作為近距離無(wú)線通信技術(shù)之一，超帶寬技術(shù)（Ultra Wideband，UWB）于2003年美歐發(fā)布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)就曾引發(fā)一陣狂潮，但因后來(lái)未找到合適的應(yīng)用場(chǎng)景而沉寂。2019年，蘋(píng)果在iPhone11上搭載支持UWB技術(shù)的U1定位芯片再次將其推向前臺(tái)，2020年智能手機(jī)廠商相繼跟隨采用UWB技術(shù)。一時(shí)間，UWB定位技術(shù)成為業(yè)界討論的焦點(diǎn)。1ZDesmc

在迂回中找到用武之地

UWB起源于20世紀(jì)60年代的脈沖通信技術(shù)。2002年以前，UWB被廣泛用于軍事用途，直到2002年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）對(duì)其做了功率限制并允許其進(jìn)入民用市場(chǎng)。1ZDesmc

此后，UWB技術(shù)進(jìn)入了高速發(fā)展期，各種技術(shù)方案圍繞著UWB國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)制定。2007年，IEEE在802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)UWB技術(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，2020年下半年更新了該標(biāo)準(zhǔn)。1ZDesmc

能讓UWB技術(shù)再次備受關(guān)注的“殺手锏”是其安全測(cè)距和精確感測(cè)功能。不同于傳統(tǒng)通信技術(shù)，UWB通過(guò)發(fā)送和接收具有納秒或微秒級(jí)以下的極窄脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)超寬帶頻譜（500MHz以上）的應(yīng)用。1ZDesmc

UWB最大的特點(diǎn)在于，可通過(guò)超大帶寬和低發(fā)射功率實(shí)現(xiàn)低功耗水平上的快速數(shù)據(jù)傳輸。2000年初，以英特爾為代表的國(guó)際巨頭試圖以UWB“高傳輸速率”的特性推動(dòng)其發(fā)展，當(dāng)時(shí)對(duì)標(biāo)的是USB有線連接。不過(guò)實(shí)踐證明，其“高數(shù)據(jù)傳輸”特性很難得到市場(chǎng)認(rèn)可。1ZDesmc

在PC周邊市場(chǎng)，UWB除了被更成熟、更低成本的USB擋住了去路，Wi-Fi技術(shù)改進(jìn)和迭代神速，也大大減低了UWB的競(jìng)爭(zhēng)力。此外，UWB試圖利用低功耗優(yōu)勢(shì)在可穿戴市場(chǎng)大展手腳，然而可穿戴市場(chǎng)早已被同樣以低功耗著稱的藍(lán)牙先入為主了。兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，UWB最終和“定位”結(jié)緣。1ZDesmc

UWB的定位技術(shù)之所以受到重視，在于它能提供更精準(zhǔn)的方向性，且可采用高精度定時(shí)來(lái)進(jìn)行距離測(cè)算。目前，室外定位市場(chǎng)已被GPS、GLONASS、北斗、伽利略等傳統(tǒng)衛(wèi)星定位系統(tǒng)占據(jù)了主導(dǎo)地位，因此UWB避開(kāi)競(jìng)爭(zhēng)將自己的市場(chǎng)聚焦于室內(nèi)，以蘋(píng)果為首的智能手機(jī)廠商搭載UWB技術(shù)讓更多廠商看到了其室內(nèi)應(yīng)用的可能性。1ZDesmc

室內(nèi)定位技術(shù)大PK

精準(zhǔn)定位的特性讓UWB進(jìn)入了主流消費(fèi)電子領(lǐng)域。同藍(lán)牙、Wi-Fi等基于射頻信號(hào)強(qiáng)度來(lái)實(shí)現(xiàn)定位相比，UWB使用的是和汽車?yán)走_(dá)類似的飛行時(shí)間（ToF）原理，即發(fā)送端發(fā)射一個(gè)信號(hào)，接收端在收到信號(hào)之后經(jīng)過(guò)協(xié)議定義的延遲后再發(fā)回給發(fā)送端，這樣發(fā)送端只要比較發(fā)送和接受信號(hào)的時(shí)間差并乘以光速就能獲得發(fā)送端與接收端之間的距離，再根據(jù)多個(gè)發(fā)送端對(duì)于接收端的距離，便可通過(guò)幾何關(guān)系計(jì)算出接收端的位置，從而實(shí)現(xiàn)定位。1ZDesmc

