UWB是什么？

我是UWB，名字的全稱是Ultra Wide Band，翻譯成中文就是“超寬帶”。 很多人是通過蘋果認(rèn)識我的，因為在去年發(fā)布的iPhone 11上，蘋果“內(nèi)置了UWB功能”。雖然那時大家還不太清楚我可以做什么，不過能讓蘋果看上眼的東西總有種不明覺厲的趕腳。

這不，安卓陣營已經(jīng)行動起來了，不久前三星已經(jīng)宣布在最新的Note20 Ultra上，也采用了UWB技術(shù)。很多分析師已經(jīng)在預(yù)測，我將繼Wi-Fi、藍(lán)牙、GPS、NFC之后，成為下一個智能手機(jī)標(biāo)配無線技術(shù)的熱門人選。

圖1，三星的Note20 Ultra成為首款集成UWB技術(shù)的安卓手機(jī)（圖源：NXP）

我從哪里來？ 其實在無線通信的江湖里，我可真不是個新人，而是一個誕生于上個世紀(jì)60年代的老戰(zhàn)士。那些“胡子稍微長點(diǎn)”的工程師也一定還記得，在本世紀(jì)之初我還和Wi-Fi交過手，這其中的故事，且聽我慢慢道來。 要說我還真的是人如其名，所謂“超寬帶”說的就是——我是在一個很寬的頻帶上對于一系列納秒級的脈沖進(jìn)行調(diào)制以傳輸信息；而其他無線技術(shù)大都是在一個窄頻帶上用調(diào)制正弦波的方式來傳輸信息。這個與眾不同的特質(zhì)，使我可以支持以數(shù)百M(fèi)Hz，乃至GHz的帶寬傳輸數(shù)據(jù)，這放在二十年前，可謂是自帶光環(huán)。

圖2，UWB與其他無線技術(shù)的比較（圖源：網(wǎng)絡(luò)） 盡管如此，在相當(dāng)長的一段時間里，我只是作為一個軍用技術(shù)在雷達(dá)系統(tǒng)中應(yīng)用。直到1998年FCC才開始琢磨讓我進(jìn)入民用市場的可能性。2002年，F(xiàn)CC宣布將3.1GHz至10.6GHz的頻帶開放給我做室內(nèi)通信，這下我才終于有了進(jìn)入民用市場的“簽證”。 世紀(jì)之交，人們正對寬帶通信充滿了渴望。有線網(wǎng)絡(luò)成天琢磨著如何延伸到最后一公里、最后一百米，但想要觸達(dá)到最終的用戶，特別是位置可能會移動的用戶，還是顯得力不從心，而那時的蜂窩移動網(wǎng)絡(luò)可支持的數(shù)據(jù)帶寬也挺可憐的，所以大家就想找到一個能夠在幾米到幾十米的局域網(wǎng)中，實現(xiàn)寬帶無線數(shù)據(jù)通信的技術(shù)。從這個角度來看，我再合適不過了！

不過所謂有“人”的地方就有江湖，有江湖競爭就在所難免，和我展開PK的主要就是Wi-Fi了。PK的結(jié)果大家也知道了，Wi-Fi成了贏家。現(xiàn)在回想起來，此戰(zhàn)失利的主要原因，一是因為我們UWB內(nèi)部的DS-UWB和WiMedia兩大技術(shù)流派一直爭執(zhí)不下，沒有形成統(tǒng)一的合力；二是Wi-Fi自己發(fā)展得確實不錯，又得到了蘋果這樣的行業(yè)大佬的支持。從那以后，我淡出了江湖，也漸漸淡出了人們的視野。

