“指哪打哪”，在球場上經(jīng)常被用來形容一個(gè)人的球技好，其實(shí)這個(gè)詞的本義是“對(duì)某人言聽計(jì)從” 。在智能設(shè)備普及、萬物互聯(lián)的時(shí)代，人們想也讓自己的移動(dòng)終端擁有這樣的精準(zhǔn)操控能力，這就需要一項(xiàng)技術(shù)的幫助——UWB超寬帶。

目前已經(jīng)大規(guī)模使用UWB超寬帶技術(shù)的消費(fèi)電子品牌并不多，大家最熟悉的一個(gè)品牌是蘋果。搭載蘋果U1超寬帶芯片的iPhone手機(jī)之間可以實(shí)現(xiàn)快速的文件共享功能，手機(jī)靠近內(nèi)置超寬帶芯片的HomePod mini智能音箱即可播放音樂、獲得個(gè)性化聆聽建議；與內(nèi)置超寬帶芯片的AirTag綁定后，iPhone便具備了室內(nèi)精準(zhǔn)定位、追蹤物品的能力。

那么到底什么是UWB超寬帶技術(shù)、UWB技術(shù)的應(yīng)用場景還有哪些，以及UWB技術(shù)的市場有多大，今天我愛音頻網(wǎng)就來跟大家詳細(xì)聊聊。

一、什么是UWB技術(shù)？

UWB（Ultra Wide Band）超寬帶技術(shù)是一種使用1GHz以上頻率帶寬的無線載波通信技術(shù)，它不采用傳統(tǒng)通信體制中的正弦載波，而是利用納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占的頻譜范圍很大，盡管使用無線通信，但其數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百兆比特每秒以上。

圖源：Qorvo半導(dǎo)體

UWB技術(shù)具有系統(tǒng)復(fù)雜度低，發(fā)射信號(hào)功率譜密度低，對(duì)信道衰落不敏感，截獲能力低，定位精度高，穿透能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于室內(nèi)等密集多徑場所的高速無線接入。

UWB并非是一項(xiàng)新技術(shù)，它最早應(yīng)用于軍用雷達(dá)和通信應(yīng)用中，名稱為“脈沖無線電”，自2002年起，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）授權(quán)其未經(jīng)許可使用，為其劃分了3.1~10.6GHz頻段，占用500MHz以上的帶寬。

與大家熟知的、可以提供定位服務(wù)的GNSS、Wi-Fi和低功耗藍(lán)牙三項(xiàng)技術(shù)相比，UWB技術(shù)的優(yōu)勢如下：

首先，傳統(tǒng)的全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS），可以提供衛(wèi)星定位服務(wù)，但由于衛(wèi)星信號(hào)會(huì)被建筑物遮擋，因此不能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。

Wi-Fi和藍(lán)牙通常是通過接收信號(hào)強(qiáng)度的指標(biāo) (RSSI) 來確定位置，僅顯示“弱”或“強(qiáng)”接收信號(hào)的粗略類別，定位精度最高能夠達(dá)到米級(jí)。

UWB定位有三種技術(shù)，分別是TOF（Time of flight）時(shí)差法、TDOA（Time Difference of Arrival）到達(dá)時(shí)差和PDOA（Phase Difference Of Arrival）到達(dá)角相位差。雖然這僅適用于較短的范圍，但可以以小于 50 厘米的精度（在最佳條件和部署下）和極低的延遲來確定信號(hào)源的位置。

通過這張圖大家可以更直觀地了解到UWB技術(shù)與Wi-Fi、藍(lán)牙技術(shù)的不同點(diǎn)。簡言之，UWB技術(shù)的優(yōu)勢在于：

1、定位精度高：帶寬很寬，多徑分辨能力強(qiáng)，抗干擾，對(duì)于距離的分辨能力高于Wi-Fi和藍(lán)牙。

2、實(shí)時(shí)定位速度快：UWB的超寬帶脈沖信號(hào)的帶寬在納秒級(jí)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的室內(nèi)定位，延遲低，可以即刻感知追蹤物體的運(yùn)動(dòng)狀況。