室內(nèi)定位系統(tǒng)依據(jù)其所依托的定位技術(shù)一般可以分為四類，以計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)為基礎(chǔ)的室內(nèi)定位系統(tǒng)、以無(wú)線通訊技術(shù)為基礎(chǔ)的室內(nèi)定位系統(tǒng)、以LED可見(jiàn)光技術(shù)為基礎(chǔ)的室內(nèi)定位系統(tǒng)、以地磁匹配為基礎(chǔ)的室內(nèi)定位技術(shù)。不同室內(nèi)定位技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)（表1）。1ZDesmc

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表1 短距離無(wú)線通訊技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比1ZDesmc

相比其它室內(nèi)定位技術(shù)，UWB具備定位精度高、電磁兼容性強(qiáng)、能效高、傳輸距離遠(yuǎn)、安全性高等諸多優(yōu)勢(shì)，尤其是在定位精度方面，相對(duì)于其他無(wú)線協(xié)議定位的“米”級(jí)別，UWB可實(shí)現(xiàn)分米甚至厘米級(jí)的定位精度。1ZDesmc

UWB芯片和模組廠商盤點(diǎn)

目前全球數(shù)得出名字的UWB廠商屈指可數(shù)，最大的廠家要數(shù)愛(ài)爾蘭的Decawave了。這家公司成立于2007年，2020年2月被美國(guó)Qorvo以4億美金收購(gòu)，因Qorvo 1/3的年?duì)I收來(lái)自于蘋(píng)果公司，這從側(cè)面印證市場(chǎng)看好蘋(píng)果公司推動(dòng)UWB技術(shù)的決心。而國(guó)內(nèi)UWB芯片整體研發(fā)起步較晚，但近年來(lái)已有不少企業(yè)陸續(xù)宣布推出相關(guān)芯片。1ZDesmc

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表2國(guó)內(nèi)外主要UWB芯片和模組廠商1ZDesmc

UWB開(kāi)始爆發(fā)市場(chǎng)潛力，上游哪些芯片和模組廠商將受益呢？事實(shí)上，因UWB這些年一直處在“冷宮”，開(kāi)發(fā)該技術(shù)的廠商很少，上面已經(jīng)提及的Decawave是目前全球少有的能提供成熟UWB定位芯片的供應(yīng)商，市占率高達(dá)95%以上，iPhone 11中的U1芯片就是出自于該公司。1ZDesmc

從全球的競(jìng)爭(zhēng)格局來(lái)看，Decawave占據(jù)了95%以上的市場(chǎng)份額，恩智浦也祭出多年前的技術(shù)積累，快速推出新品，而國(guó)內(nèi)室內(nèi)定位芯片份額幾乎為零。1ZDesmc

有分析指出，目前國(guó)內(nèi)UWB產(chǎn)業(yè)的發(fā)展多為產(chǎn)業(yè)鏈下游的產(chǎn)品及應(yīng)用，上游芯片及模組的產(chǎn)業(yè)相對(duì)薄弱，國(guó)內(nèi)UWB定位芯片研發(fā)起步較晚，暫時(shí)還沒(méi)有大規(guī)模生產(chǎn)UWB定位芯片的廠商。不過(guò)，國(guó)內(nèi)布局UWB的進(jìn)程正在加快。2019年3月，位于成都的精位科技發(fā)布了號(hào)稱國(guó)產(chǎn)首款自主可控的UWB定位芯片，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)空白，并在多項(xiàng)指標(biāo)上達(dá)到國(guó)外同等級(jí)別。1ZDesmc

據(jù)《國(guó)際電子商情》了解，精位科技已經(jīng)發(fā)布了第二代單模SOC芯片JW600和第三代多模SOC芯片JW800。預(yù)計(jì)到2021年5月，精位科技將發(fā)布第四代室內(nèi)外融合定位芯片JW900。除了精位以外，以清研迅科、聯(lián)睿電子、紐瑞芯為代表的本土企業(yè)也已進(jìn)入U(xiǎn)WB研發(fā)量產(chǎn)階段，比如聯(lián)睿電子就聯(lián)合華為開(kāi)展了“UWB手機(jī)無(wú)線防盜器項(xiàng)目”，使用測(cè)距來(lái)判斷手機(jī)位置。1ZDesmc

