建立UWB技術平臺，促進應用生態發展

近兩年來主流智能手機廠商無一例外都在探索在其產品上集成 “空間感知”能力，為用戶帶來方便，快捷的全新使用體驗。比如去年10月，小米手機展示的“一指連”功能，當用手機指向智能設備（如風扇、空調等），對應設備控制卡片就能自動彈出，用戶可直接開始操控；比如OPPO在其未來科技大會上現場展示了手機上的指向控制、室內精準定位追蹤功能；再比如Google將會在PIXEL 6系列手機上支持類似功能。以上這些看似神奇的“空間感知”功能，是通過在手機中集成超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）技術來實現的。

UWB技術本質上是一種頻譜范圍很寬的無線載波通信技術，但目前主要應用在短距離數據傳輸、室內精準定位等方面，其原理、特點已有很多文章做了詳細闡述，本文要從UWB應用生態和支撐技術平臺兩個維度來分析這項技術未來發展趨勢。

一、UWB技術未來仍將以精準定位為主要應用特點。

一項技術要被廣泛應用，需要兩個必不可少條件：第一，技術可以滿足用戶明確或潛在需求；第二，技術特點或解決方案要有比較優勢。兩條充分結合才能構成實際的技術應用場景。

目前UWB技術有兩大特點：一是具備短距離內的高速數據傳輸能力，傳輸速率高達27MB/s；二是可以在室內提供厘米級的精確定位。目前UWB應用生態主要和第二個技術特點密切相關。

第一個技術特點對應的是用戶設備之間數據傳輸需求，但單純UWB技術和同類型的無線或有線傳輸技術相比（如WiFi，Bluetooth、USB等），在高速數據傳輸方面沒有明顯比較優勢。WiFi的速率可以更快，范圍可以更廣，藍牙連接的功耗可以做到更低。

第二個技術特點對應著市場規模巨大的定位導航需求。目前手機上已有的衛星或慣性定位模組還不能在局域范圍內提供精度很高的定位功能，但人們大概有70%的時間都室內活動，而且隨著更多設備智能化和網絡化后，人們對于室內實時定位潛在需求有待進一步發掘。

和其他室內定位技術相比，UWB技術有著精度高、實時性好的比較優勢，具體比較見下圖。

分類	GPS	RFID	Zigbee	WiFi	藍牙	UWB
定位精度	5米	區域判斷	5-10米	3-10米	1-3米	10厘米-1米
工作距離	室外	5米	100米	200米	<50米	>100米
應用場景	室外	區域進入判斷	低精度	低精度	近距離、低精度	高精度，高密度
價格	低	低	中	中	低	高

圖1 UWB技術定位精度比較

實際上，UWB技術早在被智能手機廠商關注之前，已經有了非常廣泛的應用場景，其中已經在40多個垂直應用領域(工業、汽車、消費)中的超過800萬臺設備上得到了部署。基于UWB技術實現的實時定位系統，對人、物、料的實現基于高精度位置的實時管控，在各類智能工廠中得到大量應用。國內如清研訊科公司，也已經有基于UWB技術的工業智能、安全生產、倉儲物流、公檢法司等多場景的高精度定位解決方案。

二、UWB在智能手機上的集成能帶來更大市場空間和更廣泛應用生態

在智能手機上集成UWB技術，未來UWB設備數量將從百萬量級迅速提升到千萬至上億量級，同時智能手機還能夠連接和帶動更多的智能家居終端、物聯網設備等聯網，會進一步提高UWB技術在整個物聯網應用中的滲透率。

根據相關研究報告，今年全球 UWB 設備出貨量預計將達到2.3億臺以上，到 2027年將超過12億臺。智能手機毫無疑問是 UWB 技術的最大應用市場，其次則是汽車、智能家居設備、可穿戴設備、智能標簽和面向工業領域的實時定位系統。

圖2 UWB技術相關市場出貨量預測（數據來源：Techno Systems Research）

智能手機廠商還可以使用UWB技術進一步拓展應用生態。UWB技術集成到智能手機中，可以采用空間感知功能解鎖UWB應用潛力，創造出更多應用場景，構建出個性化且符合當前語境的體驗、精確的控制系統、安全無鑰匙進入系統以及強大的跟蹤生態系統。例如：

?   配套UWB技術的智能標簽，可以采用智能手機，輕松找到物品和設備；

?   配套UWB技術的智能汽車中，為汽車帶來安全且符合駕駛情境的體驗，例如，用手機靠近車輛自動解鎖汽車，并自動實現符合要求的座椅位置、娛樂系統和溫度設置；

?   集成到游戲中，通過將UWB添加到游戲控制器或遙控器，以實現新型控制功能和端到端的游戲體驗；

?   配套智能家居，通過在電視、機頂盒或流媒體播放器中添加UWB，可實現通過智能手機的新型控制體驗，增加用戶互動；

?   集成到安全系統中，當利用智能手機打開住宅或車輛的門時，距離和方向對于保證安全性至關重要。例如，只有當用戶在外接近家時，才能打開家門。

?   集成到智能商場系統中，可以實現智能手機上的精準位置導航，同時通過位置來開展實時互動營銷。

上述場景都能為用戶帶來非常好的體驗，所以UWB技術在智能手機上的集成，將進一步拓展設備空間維度，未來有著非常廣闊的應用前景。

三、UWB應用生態需要一個整體化UWB技術平臺支撐

不論是在工業還是消費電子領域，UWB技術的每一類應用場景都要對應一套應用程序或系統。在工業領域中，通常采用定制化開發方式來實現復雜應用系統，并優先保障系統穩定性和可靠性。那么隨著手機等消費領域終端配置UWB后，那么對應的應用程序要更注重用戶體驗、更新迭代能力等，更需要一套完整的UWB技術平臺來支持整個UWB應用生態建立。

