導 讀

近日，小米正式發布“一指連”UWB技術，引發全網關注。在小米的帶動下，UWB技術持續增溫。UWB技術既非近期初生的全新技術，也非前無古人的鴻蒙初辟。這一始于上世紀的古老技術，卻從2019年起又開始煥發了青春與活力。

當時，物聯網智庫曾在《今天，小米在交互方式領域鬧了場“革命”！》一文中對小米的這項應用進行了詳細剖析。文中提到，UWB技術既非近期初生的全新技術，也非前無古人的鴻蒙初辟。然而，這一始于上世紀的古老技術，卻從2019年起又開始煥發了青春與活力。

那么，這項技術究竟有著怎樣的前世今生？具有哪些方面的獨特優勢？未來能夠有多么廣闊的應用前景？國內外產業鏈又有怎樣布局？本文將化繁就簡，盡可能的對相關信息進行匯總。

UWB技術的前世今生

現代意義上的超寬帶UWB無線技術，又稱脈沖無線電技術，興起于20世紀60年代。不同于傳統通信技術，UWB技術能夠通過送和接收具有納秒或微秒級以下的極窄脈沖實現無線傳輸。由于脈沖時間寬度極短，因此可以實現頻譜上的超寬帶：使用的帶寬在500MHz 以上。

這項技術由Sperry研究中心的Gerald、Ross、Robbins博士，美國天主教大學的Henning、Harmuth博士和USAF開發中心共同提出，當時是專屬于軍方使用的技術，主要用于軍事上的雷達系統。

UWB技術在20世紀70年代獲得了重要的發展，Ross和Robbins博士在1972年-1987年間對時域電磁場波的研究和大量專利使他們成為UWB應用領域的先鋒。此后，UWB被主要用于軍用雷達、定位和低截獲率/低偵測率的通信系統中。1989年，美國國防部首次使用了UWB這一術語，意指產生、傳輸、接收一段持續時間非常短（納秒或以下）的爆發式射頻能量脈沖。

隨著時代的發展，通信技術的應用范圍逐步得到擴大。1998年，FCC開始征詢將UWB技術用于民用的意見。

2002年2月，美國聯邦通信委員會（FCC）公布了超寬帶無線通信的初步規范，正式解除了超寬帶在民用領域的限制。這在UWB的發展史上是劃時代的事件，它極大地促進了相關的學術研究，也成為超寬帶技術正式走向商業化的一個里程碑。

在FCC的規定中，將相對帶寬大于0．2或在傳輸的任何時刻帶寬大于500MHz的通信系統稱為UWB系統，同時批準了UWB技術可用于民用商品。隨后，日本于2006年8月開放了超寬帶頻段。

自2002年以后，UWB技術進入高速發展期，各種技術方案層出不窮。發展到民用階段，UWB技術也一直主要面向B端，其典型的應用場景包括工廠、倉儲、隧道、司法等各種垂直行業的人員或物資高精度定位。

但是，據集微網介紹，由于UWB當時策略上有失誤，其選擇與WiFi、藍牙、USB爭奪市場。最終由于市場時機、技術復雜度、網速體驗等諸多原因而沒能戰勝WiFi，在線纜取代上又因為發熱和價格敗給藍牙和USB，高成本、高功率和缺乏標準化等三個硬傷成為其暫時褪去光芒的主要原因。

2018年，UWB工作小組等組織的專家們一邊繼續完善802．15．4a，一邊默默的在2018年推出新標準即802．15．4z，將物理層分為高速率和低速率兩個實現方式，并在高速率中加入了定位功能。

2019年8月1日，恩智浦、三星、博世、索尼等公司組建了FiRa聯盟，參與廠商涵蓋UWB芯片、設備和應用解決方案商，旨在利用超寬帶（UWB）技術推動用戶無縫體驗，發展UWB生態系統。

2019年9月，蘋果在其發布的最新手機iPhone11系列手機中植入了支持UWB技術的U1芯片。當時蘋果介紹稱，U1芯片可以進一步提升手機定位功能，在應用于隔空傳送時，距離越近越能率先得到響應。

