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新的UWB歐盟標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，應(yīng)用場(chǎng)景更加豐富

2024 年 5 月 27 日發(fā)布的最新歐盟標(biāo)準(zhǔn)（2024/1467）標(biāo)志著使用 UWB 技術(shù)基于位置服務(wù)的一個(gè)重要里程碑。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了在機(jī)動(dòng)車(chē)輛、鐵路系統(tǒng)甚至飛機(jī)上使用UWB的相關(guān)內(nèi)容的更新。這些更新也對(duì)UWB和相應(yīng)的領(lǐng)域，尤其是RTLS，產(chǎn)生極大影響。


1、UWB的主要應(yīng)用

UWB（Ultra-Wideband，超寬帶）技術(shù)已經(jīng)存在多年，但直到幾年前，它仍是一項(xiàng)小眾技術(shù)，只有少數(shù)公司采用。最近的市場(chǎng)增長(zhǎng)數(shù)據(jù)顯示，UWB在消費(fèi)產(chǎn)品（如智能手機(jī)、智能手表、智能家居設(shè)備等）、汽車(chē)行業(yè)和工業(yè)實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)（Real-Time Location Systems，RTLS）中的應(yīng)用迅速增加。

消費(fèi)產(chǎn)品中的UWB
到目前為止，UWB技術(shù)在消費(fèi)產(chǎn)品中的采用最為廣泛，而且主要是在智能手機(jī)市場(chǎng)。2023年，約70%的UWB芯片被嵌入智能手機(jī)中。蘋(píng)果公司顯然處于領(lǐng)先地位，并已在其生態(tài)系統(tǒng)中的眾多產(chǎn)品中添加了UWB功能，以支持設(shè)備的“空間感知”。其他主要的智能手機(jī)廠(chǎng)商如三星和小米也在其最新型號(hào)中采用了UWB技術(shù)。

這一切的基礎(chǔ)是FiRa聯(lián)盟（Fine Ranging），該聯(lián)盟致力于通過(guò)實(shí)現(xiàn)人和設(shè)備的精確位置感知來(lái)改變我們與環(huán)境的互動(dòng)方式。FiRa聯(lián)盟開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)，描述了一套通用協(xié)議，以支持物理訪(fǎng)問(wèn)控制、智能家居、室內(nèi)導(dǎo)航、社交距離測(cè)量或資產(chǎn)跟蹤等應(yīng)用。

隨著FiRa2.0版本在2023年發(fā)布，我們將看到大量利用這一新標(biāo)準(zhǔn)的新產(chǎn)品上市。特別是在智能鎖市場(chǎng)，預(yù)計(jì)會(huì)有一些新產(chǎn)品利用UWB的準(zhǔn)確性和安全性，從而提升使用智能手機(jī)操作這些系統(tǒng)的體驗(yàn)。

工業(yè)RTLS中的UWB
UWB精確測(cè)距的能力是實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)（RTLS）的理想選擇。使用UWB技術(shù)，RTLS系統(tǒng)可以在復(fù)雜環(huán)境中提供精確到10至30厘米的實(shí)時(shí)定位。UWB RTLS主要應(yīng)用于采礦業(yè)、制造業(yè)、分銷(xiāo)業(yè)，還包括醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、零售甚至體育比賽。

在UWB因智能手機(jī)普及而成為主流技術(shù)之前，UWB RTLS是該技術(shù)的主要用例驅(qū)動(dòng)因素。然而，與消費(fèi)產(chǎn)品的快速發(fā)展相比，RTLS技術(shù)的采用速度要慢得多。在工業(yè)環(huán)境中，技術(shù)更迭往往是緩慢且漸進(jìn)的過(guò)程。然而，UWB需要在挑戰(zhàn)性環(huán)境中證明其可靠性的時(shí)代已經(jīng)過(guò)去。在今天，UWB RTLS被認(rèn)為是精確室內(nèi)定位的黃金標(biāo)準(zhǔn)。

FiRa聯(lián)盟在2019年成立的同時(shí)，另一項(xiàng)名為Omlox的標(biāo)準(zhǔn)也應(yīng)運(yùn)而生。該標(biāo)準(zhǔn)專(zhuān)為工業(yè)RTLS應(yīng)用設(shè)計(jì)，旨在提供RTLS系統(tǒng)供應(yīng)商以及RTLS應(yīng)用軟件之間的互操作性。雖然該標(biāo)準(zhǔn)的初始版本從未投放市場(chǎng)，但2023年發(fā)布的Omlox版本2現(xiàn)在正在逐步推動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)的廣泛采用。

汽車(chē)中的UWB
汽車(chē)是UWB技術(shù)的另一個(gè)即將到來(lái)的應(yīng)用領(lǐng)域，通過(guò)在車(chē)輛中嵌入這項(xiàng)技術(shù)以支持一系列功能。寶馬、奔馳、大眾汽車(chē)以及最近的特斯拉等主要制造商已經(jīng)推出或正在積極研發(fā)帶有UWB技術(shù)的車(chē)輛。


智能迎賓”功能是推動(dòng)這項(xiàng)技術(shù)的主要因素，它可以根據(jù)車(chē)鑰匙的位置智能地鎖定和解鎖車(chē)輛。此外，即將出臺(tái)的兒童存在檢測(cè)（Child Presence Detection，CPD）標(biāo)準(zhǔn)可能會(huì)成為UWB技術(shù)的更大驅(qū)動(dòng)力。為了支持這一功能，僅依靠UWB測(cè)距是不夠的，還需要依賴(lài)UWB雷達(dá)能力，為此會(huì)有一系列新芯片投入市場(chǎng)中。