例如，我們都知道最新的高端手機里面要多集成一顆UWB芯片，但顯然僅只集成一顆芯片是構不成UWB技術平臺。完整的UWB技術平臺至少應該包括UWB芯片、模組以及配套的UWB軟件平臺幾個功能模塊，同時UWB技術平臺還必須提供和其他計算平臺的兼容協作能力和底層技術標準。本文將UWB技術平臺歸納圖示如下：

圖3 UWB技術平臺結構

l  UWB技術標準：目前底層為IEEE 802.15.4。這套標準建立UWB技術平臺底層的數據格式，互操作方式等。同時在UWB應用層面，推動UWB生態發展的FiRa聯盟提出設備之間互操作的協議標準。

l  UWB芯片：提供了UWB硬件部分實現，保障UWB信號的發送接收。該芯片應兼容IEEE 802.15.4最新標準規范。如果在工業領域內應用，芯片需要滿足工業上的可靠性要求，而在消費電子領域內應用，芯片架構要重點考慮低功耗設計；

l  UWB模組：通過將UWB芯片和其他電源芯片，MCU芯片等集成，形成一個功能完整的硬件平臺，方便和其他計算平臺做進一步集成；

l  UWB軟件：這個提供了UWB應用實現所需的算法模塊，例如定位算法、安全模塊等，并為上層應用開發提供一套完整的API。同時和底層芯片基于標準接口進行集成。

圖4 UWB技術平臺實例

有了這樣一個技術平臺，制造商就可以更容易的建立UWB應用生態。對于這樣一個平臺，能夠支持在不同領域的應用是非常重要的。如果一個平臺可以同時支持多種類型的操作系統和不同類型的CPU，通過底層的協議能夠在Android設備、iOS設備包括國內華為鴻蒙設備直接進行互操作，那么在這個平臺上完成的UWB應用也就能夠更容易的在不同生態系統之間進行移植。實際上，可以看到目前各家公司都在整合資源推出自己的UWB技術平臺。下表對幾家主要公司平臺做了簡單總結。

表1 主要廠商的UWB技術平臺

廠商	Qorvo	NXP	Apple	Renesas
UWB芯片	DW1000（第一代） QM35720（第二代）	NCJ29D5 SR150	U1	與3DB Access合作芯片（3DB6830）
UWB軟件	提供Sevenhusgs’ UWB stack	Trimension UWB開發套件	蘋果iOS生態支持	與亞創（Altran）合作解決方案
是否支持IEEE 802.15.4	支持	支持	支持	支持
目標應用	手機、汽車電子	汽車電子	手機	嵌入式系統

目前各個廠商還是整合UWB技術資源，形成完整平臺的階段。例如在NXP官網上，芯片NCJ29D5還處于樣品階段，其應用主要定位在滿足全球汽車業的連接和功能安全需求。蘋果芯片和UWB技術目前主要服務其iOS生態，當然從去年基于Decawave芯片DW1000的定位廠商INTRANAV聲稱其套件支持與iPhone的互操作，蘋果UWB技術應該也是支持IEEE 802.15.4標準的。

Qorvo公司的UWB技術平臺其第二代底層芯片為DW3000，采用40納米工藝，兼容IEEE 802.15.4最新標準，具備更低功耗。Qorvo公司同時也提供系列化可用UWB模塊。在軟件層面，Qorvo通過收購Sevenhugs和Decawave，可以為用戶同時提供工業級和消費級的UWB軟件方案，支持Android、linux等操作系統上的集成和開發。瑞薩電子在芯片方面和3DB Access公司合作，方案方面則和亞創（Altran）公司合作，從可穿戴應用作為瑞薩電子在UWB方面的切入點。

其它從事UWB技術研究的國際廠商還包括Ubisense、BeSpoon。這些廠商使用了自己的UWB解決方案，通常以模組套件的形式推出，但均不支持IEEE 802.15.4。同時國內的UWB企業也在加速UWB技術商用的步伐，目前主要是面向企業級客戶。

實際上，要通過UWB技術實現更好的空間感知應用，是非常需要一個完整的技術平臺支持。為了構建整個UWB應用生態，不同廠家技術平臺需要實現互操作、互兼容?？梢灶A見，未來所有廠家設備都必須支持底層IEEE 802.15.4標準，而在軟件層面，一方面要提供完整的UWB的應用組建，另一方面要進一步提升平臺之間的互操作性。只有當UWB技術平臺能進一步協同手機計算平臺形成成熟解決方案，才能確實的實現本文第一部分描述的廣泛應用前景，為手機用戶帶來真正創新體驗，實現真正的物聯網應用。