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UWB(超宽带)技术在消费市场的应用和前景

2021-08-02 赵明灿 阅读:
在第九届EEVIA年度中国电子ICT媒体论坛暨2021产业和技术展望研讨会上, Qorvo中国区移动事业部销售总监江雄带来演讲主题:《UWB(超宽带)技术在消费市场的应用和前景》。

日前,在第九届EEVIA年度中国电子ICT媒体论坛暨2021产业和技术展望研讨会上, Qorvo中国区移动事业部销售总监江雄带来演讲主题:《UWB(超宽带)技术在消费市场的应用和前景》UAuednc

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他表示,今年4月份,苹果发布了AirTag,大家对AirTag的理解就是用UWB技术来帮助找物。但除此之外,UWB还可以应用于很多场景。拿苹果手机来说,可以控制音响,也可以控制灯,可以做很多场景的应用。UAuednc

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“比如这是一个屋子,屋子里面有小孩,还有宠物,规定他不要离开哪个区域,如果超出就会提示。其实我有美国的朋友,他们就是把苹果的AirTag挂在小狗身上,跑到某个区域就能看到有多远,可以去找。还有老人监测,老人如果摔倒以后就不动了,不动就一个姿势保持长期不动。一看到这是有异常的情况,就发现这有问题,也可以做报警。当然还有电视自动控制,每个人靠近电视的时候会自动识别,比如小孩放动画片,是成年男子就放体育台,如果是妈妈可能放的是综艺节目,也可以做一些小小的场景应用。”江雄介绍说。UAuednc

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除了这些以外,当然还可以寻找失物。“之前用蓝牙做的方案,丢了一个东西能告诉你大概在卧房。而用UWB技术可以做到丢了一个东西,告诉你在厨房的第二个柜台上面。这是两种技术的差别。”江雄指出。UAuednc

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下图是一个自动入屋演示。“比如戴着AirTag进入自己家,三米左右就识别到是你,就帮你开了门,同时还可以根据你的ID信息个性化配置智能家居的设置。”江雄说。UAuednc

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下图这个场景中,人在屋里走动的过程中,走到卧室,卧室灯就亮了;走到客厅,客厅灯亮了,卧室灯关了;或者喜欢听音乐,走进卧室的时候,卧室音乐就响了;离开卧室,卧室音乐关掉,客厅音乐响了。而且可以通过软件做到无感化,即离开卧室,卧室的音乐慢慢地变小;进入客厅范围,客厅音乐响起来。听上去感觉是无缝连接,这也是一种应用。UAuednc

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那么到底什么是UWB?UAuednc

UWB是一种专为精准定位和安全通信而设计的技术。最早的位置寻找系统是GPS。大概在2000年初,民用GPS落地,然后给大家带来了非常多的方便。现在人们去开车旅游,都会使用GPS,如果没有GPS就跑不了那么远。GPS比较适合在室外导航,那么在室内导航又该怎么办?“我的车放在什么地方老忘,GPS找不到,去某个商场,不知道在商场哪个位置,然后想到有没有一些室内定位技术。这就是UWB产生的背景。”江雄指出。UAuednc

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UWB技术最主要有五大优点:UAuednc

首先是精准度极高,因为它是到厘米级的精准度,现在市面定位技术里面没有比这个更高的。UAuednc

第二是可靠性。可靠度特别高,因为对于不同的物体直接传输识别,抗多径干扰,它的能力是最强的。UAuednc

第三是实时。延时特别短,是毫秒级,比GPS的响应时间快50倍,这是一个非常好的性能,到后来会有很好的应用。UAuednc

第四是实现方式比较容易,功耗比较低,各种手持产品都可以非常方便地应用。UAuednc

最后是安全性,现在UWB都符合IEEE 802.15.4z标准。UAuednc

下图是不同定位技术的比较。这些技术都可以做定位,可以看到,首先从应用场景来看,UWB室内室外都可以用,GPS只能室外。精准度来讲,UWB可以到厘米级,这是最小的。GPS是5到20米,WiFi是5到15米。还有覆盖范围,UWB为25到250米,蓝牙100到15米,WiFi是50到150米。数据传输力,这个指标平常很少宣传,UWB超宽带的数据传输可以做27Mbps。UWB安全性极高,远超其它技术。延时是毫秒级,蓝牙差不多三秒。还有寻物,大概10秒可寻1000个物件。这些都是UWB跟其它定位技术相比的优势所在。UAuednc

