在無線連接技術中，藍牙和Wi-Fi已被大家熟知。而近年來，UWB連接則逐漸興起。蘋果推出的iPhone11 全系搭載了支持 UWB 技術的 U1 芯片；北京召開的冬奧會，也采用了UWB技術進行厘米級定位。
什么是UWB芯片？
UWB，就是 Ultra Wideband，超寬帶技術。它源于 20 世紀 60 年代興起的脈沖通信技術。在 2002 年以前，UWB 被廣泛用于軍事方面的用途。美國國防部首次使用了UWB這一術語，意指產(chǎn)生、傳輸、接收一段持續(xù)時間非常短（納秒或以下）的爆發(fā)式射頻能量脈沖。
在2002 年時，F(xiàn)CC（美國聯(lián)邦通信委員會）為 UWB 分配了 3.1~10.6 GHz 共 7.5 GHz 頻帶，還對其輻射功率做出了比 FCC Part15.209 更為嚴格的限制，將其限定 - 41.3dBm 頻帶內(nèi)，才將 UWB 技術解禁，準許進入民用領域。
UWB 不同于傳統(tǒng)的通信技術，它通過發(fā)送和接收具有納秒或微秒級以下的極窄脈沖來實現(xiàn)無線傳輸。由于UWB脈沖時間寬度極短，因此可以實現(xiàn)頻譜上的超寬帶：使用的帶寬在 500MHz 以上。
與藍牙相比，UWB技術延遲更短、傳輸數(shù)據(jù)更大，它不僅使用 3.1 和 10.6 GHz 之間的更高頻率，因為UWB使用更寬的 500 MHz 信道，可以在短時間內(nèi)發(fā)送大數(shù)據(jù)包，而藍牙通常限制在 20 MHz。UWB 的延遲通常只有一毫秒，而藍牙 LE（低功耗）的延遲明顯更長。UWB 還提供更長的范圍，理論上可以達到 250 米。
簡而言之，這項技術通過超大帶寬和低發(fā)射功率，實現(xiàn)低功耗水平上的快速數(shù)據(jù)傳輸。由于 UWB 脈沖的時間寬度極短，因此也可以采用高精度定時來進行距離測算。
并不是那么新的UWB技術在蒙塵幾十年后，隨著物聯(lián)網(wǎng)的逐漸興起，UWB技術也開始展露它的光輝。
改變游戲規(guī)則
精準定位的特性讓UWB進入了主流消費電子領域。
可穿戴設備已經(jīng)成為UWB的目標市場之一，如在智能手表中加入UWB功能，能夠將定位范圍做到±3度、定位距離縮小到5-10厘米的精度，這將比藍牙“米”級精度有了大幅的提升。
目前已經(jīng)使用UWB超寬帶技術的消費電子品牌除了蘋果、小米外，三星也非常看好 UWB 技術，認為其將成為下一代可以改變游戲規(guī)則的無線通信技術之一。
Airdrop是蘋果UWB技術應用的代表性應用。從iPhone 11系列手機開始，蘋果已先后在Apple Watch S6、HomePod mini智能音箱、iPhone12 系列手機和Aritag無線追蹤器這些產(chǎn)品內(nèi)，都應用了自研的UWB方案。蘋果表示，U1 芯片將顯著提升蘋果 iPhone 手機的空間感知（Spatial Awareness）能力，結合UWB技術，可以實現(xiàn)更多可能。
三星主要是在手機上導入了UWB方案，具體型號包括Galaxy Note 20 Ultra、 Galaxy Z Fold 2、 S21+和S21 Ultra，同時三星也推出了采用UWB技術的SmartTag+智能追蹤器。據(jù)iFixit拆解顯示，三星在Galaxy Note 20 Ultra上采用的是 NXP恩智浦的一款特別研發(fā)的Secure UWB芯片。
根據(jù)市場調(diào)研機構market&market預測，全球室內(nèi)定位市場規(guī)模將由2017年71.1億美元增長到2022年的409.9億美元，并將保持42%的復合增長率。因此，UWB定位行業(yè)正處于快速發(fā)展時期。
據(jù)ABI Research分析，到2026年，支持UWB的設備出貨量將從2020年的1.43億臺增長到超過13億臺。
UWB芯片發(fā)展瓶頸
早期，UWB定位方案的核心元器件采用的是分離電路板方式，并沒有實現(xiàn)標準化的芯片產(chǎn)品，雖然分離電路板可以實現(xiàn)不錯的定位性能，但是其產(chǎn)品的功耗、尺寸以及成本居高不下，尤其是分離電路的玩法，客戶只能購買整體的方案，其他的技術企業(yè)難以參與。
而UWB定位芯片出現(xiàn)之后，使得UWB最具技術壁壘與核心的環(huán)節(jié)得以標準化，因此，直接刺激了大量的企業(yè)涌入到UWB定位領域中進行技術的二次開發(fā)，以及市場應用的拓展。
目前，HID Global，恩智浦，三星，博世，索尼，LitePoint和TTA等組建了FiRa聯(lián)盟，該聯(lián)盟組織目的在于制定UWB室內(nèi)定位行業(yè)的互操作性，同時將打破不同標準和制式的藩籬，形成全球統(tǒng)一標準。目前國內(nèi)加入此聯(lián)盟的廠商包括小米公司、信維通信、浩云科技、沃旭科技、精位科技、清研訊科、聯(lián)睿電子等。
對于目前UWB產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題，業(yè)內(nèi)人士表示：“一個是芯片方案過于單一。芯片供應商在一個產(chǎn)業(yè)中屬于需要高度標準化的一個環(huán)節(jié)，芯片方案過多，會造成方案的差異化嚴重，產(chǎn)品良莠不齊，并且會加劇行業(yè)競爭。并且，研發(fā)一款芯片產(chǎn)品的成本昂貴，出貨量如果達不到千萬級別，很難盈利，所以芯片這個環(huán)節(jié)注定玩家不會過多?！?/p>
