UWB技術(shù)：未來無線通信技術(shù)的趨勢

UWB技術(shù)最早應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，主要應(yīng)用于雷達(dá)技術(shù)逐漸轉(zhuǎn)向民用領(lǐng)域。2002年，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)批準(zhǔn)UWB技術(shù)在民用領(lǐng)域的使用，標(biāo)志著智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(biāo)準(zhǔn)協(xié)會( ETSI )等組織開始制定相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)，為UWB技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。

而近年來，隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備的快速發(fā)展，UWB技術(shù)開始應(yīng)用于民用的新興領(lǐng)域。如室內(nèi)定位系統(tǒng)、汽車領(lǐng)域、消費(fèi)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)射無線信號的技術(shù)，具有高速率、低功耗、高精度定位等優(yōu)勢。與傳統(tǒng)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實(shí)現(xiàn)更高的數(shù)據(jù)傳輸率。

1   UWB的市場競爭優(yōu)勢與掣肘

UWB目前最主要的應(yīng)用就是定位，是什么讓UWB技術(shù)從傳統(tǒng)諸如:藍(lán)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(tǒng)定位技術(shù)，UWB技術(shù)的定位精度更高，可以實(shí)現(xiàn)厘米級精度的定位，遠(yuǎn)高于藍(lán)牙、WiFi等技術(shù)的定位精度，并可在室內(nèi)、地下精準(zhǔn)定位。比如蔚來手機(jī)就可以對每位車內(nèi)乘員進(jìn)行精確定位。恩UWB技術(shù)實(shí)現(xiàn)毫米級精準(zhǔn)定位其他物品的能力。UWB技術(shù)的抗干擾性相較于傳統(tǒng)定位系統(tǒng)更高。

UWB技術(shù)的抗干擾性相較于傳統(tǒng)定位系統(tǒng)更高。UWB采用跳時擴(kuò)頻信號，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時將微弱的無線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(shè)備產(chǎn)生的噪聲。接收時將信號能量還原出來，在解擴(kuò)過程中產(chǎn)生擴(kuò)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間戳，只有與接收端的滾碼相匹配后，才能得到對應(yīng)的時間戳，進(jìn)而解鎖車輛，極大地提升了防中繼攻擊能力;另外UWB能在30米范圍內(nèi)精確定位鑰匙位置，如果ToF飛行時間過長，系統(tǒng)會判定車鑰匙在不在有效范圍內(nèi)，讓攻擊者無法對系統(tǒng)進(jìn)行欺騙。

盡管UWB定位技術(shù)能提供精準(zhǔn)的位置信息，但它的信號頻率較高且功率較低，導(dǎo)致其覆蓋區(qū)域有限，更適合于對定位準(zhǔn)確性有嚴(yán)格要求的場景。同時，與其他定位技術(shù)相比，UWB設(shè)備的成本也相對較高。據(jù)相關(guān)機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)，目前市場UWB定位系統(tǒng)的價格大約是藍(lán)牙設(shè)備的兩倍。

2 UWB技術(shù)市場現(xiàn)狀以及未來預(yù)測

UWB技術(shù)在全球市場上近年來取得了顯著進(jìn)步，尤其是在智能手機(jī)和個人電子設(shè)備廣泛使用的背景下。2022年，UWB市場的收益已經(jīng)達(dá)到了10億美元的規(guī)模。方面的卓越性能，使其成為消費(fèi)電子行業(yè)的重要競爭者。現(xiàn)如今的UWB市場正處于快速發(fā)展階段，市場規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，應(yīng)用場景不斷拓展。根據(jù)市場調(diào)研報告，2022年UWB市場規(guī)模已達(dá)到10億美元，預(yù)計(jì)到2028年將增長至34.5億美元，復(fù)合年增長率為17.37%。

而隨著智能手機(jī)和其他電子設(shè)備的用戶對低延遲無線連接的需求不斷.上升，尤其是在觀看在線視頻和玩游戲等高帶寬應(yīng)用方面，UWB技術(shù)能夠有效滿足這些需求，并預(yù)計(jì)將在未來幾年促進(jìn)市場的進(jìn)一步增長。數(shù)據(jù)顯示，全球智能手機(jī)的訂閱量在2018年約為50億，預(yù)計(jì)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(yīng)商、中游方案商和下游終端應(yīng)用三個環(huán)節(jié)。

