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UWB技術(shù)研討會(huì)

【DAYS：2021.06.24】

6月22日，Qorvo與利爾達(dá)公司共同舉辦的主題為超寬帶UWB技術(shù)使用案例及其優(yōu)勢(shì)的在線研討會(huì)。吸引了近500位來(lái)自全球的從業(yè)者，提出了近300個(gè)專(zhuān)業(yè)問(wèn)題，UWB技術(shù)熱度可見(jiàn)一斑。

近年來(lái)，UWB推動(dòng)了一系列使用高度精確位置和距離感應(yīng)的新場(chǎng)景快速發(fā)展，提供了諸多的新體驗(yàn)和新功能，乃至以前不可能實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景。業(yè)內(nèi)認(rèn)為UWB成為主流無(wú)線技術(shù)指日可待。本次演講主要展示了各種UWB應(yīng)用的可能性，包括UWB的技術(shù)原理和特點(diǎn)，它能在在哪些場(chǎng)景被使用，以及未來(lái)的應(yīng)用方向，并重點(diǎn)分析了其差異化優(yōu)勢(shì)。

開(kāi)啟精準(zhǔn)定位新紀(jì)元

首先一起來(lái)了解定位技術(shù)的歷史，它如何改變?nèi)藗兊纳?？催生了什么新的服?wù)和業(yè)務(wù)？

這一切都始于90年代末2000年初。當(dāng)GPS開(kāi)始被普通民眾用于導(dǎo)航目的，比如尋找自動(dòng)取款機(jī)，找到最近的加油站等，改變了我們作為普通個(gè)體的生活，更加方便。但對(duì)企業(yè)而言，不僅僅是方便，而是提高了效率，甚至是建立可持續(xù)的商業(yè)模式的問(wèn)題。如果沒(méi)有GPS技術(shù)，亞馬遜這樣的公司要高效的導(dǎo)航送貨會(huì)多么的困難。

10年后，室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)開(kāi)始應(yīng)用，商場(chǎng)、機(jī)場(chǎng)和其他大型建筑有了新的基于室內(nèi)位置的服務(wù)。然而直到今天，第一代室內(nèi)定位服務(wù)并沒(méi)有完全滿足個(gè)人和企業(yè)的期望，因?yàn)樗鼈儾粔虺珳?zhǔn)，有時(shí)候還有點(diǎn)慢。事實(shí)上，我們想要的是能夠?qū)崟r(shí)定位和找到幾乎所有的東西，無(wú)論大小，但是目前系統(tǒng)不能提供足夠的精度、可靠性和實(shí)時(shí)性，因?yàn)樗麄兯?/span>使用的底層技術(shù)不是為精確定位而設(shè)計(jì)的。

準(zhǔn)確的位置可以帶來(lái)新的安全級(jí)別，因?yàn)樗麄兲囟ǖ奈锢砦恢眯畔⒉荒軅卧?，可以用作新的安全憑證，但目前的技術(shù)無(wú)法實(shí)現(xiàn)這些期望，我們需要高精度！如果想建立分析和自動(dòng)化系統(tǒng)，可靠性就相當(dāng)重要，因?yàn)槲覀儾辉贊M足于鏈接和定位一小部分設(shè)備，而是成千上萬(wàn)的設(shè)備，所以需要系統(tǒng)的可擴(kuò)展性。因?yàn)榇蠖鄶?shù)連接的設(shè)備對(duì)成本和耗電量都很敏感，所以也需要做到低功耗和低成本，如果你打算建立自動(dòng)化系統(tǒng)，一個(gè)物體或者人在5秒前的位置是不夠的，所以對(duì)實(shí)時(shí)性也是有要求。

傳統(tǒng)的定位技術(shù)例如WiFi、藍(lán)牙、zigbee都非常好，但它們都不是為實(shí)時(shí)定位服務(wù)而設(shè)計(jì)的。工程師們做了大量的工作，來(lái)建立基于他們的定位系統(tǒng)，但是準(zhǔn)確度以米為單位，可靠性大概只有70%。成千上萬(wàn)的設(shè)備無(wú)法同時(shí)報(bào)告它們的位置，這些缺點(diǎn)都不能滿足我們對(duì)定位的所有要求。

那么超寬帶的基本特點(diǎn)是什么呢？

厘米級(jí)的準(zhǔn)確度帶來(lái)超高精度的定位，高度抗多徑干擾的能力帶來(lái)超高的可靠性，比GPS快50倍的低延遲帶來(lái)實(shí)時(shí)性低功耗，低成本地處理性帶來(lái)可接受成本的全覆蓋，符合802.15.4Z協(xié)議帶來(lái)更高的安全性。

