- UWB概述
UWB（Ultra Wide Band）中文名叫超寬帶技術，是一種無線載波通信技術，通過發送納秒級的非正弦波窄脈沖來傳輸資料，是一種近距離通信技術。。誕生于二十世紀六十年代，最初應用于雷達和遙感領域，更多的用于災後搜救、軍事測距等場景，和我們廣大群眾的生活保持着不遠不近的距離。二十一世紀，無線通信應用場景全面爆發，伴随着OFDM技術的成熟應用，UWB正式的被納入了無線通信技術領域，開啟了自己的全新征程。
WB出現于1960年，通過Harmuth、Ross和Robbins等先行公司的研究， 70年代在雷達系統應用中獲得了重要的發展。為了研究UWB在民用領域使用的可行性，自1998年起，美國聯邦通信委員會(FCC) 就“超寬帶無線裝置對原有窄帶無線通信系統的幹擾及其互相共容”的問題開始廣泛征求業界意見。2002年，美國FCC正式将3.1GHz-10.6GHz頻帶作為室内通信用途的UWB開放，标志着UWB開始用于民用無線通信。随後幾年，日本、新加坡和歐盟等的無線電管理部門都頒布了類似的法令。中國從2006年開始進行UWB頻譜規劃的準備工作。2008年，中國的UWB頻譜規劃正式釋出，包括UWB信号的射頻名額、應用場所限制、裝置核準等方面的内容。
為什麼叫超寬帶呢？這裡有兩個主要原因，第一是因為它的可用頻譜帶寬确實太寬了，FCC 配置設定給它的頻帶從 3.1GHz 到 10.6GHz，總共 7.5GHz 的可用頻譜帶寬，相對帶寬超過 100%。第二是它的載波帶寬也比較寬，達到了 500MHz。
無論它的 OBW 還是 CBW，都達到了超級寬的水準，是以叫做超寬帶 UWB 也确實是實至名歸。也是基于此，在 1989 年的時候，這種無線通信技術被美國國防部命名為“UWB”。
- UWB技術特點
A. 超寬帶寬：UWB技術使用超寬帶帶寬，通常在500 MHz到10 GHz之間，甚至更大，相比傳統無線通信技術的窄帶信号，UWB的帶寬遠遠超過了其它通信技術的帶寬。
B. 高傳輸速度：由于UWB技術的超寬帶寬，它能夠提供非常高的傳輸速度。通過使用大量的頻率資源和傳輸信号的短脈沖，UWB可以實作Gbps級别的高速資料傳輸。
C. 低功耗：盡管UWB技術具有高傳輸速度，但它的功耗相對較低。因為UWB信号的能量分布非常寬，單個脈沖的能量相對較低，這使得UWB裝置能夠以低功耗的方式進行通信。
D. 多徑傳播：UWB技術具有良好的抗多徑傳播能力。多徑傳播是指信号在傳輸過程中由于反射、折射等原因導緻多個路徑傳播，這會造成信号的幹擾和衰減。UWB技術通過使用短時域脈沖信号，在寬帶範圍内可以很好地克服多徑傳播問題。
E. 高精度定位：由于UWB技術具有極高的時間分辨率和抗多徑傳播能力，它可以用于實作高精度的定位和跟蹤。通過測量信号的傳播時間和到達時間差，可以實作厘米級别的定位精度。
F. 抗幹擾能力強：UWB技術采用短時域脈沖信号，具有良好的抗幹擾能力。UWB信号的寬帶性質使得它對窄頻帶的幹擾信号具有較強的抑制能力，這使得UWB裝置在複雜的無線環境中表現出色。
總之，UWB技術以其超寬帶寬、高傳輸速度、低功耗、抗多徑傳播、高精度定位和強抗幹擾能力等特點，為無線通信領域提供了新的解決方案，廣泛應用于物聯網、室内定位、雷達等領域。
- UWB主要技術名額
UWB的主要名額如下：
頻率範圍：3.1GHz~10.6GHz；
系統功耗：1mW~4mW；
脈沖寬度：0.2ns~1.5ns；
重複周期：25ns~1ms；
發射功率：<-41.3 dBm/MHz；
資料速率：幾十到幾百Mb/s；
分解多路徑時延：≤1ns；
多徑衰落：≤5dB；
系統容量：大大高于3G系統；
空間容量：1000kb/m。
- UWB 有什麼好處呢？
超寬帶是很多通信人的夢想，因為頻率帶寬意味着信道容量，頻帶越寬，無線通信的容量就越大。這是資訊論大神香農同志給我們留下的珍貴财富 —— 香農定理。在給定信噪比情況下，信道容量 C 和帶寬 B 成正比（下圖中最上面的公式就是香農定理）。
是以，UWB 的第一個優點就是超級牛的信道容量。
同樣，根據香農定理，我們可以得到 UWB 的第二個好處，在一定的信道容量下，超寬帶 UWB 可以接受比較差的信噪比 SNR。另外，在相同載波功率情況下，帶寬越寬，功率譜密度也就越低。基于第一個優點，FCC 索性就給超寬帶 UWB 通信限定了一個很低的 EIRP 要求，小于-41.3dBM / MHz。