3、高可靠性和安全性：UWB的發(fā)射功率低、信號(hào)帶寬寬，能夠很好地隱蔽在其它類型信號(hào)和環(huán)境噪聲之中，傳統(tǒng)的接收機(jī)無法識(shí)別和接收，必須采用與發(fā)射端一致的擴(kuò)頻碼脈沖序列才能進(jìn)行解調(diào)。

當(dāng)然，UWB、Wi-Fi和藍(lán)牙這三項(xiàng)技術(shù)并不是孤立存在的，完全可以同時(shí)使用，優(yōu)勢互補(bǔ)，能夠給智能手機(jī)這樣的終端產(chǎn)品帶來多種需求的定位和數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，對(duì)于相關(guān)的天線和射頻設(shè)計(jì)有較高要求。

二、UWB技術(shù)有標(biāo)準(zhǔn)組織嗎？

每項(xiàng)無線傳輸技術(shù)通常有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)組織負(fù)責(zé)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制定和技術(shù)認(rèn)證等，比如藍(lán)牙技術(shù)聯(lián)盟、 Wi-Fi聯(lián)盟、國際電信聯(lián)盟等等，在UWB技術(shù)領(lǐng)域，目前主要有FIRA聯(lián)盟和UWBA超寬帶聯(lián)盟兩大組織，均成立于2019年。

FiRa聯(lián)盟致力于開發(fā)和廣泛采用可協(xié)同操作的超寬帶 (UWB) 技術(shù)所帶來的安全精細(xì)測距和定位功能，為用戶提供無縫的使用體驗(yàn)。

FiRa聯(lián)盟的成員主要開發(fā)基于 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的UWB安全精細(xì)測距技術(shù)的產(chǎn)品，跨各種垂直業(yè)務(wù)領(lǐng)域開發(fā) UWB 技術(shù)的應(yīng)用場景。FiRa聯(lián)盟與其他行業(yè)組織密切合作，例如 IEEE、Wi-Fi 聯(lián)盟、汽車連接聯(lián)盟 (CCC) 等，注重在可用的 6-9 GHz 頻段中運(yùn)行的 UWB 用例。

FiRa聯(lián)盟的成員分為贊助會(huì)員、貢獻(xiàn)者成員、準(zhǔn)會(huì)員、采用者成員、測試實(shí)驗(yàn)室成員、學(xué)術(shù)和教育成員這幾類，很多都是大家耳熟能詳?shù)钠放啤?/span>

UWB Alliance 超寬帶聯(lián)盟專注于在 802.15.4z 標(biāo)準(zhǔn)下提供有利的監(jiān)管和頻譜管理環(huán)境，以最大限度地促進(jìn) UWB 市場的增長。超寬帶聯(lián)盟旨在促進(jìn)各類垂直行業(yè)展示 UWB 對(duì)物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè) 4.0 的價(jià)值，在從芯片到服務(wù)的整個(gè) UWB 價(jià)值鏈中構(gòu)建全球生態(tài)系統(tǒng)。

此外，超寬帶聯(lián)盟當(dāng)前在倡導(dǎo)新的頻譜，擬在歐洲將 UWB 擴(kuò)展到 12.4 GHz 以及新興的更高頻段。

超寬帶聯(lián)盟目前的成員有以上品牌，同樣有很多知名的半導(dǎo)體廠商。

我愛音頻網(wǎng)后續(xù)會(huì)單獨(dú)出一篇UWB芯片原廠和方案商匯總的文章，敬請(qǐng)期待。

三、UWB技術(shù)有哪些應(yīng)用場景？

得益于蘋果的大力宣傳，UWB技術(shù)近年來在消費(fèi)電子領(lǐng)域逐漸被大家熟知，但是其在工業(yè)和商業(yè)領(lǐng)域的運(yùn)用已經(jīng)非常成熟了，是RTLS（Real Time Location Systems）實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)的重要組成，主要利用的就是UWB超寬帶技術(shù)定位精度高、短距離通信傳輸速度快、能夠快速響應(yīng)等特點(diǎn)。

