浅析超宽频技术和应用
刘延 于 2019.09.11 03:16:42 | 源自:soomal.com | 版权:原创 | 平均/总评分:10.00/130
  • 随着新一代iPhone的发布,细心的读者或许会在苹果官网的产品介绍中发现iPhone 11系列增加了一个发布会并没有提及的新功能:超宽频。超宽频到底是什么?热心网友也很快给Soomal投稿对超宽频的基本知识进行分享科普。本文共2000字,结算稿酬500元。
  • 就在今年苹果发布会前三天,郭明錤透露了最新消息,他认为UWB是今年新款iPhone非常重要的创新功能,并且三款新苹果机型都会搭载UWB,用以实现室内定位功能,同时出货UWB标签,以实现iPhone室内定位服务的基础建设。为什么这项技术能实现相对精准的室内定位?这项技术还能干什么?我们今天就来聊聊这个话题。

    什么是UWB

    UWB这玩意儿并不新鲜,它全名叫做Ultra-WideBand,部分中文译名为超宽频。

    UWB能干什么

    从目前应用上来看,UWB主要是用于低功耗数据快速传输和高精度定位。FCC为UWB分配了3.1 GHz~10.6GHz共7.5GHz频带,还对其辐射功率做出了比FCC Part15.209更为严格的限制,将其限定-41.3dBm频带内。即,这项技术通过超大带宽和低发射功率,实现低功耗水平上的快速数据传输。

    早期,业界更多的是把这项技术看做无线数据传输技术的补充。比如,早在2006年,东芝就发布过一款笔记本,支持UWB技术;次年,联想也发布了ThinkPad X200T,部分机型支持UWB,联想声称,UWB技术能以480Mbit/s的速度无线传输文件,远高于当时蓝牙2.0的3Mbit/s。这个速度即使是拿到现在来,看起来也不算慢,即使是目前5GHz的Wi-Fi,单天线也就能达到433Mbit/s的速度。

    但为什么这项技术没有普及呢?Ultra Wide Band,超宽带。顾名思义,这项技术所需要的频宽特别大,有多大呢?2G时代,GSM每个频点的带宽是200kHz;3G时代,联通的WCDMA频率范围为上行1940M-1955M ,下行2130M-2145M,带宽是25MHz;4G时代,联通的频宽为40+10MHz,其中TD-LTE为40MHz,FDD-LTE为10MHz。移动、联通、电信加起来频宽也就是350MHz。到了5G年代,移动、电信、联通三家加起来的频宽也就是460MHz。

  • 而FCC对UWB的定义是,任何相对带宽不小于20%或者绝对带宽不小于500MHz并满足功率谱限制的信号,FCC为UWB分配了3.1 GHz~10.6GHz共7.5GHz频带。500MHz!比移动联通电信三家234G加起来还多,即使是对于5G这种需要大带宽的应用,还是比他们三家加起来还多。当然,为了避免信号干扰,FCC还对其辐射功率做出了比FCC Part15.209更为严格的限制,将其限定-41.3dBm频带内。大的频宽对于天线和频谱分配都造成了不小的困扰。在数据传输方面,普及起来自然不容易。因此,数据传输这个UWB的技能被放弃了,2009年英特尔就解散了UWB业务部门UNO。

  • 另一方面,这项技术它不是利用载波信号来传输数据,而是通过收发信机之间的纳秒级极短脉冲来完成数据的传输。通过窄脉冲信号,UWB技术就可以实现类似于实现高精度定位,其实现的原理ToF+GPS。简单点说,手机发射信号,用于监测的小型基站接收信号,通过信号到达不同监测点的单元时间差,对于无线信号发射源进行定位。只要在室内有三个基站,就可以通过到达时间差方式进行定位。

  • 可能看起来还是太复杂,我们再换个简单说法。你四排吃鸡,毒圈已经缩的很小了,你和你的仨队友都活着,场上还剩五个人,也就是说,除了你和你的队友,只剩一个人了,但你们找不到他,所以你们分别在毒圈的四个方向,想要包抄他。这时候,他不小心戳到屏幕,走火开枪了,你们就可以根据小地图上枪声的位置和强弱,基本判定他的位置。UWB的定位差不多就是这个原理,不过更精确一些。(哎妈呀想出来这个比喻我真是天才)

    UWB技术主要应用于目前的室内定位,因为UWB技术的发射功率相对较低,因此其定位距离相对较短,如果用于室外,其低功耗特性与室外的距离可能产生很大矛盾。室内距离相对较短,一间屋子放上四五个也就差不多能覆盖了。