UWB比其他的定位技術(shù)例如WiFi和藍(lán)牙的性能更好，因?yàn)樗?a target="_blank">信號(hào)傳輸帶寬很寬，達(dá)到500M赫茲，并且使用了飛行時(shí)間技術(shù)，而不是窄帶和信號(hào)強(qiáng)度，本質(zhì)上這允許UWB在實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度的同時(shí)，體現(xiàn)了多抗多徑和抗干擾的能力，可以達(dá)到1厘米級(jí)的精度。

UWB信號(hào)可以配置不同的算法，適應(yīng)各種應(yīng)用場(chǎng)景。

■點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的應(yīng)用非常適合Airtag的應(yīng)用

■mesh網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)方式適合于相對(duì)位置的導(dǎo)航；

■基于多個(gè)基站的方式是高精度定位和導(dǎo)航的理想選擇；

■在一些簡(jiǎn)化的場(chǎng)景中可以使用到達(dá)角的算法，可以得到兩個(gè)物體之間的相對(duì)距離和角度。

盡管UWB非常強(qiáng)大，但它仍然對(duì)障礙物非常敏感，因此我們將視頻與圖文一傳感器相結(jié)合實(shí)現(xiàn)更高的精度，為客戶提供與現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景相關(guān)的解決方案。

UWB經(jīng)常遇到的一個(gè)問(wèn)題——在應(yīng)用中需要部署的錨點(diǎn)的數(shù)量是范圍是多少？答案是視情況而定。這取決于UWB的工作頻率，在3.5G到8G赫茲之間，頻率越高距離越短。這也取決于傳輸速率，傳輸速率越高距離越短。

最后一點(diǎn)，硬件的天線設(shè)計(jì)也對(duì)距離有一定的影響。但是即使在硬件設(shè)計(jì)糟糕的情況下，很多時(shí)候仍能得到25米的測(cè)量距離，而且精度是恒定的，這意味著只需使用4個(gè)錨點(diǎn)仍可覆蓋625平米，并且具有恒定的定位精度，所有這些數(shù)字都假設(shè)沒(méi)有外部的PA或者LNA。

UWB在什么領(lǐng)域發(fā)揮作用

UWB目前在超過(guò)40個(gè)垂直的細(xì)分市場(chǎng)里用到了USB定位，范圍囊括工業(yè)應(yīng)用、汽車(chē)、消費(fèi)電子等。

以人員管理為例，由于新冠疫情，有必要在全世界范圍內(nèi)準(zhǔn)確追蹤和實(shí)施社交距離控制以確保個(gè)人在工作場(chǎng)所的安全。員工會(huì)配備標(biāo)簽，當(dāng)員工之間的距離過(guò)近時(shí)會(huì)發(fā)出警報(bào)，中央服務(wù)器將記錄所有標(biāo)簽的位置。如果有人生病了，公司將通知所有密切接觸者，以便他們能夠立刻接受檢測(cè)和隔離，UWB是用于此類(lèi)應(yīng)用的完美技術(shù)，高精度讓它可以根據(jù)當(dāng)?shù)氐陌踩珮?biāo)準(zhǔn)設(shè)置出不同的安全距離，比如法國(guó)1米，德國(guó)1.5米，英國(guó)2米，同時(shí)保證數(shù)據(jù)的可靠性和避免錯(cuò)誤檢測(cè)。UWB的標(biāo)簽很小，可以讓員工佩戴著工卡，而且是電池供電的，在過(guò)去的幾個(gè)月里從工廠到NBA夏令營(yíng)，這些解決方案已經(jīng)成功的部署到世界各地。

在智慧工廠，超寬帶技術(shù)可以在工作場(chǎng)所提高運(yùn)營(yíng)的效率，同時(shí)實(shí)現(xiàn)完全的可視化，員工、資產(chǎn)、工具和地面設(shè)備都有UWB標(biāo)簽，這些標(biāo)簽將有助于識(shí)別和消除工作里面的瓶頸，幫助工作流程變得更加高效。工具叉車(chē)上的UWB標(biāo)簽將幫助管理人員跟蹤其利用率，提供有價(jià)值的利用率分析和優(yōu)化，這類(lèi)系統(tǒng)已經(jīng)在全球許多大型工廠部署，并且回收期非常短，不到18個(gè)月。