-41.3dBm 是一個什麼樣的功率量級呢，換算成毫瓦的格式大概是 0.0000741310241 mW，這麼小的功率對人體健康的影響簡直可以忽略不計，對比我們的手機動辄 0.1W-2W 的輻射功率來說，簡直不要太環保啊。
輻射功率低，也就意味着 UWB 的功耗極小，如果手機也到這個水準，那就再也不用擔心給手機充電了。可惜這種低功率通信，也就隻能用在近距離無線通信上，一般通信距離小于 10 米。是以在通信領域，十全十美的技術可能真的沒有。下表是 UWB 和 WiFi，BT，Zigbee 等短距離無線通信技術的一些參數對比，合适的技術需要用在合适的場景才完美。
這麼小的功率量級還有一個好處就是對其他通信系統的幹擾也很小，是以可以和很多大功率通信技術共存，比如現在的 5G NR 在 3.5GHz 左右有多個比較重要的頻段，還有 WiFi的 5.8GHz。當然安全起見，FCC 也規定了全頻譜的幹擾功率等級，如下圖所示，分為室内和室外，僅在低于 960MHz 和 3.1GHz 到 10.6GHz 的頻率範圍内要求低于-41.3dBm / MHz，其他頻段有更嚴格的功率要求。
大家也許會問憑什麼 UWB 能占用這麼寬的頻譜資源？答案就是：人家功率極低啊。
功率低就可以随心所欲了嗎？No！UWB 還有一個重要的技術，就是脈沖調制。大家都知道我們常用正弦波作為載波對信号進行調制。但是 UWB 信号卻不走尋常路，而是用一個具有很陡的上升和下降的沖激脈沖進行直接調制，使得信号具有比較寬的頻譜特征。
下圖給出了 FM 調制和脈沖調制的對比，正是這個脈沖調制使得 UWB 信号能夠工作在一個較寬的頻帶内。其實在早期，UWB 技術的名字就叫作脈沖無線電 Impulse Radio，1989 年才擁有了現在的名字。
UWB 的脈沖陡而窄，看起來像尖峰一樣，即使是在嘈雜的通道環境中，也很容易識别。且脈沖調制具有很強的抗多徑幹擾能力，通過多個路徑到達接收器的無線電信号在 IR-UWB 系統裡很容易與主信号區分開來。同時脈沖的寬度很窄，為納秒級，這就決定了超寬帶技術超高的精度。是以超寬帶 UWB 技術具有傳輸速率高，抗幹擾能力強，輻射小功耗低，精度高等優點。
- UWB 的應用探讨
超寬帶技術自上世紀 60 年代被提出以後，在軍事領域就得到了廣泛的應用，比如：UWB 雷達，UWB L PI/ D 無線内通系統 (預警機、艦船等)，戰術手持和網絡的 PL I/ D 電台，警戒雷達，UAV / UGV 資料鍊，探測地雷，檢測地下埋藏的軍事目标或以葉簇僞裝的物體無線通信系統方面；在民用領域，真正進入到我們的視野是蘋果公司在 iphone11 上推出的空間感覺能力 Spatial Awareness。利用 UWB 技術的超高精度定位能力，提高了手機的定位精度，并且能夠感覺周圍手機的準确位置。
緊接着，小米也推出了具備 UWB 技術的手機 ——“一指連”，基于這項“一指連”技術，手機和智能裝置将具備空間感覺能力，猶如“室内 GPS”。當手機指向智能裝置，控制卡片就能自動彈出，能夠直接進行操控。
基于高精度定位的服務将成為推動UWB技術發展的主要動力。據全迹科技創始人/CEO都延星表示，UWB技術早期主要應用于工業領域的高精度定位，例如煤礦、隧道和養老院等，以確定勞工的安全生産。近年來，UWB技術逐漸在消費端應用上興起。在工業領域，UWB的應用主要依賴于UWB基站和定位标簽的支援，例如胸卡和手環等，以将其戴在勞工身上。然而，要在消費端開拓UWB的市場應用，必須依靠手機廠商的引領作用，将UWB技術內建到手機中。
蘋果從iPhone 11開始引入了UWB技術，而Airtag的推出更進一步推動了UWB的應用。這種稱為D2D（Device to Device）互聯的應用不需要基站設施，隻需在兩個裝置中都安裝UWB晶片即可。三星的高端手機機型也支援UWB技術，其中Galaxy Note20 Ultra是首款支援UWB的安卓手機。國内手機方面，小米的MIX4已經引入了UWB技術，并且通過創新的"一指連"功能可以輕松遙控多個裝置，但前提是手機和智能裝置都需要配備UWB晶片模組。此外，華為、OPPO和VIVO也都積極進行UWB技術布局。
在電動汽車領域，UWB數字鑰匙成為一項具有巨大潛力的應用。UWB技術的安全性使其更符合車載安全需求。蔚來在2021年釋出的ET7上配備了UWB數字鑰匙，此外，寶馬、奧迪、福特、大衆、本田等汽車制造商也相繼與手機廠商合作推出基于UWB技術的新一代數字化車鑰匙。汽車零部件供應商海拉（HELLA）已經推出了采用UWB的智能車鑰匙，并計劃在兩年内實作量産。