這項(xiàng)技術(shù)采用的基礎(chǔ)是國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。更值得注意的是，汽車(chē)連接聯(lián)盟（Car Connectivity Consortium）已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化了用于支持不同汽車(chē)制造商之間車(chē)鑰匙互操作性的UWB協(xié)議。該標(biāo)準(zhǔn)的最新版本CCC車(chē)鑰匙3.0于2021年發(fā)布。

2、UWB的標(biāo)準(zhǔn)

UWB作為空間感知和基于位置服務(wù)的關(guān)鍵無(wú)線(xiàn)技術(shù)將長(zhǎng)期活躍在人們視線(xiàn)中。UWB技術(shù)會(huì)繼續(xù)被廣泛采用，并逐步成為全球標(biāo)準(zhǔn)。此前IEE802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)的明確定義指定了三個(gè)頻段，總共產(chǎn)生 16 個(gè)無(wú)線(xiàn)電信道。隨后的標(biāo)準(zhǔn)要求各國(guó)的監(jiān)管機(jī)構(gòu)定義其哪些頻段可以在地理上能否使用，從而形成了明確的 UWB 標(biāo)準(zhǔn)。在日常的消費(fèi)應(yīng)用中，由于UWB 信道 5（6GHz）和 9（8GHz）可以全球使用，所以已被 FiRa 選擇為主要 UWB 信道。

2024 年 5 月 27 日發(fā)布的最新歐盟標(biāo)準(zhǔn)（2024/1467）標(biāo)志著使用 UWB 技術(shù)的基于位置的服務(wù)的一個(gè)重要里程碑。這項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)涵蓋了在機(jī)動(dòng)車(chē)輛、鐵路系統(tǒng)甚至飛機(jī)上使用UWB的相關(guān)內(nèi)容的更新。美國(guó)也在進(jìn)行類(lèi)似的標(biāo)準(zhǔn)討論，目前還沒(méi)有明確的發(fā)布時(shí)間。中國(guó)計(jì)劃僅使用較高頻率的UWB信道，這將與日本和韓國(guó)等其他亞洲地區(qū)更加一致。

歐盟的最新標(biāo)準(zhǔn)放寬了對(duì)UWB的限制，其中最重要的更新是，標(biāo)準(zhǔn)允許更高的發(fā)射功率，并且統(tǒng)一了室內(nèi)外的UWB部署。這些更新極大地支持了UWB的應(yīng)用，可以更好的使該項(xiàng)技術(shù)服務(wù)于各行各業(yè)。

提高室內(nèi)UWB定位器的發(fā)射功率
新標(biāo)準(zhǔn)帶來(lái)的最顯著好處是室內(nèi)定位器的發(fā)射功率增加了 10 dB，從 -41.3 dBm/MHz 增加到 -31.3 dBm/MHz。理論上，這可以將標(biāo)簽（tag）到錨點(diǎn)（anchor）的距離擴(kuò)大約三倍。這意味著RTLS系統(tǒng)的覆蓋可以使用更少的錨點(diǎn)，從而降低基礎(chǔ)設(shè)施成本并提高投資回報(bào)率（ROI）。此外，額外的功率裕度提高了信號(hào)穿透力，因此發(fā)射功率的增強(qiáng)使精確放置標(biāo)簽變得沒(méi)有那么重要。總體而言，人工容錯(cuò)率的提高使得定位系統(tǒng)將更易于部署和維護(hù)。

統(tǒng)一室內(nèi)外UWB的使用規(guī)定
新標(biāo)準(zhǔn)使得戶(hù)外部署UWB更加輕松。此前，戶(hù)外部署僅限于較低頻段（頻率范圍從 3.1 GHz 到 4.8 GHz）的 定位跟蹤設(shè)備，而且歐盟各國(guó)的規(guī)則和審批流程各不相同，部署存在較大障礙。現(xiàn)在，UWB 信道5到9（頻率范圍從 6 GHz 到 8.5GHz）戶(hù)外部署在整個(gè)歐盟范圍內(nèi)統(tǒng)一，戶(hù)外安裝必須遵守其他條件和要求，但無(wú)需審批流程，為UWB在戶(hù)外部署鋪平道路。

3、UWB芯片

隨著標(biāo)準(zhǔn)化日趨成熟，商用UWB芯片的可用領(lǐng)域正在迅速擴(kuò)大。國(guó)內(nèi)已有多家芯片廠(chǎng)商發(fā)布了UWB芯片。

由芯邦科技開(kāi)發(fā)的最新UWB芯片CBU5000V210是一款集成了UWB（6-9GHz）、藍(lán)牙（BLE）和32位微處理器（MCU）的單芯片CMOS SoC，符合IEEE 802.15.4z、IEEE 802.15.4-2015和FiRa標(biāo)準(zhǔn)。這款芯片可以支持測(cè)距、3D AOA和雷達(dá)功能。BLE系統(tǒng)支持BLE5.0，具有低功耗特性，使得芯片可以支持更長(zhǎng)的電池壽命。SoC集成了高性能的32位MCU、硬件安全平臺(tái)和豐富的功能模塊，使得芯片適用于通信、測(cè)距、物聯(lián)網(wǎng)等應(yīng)用。

接下來(lái)UWB芯片的普及度會(huì)不斷提高，應(yīng)用越來(lái)越廣泛。隨著 2025 年即將推出的新 IEEE 802.15.4ab，將會(huì)有新一代UWB芯片進(jìn)入市場(chǎng)，其功耗進(jìn)一步降低，安全性提高，并支持流媒體音頻。我們的生活將會(huì)因?yàn)檫@些智能家居設(shè)備而更加便捷，讓我們拭目以待。