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UWB技術(shù)研討會

【DAYS：2021.06.24】

6月22日，Qorvo與利爾達(dá)公司共同舉辦的主題為超寬帶UWB技術(shù)使用案例及其優(yōu)勢的在線研討會。吸引了近500位來自全球的從業(yè)者，提出了近300個專業(yè)問題，UWB技術(shù)熱度可見一斑。

近年來，UWB推動了一系列使用高度精確位置和距離感應(yīng)的新場景快速發(fā)展，提供了諸多的新體驗和新功能，乃至以前不可能實現(xiàn)的應(yīng)用場景。業(yè)內(nèi)認(rèn)為UWB成為主流無線技術(shù)指日可待。本次演講主要展示了各種UWB應(yīng)用的可能性，包括UWB的技術(shù)原理和特點，它能在在哪些場景被使用，以及未來的應(yīng)用方向，并重點分析了其差異化優(yōu)勢。

開啟精準(zhǔn)定位新紀(jì)元

首先一起來了解定位技術(shù)的歷史，它如何改變?nèi)藗兊纳睿看呱耸裁葱碌姆?wù)和業(yè)務(wù)？

這一切都始于90年代末2000年初。當(dāng)GPS開始被普通民眾用于導(dǎo)航目的，比如尋找自動取款機，找到最近的加油站等，改變了我們作為普通個體的生活，更加方便。但對企業(yè)而言，不僅僅是方便，而是提高了效率，甚至是建立可持續(xù)的商業(yè)模式的問題。如果沒有GPS技術(shù)，亞馬遜這樣的公司要高效的導(dǎo)航送貨會多么的困難。

10年后，室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)開始應(yīng)用，商場、機場和其他大型建筑有了新的基于室內(nèi)位置的服務(wù)。然而直到今天，第一代室內(nèi)定位服務(wù)并沒有完全滿足個人和企業(yè)的期望，因為它們不夠超精準(zhǔn)，有時候還有點慢。事實上，我們想要的是能夠?qū)崟r定位和找到幾乎所有的東西，無論大小，但是目前系統(tǒng)不能提供足夠的精度、可靠性和實時性，因為他們所使用的底層技術(shù)不是為精確定位而設(shè)計的。

準(zhǔn)確的位置可以帶來新的安全級別，因為他們特定的物理位置信息不能偽造，可以用作新的安全憑證，但目前的技術(shù)無法實現(xiàn)這些期望，我們需要高精度！如果想建立分析和自動化系統(tǒng)，可靠性就相當(dāng)重要，因為我們不再滿足于鏈接和定位一小部分設(shè)備，而是成千上萬的設(shè)備，所以需要系統(tǒng)的可擴展性。因為大多數(shù)連接的設(shè)備對成本和耗電量都很敏感，所以也需要做到低功耗和低成本，如果你打算建立自動化系統(tǒng)，一個物體或者人在5秒前的位置是不夠的，所以對實時性也是有要求。

傳統(tǒng)的定位技術(shù)例如WiFi、藍(lán)牙、zigbee都非常好，但它們都不是為實時定位服務(wù)而設(shè)計的。工程師們做了大量的工作，來建立基于他們的定位系統(tǒng)，但是準(zhǔn)確度以米為單位，可靠性大概只有70%。成千上萬的設(shè)備無法同時報告它們的位置，這些缺點都不能滿足我們對定位的所有要求。

那么超寬帶的基本特點是什么呢？

厘米級的準(zhǔn)確度帶來超高精度的定位，高度抗多徑干擾的能力帶來超高的可靠性，比GPS快50倍的低延遲帶來實時性低功耗，低成本地處理性帶來可接受成本的全覆蓋，符合802.15.4Z協(xié)議帶來更高的安全性。

UWB比其他的定位技術(shù)例如WiFi和藍(lán)牙的性能更好，因為它的信號傳輸帶寬很寬，達(dá)到500M赫茲，并且使用了飛行時間技術(shù)，而不是窄帶和信號強度，本質(zhì)上這允許UWB在實現(xiàn)厘米級精度的同時，體現(xiàn)了多抗多徑和抗干擾的能力，可以達(dá)到1厘米級的精度。

UWB信號可以配置不同的算法，適應(yīng)各種應(yīng)用場景。

■點對點的應(yīng)用非常適合Airtag的應(yīng)用

■mesh網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式適合于相對位置的導(dǎo)航；

■基于多個基站的方式是高精度定位和導(dǎo)航的理想選擇；

■在一些簡化的場景中可以使用到達(dá)角的算法，可以得到兩個物體之間的相對距離和角度。

盡管UWB非常強大，但它仍然對障礙物非常敏感，因此我們將視頻與圖文一傳感器相結(jié)合實現(xiàn)更高的精度，為客戶提供與現(xiàn)實場景相關(guān)的解決方案。

UWB經(jīng)常遇到的一個問題——在應(yīng)用中需要部署的錨點的數(shù)量是范圍是多少？答案是視情況而定。這取決于UWB的工作頻率，在3.5G到8G赫茲之間，頻率越高距離越短。這也取決于傳輸速率，傳輸速率越高距離越短。

最后一點，硬件的天線設(shè)計也對距離有一定的影響。但是即使在硬件設(shè)計糟糕的情況下，很多時候仍能得到25米的測量距離，而且精度是恒定的，這意味著只需使用4個錨點仍可覆蓋625平米，并且具有恒定的定位精度，所有這些數(shù)字都假設(shè)沒有外部的PA或者LNA。