根據優智聯總經理秦波的介紹，UWB在汽車上的另一個應用是雷達，可以用于活體檢測，為使用者提供更多的應用場景和更好的體驗。相比手機，汽車上的UWB應用落地速度相對較快，國内對汽車UWB數字鑰匙的需求已經明确。盡管汽車總量不及手機，但單台汽車使用的UWB晶片數量要多于手機，大約需要用5個UWB晶片模組。
此外，UWB技術在室内定位和導航方面也具有應用前景。随着5G時代的到來，目前大部分5G垂直行業場景發生在室内，是以對于UWB+5G室内定位服務的需求也日益增強。
除了精準定位，UWB技術還具有低延遲互動的優點，這使其在遊戲控制器和AR/VR等互動裝置中有廣泛應用。SPARK Microsystems利用其UWB技術提供超低延遲的音頻和視訊連接配接，在每秒不到10微瓦的功耗下實作了1kbps的資料傳輸，為不需要電池供電的傳感器提供了可能性。
- 國内UWB廠家
在UWB晶片領域，主要是國際廠商如Qorvo、恩智浦等發展較早，技術較先進。Qorvo 2020收購UWB技術先驅Decawave，後者現已成為Qorvo 移動産品中的超寬帶業務部門，這樣Qorvo可以将UWB內建到其射頻晶片上；消費市場大多采用恩智浦的UWB産品，名為Trimension，目前其主要有5款UWB晶片産品，已在汽車、移動和物聯網裝置之間進行應用，實作安全精确測距，三星和小米都是采用恩智浦的UWB晶片。
早期國内在UWB領域，主要是系統方案商居多，如浩雲科技、中海達、全迹科技、清研訊科等。他們早期大都采用Decawave的UWB晶片進行系統研發。據全迹科技創始人/CEO都延星介紹，UWB晶片不像WiFi、藍牙晶片那樣拿來就用，易于開發，還需要有大量工程執行個體的算法疊代才可以，是以就需要UWB方案商做定位算法的開發和定位系統架構的建構，比如購物中心需要安裝很多UWB定位基站才能部署，但是UWB的造價很昂貴，系統方案商的工作就是降低定位基站的數量，降低成本造價。據了解，全迹科技開發的UWB-AOA單基站定位産品可以将UWB的造價顯著降低。
那麼在UWB晶片設計方面，主要有哪些挑戰呢？優智聯總經理秦波指出，UWB晶片的設計主要是由UWB技術特點本身所決定，UWB的帶寬相比WiFi和藍牙較寬一些，脈沖波形非常窄，對應頻域的帶寬高達500MHz至1GHz，是以，晶片内部射頻及模拟子產品需要支援更高的帶寬；同時信号處理部分不能引入過多的非固定延遲，這是因為UWB晶片是利用電磁波的飛行時間來做測距，時間戳要解算得非常準确。這些都給晶片設計廠商造成了比較大的挑戰。
在蘋果釋出UWB晶片之後，不少國内企業嗅到了UWB背後的商機，發力UWB晶片賽道。我們看到，越來越多的UWB晶片廠商因為融資資訊而獲得了業界的廣泛關注。
2022年1月12日，UWB晶片設計公司瀚巍微電子(MKSemi) 宣布完成Pre-A+輪融資，本輪融總額8000多萬人民币，此前獲得過OPPO和聯發科的投資。瀚巍的低功耗UWB技術，可增加電子産品的電池壽命，使在尺寸要求極其嚴苛的無線傳感器端産品上增加UWB定位功能成為可能。
2022年1月13日，UWB晶片研發商優智聯獲得了小米的戰略投資，此前還獲得了聯發科在大陸的投資主體旭新的投資。優智聯設計的UWB晶片可以實作低功耗，低成本，且相容多頻段的UWB晶片解決方案，很好的解決了客戶的幾大痛點，并能夠在極大程度上支援紐扣電池的長時間工作，能真正支援消費類市場對于小型化，低功耗、安全性的剛性需求。
2020年底，UWB晶片廠商紐瑞芯科技完成了近億元Pre-A輪融資。其自主研發的大熊座UWB系列晶片，是國内UWB領域較早的高技術含量的正向研發晶片。紐瑞芯科技CEO陳振骐在HICOOL創業大賽上預測，UWB将成為智能手機的标配技術，在未來5年内，UWB晶片的市場需求将達到每年10億片。
融資資訊之外，也有不少UWB晶片廠商公布了一些喜人的研究進展。2021年12月23日，長沙馳芯半導體推出國内首款商用的UWB晶片CX300，并聲稱填補了國産UWB晶片的空白。據悉，其CX300晶片定位精度達到了±5cm。
國内還有很多做UWB晶片的廠商，如精位科技能同時提供自有UWB晶片模組、定位軟硬體産品以及系統級解決方案。長城汽車的好貓”車型搭載了精位科技“尋ME移動互聯定位系統”。