一直不温不火的UWB技术应用，这两年将进入爆火期？
本文来自：汽车商业评论
撰文 / 钱亚光
编辑 / 张 南
设计 / 赵昊然
10 月 4 日，在谷歌 Pixel 8 系列新品发布会上，Pixel Watch 2 手表正式发布，其新增的亮点功能是 UWB（Ultra Wide Band，超宽带）。Pixel 用户可以与 iPhone 用户跨平台共享数字车钥匙。
9 月 25 日，华为智慧屏 V5 Pro 全球首创华为灵犀隔空触控，实现了 UWB 技术在华为 C 端产品中的首度落地。
9 月 21 日，蔚来发布的手机 NIO Phone 也标配了 UWB，以便与蔚来汽车系统结合，提供更便捷、智能的车载体验。
提到无线短距通信技术，不能不让人想在 8 月华为 HDC（开发者大会）发布的中国原生新一代无线短距通信技术——星闪 NearLink。
其实星闪和 UWB 都是非常杰出的近距离通信技术，但技术路线有差异，UWB 更擅长定位，星闪更适合高速传输。
UWB 是通过发射和接收超宽带电磁脉冲来实现测距和定位的技术 , 具有高精度、高准确性和多径抑制能力强等优点。UWB 可以在短距离范围内进行高精度的测距，并可以通过多路径传播的特性进行精确定位，适用于室内定位、物体跟踪和数据传输等领域。目前在工业领域、消费领域和汽车领域都有广泛应用。
星闪使用一套标准来整合蓝牙和 WI-FI 等传统无线技术的优势，拥有更高的传输速度和更低的延迟，适用于实现近距离设备之间的快速数据传输和共享，具有高速、低功耗和安全性的特点，可广泛应用于智能汽车、智能家居、智能终端和智能制造等快速发展的新场景。
由于星闪技术是 2020 年由工信部牵头制定标准，并成立以中国企业为主的星闪联盟（SparkLink），今年 8 月才刚刚发布应用于产品的星闪技术，尚未大规模商业化，所以这篇文章更侧重于更加成熟的 UWB。
虽然 UWB 在短距离通信上有很大的优势，但它以前在我们普通人眼中没什么存在感。原因在于 UWB 在几年前还主要应用于军事、工业、医疗等行业，很难与老百姓的生活产生交集。
UWB 相关概念在 1960 年就被提出。1973 年，有了第一个 UWB 系统的专利。从 UWB 出现到 20 世纪 90 年代，UWB 技术主要用于军事，进行人员定位和设备追踪，例如城市作战训练、弹药仓库管理、高级研发等。
直到 2002 年，美国联邦通信委员会（FCC）对其做了功率限制，并允许其进入民用市场。
2013 年开始，UWB 逐渐应用于公安系统、仓储、物流、医院、工厂、煤矿、工地、展馆、商场、隧道、机房、机场、体育等 40 多个不同的垂直领域。
2019 年，车联网联盟（Car Connectivity Consortium，CCC）将 UWB 列为下一代车辆安全访问技术，促进了移动设备的大规模可用性。而移动设备与汽车的 UWB 连接，需要双方都具备 UWB 硬件，并符合相关标准。
同年，手机厂商将其从 B 端推向了 C 端，最先应用 UWB 的手机，是 2019 年苹果发布的 iPhone11，此后的苹果手机上 UWB 成了标配。
此后，三星、小米、魅族、OPPO、宝马、蔚来、比亚迪等纷纷入局，开始研发并装配 UWB 技术产品。UWB 开始进入消费领域和汽车领域，与普通人的生活关系开始密切了起来。
目前，全球只有苹果、恩智浦、QORVO 三家公司可以大规模供应 UWB 单芯片，其中 Qorvo 是因 2020 年花 4 亿美元收购了当时全球最大的 UWB 定位芯片供应商 Decawave 进入 UWB 芯片领域的。
目前，工厂、煤矿、半导体企业等需要定位的 B 端 UWB 市场由 QORVO 主导；手机领域的 UWB 的供应以恩智浦和 QORVO 两家供应商为主，苹果则是自研自用；而在车规级 UWB 芯片领域仅恩智浦能够提供，形成一家独大竞争格局。
中国大陆在 UWB 芯片设计领域起步较晚，目前已有精位科技、联睿电子、纽瑞芯、浩云科技等企业在研发 UWB 芯片产品。