我是誰？ 其實這個世界上的技術(shù)千千萬，他們就像是一顆顆種子，最終是否能夠開花結(jié)果，除了自身內(nèi)在的原因，有時候也要看是不是在“對”的時間，落在了“對”的地方。 換句話說，也就是要給自己重新找找定位，暗下功夫，等待柳暗花明的那一天。過去這十幾年我就是這么過來的，可以說這是一個認(rèn)真思考“我是誰”的過程。 前面也說過，那種“在寬頻帶上使用短脈沖”的特質(zhì)，讓我獲得了很多不同于他人的稟賦。除了可以高帶寬傳輸數(shù)據(jù)，實際上還有很多特性可圈可點(diǎn)。 比如，我所使用的脈沖，其樣子看上去又陡又窄，在嘈雜的通道環(huán)境中，很容易識別，特別是在一些環(huán)境復(fù)雜、存在多徑干擾的地方，接收機(jī)很容易將主信號從其他干擾因素中“擇出來”。再有，我工作的頻段避開了2.4GHz這個最擁擠的地段，不會對其他無線通信產(chǎn)生干擾。而且，我功耗低，典型工作范圍在10米左右，不過如果需要可以使用較高功率的脈沖，將作用距離增加到200米。 這些特性讓我琢磨，拋開數(shù)據(jù)傳輸，還有什么可以讓我施展拳腳的地方。最后我得出的結(jié)論是——測距和定位。其實在IEEE 802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)中，就指定我可以使用2ns脈沖來測量飛行時間和到達(dá)角的值，基于獨(dú)特的性能和工作機(jī)理，我的定位精度可以達(dá)到厘米級！這可以說是今天其他的無線技術(shù)所望塵莫及的。

表1，主流無線定位技術(shù)比較（資料來源：網(wǎng)絡(luò)） 一直以來，也有不少人在UWB精準(zhǔn)定位這件事上下功夫，不過總感覺離最終的商用都還很遠(yuǎn)。一個很重要的原因就是“貴”！特別是早期用分立元器件搭出來的系統(tǒng)，很少能有商業(yè)客戶接受得了。那時候，我除了耐心等下去了，也沒有別的選擇了。終于到2003年，UWB定位芯片出現(xiàn)了，這就像是在我的身后猛地推了一把，我終于可以加速小跑了！

我要到哪里去？

不過想要真正在精準(zhǔn)定位市場中飛奔起來，我還需要更多的能量。 在我看來，終端應(yīng)用是最關(guān)鍵一個能量源，沒有人用的技術(shù)，終歸走不遠(yuǎn)。好在我們已經(jīng)步入21世紀(jì)的20年代，移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展讓用戶漲了不少見識，用戶和用戶之間以及用戶和機(jī)器之間的交互越來越多，大家的腦洞也越開越大，很多以前不曾想象的精準(zhǔn)定位應(yīng)用場景逐漸浮出了水面。 比如有人希望我成為他們在室內(nèi)的“GPS”，在規(guī)模宏大的Shopping Mall或博物館里不至于迷路；有些愛丟三落四的人，想讓我?guī)退麄冋覗|西，比如找個TWS藍(lán)牙耳機(jī)之類的；有人想讓我?guī)退麄儾倏丶译?，比如一靠近馬桶，它就能知道誰要來如廁；還有一些“懶人”進(jìn)門的時候連抬手刷卡都嫌麻煩，希望在靠近房門或車門的時候，就能自動被識別出來。上面這些隨便哪一條要成真了，都夠我能量滿格地在市場上跑一陣的。

圖3，人們設(shè)想的UWB與新零售相結(jié)合的應(yīng)用場景（圖源：NXP） 技術(shù)的不斷精進(jìn)，也是我缺不了的一顆“能量石”。比如在安全性方面，特別是前面提到的安全門禁這類應(yīng)用中，針對測距的802.15.4a標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)不能滿足所需，人們已經(jīng)開始在修訂新的802.15.4z標(biāo)準(zhǔn)，通過為PHY數(shù)據(jù)包添加加密密鑰和數(shù)字隨機(jī)性，防止壞人鉆空子。 最后一股能量，就要靠UWB生態(tài)圈里的“圈友”們了。不過這方面我信心挺足的：蘋果三星已經(jīng)有動作，其他手機(jī)廠商的跟進(jìn)應(yīng)該是遲早的事兒；從上游芯片廠商的動向來看，最近也是頗為熱鬧，Qorvo收購了Decawave、意法半導(dǎo)體收購了BeSpoon、恩智浦和大眾合力打造的基于UWB技術(shù)的Arteon概念車也已經(jīng)上路。同時，我也看到有FiRa聯(lián)盟這樣的行業(yè)組織在為UWB的商用落地穿針引線！ 總之，最終能走到哪兒，我現(xiàn)在還真說不好，不過我腳下“精準(zhǔn)定位”這條路越走越寬闊，這是真的。等路再寬些，你也來和我一起奔跑吧！