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(yīng)商。目前，UWB.上游的海外玩家包括: Qorvo、DecaWave、 恩智浦等。而國內(nèi)UWB定位芯片市場的主要玩家包括浩云科技、精位科技、紐瑞芯等等。隨著UWB技術(shù)的進(jìn)步，關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)核心元器件的標(biāo)準(zhǔn)化，以簡化應(yīng)用方案的關(guān)鍵在于實(shí)現(xiàn)核心元器件的標(biāo)準(zhǔn)化，以簡化應(yīng)用方案的開發(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“低價走量”的策略；

產(chǎn)業(yè)鏈的中游環(huán)節(jié)是核心力量，涉及UWB模塊制造商、基站與標(biāo)簽硬件供應(yīng)商、綜合技術(shù)供應(yīng)商以及具備開發(fā)能力的系統(tǒng)集成商。這一環(huán)節(jié)的任務(wù)是將UWB技術(shù)從芯片轉(zhuǎn)化為完整的產(chǎn)品和方案，并滿足客戶的具體需求，深入理解不同應(yīng)用領(lǐng)域的特定需求。國內(nèi)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(xiàn)今的情況來看，中游環(huán)節(jié)的企業(yè)可以分為四類：傳統(tǒng)定位技術(shù)企業(yè)、高校與科研機(jī)構(gòu)衍生企業(yè)、看好UWB前景的創(chuàng)業(yè)者以及主營業(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)方案的最終用戶組成，包括政府機(jī)構(gòu)、國企和私企等。在下游，UWB技術(shù)主要應(yīng)用于消費(fèi)級市場的定位服務(wù)，例如：各種防丟失定位設(shè)備、汽車數(shù)字鑰匙等等。在企業(yè)級市場，UWB技術(shù)則主要用于人員物品定位，支持實(shí)時監(jiān)控、身份識別、險情監(jiān)控、過程透明化和資產(chǎn)管理等。UWB技術(shù)的應(yīng)用范圍廣泛,覆蓋了倉儲物流、制造業(yè)、發(fā)電廠、化工廠、隧道礦井、司法監(jiān)獄、醫(yī)院、養(yǎng)老院、貴重資產(chǎn)管理、電子圍欄等多個領(lǐng)域。

圖1 UWB市場的產(chǎn)業(yè)鏈

對于未來的市場前景，相關(guān)機(jī)構(gòu)普遍的預(yù)測都是積極的。預(yù)計(jì)從2023年的15.5億美元起，UWB市場的規(guī)模將擴(kuò)大至2028年的34.5億美元，預(yù)測期內(nèi)的年復(fù)合增長率將達(dá)到17.37%。推動這一持續(xù)增長的主要因素包括全球IT行業(yè)的快速發(fā)展和無線傳感器網(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1萬億美元，預(yù)計(jì)未來幾年這一數(shù)字將繼續(xù)上升。

圖2 UWB市場未來趨勢

3   汽車電子：UWB未來重要的增長市場

汽車數(shù)字鑰匙作為智能手機(jī)與汽車智能融合的重要接入手段，其地位無可替代。無論是藍(lán)牙、NFC還是UWB技術(shù)，都在這一-領(lǐng)域發(fā)揮著重要作用。

目前的汽車數(shù)字鑰匙還是以藍(lán)牙連接為主，根據(jù)高工智能汽車研究院監(jiān)測數(shù)據(jù)顯示，2023 年中國市場(不含進(jìn)出口)乘用車前裝標(biāo)配數(shù)字鑰匙交付704.30萬輛，同比增長52.48%，搭載率升至33.35%，其中，藍(lán)牙方案占比超過90%。相比而言，UWB方案在去年的前裝標(biāo)配交付僅為30.77萬輛,蔚來、比亞迪、吉利(含極氟)、問界、小鵬是僅有為數(shù)不多已經(jīng)上車的品牌。其市場占比僅為2.1%，由于UWB技術(shù)普遍成本高于傳統(tǒng)技術(shù)，因此-般只有高端車型才配置。但隨著技術(shù)的提升、相關(guān)法規(guī)的完善以及成本的下降，UWB數(shù)字鑰匙的滲透率預(yù)計(jì)是穩(wěn)步上漲的，預(yù)計(jì)在2027年超過50%，

