可用于AR/VR的UWB通信定位芯片技術(shù)解析

在AR、VR應(yīng)用中，需要外部各節(jié)點(diǎn)和頭戴設(shè)備、手持設(shè)備各節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)基于空間感知的互動(dòng)，如果定位不好則會(huì)影響體驗(yàn)，在5月12日召開(kāi)的聚焦元宇宙的第十三屆松山湖中國(guó) IC 創(chuàng)新高峰論壇上，深圳市紐瑞芯科技推介了一款可用于AR/VR的UWB通信定位芯片，并分析了它如何改善ARVR體驗(yàn)。深圳市紐瑞芯科技有限公司市場(chǎng)銷售副總裁張海昆在發(fā)言時(shí)指出UWB天然具備高測(cè)距精度能力，輔以多通道、多天線實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)角度，加上三角定位能力，可以實(shí)現(xiàn)整個(gè)定位的技術(shù)。同時(shí)UWB又具備一些抗多級(jí)能力強(qiáng)，可以適應(yīng)非常復(fù)雜環(huán)境的能力，而且天然安全性好。所以已經(jīng)成為室內(nèi)定位最佳基礎(chǔ)方案。除了測(cè)距、測(cè)角技術(shù)之外，UWB還支持雷達(dá)感知功能和高速低延時(shí)數(shù)傳的能力，這是UWB基本技術(shù)能力。

從上圖簡(jiǎn)單對(duì)比看在室內(nèi)定位場(chǎng)景下，UWB測(cè)距精度，理論上達(dá)到厘米級(jí)，工程應(yīng)用上實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)，覆蓋距離超過(guò)100米，非常適合高精度、高密度、高頻度定位的場(chǎng)景。其實(shí)UWB（UltraWideband）超寬帶通信并不是一種新技術(shù)，早在30年前就在產(chǎn)學(xué)研中走熱，2002年2月，F(xiàn)CC批準(zhǔn)UWB技術(shù)進(jìn)入民用領(lǐng)域，并對(duì)UWB進(jìn)行了重新定義，規(guī)定UWB信號(hào)為相對(duì)帶寬大于20%或-10dB帶寬大于500MHz的無(wú)線電信號(hào)。UWB利用納秒至微微秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號(hào)，UWB能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百M(fèi)bps至數(shù)Gbps的數(shù)據(jù)傳輸速率。

UWB具有抗干擾性能強(qiáng)、傳輸速率高、帶寬極寬、消耗電能小、發(fā)送功率小等諸多優(yōu)勢(shì)，主要應(yīng)用于室內(nèi)通信、高速無(wú)線LAN、家庭網(wǎng)絡(luò)、無(wú)繩電話、安全檢測(cè)、位置測(cè)定、雷達(dá)等領(lǐng)域?！皹I(yè)界現(xiàn)在把UWB數(shù)傳能力放到31.2兆，在此基礎(chǔ)上，我們公司把數(shù)傳能力進(jìn)一步拓展到124.8兆，短距離實(shí)現(xiàn)高保真的音頻、視頻、低延時(shí)數(shù)據(jù)傳輸一個(gè)非常好的方案?！彼赋?，“UWB在8G頻段信號(hào)干擾非常少，非常適合在車內(nèi)、室內(nèi)、辦公場(chǎng)所，當(dāng)我們已經(jīng)布置用UWB作為定位空間感知的點(diǎn)的情況下，我們使用一些方式開(kāi)通它的雷達(dá)功能。

既可以實(shí)現(xiàn)高性能雷達(dá)效果，同時(shí)也沒(méi)有增加額外特別多的成本，是一個(gè)非常好的方案?！彼硎?0年前，UWB定位在高速數(shù)傳，后來(lái)也有人做雷達(dá)功能，現(xiàn)在大家使用UWB更多場(chǎng)景是室內(nèi)定位。得益于2019年兩個(gè)標(biāo)志性事件，一個(gè)是FiRa聯(lián)盟的成立，還有蘋(píng)果把UWB的芯片放到iPhone11手機(jī)上，拉開(kāi)了UWB在消費(fèi)及應(yīng)用的序幕。

