UWB传统行业应用情况介绍

  应用领域消失。如今看来，UWB非但没有完全消失于该领域，其发展速度反而有增无减。

  虽说UWB技术在消费类应用中，不及工业类应用来得成熟，但是随着去年苹果在其手机中植入UWB技术，再次将UWB的热度拉到了最高点。

  值此UWB热度被拉到最高点之际，物联传媒邀请了深圳市纽瑞芯科技有限公司创始合伙人/CEO陈振骐做了一期以“UWB消费类应用即将爆发，国产UWB芯片级解决方案有哪些机遇”的线上沙龙分享，以下内容整理自本期线上沙龙直播，总共分为五部分内容。

  在传统行业应用中，技术方案多采用带基站和终端节点的模式，需要定位基站的配合。该模式的特点是需要节点布网，大部分应用需要集中计算，因此极大的限制UWB规模化应用扩展。

  该模式下更适用于封闭空间的场景中应用，如大型工厂/井下定位/地下车库/特殊行业（监狱/大船/大舰）等。

  由于UWB传统行业用户多采用Anchor-Tag模式，虽然某些特定的程度上限制了UWB规模化的发展，但是未来5年内，企业级应用市场的用户体量仍将实现百万级增长。同时，中国UWB企业级应用市场出货量在接下来三年预计分别能达到450万片、850万片及1200万片。总体上，整个UWB企业级市场体量将实现逐渐上升的景象。

  据了解，2019年iPhone11销量约为4000万部，亦即UWB芯片的销量有4000万片，这几乎达到了前些年行业UWB芯片的销量总和。而今年，根据有关机构预测iphone的销量可达2亿部左右，部分会带UWB芯片，可见消费级UWB芯片的市场规模是十分巨大的。随着UWB渗透率的迅速增加，虽然目前国产芯片很难进入苹果手机，不过，三星、国内头部客户如华米OV，及国内其他ODM及二线厂商的UWB需求市场预测也将非常广阔，UWB可能甚至将成为未来手机的标配。

  可以说，手机消费类电子的应用市场是UWB技术应用一个全新的增长点。在该应用场景下，能够以手机为核心进行感知测距，避开了传统行业中的节点布网的模式，可实现手机物联网遥控、智能开锁/车库控制与安全支付等功能。这给了UWB技术带来了很大的应用空间，潜在应用前景巨大。

  从图片中能够准确的看出全球智能手机出货量的增长并不可能会出现较大的变化，但是UWB在手机应用方面会有较大的增长。相比传统行业应用，这将是一个巨大的蓝海市场，以手机为核心衍生出的周边UWB设备/标签将是手机数量的数倍，乃至数十倍的体量。

  在该案例中，使用原有的解决方案很容易出现安全方面的问题，如非车主可通过无线中继器在车主不知情的情况下将车门打开，因此导致车主财物受到不同程度的损害。UWB作为一种厘米级定位精确度的技术，可依据需求限定开车门的距离范围。

  UWB之所以能够解决该痛点的原因主要在于：1.基于UWB定位技术的特点是稍微延迟都可能会产生巨大的差距而无法开车门，所谓失之毫厘差之千里；2.加强数据安全加密的措施。

  基于此，未来通过手机开车、开车门、开车库、通过手机认证让朋友开锁都将变得更安全。

  由于UWB具有无需贴近设备、安全认证方面的优势，在某一些程度上可视为拥有了二维码以及NFC两种技术方案的优势。

  目前，在全世界内，最知名的四大标准组织分别为：美国电子工程协会、欧洲电信标准协会、UWB联盟以及FiRa会社。

  2000年左右，UWB技术开始应用于民用领域。最初是802.15.3协议推动，早起由于该协议中存在两个不同的技术方向，最终没有定稿导致协议流产。后来，将技术平移至802.15.4标准中，从而获得了新生，并实现了较快的发展。

  TG4z工作组包含了NXP、苹果、Decawave、三星等国际有名的公司，负责增强型HRP及LRP物理层及MAC层相关测距技术的研究，预计今年6月份发布稳定版本的标准。且新智能手机和消费类电子应用必须与4z协议兼容。

  欧洲电信标准协会 TG UWB工作组筹建于2017年，该工作组包含了博世、Decawave、高通、Ubisense等国际有名的公司，研究和开发针对短测距设备的ETSI无线电标准，该标准可用于通信网络传感器等应用中，预计今年6月份发布最终技术规范。

  该联盟成立于2018年12月，是一个全球性的非盈利组织，旨在将UWB技术建立成为一个开放的行业标准，其主要订立传输层和网络层标准，预计今年Q4发布相关标准。

  从上图能够准确的看出，该联盟涵盖了从芯片、模组、解决方案到应用较为完整的产业链企业，而其中应用又以汽车、手机、Tag/穿戴、机器人为主。

  从以上两图看来，该会社主要推动UWB设备的互操作性以建立良好的UWB生态系统，该会社以测距为核心，最终将订立相关标准。

  结合UWB联盟以及FiRa会社的成员来看，前文所提的UWB在手机消费类电子市场的应用显示出了爆发的趋势，从两者的应用厂商成分或可见端倪。

  目前，无论是HRP还是LRP，两种协议均已被IEEE 802.15所采纳，只是两种协议背后有不同的公司驱动、推进。

  在本次沙龙分享过程中，陈博士提出相关建议：行业用户不应该通过芯片来选边站，因为双模式共存的方式成本代价并不大。但是双模式共存也存在一定的挑战，其挑战在于（以HRP兼容LRP的角度看）：

  LRP对功放的设计有较高的要求，瞬时功率有10dB以上的增加，该差距实际上已属于一个完全不一样的设计门槛；

  基于低功耗设计需求，功放可随时进行开关，在大功率、瞬时功率之间的切换时需保证稳定度；

  两种协议基于不同的调制方式，需要支持不同的带宽、脉冲宽度的信号，需要有更精确的时域控制、更窄的时间精度；多种调制方式在数字和基带上也需要灵活的支持，因此就需要利用软件无线电的设计思路进行设计。

  此前，中国无委会发布过一个标准，其对UWB LB功耗有很低的功率限制，功率谱密度远低于FCC的限制，达到-70dBm/MHz，这在某种程度上预示着低频段在公开的空间中没办法使用。针对此，陈博士提出建议，手机等应用可都集中在6.5G以上的高频段。陈博士提到，UWB芯片设计厂商，除了Decawave之前行业用户垄断产品都是在LB，后面新出的芯片（包括Decawave新出的）都集中在HB。

  在芯片设计过程中，其挑战并不仅只是存在于以上所提到的两个方面，事实上，怎么来实现标准测距与增强测距同时支持、各类定位算法、安全测距以及数据加密等方面均存在不同的挑战，如：

  正如前文所提，UWB在消费类电子市场的应用爆发的趋势显现，对于国内UWB芯片厂商来说，各方面也都发出了良好的信号，预示着机遇的存在：

  首先，在这次市场爆发中，中国或将成为爆发的主场，且在芯片领域，近年来国产替代一直是主旋律。

  其次，从当前UWB发展进展来看，UWB芯片的研发和国外大厂存在的差距仅为半代到一代，这在整个芯片发展历史上或许算得上是最紧跟国际进展的了，且目前欧美芯片大厂入场的还不多，竞争相对较小。

  当然了，在各标准协议还未定稿的情况下，也要求入场的企业对技术协议有较好的把握，并且要有敏锐的市场洞察力以满足相应市场需求。

  ： cat /sys/kernel/debug/ion/bm_npu_heap_dump/summary head -2VPU

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