------ 【導(dǎo)讀】------

十幾年前，曾有研究機構(gòu)預(yù)言：2013年之后，UWB將從消費電子應(yīng)用領(lǐng)域消失。如今看來，UWB非但沒有完全消失于該領(lǐng)域，其發(fā)展速度反而有增無減。

雖說UWB技術(shù)在消費類應(yīng)用中，不及工業(yè)類應(yīng)用來得成熟，但是隨著去年蘋果在其手機中植入UWB技術(shù)，再次將UWB的熱度拉到了最高點。

值此UWB熱度被拉到最高點之際，物聯(lián)傳媒邀請了深圳市紐瑞芯科技有限公司創(chuàng)始合伙人/CEO陳振騏做了一期以“UWB消費類應(yīng)用即將爆發(fā)，國產(chǎn)UWB芯片級解決方案有哪些機遇”的線上沙龍分享，以下內(nèi)容整理自本期線上沙龍直播，總共分為五部分內(nèi)容。

一、UWB傳統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用情況介紹
二、立足手機市場，UWB在消費類電子市場的應(yīng)用爆發(fā)趨勢顯現(xiàn)
三、UWB行業(yè)協(xié)會及IEEE技術(shù)標準深入了解
四、新標準、新應(yīng)用下的UWB芯片設(shè)計技術(shù)挑戰(zhàn)
五、結(jié)語

01

UWB傳統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用情況介紹

在傳統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用中，技術(shù)方案多采用帶基站和終端節(jié)點的模式，需要定位基站的配合。該模式的特點是需要節(jié)點布網(wǎng)，大部分應(yīng)用需要集中計算，因此極大的限制UWB規(guī)模化應(yīng)用擴展。

該模式下更適用于封閉空間的場景中應(yīng)用，如大型工廠/井下定位/地下車庫/特殊行業(yè)（監(jiān)獄/大船/大艦）等。

由于UWB傳統(tǒng)行業(yè)用戶多采用Anchor-Tag模式，雖然一定程度上限制了UWB規(guī)?；陌l(fā)展，但是未來5年內(nèi)，企業(yè)級應(yīng)用市場的用戶體量仍將實現(xiàn)百萬級增長。同時，中國UWB企業(yè)級應(yīng)用市場出貨量在接下來三年預(yù)計分別能達到450萬片、850萬片及1200萬片?？傮w上，整個UWB企業(yè)級市場體量將實現(xiàn)逐漸上升的景象。

02

立足手機市場，UWB在消費類電子市場的應(yīng)用爆發(fā)趨勢顯現(xiàn)

首先，來看看目前手機市場的情況如何？

據(jù)了解，2019年iPhone 11銷量約為4000萬部，亦即UWB芯片的銷量有4000萬片，這幾乎達到了前些年行業(yè)UWB芯片的銷量總和。而今年，根據(jù)有關(guān)機構(gòu)預(yù)測iphone的銷量可達2億部左右，部分會帶UWB芯片，可見消費級UWB芯片的市場規(guī)模是十分巨大的。隨著UWB滲透率的快速增長，雖然目前國產(chǎn)芯片很難進入蘋果手機，不過，三星、國內(nèi)頭部客戶如華米OV，及國內(nèi)其他ODM及二線廠商的UWB需求市場預(yù)測也將非常廣闊，UWB可能甚至將成為未來手機的標配。

可以說，手機消費類電子的應(yīng)用市場是UWB技術(shù)應(yīng)用一個全新的增長點。在該應(yīng)用場景下，能夠以手機為核心進行感知測距，避開了傳統(tǒng)行業(yè)中的節(jié)點布網(wǎng)的模式，可實現(xiàn)手機物聯(lián)網(wǎng)遙控、智能開鎖/車庫控制與安全支付等功能。這給了UWB技術(shù)帶來了很大的應(yīng)用空間，潛在應(yīng)用前景巨大。

從圖片中可以看出全球智能手機出貨量的增長并不會出現(xiàn)較大的變化，但是UWB在手機應(yīng)用方面會有較大的增長。相比傳統(tǒng)行業(yè)應(yīng)用，這將是一個巨大的藍海市場，以手機為核心衍生出的周邊UWB設(shè)備/標簽將是手機數(shù)量的數(shù)倍，乃至數(shù)十倍的體量。

