UWB技術(shù)：未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的趨勢

UWB技術(shù)最早應用于軍事領(lǐng)域，主要應用于雷達技術(shù)逐漸轉向民用領(lǐng)域。2002年，美國聯(lián)邦通信委員會(huì )(FCC)批準UWB技術(shù)在民用領(lǐng)域的使用，標志著(zhù)智UWB技術(shù)進(jìn)入快速發(fā)展階段。此后，國際電信聯(lián)盟( ITu)和歐洲電信標準協(xié)會(huì )( ETSI )等組織開(kāi)始制定相關(guān)的國際標準，為UWB技術(shù)的研發(fā)和應用奠定了基礎。

而近年來(lái)，隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)和智能設備的快速發(fā)展，UWB技術(shù)開(kāi)始應用于民用的新興領(lǐng)域。如室內定位系統、汽車(chē)領(lǐng)域、消費電子等等。

所謂的UWB技術(shù)，即超寬帶技術(shù)，是-種利用納秒級窄脈沖發(fā)射無(wú)線(xiàn)信號的技術(shù)，具有高速率、低功耗、高精度定位等優(yōu)勢。與傳統窄帶和寬帶技術(shù)相比，UWB技術(shù)擁有更寬的頻譜范圍，能夠在保持低能耗的同時(shí)實(shí)現更高的數據傳輸率。

1   UWB的市場(chǎng)競爭優(yōu)勢與掣肘

UWB目前最主要的應用就是定位，是什么讓UWB技術(shù)從傳統諸如:藍牙、WiFi、 RFID 定位技術(shù)之中脫穎而出呢?

最重要的就是相較于傳統定位技術(shù)，UWB技術(shù)的定位精度更高，可以實(shí)現厘米級精度的定位，遠高于藍牙、WiFi等技術(shù)的定位精度，并可在室內、地下精準定位。比如蔚來(lái)手機就可以對每位車(chē)內乘員進(jìn)行精確定位。恩UWB技術(shù)實(shí)現毫米級精準定位其他物品的能力。UWB技術(shù)的抗干擾性相較于傳統定位系統更高。

UWB技術(shù)的抗干擾性相較于傳統定位系統更高。UWB采用跳時(shí)擴頻信號，系統具有較大的處理增益，在發(fā)射時(shí)將微弱的無(wú)線(xiàn)電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設備產(chǎn)生的噪聲。接收時(shí)將信號能量還原出來(lái)，在解擴過(guò)程中產(chǎn)生擴頻增益。

UWB技術(shù)的安全性也要更高一些。 UWB在信號中加入了安全時(shí)間戳，只有與接收端的滾碼相匹配后，才能得到對應的時(shí)間戳，進(jìn)而解鎖車(chē)輛，極大地提升了防中繼攻擊能力;另外UWB能在30米范圍內精確定位鑰匙位置，如果ToF飛行時(shí)間過(guò)長(cháng)，系統會(huì )判定車(chē)鑰匙在不在有效范圍內，讓攻擊者無(wú)法對系統進(jìn)行欺騙。

盡管UWB定位技術(shù)能提供精準的位置信息，但它的信號頻率較高且功率較低，導致其覆蓋區域有限，更適合于對定位準確性有嚴格要求的場(chǎng)景。同時(shí)，與其他定位技術(shù)相比，UWB設備的成本也相對較高。據相關(guān)機構數據，目前市場(chǎng)UWB定位系統的價(jià)格大約是藍牙設備的兩倍。

2 UWB技術(shù)市場(chǎng)現狀以及未來(lái)預測

UWB技術(shù)在全球市場(chǎng)上近年來(lái)取得了顯著(zhù)進(jìn)步，尤其是在智能手機和個(gè)人電子設備廣泛使用的背景下。2022年，UWB市場(chǎng)的收益已經(jīng)達到了10億美元的規模。方面的卓越性能，使其成為消費電子行業(yè)的重要競爭者?，F如今的UWB市場(chǎng)正處于快速發(fā)展階段，市場(chǎng)規模持續擴大，應用場(chǎng)景不斷拓展。根據市場(chǎng)調研報告，2022年UWB市場(chǎng)規模已達到10億美元，預計到2028年將增長(cháng)至34.5億美元，復合年增長(cháng)率為17.37%。

而隨著(zhù)智能手機和其他電子設備的用戶(hù)對低延遲無(wú)線(xiàn)連接的需求不斷.上升，尤其是在觀(guān)看在線(xiàn)視頻和玩游戲等高帶寬應用方面，UWB技術(shù)能夠有效滿(mǎn)足這些需求，并預計將在未來(lái)幾年促進(jìn)市場(chǎng)的進(jìn)一步增長(cháng)。數據顯示，全球智能手機的訂閱量在2018年約為50億，預計到2027年將增至約70億。

目前UWB技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈主要分為上游芯片供應商、中游方案商和下游終端應用三個(gè)環(huán)節。

