UWB技术将给物联网行业带来巨大推动作用

本文来源：慧聪物联资讯

10月12日，小米宣布发布消息：支持小米UWB技术的手机可以实现对智能设备的厘米级定位，手机可直接控制指向的任意智能设备，角度测量精度可达±3°，如同高精版的“室内GPS”。

去年9月，苹果发布iPhone 11，UWB技术成为其关键创新功能。而另一手机巨头三星紧跟苹果步伐，于今年8月推出了全球首部搭载UWB技术的安卓手机。支持小米UWB技术的手机将是国内手机品牌首次搭载UWB技术，小米也因此成为苹果、三星之后第三家推出配备UWB技术手机的制造商。

国内厂商在UWB技术方面，除了小米外，华为也早有布局。就在去年iPhone 11搭载UWB技术横空出世的前后脚，华为就与中海达旗下联睿电子宣布开展“UWB手机无线防盗器项目”，使用测距来判断手机位置，不再需要安装基站，只需在手机上安装一个手机标签即可，无需专业技术人员在场。

那么什么是UWB技术？这种技术在手机上的普遍应用会带来怎样的影响呢？

UWB即Ultra Wide Band，也就是“超宽带通信”。UWB是一种无线通信技术，它利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，相较于传统的窄频带系统的无线通信方式，UWB有较大的区别。UWB与WiFi、蓝牙、NFC等类似，为个人局域网通信的几种重要方式。

UWB采用基带窄脉冲方式的超宽带系统，具有小于1ns的时间分辨率，可以在保持通信的同时实现厘米级的定位精度，加上又具有较强的穿透障碍物的能力，在室内定位应用方面相比于WiFi、ZigBee, RFID，超声波等优势突出，其最大特点是传输速率快（110Mb/s）、安全性能高、功耗低，但是传输距离有限，且需要更多设备配合，因此适合应用在小范围、高分辨率的图像和视频的无线个人局域网，可应用于智慧家居、智能出行等2C消费领域以及系统集成、智慧安防等2B领域。

超宽带典型的定位系统主要由标签(Tags)、接收机和处理器三部分构成，接收机和处理器被固定在已知位置，多部接收机接收标签发送的UWB信号，处理器通过算法解出目标的位置。用于手机的UWB技术并不是作为“标签”来被定位的，它更像是一个接收机和处理器，再通过推出“标签”绑定在其他物品上，实现和“标签”相对位置的测量，从而实现“找物品”或“找手机”的功能等。

根据去年苹果公司的介绍，搭载U1芯片的新iPhone，由于采用UWB技术进一步提升了手机的定位功能，不仅可以感知自己手机的位置，还可以感知周边其他手机的位置。

即在使用隔空投送（AirDrop，苹果设备提供的一种无线分享文件的功能）时，基于U1芯片提供的空间感知能力，只需将你的iPhone指向其他人的iPhone，系统就会优先排序（离得越近，优先级越高），让你更快速地共享文件。

在苹果公司的产品发布会后，基于Decawave芯片DW1000的定位芬兰厂商INTRANAV连发两条推特，声称其套件支持与iPhone11的互操作，爱尔兰的Decawave也转发了该推特。Decawave是目前已知唯一支持IEEE 802.15.4的UWB定位芯片厂商。他们提供低成本的芯片出售，零售价格在几美元。

相比RFID 、Wi-Fi和蓝牙定位技术，UWB具有如下优势：

1）抗多径能力强，定位精度高：带宽决定了信号在多径环境下的距离分辨能力（成正比关系）。UWB的带宽很宽，多径分辨能力强，能够分辨并剔除大部分多径干扰信号的影响，得到精度很高的定位结果。UWB可以在距离分辨能力上高于其他传统系统，复杂环境下其精度甚至可以达到Wi-Fi、蓝牙等传统系统的百倍以上。

2）时间戳精度高：超宽带脉冲信号的带宽在纳秒级，由定时来计算位置时，引入的误差通常小于几厘米。

3）电磁兼容性强：UWB的发射功率低，信号带宽宽，能够很好地隐蔽在其它类型信号和环境噪声之中，传统的接收机无法识别和接收，必须采用与发射端一致的扩频码脉冲序列才能进行解调，所以不会对其他通信业务造成干扰，同时也能够避免其他通信设备对其造成干扰。