其次，再來看看目前為止UWB在手機消費類應(yīng)用中最為成熟的兩大案例：

案例一

在該案例中，使用原有的解決方案很容易出現(xiàn)安全方面的問題，如非車主可通過無線中繼器在車主不知情的情況下將車門打開，從而導(dǎo)致車主財物受到不同程度的損害。UWB作為一種厘米級定位精確度的技術(shù)，可根據(jù)需求限定開車門的距離范圍。

UWB之所以能夠解決該痛點的原因在于：1.基于UWB定位技術(shù)的特點是稍微延遲都可能產(chǎn)生巨大的差距而無法開車門，所謂失之毫厘差之千里；2.加強數(shù)據(jù)安全加密的措施。

基于此，未來通過手機開車、開車門、開車庫、通過手機認證讓朋友開鎖都將變得更加安全。

案例二

由于UWB具有無需貼近設(shè)備、安全認證方面的優(yōu)勢，在某種程度上可視為擁有了二維碼以及NFC兩種技術(shù)方案的優(yōu)勢。

03

UWB行業(yè)協(xié)會及IEEE技術(shù)標準深入了解

目前，在全球范圍內(nèi)，最知名的四大標準組織分別為：美國電子工程協(xié)會、歐洲電信標準協(xié)會、UWB聯(lián)盟以及FiRa會社。

關(guān)于美國電子工程協(xié)會：

2000年左右，UWB技術(shù)開始應(yīng)用于民用領(lǐng)域。最初是802.15.3協(xié)議推動，早起由于該協(xié)議中存在兩個不同的技術(shù)方向，最終沒有定稿導(dǎo)致協(xié)議流產(chǎn)。后來，將技術(shù)平移至802.15.4標準中，從而獲得了新生，并實現(xiàn)了較快的發(fā)展。

IEEE 802.15.4定義了低速率無線個域網(wǎng)（LR-WPAN）的協(xié)議，其中UWB相關(guān)的內(nèi)容由IEEE 802.15TG4z工作組維護。

TG4z工作組包含了NXP、蘋果、Decawave、三星等國際知名企業(yè)，負責增強型HRP及LRP物理層及MAC層相關(guān)測距技術(shù)的研究，預(yù)計今年6月份發(fā)布穩(wěn)定版本的標準。且新智能手機和消費類電子應(yīng)用必須與4z協(xié)議兼容。

關(guān)于歐洲電信標準協(xié)會：

歐洲電信標準協(xié)會 TG UWB工作組籌建于2017年，該工作組包含了博世、Decawave、高通、Ubisense等國際知名企業(yè)，研究和開發(fā)針對短測距設(shè)備的ETSI無線電標準，該標準可用于通信、網(wǎng)絡(luò)和傳感器等應(yīng)用中，預(yù)計今年6月份發(fā)布最終技術(shù)規(guī)范。

關(guān)于UWB聯(lián)盟：

該聯(lián)盟成立于2018年12月，是一個全球性的非盈利組織，旨在將UWB技術(shù)建立成為一個開放的行業(yè)標準，其主要訂立傳輸層和網(wǎng)絡(luò)層標準，預(yù)計今年Q4發(fā)布相關(guān)標準。

從上圖可以看出，該聯(lián)盟涵蓋了從芯片、模組、解決方案到應(yīng)用較為完整的產(chǎn)業(yè)鏈企業(yè)，而其中應(yīng)用又以汽車、手機、Tag/穿戴、機器人為主。

關(guān)于FiRa會社：

從以上兩圖看來，該會社主要推動UWB設(shè)備的互操作性以建立良好的UWB生態(tài)系統(tǒng)，該會社以測距為核心，最終將訂立相關(guān)標準。

結(jié)合UWB聯(lián)盟以及FiRa會社的成員來看，前文所提的UWB在手機消費類電子市場的應(yīng)用顯示出了爆發(fā)的趨勢，從兩者的應(yīng)用廠商成分或可見端倪。

04

新標準、新應(yīng)用下的UWB芯片設(shè)計技術(shù)挑戰(zhàn)