今天跟大家分享的主要是UWB技術(shù)目前在消費(fèi)電子類產(chǎn)品上的應(yīng)用場景。

自iPhone 11系列手機(jī)以來，蘋果已先后在Apple Watch S6、HomePod mini智能音箱、iPhone12 系列手機(jī)和Aritag無線追蹤器這些產(chǎn)品內(nèi)，應(yīng)用了自沿的UWB方案，其控制芯片是蘋果U1。

三星主要是在手機(jī)上導(dǎo)入了UWB方案，具體型號(hào)包括Galaxy Note 20 Ultra、 Galaxy Z Fold 2、 S21+和S21 Ultra，同時(shí)三星也推出了采用UWB技術(shù)的SmartTag+智能追蹤器。

國產(chǎn)手機(jī)品牌小米推出了名為“一指連”的UWB連接技術(shù)，充分發(fā)揮自己智能家居生態(tài)的優(yōu)勢，未來將能夠與各類智能家居產(chǎn)品聯(lián)動(dòng)。此外，OPPO也曾在科技大會(huì)上展示了手機(jī)與 IoT 設(shè)備間的精準(zhǔn)定向和精準(zhǔn)操控能力。

蘋果起初在iPhone 11系列機(jī)型上推出U1芯片，利用UWB技術(shù)的高速傳輸能力，提升了“隔空投送”功能的傳輸速度，同時(shí)利用其精準(zhǔn)的定位能力，“隔空投送”會(huì)優(yōu)先與指向的iPhone建立連接。

使用搭載U1超寬帶芯片的iPhone靠近同搭載U1的HomePod mini智能音箱，音箱正在播放的音頻會(huì)順暢過渡到 iPhone 上接著聽；沒有播放音樂時(shí)，拿著 iPhone 靠近 HomePod mini，屏幕上會(huì)彈出個(gè)性化的音樂播放推薦，無需解鎖手機(jī)。

AirTag無線追蹤器是藍(lán)牙低功耗與UWB超寬帶兩項(xiàng)技術(shù)的結(jié)合，憑借超寬帶技術(shù)，用戶可以在手機(jī)上看到 AirTag 離得有多遠(yuǎn)，該朝哪個(gè)方向找，便于資產(chǎn)追蹤。

小米“一指連”UWB技術(shù)功能演示。手機(jī)指向支持UWB技術(shù)的電風(fēng)扇，手機(jī)上會(huì)彈出一個(gè)控制卡片，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)風(fēng)扇的操控，無需實(shí)體遙控器，手機(jī)也不用再下載單獨(dú)的APP。除此以外，小米“一指連”還實(shí)現(xiàn)了智能電視投屏、智能門鎖靠近即開等操作。

FiRa聯(lián)盟官網(wǎng)的這一張圖，更加詳細(xì)地展示了 未來UWB技術(shù)會(huì)對(duì)我們生活產(chǎn)生的影響，包括：數(shù)字車鑰匙、身份識(shí)別、室內(nèi)導(dǎo)航、線下購物行為分析、展會(huì)數(shù)據(jù)分析、無線支付、VR游戲、手勢識(shí)別等等。

前面提到，基于UWB超寬帶技術(shù)的RTLS實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)目前在工業(yè)端已經(jīng)非常成熟了，主要應(yīng)用于工業(yè)制造（跟蹤人員、車輛和設(shè)備等）、位置跟蹤（特殊建筑物如監(jiān)獄等特殊場所中的人員/設(shè)備/文件定位）、倉儲(chǔ)物流（圖書館、電商行業(yè)等）、無線測量、智能駕駛（車輛自動(dòng)出入庫），以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、競技體育等領(lǐng)域，應(yīng)用非常廣泛。

四、UWB市場有多大？

UWB超寬帶技術(shù)在工業(yè)端已經(jīng)發(fā)展了很多年，有數(shù)據(jù)表明，未來UWB技術(shù)將在室內(nèi)定位市場中占據(jù)30%~40%的市場份額，到2022年其市場規(guī)模將有望達(dá)到164億美元，市場前景非常廣闊。但這里主要跟大家討論的是UWB技術(shù)在消費(fèi)端未來的市場能有多大。