UWB的產(chǎn)業(yè)鏈上游，主要包括提供芯片、分離元器件方案以及定位相關(guān)電子元器件的供應商。目前，UWB.上游的海外玩家包括: Qorvo、DecaWave、 恩智浦等。而國內UWB定位芯片市場(chǎng)的主要玩家包括浩云科技、精位科技、紐瑞芯等等。隨著(zhù)UWB技術(shù)的進(jìn)步，關(guān)鍵在于實(shí)現核心元器件的標準化，以簡(jiǎn)化應用方案的關(guān)鍵在于實(shí)現核心元器件的標準化，以簡(jiǎn)化應用方案的開(kāi)發(fā)。為了促進(jìn)產(chǎn)業(yè)的繁榮，底層芯片的商業(yè)模式需要采取“低價(jià)走量”的策略；

產(chǎn)業(yè)鏈的中游環(huán)節是核心力量，涉及UWB模塊制造商、基站與標簽硬件供應商、綜合技術(shù)供應商以及具備開(kāi)發(fā)能力的系統集成商。這一環(huán)節的任務(wù)是將UWB技術(shù)從芯片轉化為完整的產(chǎn)品和方案，并滿(mǎn)足客戶(hù)的具體需求，深入理解不同應用領(lǐng)域的特定需求。國內已有眾多UWB企業(yè)參與其中，如清研訊科、潤安科技、紅點(diǎn)定位等。就現今的情況來(lái)看，中游環(huán)節的企業(yè)可以分為四類(lèi)：傳統定位技術(shù)企業(yè)、高校與科研機構衍生企業(yè)、看好UWB前景的創(chuàng )業(yè)者以及主營(yíng)業(yè)務(wù)非定位的成，熟企業(yè)；

產(chǎn)業(yè)鏈的下游主要由UWB技術(shù)方案的最終用戶(hù)組成，包括政府機構、國企和私企等。在下游，UWB技術(shù)主要應用于消費級市場(chǎng)的定位服務(wù)，例如：各種防丟失定位設備、汽車(chē)數字鑰匙等等。在企業(yè)級市場(chǎng)，UWB技術(shù)則主要用于人員物品定位，支持實(shí)時(shí)監控、身份識別、險情監控、過(guò)程透明化和資產(chǎn)管理等。UWB技術(shù)的應用范圍廣泛,覆蓋了倉儲物流、制造業(yè)、發(fā)電廠(chǎng)、化工廠(chǎng)、隧道礦井、司法監獄、醫院、養老院、貴重資產(chǎn)管理、電子圍欄等多個(gè)領(lǐng)域。

圖1 UWB市場(chǎng)的產(chǎn)業(yè)鏈

對于未來(lái)的市場(chǎng)前景，相關(guān)機構普遍的預測都是積極的。預計從2023年的15.5億美元起，UWB市場(chǎng)的規模將擴大至2028年的34.5億美元，預測期內的年復合增長(cháng)率將達到17.37%。推動(dòng)這一持續增長(cháng)的主要因素包括全球IT行業(yè)的快速發(fā)展和無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )使用的增加。例如，全球在電信領(lǐng)域的投資在2022年約為1萬(wàn)億美元，預計未來(lái)幾年這一數字將繼續上升。

圖2 UWB市場(chǎng)未來(lái)趨勢

3   汽車(chē)電子：UWB未來(lái)重要的增長(cháng)市場(chǎng)

汽車(chē)數字鑰匙作為智能手機與汽車(chē)智能融合的重要接入手段，其地位無(wú)可替代。無(wú)論是藍牙、NFC還是UWB技術(shù)，都在這一-領(lǐng)域發(fā)揮著(zhù)重要作用。

目前的汽車(chē)數字鑰匙還是以藍牙連接為主，根據高工智能汽車(chē)研究院監測數據顯示，2023 年中國市場(chǎng)(不含進(jìn)出口)乘用車(chē)前裝標配數字鑰匙交付704.30萬(wàn)輛，同比增長(cháng)52.48%，搭載率升至33.35%，其中，藍牙方案占比超過(guò)90%。相比而言，UWB方案在去年的前裝標配交付僅為30.77萬(wàn)輛,蔚來(lái)、比亞迪、吉利(含極氟)、問(wèn)界、小鵬是僅有為數不多已經(jīng)上車(chē)的品牌。其市場(chǎng)占比僅為2.1%，由于UWB技術(shù)普遍成本高于傳統技術(shù)，因此-般只有高端車(chē)型才配置。但隨著(zhù)技術(shù)的提升、相關(guān)法規的完善以及成本的下降，UWB數字鑰匙的滲透率預計是穩步上漲的，預計在2027年超過(guò)50%，

