量相對(duì)較低，而且具有精確的定位能力。與常見(jiàn)的無(wú)線通信所使用的連續(xù)載波方式不同，UWB采用極短的脈沖信號(hào)來(lái)傳送數(shù)據(jù)，這些脈沖所占用的帶寬可以達(dá)到幾個(gè)GHz，因此最大數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百M(fèi)bps。因?yàn)槭褂玫氖菢O短脈沖，在高速通信的同時(shí)，UWB設(shè)備的發(fā)射功率卻很小，僅僅只有目前連續(xù)載波系統(tǒng)的幾百分之一。
與其他短距離通信協(xié)議相比，UWB 的頻譜密度如上所示。 UWB在信號(hào)密集的環(huán)境中可以高效運(yùn)行，幾乎沒(méi)有干擾。它在3.1-10.6 GHz的頻率范圍內(nèi)工作，所需傳輸功率從0.5mW 到41.3 dBm/MHz。UWB的傳輸距離在10米左右，其傳輸速率高達(dá)480Mbps，比藍(lán)牙高數(shù)十倍，非常適合多媒體信息的大量傳輸。
UWB的主要應(yīng)用包括：通信和感應(yīng)、定位和跟蹤，以及雷達(dá)探測(cè)。相比WiFi和藍(lán)牙定位技術(shù)，UWB的高精度測(cè)距和室內(nèi)定位功能具備以下優(yōu)勢(shì)：
1）定位精度高：帶寬決定了信號(hào)距離的分辨能力（成正比關(guān)系）。UWB在距離分辨能力上高于其他技術(shù)，其分辨能力的精度在特定條件下可以到達(dá)傳統(tǒng)系統(tǒng)的百倍以上。超寬帶脈沖信號(hào)的寬帶在納秒級(jí)，定位精確度通常小于幾厘米。
2）安全性高：UWB的發(fā)射功率低，信號(hào)能夠很好地隱蔽在其他類型信號(hào)和環(huán)境噪聲之中，傳統(tǒng)的接收機(jī)無(wú)法識(shí)別和接收，必須采用與發(fā)射端一致的擴(kuò)頻碼脈沖序列才能進(jìn)行解調(diào)，因此具有較強(qiáng)的系統(tǒng)安全性。
3）抗干擾能力強(qiáng)：從射頻機(jī)制來(lái)看，UWB發(fā)射的脈沖波抗干擾能力比連續(xù)的電磁波強(qiáng)，并且UWB工作的頻段在3GHz-10GHz，相比2.4G頻段的無(wú)線定位技術(shù)，外界的干擾信號(hào)也少很多。
4）傳輸速率高：信道容量與帶寬成正比，UWB具備較寬的帶寬，因此具有較高的傳輸速率。
5）功耗較低：在短距離通信應(yīng)用中，UWB發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率一般低于1mW；較低的發(fā)射功率可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的工作時(shí)間，而且對(duì)人體的電磁波輻射也很小。
UWB的主要應(yīng)用場(chǎng)景包括：
- 消費(fèi)類應(yīng)用 -- 手機(jī)及標(biāo)簽附件、智能家居、無(wú)人機(jī)/機(jī)器人、移動(dòng)支付、可穿戴設(shè)備、VR/AR
- 車(chē)載應(yīng)用 -- 無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)、地下車(chē)庫(kù)及停車(chē)場(chǎng)導(dǎo)航、遠(yuǎn)程泊車(chē)、V2X和ADAS、車(chē)輛內(nèi)部探測(cè)、接近感應(yīng)
- 行業(yè)應(yīng)用 -- 工廠車(chē)間、醫(yī)院/養(yǎng)老中心、智能建筑、新零售、智慧農(nóng)業(yè)、智慧城市
據(jù)Techno Systems市場(chǎng)調(diào)研預(yù)測(cè)，UWB具有與藍(lán)牙和WiFi同等市場(chǎng)規(guī)模的發(fā)展?jié)摿ΓA(yù)計(jì)到2027年全球UWB芯片出貨量將超過(guò)12億顆，其中占比最高的是智能手機(jī)和汽車(chē)應(yīng)用。
目前可以供應(yīng)UWB芯片及應(yīng)用方案的國(guó)際廠商包括：
- Decawave：2020年被Qorvo以4億美元收購(gòu)；
- NXP：發(fā)布UWB+SE芯片，主打汽車(chē)無(wú)鑰匙進(jìn)入應(yīng)用市場(chǎng)；
- 3db Access：瑞薩將獲得3db UWB的技術(shù)許可，雙方合作共同為智能家居、物聯(lián)網(wǎng)（IoT）、工業(yè)4.0，以及移動(dòng)計(jì)算和車(chē)聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用提供安全訪問(wèn)解決方案；
- 蘋(píng)果U1：自iPhone 11以來(lái)的iPhone和iPad都采用了UWB技術(shù)；
- Microchip：2021年發(fā)布UWB芯片產(chǎn)品
- CEVA：UWB技術(shù)方案和IP
國(guó)內(nèi)UWB芯片廠商包括：紐瑞芯、馳芯半導(dǎo)體、精位科技、清研訊科、瀚巍微電子、優(yōu)智聯(lián)、捷揚(yáng)微、守正通信等。
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