此后，三星、小米相繼推出三星Galaxy Note20 Ultra、小米10系列等搭載UWB技術的手機，UWB技術開始在To C領域嶄露頭角。

UWB存在哪些技術優勢

據鮮棗課堂介紹，作為目前最廣泛應用的定位技術，衛星定位是通過利用地球衛星進行點位測量的技術，具有精度高、速度快、成本低等特點。其中，包括GPS、北斗等都屬于GNSS全球導航衛星系統，另也有在其基礎上結合輔助手段以更好地消除誤差、提高反應速度的A-GNSS。

但是，對于衛星定位來說，一個明顯的缺點是不能實現室內定位。原因顯而易見，衛星信號會被建筑物遮擋。然而，隨著時代的發展，室內定位的業務場景卻越來越多，用戶對室內定位的需求越來越強烈。例如地下車庫導航、商場尋找店鋪或同伴等。于是，一些企業開始嘗試開發高精度的室內定位系統，UWB技術開始得到關注。

在FCC的規定中，為UWB 分配了3．1～10．6 GHz共7．5GHz頻帶，還對其輻射功率做出了比 FCC Part15．209更為嚴格的限制，將其限定-41．3dBm頻帶內。簡而言之，這項技術通過超大帶寬和低發射功率，實現了低功耗水平上的快速數據傳輸。

由于UWB與傳統通信系統相比，工作原理迥異，因此UWB具有如下傳統通信系統無法比擬的技術特點：

系統結構的實現比較簡單：當前的無線通信技術所使用的通信載波是連續的電波，載波的頻率和功率在一定范圍內變化，從而利用載波的狀態變化來傳輸信息。而UWB則不使用載波，它通過發送納秒級脈沖來傳輸數據信號。UWB發射器直接用脈沖小型激勵天線，不需要傳統收發器所需要的上變頻，從而不需要功用放大器與混頻器，因此，UWB允許采用非常低廉的寬帶發射器。同時在接收端，UWB接收機也有別于傳統的接收機，不需要中頻處理，因此，UWB系統結構的實現比較簡單。

高速的數據傳輸：民用商品中，一般要求UWB 信號的傳輸范圍為10m以內，再根據經過修改的信道容量公式，其傳輸速率可達500Mbit/ s，是實現個人通信和無線局域網的一種理想調制技術。UWB 以非常寬的頻率帶寬來換取高速的數據傳輸，并且不單獨占用現在已經擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無線技術使用的頻帶。在軍事應用中，可以利用巨大的擴頻增益來實現遠距離、低截獲率、低檢測率、高安全性和高速的數據傳輸。

相比于其他技術，UWB技術具有抗多徑能力強、時間戳精度高、電磁兼容性強、通信系統能效高、發射功率低等優點。

另外，由于后續的標準制定更新，UWB對應的市場也有所變化，從而開拓和找準自己的應用領域。從功能來看，UWB有通訊連接和精準測距定位兩項，而后者會是UWB的殺手锏。

室內環境下，衛星信號會被嚴重干擾，GPS或北斗等衛星定位方法是不可行的。因此在室內或者相對密閉的空間下，需要一套室內的定位體系，常見的室內無線定位技術還有：Wi-Fi、藍牙、紅外線、超寬帶、RFID、ZigBee和超聲波，而UWB是其中的佼佼者。

UWB定位的基本原理是飛行時間測算ToF（Time of Flight）。為了實現始終同步，ToF測距方法采用了時鐘偏移量解決時鐘同步問題。其通過平均正向和反向多次測量的平均值，減少了對任何時鐘偏移量的影響，從而減少測距誤差，定位精度正常情況下可以達到10cm，同時其可探測移動的角度誤差控制在3度以內。

但是，由于工作頻段較高和大頻寬，如果在室內遇到實體墻阻擋，會使得UWB信號衰減60-70%，定位精度誤差上升30厘米左右，兩堵或者兩堵以上的實體墻遮擋，將使得UWB無法定位。