UWB 芯片设计制造完成之后，需要 UWB 模组厂商、面向企业级用户的 UWB 方案商组装成芯片模组、信标、基站等对外销售，并向下游厂商提供 UWB 应用方案。
国际 UWB 模组和方案提供商有：Zebra、3DB Access/Microchip、Kinexon、Sewio、Ubisense、Inpixon、Wipelot、Donn Tech、Humatics、LG Innotek 等。国内较为知名的系统及模块提供商有清研迅科、浩云科技、移远通信、信维通信、南京沃旭、郑州联睿等。
对于 UWB 的前景，恩智浦汽车数字钥匙高级市场经理董珀非常乐观。他认为，以前社会对于位置服务的要求没有那么高，现在随着快递、送餐、泊车等服务对位置精度要求越来越高，尤其对室内高精定位的需求，催生了不少衍生应用市场，而定位准、传输快的 UWB，价值在逐步得到体现，迅速发展起来。
不只是恩智浦非常看好这个市场，现在这个产业也有了越来越多的跟随者，包括意法半导体、英飞凌、瑞萨都已经开始做 UWB 产品了。现在大家都在努力从产业链、从需求端去推动，让最新的 UWB 技术投入应用。
UWB 强在哪里
UWB 是一种基于 IEEE 802.15.4z 无线标准的短距通信方式，旨在提供精确定位和安全通信。其技术原理是使用了极短的电磁脉冲来传输数据，并通过计算从接收器和发射器之间的时间差来确定物体的位置，可以在几厘米到几毫米的范围内定位目标。它所使用的频段包括 3.1-4.8GHz 低频段和 6-10.6GHz 高频段两种，因此被称为 ” 超宽带 “。
UWB 的主要优势体现在以下几个方面 :
定位精度高：UWB 采用高频率脉冲，利用飞行时间（ToF）来精准测量距离和位置，能很轻松在 10 米距离内实现厘米级定位功能，并可在室内、地下精准定位。比如蔚来手机就可以对每位车内乘员进行精确定位。恩智浦甚至与德国 LaterationXYZ 公司合作，获得了利用 UWB 技术实现毫米级精准定位其他物品的能力。
安全性高：UWB 在信号中加入了安全时间戳，只有与接收端的滚码相匹配后，才能得到对应的时间戳，进而解锁车辆，极大地提升了防中继攻击能力；另外 UWB 能在 30 米范围内精确定位钥匙位置，如果 ToF 飞行时间过长，系统会判定车钥匙在不在有效范围内，让攻击者无法对系统进行欺骗。
抗干扰性强：UWB 采用跳时扩频信号，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲信号分散在宽阔的频带中，输出功率甚至低于普通设备产生的噪声。接收时将信号能量还原出来，在解扩过程中产生扩频增益。
传输速率快：UWB 使用带宽在 1GHz 以上，在 10 米距离内的数据传输率可以达到几十 Mbps, 甚至接近 100Mbps, 可比 Wi-Fi 要低一点，但是比蓝牙高不少。
不过，UWB 定位技术虽然可以实现高精度定位，但是 UWB 信号频率较高、功率又小，覆盖范围相对较小，比较适用于定位精度要求高的应用；相比其他定位技术，UWB 设备成本也较高。据董珀介绍，目前因为出货量不够大，一套 UWB 定位设备的价格大概比蓝牙贵 1 倍。
数字车钥匙的里程碑
目前 UWB 离我们最近的应用，可能要算是数字车钥匙，与 NFC 或蓝牙技术相比，UWB 数字钥匙既具备更高的精准度和安全性，同时又提供了很好的自由度。UWB 数字钥匙能让车能够识别用户身份，在用户上车后可以自动完成启动车子、登陆数字座舱、打开地图和音乐等一系列的个性化功能，从而将开启车锁和车机智能交互两个割裂的场景用一个数字 ID 统一起来。
蔚来就凭借这一优势来提升用户的特定场景体验，例如远程控车、近场控车、车内控车等。如果你有多辆蔚来汽车，都可以连到一部手机上来，以后出门带手机就行。
其实，UWB 在汽车上的应用，蔚来不是第一家，但也算是前期的参与者。
在 2020 年 6 月的 WWDC 全球开发者大会上，苹果宣布与宝马公司合作推出基于 iPhone 的数字车钥匙 CarKey。2021 年 11 月，宝马推出的 BMW iX xDrive50 配备了 UWB 数字钥匙（Digital Key Plus）。