UWB在什么領(lǐng)域發(fā)揮作用

UWB目前在超過40個垂直的細(xì)分市場里用到了USB定位，范圍囊括工業(yè)應(yīng)用、汽車、消費電子等。

以人員管理為例，由于新冠疫情，有必要在全世界范圍內(nèi)準(zhǔn)確追蹤和實施社交距離控制以確保個人在工作場所的安全。員工會配備標(biāo)簽，當(dāng)員工之間的距離過近時會發(fā)出警報，中央服務(wù)器將記錄所有標(biāo)簽的位置。如果有人生病了，公司將通知所有密切接觸者，以便他們能夠立刻接受檢測和隔離，UWB是用于此類應(yīng)用的完美技術(shù)，高精度讓它可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐陌踩珮?biāo)準(zhǔn)設(shè)置出不同的安全距離，比如法國1米，德國1.5米，英國2米，同時保證數(shù)據(jù)的可靠性和避免錯誤檢測。UWB的標(biāo)簽很小，可以讓員工佩戴著工卡，而且是電池供電的，在過去的幾個月里從工廠到NBA夏令營，這些解決方案已經(jīng)成功的部署到世界各地。

在智慧工廠，超寬帶技術(shù)可以在工作場所提高運營的效率，同時實現(xiàn)完全的可視化，員工、資產(chǎn)、工具和地面設(shè)備都有UWB標(biāo)簽，這些標(biāo)簽將有助于識別和消除工作里面的瓶頸，幫助工作流程變得更加高效。工具叉車上的UWB標(biāo)簽將幫助管理人員跟蹤其利用率，提供有價值的利用率分析和優(yōu)化，這類系統(tǒng)已經(jīng)在全球許多大型工廠部署，并且回收期非常短，不到18個月。

UWB為企業(yè)帶來的另外一個價值是安全管理，改善現(xiàn)場工人的安全，使企業(yè)能夠有效的保護工人，通過降低安全管理成本，幫助企業(yè)獲得競爭優(yōu)勢。UWB標(biāo)簽將有助于建立虛擬的安全區(qū)設(shè)置，只有授權(quán)員工才能進入的訪問控制，減輕叉車與人和其他設(shè)備之間的碰撞。如果員工處在非安全區(qū)，一旦出現(xiàn)緊急情況，所有員工必須撤離工廠。員工身上的標(biāo)簽將有助于通知樓層經(jīng)理團隊員工是否已經(jīng)離開大樓，如果有一些員工仍在大樓內(nèi)，能及時顯示他們的確切位置，而不用盲目尋找。

UWB的最后一個價值是安全通信。當(dāng)你接近車的時候會自動開鎖，這種無鑰匙進入系統(tǒng)已廣泛部署在汽車領(lǐng)域，目前的遙控車鑰匙有一個安全弱點，叫做終極攻擊沖擊。它的概念和實現(xiàn)相當(dāng)簡單即當(dāng)你離開汽車時，一個攻擊者會跟著你，攻擊者將攜帶一個設(shè)備，設(shè)備從你的遙控鑰匙獲取信號，因為鑰匙會數(shù)據(jù)傳輸，該裝置將放大信號使汽車能夠接觸到，并認(rèn)為鑰匙在附近從而觸發(fā)汽車開啟。如果采用UWB技術(shù)，汽車和鑰匙將使用飛行時間測量它們的相對距離，并創(chuàng)建一個安全的通信范圍，在設(shè)定范圍內(nèi)只允許汽車接觸。距離是時間乘以光速，這兩個屬性是無法修改的，這使得UWB的解決方案比傳統(tǒng)技術(shù)更加安全。這是由于UWB的這個優(yōu)點，已經(jīng)被汽車和手機制造商選擇用于下一代的無鑰匙進入系統(tǒng)。

改變才剛剛開始

UWB已經(jīng)在許多不同的市場中得到了應(yīng)用，但這只是一個開始，超寬帶即將成為我們?nèi)粘Ｉ钪邢乱粋€無處不在的射頻技術(shù)，事實上所有適合大規(guī)模采用UWB技術(shù)的部分都已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。

目前各大手機制造商正在將超寬帶技術(shù)嵌入到手機中，因為手機是人們生活中的主要門戶。但這還不夠產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)和發(fā)展大型的生態(tài)系統(tǒng)，我們需要互操作性和規(guī)則來保證所有的USB設(shè)備可以相互通信。這正是UWB聯(lián)盟，歐洲汽車聯(lián)盟和FIRA聯(lián)盟設(shè)立的目的，確保你的汽車和手機，你的手機和門鎖，你的手機和定位基站等之間實現(xiàn)互聯(lián)。目前FIRA聯(lián)盟正致力于確保多種用例的互操作性，不僅僅是工業(yè)產(chǎn)品，而且是所有的消費品互聯(lián)。

在你的智能手機中使用超寬帶技術(shù)將會帶來很多新的可能性，比如可以無鑰匙訪問汽車，購買將更加安全，很容易找到放錯地方的東西。借助先進的導(dǎo)航功能，店內(nèi)的購物更加高效，我們能夠在擁擠區(qū)域快速找到家人和朋友，還有機會實現(xiàn)真正的智慧家居。

就像沒有人能預(yù)料到GPS、 WiFi和藍(lán)牙所帶來的新應(yīng)用的廣度一樣。超寬帶技術(shù)帶來的多方面價值，除了室內(nèi)定位導(dǎo)航、情景決策、安全通信支付，還可以配合位置信息實現(xiàn)低延遲的數(shù)據(jù)傳輸和雷達(dá)，就讓我們拭目以待，UWB會如何改變我們的生活。