“之后蘋(píng)果在一系列的手機(jī)里都繼續(xù)使用UWB芯片。在蘋(píng)果之后，包括三星，包括小米，包括谷歌，在他們都把手機(jī)可穿戴、智能家居的產(chǎn)品上，陸續(xù)放入U(xiǎn)WB的芯片和UWB的功能?！彼赋觯澳壳霸谄囶I(lǐng)域，以寶馬領(lǐng)頭的一系列車廠、主機(jī)廠一直在推，而且已經(jīng)在落地UWB數(shù)字車鑰匙的方案。所以UWB這幾年一直快速演進(jìn)，雖然技術(shù)上不斷磨合和成熟過(guò)程中。今年最近落地的案例中，就包括魅族在智能手機(jī)里放入U(xiǎn)WB，以及一些汽車采用UWB車鑰匙。 ”

|UWB是否會(huì)爆發(fā)？

張海昆指出，其實(shí)在做UWB之初，公司對(duì)產(chǎn)業(yè)進(jìn)行了深入思考，除了之前定位場(chǎng)景之外，我們看到手機(jī)，以蘋(píng)果為首的手機(jī)廠商，以及一系列的汽車廠商，一定會(huì)帶動(dòng)UWB在智能手機(jī)和智能汽車雙機(jī)驅(qū)動(dòng)，有這兩個(gè)軌道的驅(qū)動(dòng)，最終會(huì)帶動(dòng)UWB在物聯(lián)網(wǎng)和IOT市場(chǎng)上得到更大的爆發(fā)。他表示紐瑞芯認(rèn)為接下來(lái)UWB在智能家居，AR、VR、智能穿戴、無(wú)感支付場(chǎng)景上應(yīng)用走熱，目前有一系列客戶的項(xiàng)目在展開(kāi)。他認(rèn)為AR、VR應(yīng)用中最大的核心是三個(gè)組件，第一個(gè)跟計(jì)算相關(guān)，紐瑞芯用模擬計(jì)算方式省掉數(shù)字計(jì)算，把里面處理的時(shí)間降低、減少，提升整個(gè)系統(tǒng)功耗和系統(tǒng)的性能。第二個(gè)組件是各種光學(xué)組件；第三個(gè)就是傳感器。、“UWB是一系列傳感器之一，跟其他的傳感器做配合，也跟光學(xué)組件做配合，在空間位置感知上，甚至傳輸方面，實(shí)現(xiàn)幫助AR、VR進(jìn)一步提高精準(zhǔn)度、安全性和實(shí)現(xiàn)低延遲的傳輸效果?！彼赋觯叭绻紤]AR、VR的具體場(chǎng)景，大家可以看到如果外部的各節(jié)點(diǎn)跟頭戴的設(shè)備、手持設(shè)備各節(jié)點(diǎn)形成非常好的基于空間感知的互動(dòng)，使用體驗(yàn)效果和互動(dòng)效果都可以得到極大增強(qiáng)，這是基于空間感知、位置感知、UWB帶來(lái)的效果。”他指出UWB作為傳感器，作為一個(gè)組件，有幾個(gè)方面可以幫助產(chǎn)業(yè)提升體驗(yàn)。例如頭戴設(shè)備和手持設(shè)備之間需要精準(zhǔn)的位置感知。

目前基于攝像頭和光學(xué)組件，這里面精度是非常高的。但是依然存在視覺(jué)的盲區(qū)，依然存在燈光昏暗的情況下，這時(shí)候UWB作為非常好的技術(shù)，輔助實(shí)現(xiàn)空間位置的感知，并且避免陀螺儀加速傳感器造成的累積誤差。如果是固定空間，紐瑞芯的UWB可以實(shí)現(xiàn)室內(nèi)整個(gè)空間的構(gòu)建，結(jié)合外部的錨點(diǎn)，使得我們對(duì)精確位置的精確感知，可以和AR做很好的疊加。另外設(shè)備和設(shè)備之間基于空間感知，也可以做非常好的智能互動(dòng)，這都是UWB幫助AR、VR提升體驗(yàn)的特點(diǎn)。