圖3 未來(lái)車(chē)用UWB市場(chǎng)將快速上升

除了汽車(chē)數字鑰匙之外，利用車(chē)輛現有的超寬帶(UWB)硬件，在未來(lái)還可能可以實(shí)現更多功能和更的是，車(chē)內活體檢測、自動(dòng)代客泊車(chē)(AVP)以及腳踢的是，車(chē)內活體檢測、自動(dòng)代客泊車(chē)( AVP)以及腳踢雷達感應等三大應用；

根據在2023年的開(kāi)始啟動(dòng)的歐洲新車(chē)評估計劃(E-NCAP)顯示，未來(lái)開(kāi)始把車(chē)內兒童存在檢測(CPD)夠探測到車(chē)內外的活動(dòng)和物體，這不僅有助于防止兒童被遺忘在車(chē)內，還能在駕駛員昏迷或無(wú)法行動(dòng)時(shí)，及時(shí)向車(chē)輛保護系統發(fā)出警報。不僅是緊急情況下的活體檢測，UWB還能實(shí)現監測人類(lèi)的呼吸頻率，并通過(guò)特定的算法推測出被監測者的年齡段的功能。

而自動(dòng)代客泊車(chē)(AVP)則是另外一個(gè)可能會(huì )在未來(lái)大規模普及的利用UWB技術(shù)的功能。UWB技術(shù)通過(guò)時(shí)間飛行測量法( TOF)能夠精確地確定兩個(gè)超寬帶設備之間的距離以及物體在特定空間內的位置。通過(guò)點(diǎn)對點(diǎn)的快速車(chē)輛距離感應，在沒(méi)有信號或信號較弱的地下停車(chē)場(chǎng)等地，與配備UWB的停車(chē)場(chǎng)系統連接，實(shí)現據我們了解目前市場(chǎng)上大多數的非接觸式后備箱開(kāi)

據我們了解目前市場(chǎng)上大多數的非接觸式后備箱開(kāi)啟方案采用的是電容傳感器或毫米波雷達技術(shù)。電容傳感器雖然成本較低，但對電磁干擾較為敏感，容易出現誤觸發(fā)或失效;而毫米波雷達則能夠有效檢測到踢腿動(dòng)作，且不受周?chē)姶怒h(huán)境和天氣的影響，但其成本較高。這是就需要用到UWB技術(shù)的全向天線(xiàn)了，其具有極高的靈敏度，汽車(chē)制造商可以將UWB傳感器安裝在車(chē)內或車(chē)外的后備箱部分，利用其雷達功能實(shí)現非接觸式后備箱開(kāi)啟。這種方案的穩定性?xún)?yōu)于電容傳感器，成本低于毫米波雷達，且功耗更低。

此外，UWB技術(shù)在汽車(chē)上的應用還擴展到了無(wú)感支付、精確的無(wú)線(xiàn)充電，甚至在車(chē)對一切(V2X)的場(chǎng)景中，也可以使用UWB來(lái)檢測與周?chē)矬w的距離，預防碰撞?？梢灶A見(jiàn)，手機制造商和汽車(chē)主機廠(chǎng)將成為UWB生態(tài)系統的主要推動(dòng)者。通過(guò)UWB技術(shù)實(shí)現人車(chē)互聯(lián)，構建更廠(chǎng)泛的生態(tài)應用，為汽車(chē)用戶(hù)帶來(lái)更加安全和便捷的駕駛體驗。

4   結束語(yǔ)

超寬帶技術(shù)( UWB )作為-項新興的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，正以其獨特的優(yōu)勢和廣闊的應用前景，逐漸滲透到我們生活的方方面面。從最初的軍事應用，到如今在消費電子、汽車(chē)、工業(yè)等領(lǐng)域嶄露頭角，UWB技術(shù)正以其精準定位、低功耗、高安全性等特點(diǎn)，引領(lǐng)著(zhù)無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的革新。

回顧過(guò)去，展望未來(lái)，UWB技術(shù)的市場(chǎng)規模將持續擴大，應用場(chǎng)景不斷拓展。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)和智能設備的快速發(fā)展，UWB技術(shù)將在室內定位、汽車(chē)、工業(yè)自動(dòng)化、醫療健康等領(lǐng)域得到更廣泛的應用。預計未來(lái)幾年，UWB市場(chǎng)規模將持續擴大，UWB 技術(shù)在汽車(chē)領(lǐng)域的應用將不斷拓展，包括數字鑰匙、車(chē)內活體檢測、自動(dòng)代建更加智能、便捷、安全的汽車(chē)生態(tài)系統。

總而言之，UWB技術(shù)正以其獨特的優(yōu)勢和廣闊的應用前景，逐漸成為無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的重要發(fā)展方向。未來(lái)，UWB技術(shù)將在更多領(lǐng)域得到應用，為我們的生活帶來(lái)更多便利和驚喜。讓我們共同期待，UWB技術(shù)在未來(lái)能夠創(chuàng )造更加美好的未來(lái)!

（本文來(lái)源于《EEPW》202407）