目前UWB超寬帶技術(shù)要想實(shí)現(xiàn)上述功能，最需要依附的主要產(chǎn)品就是智能手機(jī)。單以蘋果、三星已經(jīng)支持UWB技術(shù)的手機(jī)來說，就已帶動(dòng)了UWB芯片千萬級(jí)的銷量。

國內(nèi)市場方面，目前已經(jīng)推出“一指連”技術(shù)的小米，其2020年高端手機(jī)的銷量近1000萬臺(tái)，AIoT生態(tài)已經(jīng)逐漸完善，米家APP月活用戶在4500萬，其迭代產(chǎn)品都有升級(jí)UWB技術(shù)的可能；未來還會(huì)有OPPO、vivo等手機(jī)頭部廠商加入進(jìn)來。

可以說，中高端手機(jī)龐大的出貨量，可以持續(xù)引領(lǐng)C端UWB市場的發(fā)展，進(jìn)而帶動(dòng)智能手表、智能可穿戴、智能家居等各類UWB設(shè)備的出貨增長。

據(jù) ABI Research 預(yù)測，支持 UWB 的智能手機(jī)出貨量將從 2019 年的 4200 萬多部增加到 2025 年的近 5.14 億部。

不僅如此，專注于工業(yè)級(jí)解決方案的UWB技術(shù)廠商們，在看到消費(fèi)端市場的巨大發(fā)展?jié)摿?，也紛紛入局，比較具有代表性的是清研訊科，他們是FIRa聯(lián)盟唯一一家具有投票權(quán)資格的中國解決方案商，目前已經(jīng)推出了兼容安卓生態(tài)的類AirTag硬件產(chǎn)品TicTag，并將為OEM開放硬件平臺(tái)，提供兼容802.15.4z及FIRa的平臺(tái)級(jí)產(chǎn)品，可以幫助更多消費(fèi)品牌快速進(jìn)入這一市場。

超寬帶聯(lián)盟認(rèn)為，自 2019 年以來，超寬帶一直在擴(kuò)展為智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、汽車和工業(yè)的主流消費(fèi)技術(shù)，預(yù)計(jì)到 2025 年每年將推動(dòng)超過 10 億臺(tái)設(shè)備的銷量。

我愛音頻網(wǎng)總結(jié)

UWB超寬帶不是新技術(shù)，其功能以定位為主、通訊為輔，在體量上未能成為像藍(lán)牙、WiFi那樣的通用標(biāo)準(zhǔn)有多方面的原因。近年來在蘋果的帶動(dòng)下，UWB技術(shù)被C端市場和更多消費(fèi)者所了解，因?yàn)樵谌f物互聯(lián)時(shí)代，它的確是讓各室內(nèi)設(shè)備間互通互聯(lián)的一項(xiàng)有效技術(shù)，簡化了配對(duì)的流程，未來仍然有很大的發(fā)展空間和市場機(jī)會(huì)。

同時(shí)我們也看到，要想讓移動(dòng)設(shè)備擁有更好的空間感知能力，需要一整個(gè)應(yīng)用生態(tài)的支持，目前蘋果已經(jīng)開始搭建，三星、小米、OPPO等品牌也逐步跟進(jìn)，屆時(shí)不同廠家的設(shè)備能否實(shí)現(xiàn)互操作、互兼容可能又是一個(gè)新的問題。

可以預(yù)見的是，未來會(huì)有更多企業(yè)和產(chǎn)品采用UWB技術(shù)，不僅僅是智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備、智能家居等小物件，室內(nèi)空間也需要各種基于位置的 UWB 基礎(chǔ)設(shè)施。據(jù)了解，預(yù)計(jì)到2022-2024年間，隨著IEEE 802.15 4z標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)完成，UWB傳感器和執(zhí)行器將能夠組合成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)，更積極地應(yīng)用于大眾市場和企業(yè)解決方案，為室內(nèi)定位和短距離通信增添一種新的維度。