圖3 未來車用UWB市場將快速上升

除了汽車數(shù)字鑰匙之外，利用車輛現(xiàn)有的超寬帶(UWB)硬件，在未來還可能可以實(shí)現(xiàn)更多功能和更的是，車內(nèi)活體檢測、自動代客泊車(AVP)以及腳踢的是，車內(nèi)活體檢測、自動代客泊車( AVP)以及腳踢雷達(dá)感應(yīng)等三大應(yīng)用；

根據(jù)在2023年的開始啟動的歐洲新車評估計(jì)劃(E-NCAP)顯示，未來開始把車內(nèi)兒童存在檢測(CPD)夠探測到車內(nèi)外的活動和物體，這不僅有助于防止兒童被遺忘在車內(nèi)，還能在駕駛員昏迷或無法行動時，及時向車輛保護(hù)系統(tǒng)發(fā)出警報。不僅是緊急情況下的活體檢測，UWB還能實(shí)現(xiàn)監(jiān)測人類的呼吸頻率，并通過特定的算法推測出被監(jiān)測者的年齡段的功能。

而自動代客泊車(AVP)則是另外一個可能會在未來大規(guī)模普及的利用UWB技術(shù)的功能。UWB技術(shù)通過時間飛行測量法( TOF)能夠精確地確定兩個超寬帶設(shè)備之間的距離以及物體在特定空間內(nèi)的位置。通過點(diǎn)對點(diǎn)的快速車輛距離感應(yīng)，在沒有信號或信號較弱的地下停車場等地，與配備UWB的停車場系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)據(jù)我們了解目前市場上大多數(shù)的非接觸式后備箱開

據(jù)我們了解目前市場上大多數(shù)的非接觸式后備箱開啟方案采用的是電容傳感器或毫米波雷達(dá)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(xiàn)誤觸發(fā)或失效;而毫米波雷達(dá)則能夠有效檢測到踢腿動作，且不受周圍電磁環(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)的全向天線了，其具有極高的靈敏度，汽車制造商可以將UWB傳感器安裝在車內(nèi)或車外的后備箱部分，利用其雷達(dá)功能實(shí)現(xiàn)非接觸式后備箱開啟。這種方案的穩(wěn)定性優(yōu)于電容傳感器，成本低于毫米波雷達(dá)，且功耗更低。

此外，UWB技術(shù)在汽車上的應(yīng)用還擴(kuò)展到了無感支付、精確的無線充電，甚至在車對一切(V2X)的場景中，也可以使用UWB來檢測與周圍物體的距離，預(yù)防碰撞。可以預(yù)見，手機(jī)制造商和汽車主機(jī)廠將成為UWB生態(tài)系統(tǒng)的主要推動者。通過UWB技術(shù)實(shí)現(xiàn)人車互聯(lián)，構(gòu)建更廠泛的生態(tài)應(yīng)用，為汽車用戶帶來更加安全和便捷的駕駛體驗(yàn)。

4   結(jié)束語

超寬帶技術(shù)( UWB )作為-項(xiàng)新興的無線通信技術(shù)，正以其獨(dú)特的優(yōu)勢和廣闊的應(yīng)用前景，逐漸滲透到我們生活的方方面面。從最初的軍事應(yīng)用，到如今在消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)等領(lǐng)域嶄露頭角，UWB技術(shù)正以其精準(zhǔn)定位、低功耗、高安全性等特點(diǎn)，引領(lǐng)著無線通信技術(shù)的革新。

回顧過去，展望未來，UWB技術(shù)的市場規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大，應(yīng)用場景不斷拓展。隨著物聯(lián)網(wǎng)和智能設(shè)備的快速發(fā)展，UWB技術(shù)將在室內(nèi)定位、汽車、工業(yè)自動化、醫(yī)療健康等領(lǐng)域得到更廣泛的應(yīng)用。預(yù)計(jì)未來幾年，UWB市場規(guī)模將持續(xù)擴(kuò)大，UWB 技術(shù)在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用將不斷拓展，包括數(shù)字鑰匙、車內(nèi)活體檢測、自動代建更加智能、便捷、安全的汽車生態(tài)系統(tǒng)。

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

（本文來源于《EEPW》202407）