從本土UWB供應(yīng)鏈來(lái)看，其生態(tài)系統(tǒng)也正在形成。其中，沃旭通訊是UWB的2B定位方案商，環(huán)旭電子和長(zhǎng)電科技是模組供應(yīng)商，而鵬鼎控股、東山精密提供FPC，領(lǐng)益智造和通達(dá)集團(tuán)是標(biāo)簽供應(yīng)鏈的重要環(huán)節(jié)，而應(yīng)用端的2C整機(jī)廠包括蘋(píng)果、三星、小米、索尼以及大眾汽車等，其生態(tài)將會(huì)隨著這些廠商的成熟而成熟。1ZDesmc

值得一提的是，國(guó)內(nèi)小米、OPPO、華為等手機(jī)廠商都是UWB技術(shù)的潛在支持者，這些廠商可相對(duì)容易地根據(jù)應(yīng)用路線圖去設(shè)計(jì)UWB芯片，以實(shí)現(xiàn)差異化競(jìng)爭(zhēng)，同時(shí)又提升了整體應(yīng)用方案的獨(dú)特性?？梢灶A(yù)見(jiàn)，未來(lái)小米、OPPO、華為等系統(tǒng)廠商有機(jī)會(huì)成為UWB應(yīng)用及芯片的領(lǐng)導(dǎo)者。1ZDesmc

應(yīng)用場(chǎng)景及生態(tài)拓展

可以說(shuō)，是雷達(dá)的高指向性應(yīng)用啟發(fā)了UWB技術(shù)，雷達(dá)通過(guò)天線陣列實(shí)現(xiàn)高指向性掃描，UWB室內(nèi)定位設(shè)計(jì)原理如出一轍，蘋(píng)果、小米的“一指連”今均使用了天線陣列，利用高指向性UWB信號(hào)收發(fā)完成指令。1ZDesmc

“只要將手機(jī)指向智能設(shè)備，控制卡片就能自動(dòng)彈出，直接實(shí)現(xiàn)操控，比如將手機(jī)指向電扇，手機(jī)就會(huì)彈出快捷控制卡片，一鍵開(kāi)啟電扇，將手機(jī)指向電視，手機(jī)就變成電視遙控器，還能一鍵投屏。”小米曾學(xué)忠曾感嘆UWB這種創(chuàng)新性的指向交互方式，前所未有。1ZDesmc

蘋(píng)果也曾表示，U1芯片將顯著提升蘋(píng)果iPhone手機(jī)的空間感知能力。通過(guò)Airdrop（隔空投送）應(yīng)用，蘋(píng)果還具備基于UWB技術(shù)的快速文件分享。不只是手機(jī)，蘋(píng)果的Apple Watch Series 6也將搭載U1芯片和超寬帶天線，以實(shí)現(xiàn)空間感知能力。1ZDesmc

UWB在手機(jī)上的應(yīng)用撕開(kāi)了進(jìn)入C端的口子，并有望成為手機(jī)的標(biāo)配。根據(jù)ABI Research預(yù)測(cè)，支持UWB的智能手機(jī)出貨量將從2019年的4200萬(wàn)多部（占智能手機(jī)的 3%）增加到2025年的近5.14億部（占比32.5%），以用于解鎖、無(wú)線支付等應(yīng)用。1ZDesmc

汽車門禁應(yīng)用也將推動(dòng)智能手機(jī)采用UWB技術(shù)。11月初，恩智浦發(fā)布了新的汽車UWB IC NCJ29D5。恩智浦通過(guò)該芯片組，已經(jīng)和德國(guó)大眾汽車聯(lián)手開(kāi)發(fā)UWB車鑰匙應(yīng)用，還擴(kuò)展了恩智浦移動(dòng)錢包解決方案，為新的無(wú)感訪問(wèn)應(yīng)用提供空間感知功能。1ZDesmc