國內產業一覽

目前，全球UWB定位技術主要行業巨頭有：愛爾蘭DecaWave、英國Ubisense、美國Time domain、Zebra、荷蘭NXP等。在國內，清研訊科、聯睿電子、浩云科技、精位科技、環旭電子、長電科技等數十家企業也開始風云乍起，迎接市場的紅利期，且環旭電子和長電科技皆是蘋果的UWB相關產品供應商。

清研訊科

清研訊科源于清華大學測試技術與儀器國家重點實驗室，是一家工業無線精確定位產品及定位系統提供商。它提供的LocalSense精確定位解決方案，解決了工業現場供應鏈組件、設備、車輛與人員精確定位的問題。

同時，清研訊科UWB全球標準FIRA聯盟的投票權會員。前段時間，清研訊科還發布了第一顆UWB/BLE雙頻定位與測距芯片TSG5162，也是第一顆同時符合802．15．4z/Bluetooth5．1技術標準規范的全功能芯片，芯片內置UWB/藍牙5．1雙頻段，加上內置的射頻單元與處理器，實現單芯片+天線即可構成完整定位終端。

浩云科技

6月，智慧物聯網數據平臺提供商浩云科技投資入股國產UWB上游芯片企業，正式切入UWB上游芯片領域。而且浩云科技控股子公司深圳市潤安科技發展有限公司（簡稱潤安科技）成為深圳市多功能智能桿配套產品中UWB獨家入庫單位。潤安科技也是中國核電獨家中標的UWB高精準位置管理系統的供應商。

環旭電子

UWB模組方面，環旭電子是全球第一家實現UWB生產的公司，iPhone 11Pro/11Pro Max首次采用公司提供的UWB模組封裝技術，擁有“具有超寬帶特性的天線設備”以及“超寬帶寬平面天線” 兩項UWB專利。隨著UWB技術在蘋果手機大規模商用，環旭電子或將憑借成熟前沿的模組技術獲得更大的訂單。同時，蘋果作為世界UWB消費級應用的領路者，將會帶動UWB消費級產品使用SiP封裝的潮流，并且傳播環旭在這一領域良好的聲譽，擴大環旭的影響力。

長電科技

長電科技是全球領先的半導體微系統集成和封裝測試服務提供商，通過高集成度的晶圓級WLP、2．5D / 3D、系統級（SiP）封裝技術和高性能的Flip Chip和引線互聯封裝技術，提供全方位的微系統集成一站式服務。在UWB方面，長電科技是iPhone UWB SiP主要供貨商。

中海達

據中海達官方信息，其子公司聯睿電子創立于2010年，是國內首家自主研發UWB高精度定位技術的國家高新技術企業。據悉，聯睿電子基于UWB室內定位技術自主研發了U-Loc室內厘米級實時定位系統，該系統定位精度高，功耗低，輻射小，能夠精準、可實時地提供既定區域內的人員和設備的實時位置和軌跡信息。

精位科技

精位科技推出的首顆國產UWB芯片-JR3401已于2019年年底流片成功并投入量產，將于2020年推向市場。該芯片運用精位科技多項自主獨特的技術，適合在多個領域中應用，例如：高精度定位、通信、雷達等針對不同的市場需求，公司將提供多種模組，更易于集成和二次開發。

沃旭通訊

南京沃旭通訊科技有限公司成立于2012年，開始曾為中國移動布置Wifi熱點，后來轉向UWB技術。據其官方介紹，沃旭是國內首家基于IR-UWB產品研發及應用的高新技術企業，也是“Decawave”官方指定的主要合作伙伴。2016年沃旭完成Pre-A輪融資。產品已通過國家無委、FCC，以及即將通過德國萊茵TUV功能安全認證。

寫在最后

據物聯傳媒數據預測，我國2022年UWB企業級應用的市場體量將達到121．5億元，遠超2016年的2．97億元，實現快速增長。

而在智能手機領域，不只是小米，包括OPPO等手機廠商也已經加入FIRA聯盟，致力于打造UWB生態。無疑，UWB技術在To C領域將從智能手機開始突破，或將成為類似GPS的手機標配，并也將由點及面，成為智能時代的重要管道。
責編AJX