關(guān)于HRP與LRP

目前，無論是HRP還是LRP，兩種協(xié)議均已被IEEE 802.15所采納，只是兩種協(xié)議背后有不同的公司驅(qū)動、推進。

在本次沙龍分享過程中，陳博士提出相關(guān)建議：行業(yè)用戶不應(yīng)該通過芯片來選邊站，因為雙模式共存的方式成本代價并不大。但是雙模式共存也存在一定的挑戰(zhàn)，其挑戰(zhàn)在于（以HRP兼容LRP的角度看）：

LRP對功放的設(shè)計有較高的要求，瞬時功率有10dB以上的增加，該差距實際上已屬于一個完全不一樣的設(shè)計門檻；

需要一個很好的集成功放的設(shè)計來實現(xiàn)芯片面積與效率的最優(yōu)化；

基于低功耗設(shè)計需求，功放可隨時進行開關(guān)，在大功率、瞬時功率之間的切換時需保證穩(wěn)定度；

兩種協(xié)議基于不同的調(diào)制方式，需要支持不同的帶寬、脈沖寬度的信號，需要有更精確的時域控制、更窄的時間精度；多種調(diào)制方式在數(shù)字和基帶上也需要靈活的支持，因此需要利用軟件無線電的設(shè)計思路進行設(shè)計。

關(guān)于LB與HB

此前，中國無委會發(fā)布過一個標準，其對UWB LB功耗有很低的功率限制，功率譜密度遠低于FCC的限制，達到-70dBm/MHz，這意味著低頻段在公開的空間中無法使用。針對此，陳博士提出建議，手機等應(yīng)用可都集中在6.5G以上的高頻段。陳博士提到，UWB芯片設(shè)計廠商，除了Decawave之前行業(yè)用戶壟斷產(chǎn)品都是在LB，后面新出的芯片（包括Decawave新出的）都集中在HB。

基于該點也面臨著一些設(shè)計上的挑戰(zhàn)，如：

實現(xiàn)低功耗寬頻段鎖相環(huán)，覆蓋6.5G~10G的范圍；

面積占比如何實現(xiàn)最優(yōu)化；

快速啟動及快速鎖定的實現(xiàn)需要較高的技術(shù)積累。

在芯片設(shè)計過程中，其挑戰(zhàn)并不僅僅只是存在于以上所提到的兩個方面，事實上，如何實現(xiàn)標準測距與增強測距同時支持、各類定位算法、安全測距以及數(shù)據(jù)加密等方面均存在不同的挑戰(zhàn)，如：

更復(fù)雜的收發(fā)機結(jié)構(gòu)實現(xiàn)復(fù)雜多樣的調(diào)制方式；

AES-128硬件加速；

較大規(guī)模的專用數(shù)字電路實現(xiàn)多種編碼方式和底層MAC功能

較高性能的CPU實現(xiàn)更復(fù)雜的MAC功能和上層協(xié)議
自有的抗多徑高靈敏度接收信號時間測量算法，兼容多種測距方案；

如何讓外部器件最少化，以降低成本等。

05

結(jié) 語

隨著去年蘋果在其手機中植入UWB技術(shù)，再次將UWB消費類市場應(yīng)用引爆。

正如前文所提，UWB在消費類電子市場的應(yīng)用爆發(fā)的趨勢顯現(xiàn)，對于國內(nèi)UWB芯片廠商來說，各方面也都發(fā)出了良好的信號，預(yù)示著機遇的存在：

首先，在這次市場爆發(fā)中，中國或?qū)⒊蔀楸l(fā)的主場，且在芯片領(lǐng)域，近年來國產(chǎn)替代一直是主旋律。

其次，從當前UWB發(fā)展進展來看，UWB芯片的研發(fā)和國外大廠存在的差距僅為半代到一代，這在整個芯片發(fā)展歷史上或許算得上是最緊跟國際進展的了，且目前歐美芯片大廠入場的還不多，競爭相對較小。

當然了，在各標準協(xié)議還未定稿的情況下，也要求入場的企業(yè)對技術(shù)協(xié)議有較好的把握，同時還要有敏銳的市場洞察力以滿足相應(yīng)市場需求。