但是單一的芯片商護士的市場沒有競爭方案出現(xiàn)，行業(yè)也會陷入另個發(fā)展困境。
“UWB 方案價格偏高，也是一大問題。”業(yè)內(nèi)人士表示。
由于UWB技術能夠精確至厘米級，在早期定位其定位就屬于高端市場，類似軍工、奧運會的等級，因此其價格非常昂貴。高居不下的成本讓很多企業(yè)望而卻步，更別說運用在消費領域了。因此，價格也是困擾UWB發(fā)展的另一大問題。
國內(nèi)玩家增多
有業(yè)內(nèi)人士分析：“目前定位技術種類繁多，基于細分場景應用的需求，UWB憑借穿透力強、功耗低、安全性高，特別是高精度等特性，以及上下游產(chǎn)業(yè)鏈的完善，UWB定位在智能家居領域的爆發(fā)將逐步到來?！?/p>
在FCC公布UWB相關規(guī)定后，中國在標準制定及頻譜規(guī)劃方面也做了調(diào)研準備工作。2008年，工信部正式頒布超寬帶技術相關的頻率規(guī)定。中國的UWB標準采用了OFDM雙載波技術，包含兩個載波的OFDM超寬帶信號進行數(shù)據(jù)傳輸，中國的UWB標準使用的頻段主要集中在6-9GHz。
已經(jīng)可以確定，UWB是終極一代的位置服務技術平臺，將彌補GPS、北斗的缺陷，成為向整個社會提供室內(nèi)、室外高精度三維位置信息的基礎設施。
國內(nèi)廠商諸如浩云科技、環(huán)旭電子、長電科技、歐菲光等也在UWB技術或產(chǎn)品層面早有布局，且環(huán)旭電子和長電科技皆是蘋果的UWB相關產(chǎn)品供應商。紐瑞芯科技、瀚巍微電子先后在去年年底和今年1月完成新一輪融資，小米等下游廠商也在對UWB芯片研發(fā)企業(yè)進行投資并構建UWB生態(tài)。
馳芯半導體推出國內(nèi)首款商用的UWB芯片CX300，這款芯片是國內(nèi)首款具備商用能力的UWB芯片，填補了國產(chǎn)UWB芯片的空白。
紐瑞芯的UWB定位通信系統(tǒng)芯片采用全集成SoC，實現(xiàn)通信定位系統(tǒng)功能；時分通道實現(xiàn)通信和定位功能；動態(tài)信道頻率3~9GHzu超低功耗設計，是一種微型化全集成芯片方案。紐瑞芯優(yōu)化算法片上集成硬件加速器實現(xiàn)厘米級精度定位，創(chuàng)新抗多徑算法和海量用戶快速定位算法，支持多頻段動態(tài)切換。紐瑞芯目前可提供的產(chǎn)品包括：天線調(diào)諧芯片、UWB定位通信系統(tǒng)芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片和5G小基站收發(fā)機芯片。
精位科技JR3401是一款UWB室內(nèi)定位射頻前端芯片，完成3G-6GHz寬帶脈沖調(diào)制信號的放大、濾波、檢波、脈沖基帶信號放大驅動、基帶脈沖比較器、高速基帶脈沖ADC、數(shù)字脈沖信號輸出和LDC等功能。芯片集成SPI接口，通過該接口實現(xiàn)芯片的工作模式配置及性能指標優(yōu)化。采用180nm RF CMOS 工藝實現(xiàn)高度集成的UWB接收芯片。
清研訊科TSG5162，符合802.15.4Z/Bluetooth5.1標準的雙頻室內(nèi)定位芯片，具有TWR/TDOA/PDOA/AOA多種測距測角能力，適用于手機生態(tài)鏈為代表的個人智慧終端與IoT類應用，可以滿足All-in-one需求、多天線需求、算法集成需求、小尺寸需求應用場景。
國內(nèi)的浩云科技也是通過并購潤安科技成功切入UWB領域。據(jù)了解，潤安科技是深圳市多功能智能桿配套產(chǎn)品中的UWB獨家入庫單位，也是中國核電獨家中標的UWB高精準位置管理系統(tǒng)供應商。當前，浩云科技可提供定位算法服務器、室外定位基站、電子身份定位卡牌等產(chǎn)品。
在ToB市場，UWB技術產(chǎn)業(yè)鏈較為簡單，可以分為芯片和解決方案兩個環(huán)節(jié)，有些公司甚至從事芯片和解決方案的完整布局。當前To B類的應用場景中，出貨量無法像ToC類應用一樣進行大規(guī)模的爆發(fā)。在ToC市場，UWB技術產(chǎn)業(yè)鏈正形成芯片、模組、整機等多個環(huán)節(jié)，此外，UWB技術也為FPC、功能結構件等產(chǎn)業(yè)打開新的市場。
在2018年，國內(nèi)UWB企業(yè)級應用市場出貨量為百萬級，隨著新的芯片玩家進入，未來幾年，在企業(yè)級應用市場，UWB將會保持著超高的發(fā)展速度，預計在2022年將會超過千萬級的量，達到1200萬片左右。
總結
超寬帶是一項潛力巨大的技術，目前仍處于起步階段。它并非旨在取代 Wi-Fi、藍牙或 NFC，而是智能地補充它們。支持 UWB 的設備數(shù)量仍然非常易于管理。但是，三星等制造商也使用此功能為更昂貴的高端智能手機提供賣點。這種情況在未來應該會改變，UWB 也將進入普通大眾市場。汽車制造商也在著手在他們的車輛中安裝無線電標準。