目前，主要汽車廠商都在研究基于UWB的無(wú)線汽車鑰匙。2020年6月，寶馬宣布將在下一代數(shù)字鑰匙中加入U(xiǎn)WB技術(shù)，預(yù)計(jì)2021年量產(chǎn)。同年8月，大陸汽車電子發(fā)布了基于UWB技術(shù)的智能手機(jī)進(jìn)入系統(tǒng)CoSmA。同一時(shí)間，中海達(dá)也表示已將UWB應(yīng)用于體育訓(xùn)練、室內(nèi)防盜、物流倉(cāng)儲(chǔ)、軌道交通、監(jiān)獄管理、智能零售等多個(gè)領(lǐng)域。1ZDesmc

在定位和指向應(yīng)用中，智能家電將會(huì)成為UWB重要的使用場(chǎng)景。iPhone 11中的U1 UWB芯片根據(jù)指向來(lái)優(yōu)先傳輸AirDrop只是嘗試性地應(yīng)用，未來(lái)隨著家庭智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備越來(lái)越多，手機(jī)有可能借助UWB的指向性功能成為遙控中心，同時(shí)，智能設(shè)備間采用UWB定位也能創(chuàng)造很多應(yīng)用場(chǎng)景，例如掃地機(jī)、AGV無(wú)人車的定位導(dǎo)航等。1ZDesmc

短距離無(wú)線通信技術(shù)種類繁多，任何一種都必須建立完善的生態(tài)才能推動(dòng)其未來(lái)的發(fā)展。目前FiRa和UWB兩大聯(lián)盟正致力于拓展UWB生態(tài)系統(tǒng)。UWB成立聯(lián)盟的目的在于保護(hù)和加強(qiáng)UWB在監(jiān)管方面的權(quán)利（FCC/ETSI），努力實(shí)現(xiàn)開(kāi)放標(biāo)準(zhǔn)，蘋(píng)果和三星是UWB聯(lián)盟的積極參與者。在標(biāo)準(zhǔn)方面，2020年IEEE已對(duì)UWB的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（802.15.4z）做了更新，為其進(jìn)一步進(jìn)入主流應(yīng)用鋪路。1ZDesmc

未來(lái)UWB的發(fā)展前景十分樂(lè)觀。根據(jù)UWB Alliance的預(yù)測(cè)，到2025年UWB芯片的總體收入將達(dá)到2020年的10倍。另根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)Markets & Markets的數(shù)據(jù)，全球室內(nèi)定位市場(chǎng)規(guī)模將從2017年的71.1億美元擴(kuò)大到2022年的409.9億美元。1ZDesmc

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圖1室內(nèi)定位在全球的分布概況 制表：國(guó)際電子商情 數(shù)據(jù)來(lái)源：綜合自UWB聯(lián)盟及互聯(lián)網(wǎng)1ZDesmc

中國(guó)市場(chǎng)的前景尤為突出。由上圖可見(jiàn)，UWB市場(chǎng)主要集中在北美（32%）、歐洲（28%）和亞太地區(qū)（18%），而中國(guó)將得益于近幾年制造行業(yè)、消費(fèi)行業(yè)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，有望成為UWB最大的市場(chǎng)之一。據(jù)物聯(lián)傳媒預(yù)計(jì)，2022年中國(guó)UWB定位企業(yè)級(jí)應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模為121億元，再加上iPhone12和小米10的助推，UWB在精準(zhǔn)定位市場(chǎng)將迎來(lái)新的應(yīng)用場(chǎng)景。另?yè)?jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，未來(lái)UWB技術(shù)將在室內(nèi)定位市場(chǎng)中占據(jù)30%—40%的市場(chǎng)份額。同時(shí)，預(yù)測(cè)2021年UWB芯片需求量3.26億顆，2025年UWB芯片需求8億顆。1ZDesmc

Markets & Markets也預(yù)計(jì)2018-2022年期間，UWB技術(shù)將廣泛滲透進(jìn)入智能制造、智能建設(shè)、養(yǎng)老醫(yī)療、公共安全、物流運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)的室內(nèi)定位系統(tǒng)應(yīng)用。不過(guò)也有專業(yè)人士強(qiáng)調(diào)，UWB前景可期，但仍然需要克服諸如天線的復(fù)雜集成、高昂的組件與基礎(chǔ)設(shè)施成本等諸多挑戰(zhàn)。攻克了這些難關(guān)，UWB才有可能在智能手機(jī)應(yīng)用中做到像藍(lán)牙一樣無(wú)處不在！1ZDesmc