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什麽是UWB超寬帶技術?聊聊超寬帶技術的現狀與展望

自從蘋果推出了AirTag,引發了UWB超寬帶技術在市場上大火,很多男生表示再也不用擔心漂亮女朋友“走丟”了;媽媽們表示,在小朋友的校服上縫上壹枚,從此不用擔心熊孩子們亂跑了;有了超寬帶技術的加持,網友們表示自己丟三落四的祖傳技能可能要退出 歷史 舞臺了。

而市場上,寶馬、蔚來、大眾在自家的新車上也紛紛推出了UWB智能鑰匙,國內幾家大型儲存物流企業,近期也正在嘗試落地,超寬帶貨物定位技術,小米OPPO等國內手機大廠,在去年也紛紛展示了,所謂的“壹指連”空間感知技術。

是的,超寬帶技術最近是異常的火熱,受到了市場的追捧。超寬帶技術也被很多數碼博主描述成為藍牙的替代者、物聯網風口的引領者、甚至是新壹代無線通訊技術的變革者。果真是如此嗎?超寬帶技術到底有什麽神奇的地方,妳真的了解什麽是超寬帶技術嗎,它的技術特點是什麽,優缺點又是什麽,今天我們就來理性、客觀且科學的分析超寬帶這項技術的前景、發展空間以及趨勢和定位。

壹、UWB技術的發展歷程

首先,超寬帶技術並不是大家所以為的近幾年發明的新技術,恰恰相反,超寬帶技術其實是壹項人類最早的無線通信方式,回溯超寬帶技術的發展 歷史 ,千年前中國人利用點燃長城上的峰火臺對外族入侵的時間和位置,進行了烽火之間的信息傳遞。1880年,意大利人馬可尼利用火花隙發射器,成功在大西洋上進行了人類第壹次無線電傳遞。火花隙實際上就是壹種帶寬很寬的極窄脈沖,這也是人類真正現代意義上最早出現的超寬帶技術。

當年英國最先進的泰坦尼克號撞到冰山後也是利用火花隙式發射機,發出了最後的無線呼救信號。最終讓近千人,包括女主“肉絲”因此獲救。上個世紀七十年代,超寬帶技術多應用於軍事用途,包括在軍用雷達、軍事定位上,軍事通訊、軍用成像等技術上面。比如軍用保密通信上,采用多采跳頻技術,實現了保密通信;比如在穿墻雷達上,使用超寬帶的窄脈沖特性,實現了對恐怖分子的穿墻監控。這些都是超寬帶技術的應用。1990年美國軍方在壹份DARPA的技術報告中首次提出了UWB這個名詞,開始了超寬帶技術的商業歷程。

超寬帶,顧名思義,了解通信知識的朋友都知道,壹般的通信體制都會利用壹個高頻載波來調制壹個窄帶信號,通信信號的實際占用帶寬並不高。而超寬帶不同於傳統的通信技術,使用的是最簡單粗暴的納秒級非正弦波的極窄脈沖來傳輸和接收信息和數據。從頻域和時域的角度,傳統的超寬帶可以理解為是單純的時域信號處理,不需要射頻電路中的本振、差分等射頻模塊。我打個簡單的比喻,4G、5G和Wifi信號就像是在念文言文,幾個字就可以表達非常豐富的信息。而超寬帶技術,則更像是原始部落的早期語言,需要很長壹段話才能表達壹個簡單的意思,但是它也更直接,信息更明確。所以UWB、Wifi和5G本質上是兩種完全不同的無線通信手段。

簡單形容信息和我們說話是壹樣的,無非是三個維度,妳是誰,妳在哪裏,妳要幹什麽。這就是所謂的數據信息、身份信息,以及位置信息。在早期傳遞數據(幹什麽)方向上,超寬帶技術其實也是有商業化實踐的。早在2003年wifi技術還是壹項比較新的技術時,美國WiQuest公司就壹直在嘗試,OFDM無線電架構下的高速UWB傳輸技術,在IEEE 802.15.3a的標準下WiQuest的基帶產品,當時已經實現了8到10米內、4百兆文件的傳輸。但是由於UWB接收器RF結構太過於復雜,加上芯片組的成本過高,市場落地壹直沒有推開。更致命的是,隨著wifi聯盟,在2006年802.11n標準的正式亮相利用MIMO技術,實現了6百兆的數據傳輸,也間接宣告了高速UWB傳輸無線技術方案的失敗。