  • UWB技术是目前室内定位技术中精度相对较高的方式,但是,没能得到广泛应用,主要是因为贵。目前,室内定位以Wi-Fi定位和蓝牙定位为主。因为其定位成本相对较低,Wi-Fi定位可以利用现有的室内Wi-Fi无线网络加以计算定位,用于引导;蓝牙定位也类似。但UWB技术需要额外部署相应基站,加上UWB技术相关配套的芯片、组件都较少,难以实现规模化,同时,开发难度也较高,其成本可能是Wi-Fi定位成本的10倍以上。

    因此,目前UWB技术在室内定位上,主要用于一些特殊场合和工业用途,或者按目前投资说法来说,2B端。比如,监狱里,一人带一个UWB手环,这些犯人在哪,狱警就基本都知道了,极大降低越狱的可能性;或者,对于失智老人的看护场所,UWB手环可以帮助看护人员了解老人所在位置,及时预警,防止老人走丢,或在无人看护情况下,及时找到摔倒的老人。另一方面,在工业应用场合,目前主流解决方案中,用于物流的机器人目前主要采用机器视觉和RFID技术进行定位,机器视觉主要是用相机识别特定区域二维码,报告AGV所在位置;目前,部分AGV应用采用了UWB技术和传统方式的结合,让AGV的移动位置更加具体。

  • 苹果的进入,有望帮助UWB技术快速普及

    上面我们提到,UWB技术在室内定位中,相较于蓝牙和Wi-Fi方案,最大的弱点是,贵。而苹果对于行业的影响力,可以帮助很多技术从实验室状态,快速进入量产状态,这种事情在历史上发生过不止一次,比如,电容屏、in-cell、指纹识别、金属后壳等等。同样的,苹果的加入,有望帮助UWB技术相关的芯片、模组、方案进入大规模量产阶段;同时也能让更多人员进入这个产业,帮助UWB技术落地。

    而苹果产品加入UWB技术后,基于到达角(AOA)技术,两台UWB设备可以共享相对的测距和定位数据,进而实现彼此更精确的定位。这样能让两个拥有手机的人能精确的定位对方,或是让拥有手机的人能够定位带有UWB标签的另一方。进而,这项技术能更加强化苹果生态圈的应用,降低现有用户流失率。当然,UWB这个圈子的玩家并不只有苹果一家,比如:

    • 近日,中海达集团旗下子公司联睿电子与华为正式签约“华为UWB手机无线防盗器项目”。此举将为华为体验店带来颠覆性的全新购机体验:顾客能够在店内自由走动体验手机、平板等电子产品,摆脱有线防盗的限制,深度享受沉浸式购物体验。

    总结

    UWB技术可以用于低功耗下的数据快速传输和室内定位,目前应用以后者居多。但由于其价格偏高,UWB技术主要用于2B端,例如监狱、失智老人看护、工业机器人等。苹果的进入,将加强苹果生态圈的建设,并有望帮助UWB技术在日常应用中快速普及。

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    发表于2019.09.16 10:37:50
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    210.083.229.***
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    发表于2019.09.14 16:59:59
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    111.029.255.***
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    发表于2019.09.13 02:01:17
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    发表于2019.09.12 22:45:45
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    发表于2019.09.12 14:13:28
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    218.072.009.***
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    发表于2019.09.12 13:34:17
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    116.234.125.***
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    发表于2019.09.12 09:44:09
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    113.057.244.***
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    发表于2019.09.11 22:59:09
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    要求不高的时候 比单反出片快
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    发表于2019.09.11 20:12:22
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    搞不懂apple的创新点,别整的跟SONY一样“我卖不出去,我还造不出来吗”
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    发表于2019.09.11 18:01:22
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    就等数毛评测了~不过在5G这个节点上...还是不慌换手机~哈哈哈
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    发表于2019.09.11 17:16:07
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    老外真正的黑科技, 是不会大声叩喊, 说自己用了多少钱, 买了甚麽专利, 只是详述功能,技术轻轻带过, 不会吹嘘自己背後花了多少心血
    发表于2019.09.11 16:52:30
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    220.163.009.***
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    发表于2019.09.11 16:14:45
    26
    114.255.***.***
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    没有提及的性功能
    发表于2019.09.11 15:04:46
    25
    119.236.093.***
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    发表于2019.09.11 13:46:36
    22
    058.032.***.***
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    云评测看来是根据应用场景动态调整CPU和GPU的功率占很大的功劳
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    发表于2019.09.11 13:40:06
    21
    182.138.***.***
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    苹果上新功能,肯定是有想法的,不可能简简单单的上这个一个功能,完全体还是看下一代。大概率是VR相关场景
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    发表于2019.09.11 12:48:51
    20
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