4）能效较高：UWB具有500MHz以上的射频带宽，能够提供极大的扩频增益，使得UWB通信系统能效较高。这意味着对于电池供电设备，系统的工作时间可以大大延长，或是同样发射功率限制下，覆盖范围比传统技术大得多。通常在短距离应用中，UWB发射机的发射功率普遍低于1mW；在长距离应用中，不需要额外的功率放大器即可达到200米的距离，同时实现6.8Mbps的空中速率。

基于上述技术优势，采用UWB技术能够构成高精度的室内定位系统。在应用过程中，UWB的优势逐渐显示出来，已成为高精度室内定位技术中最有前景的技术。

UWB技术在苹果手机上实现了以下功能：

A. AirDrop。iPhone 上的AirDrop多了一项新功能，可以更具距离给周围的人排序，这样用户可以选择最近的人来传输数据。

B. 实时定位（Real-time Location）。在没有GPS的场合，例如机场的地下停车场，UWB可以帮助定位，用户可以分享给网约车司机，告知自己的实时位置，这样帮助司机找到乘客。

C. 车钥匙（CarKey）。苹果在iOS14中推出CarKey功能，通过手机分享汽车钥匙给亲友，最初的合作伙伴是宝马，这其中就使用了超宽带UWB技术。

D．安全门禁Access and Security。当你靠近家门或者地铁闸口时，嵌有UWB芯片的门禁可以感知到人的靠近，并自动开门，用户不需要做任何动作。UWB独特的ToF原理保证了安全的同时，也使得开门动作变得安全，不用担心无线信号被黑。

E．环境感知Spatial Context。用户随身携带嵌入UWB的装置，比如智能手机，进入房间后会被其他智能硬件感知，从而自动进行个性化服务，比如设置空调温度、灯光亮度、灯光颜色、背景音乐。

F．万能遥控Point and Control。智能家电中可以加入UWB芯片，当手机或万能遥控器指向它们的时候，软件动态显示智能家电的信息或者控制点。

G．物件追踪Location Trackers。有报道说苹果计划今年上半年发布一种新的小型外设AirTags，具备UWB无线功能，贴在物体如手机、钱包、钥匙等物体上，通过手机上的Find My应用可以很方便找到。

结合小米自研的天线排列及算法，通过魔改小米10系列手机及一系列智能设备，小米已经实现厘米级定位和±3°的角度测量精度，并推出了“一指操控”和“一指投送”两大创新功能。

一指操控：拿起手机，对准智能设备，自动弹出操控界面。打开电视、台灯调色、选歌及查看歌词，一指即可到位。一指投送：在手机的任何界面下，对准智能设备进行手势操作，即可自动将当前屏幕投送至小米电视、触屏音箱.小米笔记本等智能设备。不久之后，甚至连“指”都可以省略，做到无感联动。靠近车门，口袋中的手机自动帮你解除门锁；通过闸机，手机自动刷卡顺畅通行。这一切都将伴随小米UWB技术的落地陆续实现。

对于物联网行业来说。要实现更好的空间感知和各种应用，需要应用生态的支持。为了构建整个应用生态，不仅需要共同遵循的标准，不同厂家设备需要能实现互操作、互兼容。

去年8月，由恩智浦、三星、博世、索尼等公司组建了FiRa联盟，旨在利用超宽带（UWB）技术推动用户无缝体验，旨在发展UWB生态系统，UWB今后有望像蓝牙、GPS一样成为标配。小米则在今年3月前加入了该联盟，一同加入的中国企业还有OPPO和苹果手机UWB供应商浩云科技。

RFID、视频识别、生物识别是目前物联网行业采用的主要几种识别技术。视频识别需要依赖具备人工智能的先进摄像系统，生物识别主要用于不同个体的人，它们在物联网的应用中都有一定的局限性。

RFID是目前在物联网行业应用最普及的识别技术，按频率划分主要分为：LF：125 KHz～135KHz；HF：13.56MHz；UHF：860MHz～960MHz；MW：2.45 GHz；混频：134.2KHz和430MHz相混合等频段，而UWB所占带宽非常宽，从3G到10Ghz，频率也要高得多。RFID不太适合于移动性物体定位，而且RFID读卡器安装的普及程度远远无法和智能手机相比较。因此支持UWB技术的手机的普及对于实现万人互联和对室内设备的智能控制有很好的发展前景。

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