UWB為企業(yè)帶來(lái)的另外一個(gè)價(jià)值是安全管理，改善現(xiàn)場(chǎng)工人的安全，使企業(yè)能夠有效的保護(hù)工人，通過(guò)降低安全管理成本，幫助企業(yè)獲得競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。UWB標(biāo)簽將有助于建立虛擬的安全區(qū)設(shè)置，只有授權(quán)員工才能進(jìn)入的訪問(wèn)控制，減輕叉車(chē)與人和其他設(shè)備之間的碰撞。如果員工處在非安全區(qū)，一旦出現(xiàn)緊急情況，所有員工必須撤離工廠。員工身上的標(biāo)簽將有助于通知樓層經(jīng)理團(tuán)隊(duì)員工是否已經(jīng)離開(kāi)大樓，如果有一些員工仍在大樓內(nèi)，能及時(shí)顯示他們的確切位置，而不用盲目尋找。

UWB的最后一個(gè)價(jià)值是安全通信。當(dāng)你接近車(chē)的時(shí)候會(huì)自動(dòng)開(kāi)鎖，這種無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)已廣泛部署在汽車(chē)領(lǐng)域，目前的遙控車(chē)鑰匙有一個(gè)安全弱點(diǎn)，叫做終極攻擊沖擊。它的概念和實(shí)現(xiàn)相當(dāng)簡(jiǎn)單即當(dāng)你離開(kāi)汽車(chē)時(shí)，一個(gè)攻擊者會(huì)跟著你，攻擊者將攜帶一個(gè)設(shè)備，設(shè)備從你的遙控鑰匙獲取信號(hào)，因?yàn)殍€匙會(huì)數(shù)據(jù)傳輸，該裝置將放大信號(hào)使汽車(chē)能夠接觸到，并認(rèn)為鑰匙在附近從而觸發(fā)汽車(chē)開(kāi)啟。如果采用UWB技術(shù)，汽車(chē)和鑰匙將使用飛行時(shí)間測(cè)量它們的相對(duì)距離，并創(chuàng)建一個(gè)安全的通信范圍，在設(shè)定范圍內(nèi)只允許汽車(chē)接觸。距離是時(shí)間乘以光速，這兩個(gè)屬性是無(wú)法修改的，這使得UWB的解決方案比傳統(tǒng)技術(shù)更加安全。這是由于UWB的這個(gè)優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被汽車(chē)和手機(jī)制造商選擇用于下一代的無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)。

改變才剛剛開(kāi)始

UWB已經(jīng)在許多不同的市場(chǎng)中得到了應(yīng)用，但這只是一個(gè)開(kāi)始，超寬帶即將成為我們?nèi)粘Ｉ钪邢乱粋€(gè)無(wú)處不在的射頻技術(shù)，事實(shí)上所有適合大規(guī)模采用UWB技術(shù)的部分都已經(jīng)準(zhǔn)備就緒。

目前各大手機(jī)制造商正在將超寬帶技術(shù)嵌入到手機(jī)中，因?yàn)槭謾C(jī)是人們生活中的主要門(mén)戶。但這還不夠產(chǎn)生網(wǎng)絡(luò)效應(yīng)和發(fā)展大型的生態(tài)系統(tǒng)，我們需要互操作性和規(guī)則來(lái)保證所有的USB設(shè)備可以相互通信。這正是UWB聯(lián)盟，歐洲汽車(chē)聯(lián)盟和FIRA聯(lián)盟設(shè)立的目的，確保你的汽車(chē)和手機(jī)，你的手機(jī)和門(mén)鎖，你的手機(jī)和定位基站等之間實(shí)現(xiàn)互聯(lián)。目前FIRA聯(lián)盟正致力于確保多種用例的互操作性，不僅僅是工業(yè)產(chǎn)品，而且是所有的消費(fèi)品互聯(lián)。

在你的智能手機(jī)中使用超寬帶技術(shù)將會(huì)帶來(lái)很多新的可能性，比如可以無(wú)鑰匙訪問(wèn)汽車(chē)，購(gòu)買(mǎi)將更加安全，很容易找到放錯(cuò)地方的東西。借助先進(jìn)的導(dǎo)航功能，店內(nèi)的購(gòu)物更加高效，我們能夠在擁擠區(qū)域快速找到家人和朋友，還有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)真正的智慧家居。

就像沒(méi)有人能預(yù)料到GPS、 WiFi和藍(lán)牙所帶來(lái)的新應(yīng)用的廣度一樣。超寬帶技術(shù)帶來(lái)的多方面價(jià)值，除了室內(nèi)定位導(dǎo)航、情景決策、安全通信支付，還可以配合位置信息實(shí)現(xiàn)低延遲的數(shù)據(jù)傳輸和雷達(dá)，就讓我們拭目以待，UWB會(huì)如何改變我們的生活。