|紐瑞芯 UWB定位芯片介紹

張海昆表示紐瑞芯科技是2016年12月份成立的，致力于成為無(wú)線通信芯片領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，核心團(tuán)隊(duì)來(lái)自美國(guó)頂級(jí)芯片公司，在手機(jī)核心芯片和汽車芯片技術(shù)上有世界水平經(jīng)驗(yàn)。堅(jiān)持自主正向研發(fā)，為智能手機(jī)、汽車電子、智能家居/穿戴設(shè)備、物聯(lián)網(wǎng)等提供核心無(wú)線通信及高精度空間感知定位技術(shù)。他指出UWB是紐瑞芯非常重要的產(chǎn)品線，紐瑞芯也是全球第一家把UWB SOC和視頻前端能夠全系統(tǒng)打通，做成全系統(tǒng)芯片的公司，“結(jié)合我們多通道，整體芯片架構(gòu)，我們實(shí)現(xiàn)了真正超高精度，能夠?qū)崿F(xiàn)三維全立體的測(cè)角和定位，同時(shí)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的雷達(dá)感知和高速低延時(shí)的輸傳。我們是全球第一個(gè)發(fā)表符合IEEE802.15.4z協(xié)議的全系統(tǒng)UWB芯片?！彼赋?。

他表示基于對(duì)UWB的理解，我們較早做了產(chǎn)品規(guī)劃，把大熊座UWB芯片劃分為三個(gè)系列：第一個(gè)800系列充分利用芯片多通道的架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高精度的測(cè)角、測(cè)距、定位，主要利用智能手機(jī)AR、VR的設(shè)備。

第二個(gè)是700系列，按照車規(guī)流程、車規(guī)工藝生產(chǎn)，最后是車規(guī)的認(rèn)證，目的是為了汽車數(shù)字車鑰匙或其他使用，打造最高穩(wěn)定性、可靠的UWB系列的產(chǎn)品。

第三個(gè)600系列是結(jié)合微信號(hào)低功耗設(shè)計(jì)理念，進(jìn)一步提升提升芯片的性價(jià)比，使芯片更簡(jiǎn)潔應(yīng)用，主要應(yīng)用在IOT領(lǐng)域。他在松山湖論壇推介的是800系列中的一顆--NRT81880，據(jù)他介紹，紐瑞芯NRT81880符合IEEE 802.15.4 / 4z協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)以及FiRa聯(lián)盟規(guī)范，集成了一個(gè)帶有高性能ARM CortexTM-M4F處理器的MCU，支持UWB 3D PDoA和AoA算法，以及UWB雷達(dá)功能。

該芯片支持UWB安全高速通信，采用 1T3R 架構(gòu)，有利于高精度和實(shí)時(shí)測(cè)距以及 AoA 檢測(cè)。可以廣泛用于智能手機(jī)、消費(fèi)電子和工業(yè)應(yīng)用。與主流歐美廠商的UWB芯片對(duì)比，紐瑞芯把測(cè)距精度從之前3-10厘米提高到了 1厘米；測(cè)角精度從3-10度提高到1度；把測(cè)角范圍從正負(fù)60度提升到正負(fù)90度，基本實(shí)現(xiàn)180度全覆蓋；測(cè)距距離從30-50米拉升到100米以外；數(shù)據(jù)傳輸率從31.2Mbps和27.2Mbps基礎(chǔ)上，增加到124.8Mbps，實(shí)現(xiàn)小于1ms的低延時(shí)傳輸。

對(duì)于UWB未來(lái)發(fā)展，他提出了幾點(diǎn)看法：提升測(cè)距測(cè)角精度和覆蓋范圍，跨越應(yīng)用體驗(yàn)閾值高精度3D 3D-PDoA ，優(yōu)化定位和IoT應(yīng)用基礎(chǔ)架構(gòu)多種定位技術(shù)融合互補(bǔ)，增強(qiáng)體驗(yàn)發(fā)揮雷達(dá)感知功能，拓展應(yīng)用場(chǎng)景高速低延時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，下一個(gè)爆發(fā)點(diǎn)最后他表示紐瑞芯會(huì)用最好的產(chǎn)品，加上國(guó)產(chǎn)半導(dǎo)體的情懷，跟產(chǎn)業(yè)界同仁們一起助推UWB產(chǎn)業(yè)發(fā)展，同時(shí)助力AR、VR產(chǎn)業(yè)的發(fā)展！

編輯：黃飛