二、UWB的技術特點

說完這三點優勢,同時超寬帶系統的劣勢也很突出:

三、關於超寬帶技術的壹些展望

關於超寬帶技術,我大概就介紹這麽多。對於壹項技術的基礎了解,對於大家的投資,我覺得剛剛的介紹其實已經差不多了,也已經足夠了。接下來我再來聊聊作為壹名硬件工程師我對超寬帶這項技術本身,壹些個人更加主觀的看法。

首先我的第壹個觀點,圍繞手機來搭建生態絕對不是超寬帶的未來,也很難有未來。由於需要以手機為極坐標,手機內部就需要配備兩跟天線,而手機的內部空間其實是非常寶貴的。為了UWB的實現,成本和設計難度都要大大的提高。目前即使強如蘋果依然需要藍牙來做檢測,理想的定位距離也只在30米內。實際上如果妳把AirTag扔到附近沒有iPhone的地方,它的定位就將失去作用。同時隨著高通、華為海思的入局,UWB即使有發展,也會和藍牙、Wifi壹樣集成到SoC中去,不會在手機上以外掛的形式出現。當然我並不覺得高通和海思現在有這樣的計劃去這麽做,因為在C端,現階段並沒有這樣的必要也沒有這樣的現實需求。

所以我的第二個觀點就是,UWB超寬帶技術目前依然還缺乏現象級的應用,來推動這項技術的真正爆發,目前超寬帶技術的三大應用場景,安全門禁、物品定位以及設備互聯。比如 汽車 鑰匙、AR 遊戲 、室內導航,無人機配送、智慧醫療、安全門禁,等等。我思考了壹下,目前還沒有壹項真正的爆點應用來拉動大的需求。我個人認為僅僅在低成本的前提下,替代壹些NFC的場景,可能有壹丟丟的發展前景。

我的第三個觀點,成本和生態,依然是超寬帶技術目前很難逾越的鴻溝,現在市場上的超寬帶產品絕大多數配的都是,Decawave的DW1000系列芯片,采用的還是早期的802.15.4A協議,而像配備加密功能的4Z芯片方案,價格又高得離譜。我預測在C端,即使是手機廠商從現在開始統壹思路,義無反顧的全力來推UWB搭建生態也需要3-5年。而B端,整套系統壹個房間就需要3點定位,也就是3個基站的支持,多個房間就乘積的關系。我了解了壹下,目前壹個小型商場搭建成本在百萬級以上。而是DW1000的芯片目前搭配的算法又很少,很考驗企業自身的算法優化能力,所以目前企業端實際上也比較難推。

最後第四個觀點,我大概了解了下市面上的量產產品,實際上理論和現實還是有差距的,目前市面上的UWB產品還僅能在小空間環境發揮,精準定位的明顯優勢,壹到機場、戶外、大房間等有障礙物的復雜場景,基本上和wifi都拉不開差距。

最後總結壹下,UWB並不是壹項前景已經穩定,標準已經統壹並且沒有局限性的產品,更不是很多數碼博主認為的像發現新大陸壹樣的存在。恰恰相反,超寬帶技術是壹項優缺點極為鮮明,產品定位很清晰,並且正在發展,正在摸索,正在布局的壹項早期產業。

如果壹定要問我看不看好超寬帶,那我可能就要潑冷水了,壹切還是要看成本,成本只要下不來什麽都是白搭。大家也不要太迷信蘋果,只能說蘋果目前有這個能力來攤銷成本,可以作為奢侈品來炫技。但是單就這項技術本身,大家也不用太小看現在AI、NB-IoT,V2X以及下壹代藍牙協議的進展了。包括AR、VR方向上隨著多傳感器融合 SLAM的叠代,只要有算力,精準定位其實都不是什麽,解決不了的痛點。而低功耗、萬物互聯則有NB-IoT,所以超寬帶技術個人覺得還是很雞肋的。4Z芯片系統的成本太高了,如果2-3年內,成本下可以下來,在B端還是有發展可能的,反之就不要玩了。