2021 年 7 月，车联网联盟（CCC）发布了汽车数字秘钥 3.0 版规范，将 UWB 与蓝牙低功耗无线技术相结合，能够实现通过兼容的移动设备进行被动无钥匙进入和引擎启动。这也被视为数字钥匙进入下一阶段的里程碑事件。
2022 年，蔚来在 ET7 和 ET5 上使用了由德国零部件供应商科世达（KOSTAL）提供的 UWB 数字钥匙技术方案。这次 NioPhone 的上市让蔚来的 UWB 应用形成了闭环。
此后，奥迪、大众、福特、本田、现代、凯迪拉克等外资品牌，以及国内的小鹏、长城、比亚迪等自主品牌的车型上也逐渐开始配备 UWB 数字钥匙。
董珀告诉汽车商业评论，UWB 在智能手机、汽车电子、IoT、智能家居、穿戴设备、AR/VR、室内导航寻物等领域有着丰富的应用场景。
来源：Data Bridge Market Research
据市场研究公司 Data Bridge Market Research 分析，2021 年 UWB 市场规模为 11.6 亿美元，预计到 2029 年将达到 18.4 亿美元，预测期内复合年增长率为 5.90%。
有关预测显示，智能手机将在 2027 年成为 UWB 的最大应用市场（对 UWB 出货量的需求超过 8 亿个），其次则是汽车、智能家居设备、可穿戴设备、消费者标签和实时定位系统（RTLS）等。
据 Qorvo 市场经理孔德正介绍，目前 UWB 在汽车领域的应用主要包括 UWB 数字钥匙和 UWB 雷达，将来会有更多的应用场景。
交通领域的功能拓展
目前，UWB 在车端的渗透率并不高。 据驰芯半导体预测，目前装载 UWB 的汽车终端或许仍不足 5%。
不过，从行业调查来看，UWB 未来会成为大部分旗舰或者中高端手机的标配功能，而在车端 UWB 普及率也将逐步提高，到 2025 年会占到汽车总市场的 15％，2027 年将增长到 23.3％。
目前整体车端软硬件 BOM 成本现在大概 100 美元，预计到 2025 年可以降低到 70 美元。
除了汽车数字钥匙之外，通过复用车端 UWB 硬件，可以实现更丰富的功能与体验，在交通领域主要拓展了车内活体检测、脚踢雷达、AVP 代客泊车三大方面的应用：
欧洲 E-NCAP 决定从 2023 年开始将车内儿童存在检测 ( CPD, Child Presence Detection ) 纳入测评车辆的评分系统。UWB 的短距离雷达非常敏感，可以通过检测车辆内外的人员和物体，这不仅有助于防止小孩和婴幼儿遗留在车内，还可以在驾驶员睡着或失去行动能力时，向驾驶员保护系统发出警报。
据孔德正介绍，UWB 既可以提供类似毫米波的活体检测，还可以监测到人类的呼吸频率，甚至可以通过呼吸频率算法大体判断出被监测者的年龄段。
现在大部分非接触后备箱开关方案，采用电容传感器或毫米波雷达来实现。电容方案价格较便宜，但对电磁干扰也较为敏感，容易误触发或失灵；而毫米波雷达可以有效检测踢腿的动作，而且不受周边电磁环境及天气的干扰，但价格较昂贵。
UWB 全向天线灵敏度很高，车厂可以将 UWB 传感器安装在车内以及车外车箱后尾部，利用 UWB 的雷达功能提供非接触后备箱开关方案，其稳定性相比电容方案足够高，但比毫米波方案便宜，功耗也低于毫米波雷达。
另一个典型应用场景就是泊车，甚至是 AVP 代客泊车。简单来说，UWB 技术通过 TOF 测量法，能够非常精确地确定两个超宽带设备的距离以及物体在给定空间中的位置。通过点到点的快速车距感应，在地下停车场等没有信号或信号较差的地方，与配备 UWB 设备的停车场系统连接，实现车辆协调和障碍物检测，将车辆无缝导航到空余的停车位。
此外，UWB 在汽车上的应用还包括无感支付、精准的无线充电，甚至在 V2X 场景里面，都可以使用 UWB 来侦测和周围物品的距离，防止碰撞。
从发展趋势看，手机厂商和汽车主机厂商都将成为 UWB 生态链的主力，通过 UWB 技术进行人车互联，建立更广泛的生态应用，给汽车的使用者带来更加安全、方便的驾乘体验。