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下图是不同定位技术的精度对比。传统的定位方式主要依靠信号强度来测量,例如Wifi和蓝牙,这两种方式一般能做到5米的精度,准确率能有70%。有些技术能通过窄带ToF的方式定位,在保证70%准确率的情况下也只能做到2米精度。UWB技术是100%物件的识别精度都小于0.1米,这是非常强的。所以,对于寻找定位的技术来讲,UWB肯定是最强的。UAuednc

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UWB是怎么工作的呢?工作的方式其实也比较直接。下面是一个算法,大概意思是,当一个射频信号源把信号发出去以后,接收源会第一时间收到直线距离到达的信号,通过接收的时间戳就可以计算信号的飞行距离。虽然在屋内有很多的反射,反射以后有互相的干扰,而且反射以后信号有时候还会增强,但是对UWB来讲,所有的反射对它来说都可以忽略不计,直接可以接收分辨出最先到达的信号。它有一种计算方式,算出哪个是距它最短距离的,那个就是信号源。不止这些,还可以通过到达相位差计算出角度差,最后通过距离和角度来定位出接收端的目标在什么相对位置。UAuednc

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现在Qorvo处于UWB比较领先的位置。“我们做得早,从2013年就开始了,现在工业上已经有非常多的应用了。目前大概有40个不同的垂直市场在使用UWB技术,矿山、公安系统、仓储、物流、工厂里边很多在用。工业里面有很多。标准来讲,已经有很多种标准了,包括IEEE 802.15.4a/z,以及欧洲汽车联盟CCC的标准,以及UWB生态联盟Fira的标准等等。我们提供的Chip也是非常好的性能、低功耗。目前市场上已经卖得很多了,下一代还在做产品集成度更高的产品。我们还提供了比较全面的技术支持,也会提供很多软件的支持给客户。还有Ecosystem,现在非常完善。我们可以提供最好的方案给客户。”江雄指出。UAuednc

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下图说明了Qorvo UWB的工作方式。在图表右侧,绿色部分是Qorvo提供的软件服务。在左侧图表,还可以结合该公司射频产品做出性能更好的SiP,还有一些很好的天线设计。“我们可以有一整套的技术,我们国内的业务也很高,现在对整个支持都比较好。”江雄表示。UAuednc

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当然,UWB还有一些其它可能的应用。就像小米、oppo在做的“一键连”、“一指连”,拿一个手机就可以很容易去操控屋内的一些家用电器。UAuednc

再比如博物馆导览。博物馆里的室内导航,到不同展品处拿对讲机按一下,就可以听语音讲解。UWB可以做类似功能,走到哪里都有一个标签会自动定位播放,而且非常精准不错位。这也是非常好的应用。UAuednc

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还有增强型支付。现在有NFC的,比较好用。但其实不一定要贴上去,而是到一定位置就可以帮忙付款,就像是有一定距离的NFC。UAuednc

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还有等出租车。一边都是出租车,另一边都是人排队,不知道哪辆车是谁召的。用UWB就可以自动识别,这是某某某的出租车,这样就比较容易找到。UAuednc

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还有一种地铁里的场景。相当于现在坐地铁,有些人是用NFC,或者用微信小程序打开乘车码来扫码,而UWB可以实现稍微有一定距离的识别,或者不用伸出去,直接走过去的过程中它就帮忙识别好了。UAuednc

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当然,UWB除了位置的服务,还有数据的服务,这是一个新的应用方向。利用27Mbps传输速率,还有延时比较短的特性,可以做数据的传输。数据传输有一些新的应用,比如VR应用,还有手机对手机、手机对耳机,还有AR等,未来也有新的应用出来。UAuednc

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那么,什么时候UWB才会真正爆发呢?“我个人觉得,现在就是一个很好的爆发时间点了。我们已经有很多客户非常关注,在使用这样的产品。刚才我也提到了OPPO、小米等手机厂商在使用,或者在关注,美的等家用电器的公司也都在关注UWB的技术。手机的应用将带动市场的发展。”江雄表示,“联盟里有非常多的供应商,也有比较重量级的用户,生态已非常完善。”UAuednc

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下图是大会现场OPPO做的一键连手机壳和Tag的demo展示。UAuednc

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现场展示OPPO Find X3 Pro手机壳加Tag套装,加载了Qorvo的UWB,从而可通过标签精准定位UAuednc

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赵明灿
赵明灿是EDN China的产业分析师/技术编辑。他在电子行业拥有10多年的从业经验。在加入ASPENCORE之前,他曾在电源和智能电表等领域担任过4年的工程师。
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