綜合多家媒體的報道，蘋果公司很有可能在今年9月的秋季釋出會上推出基於超寬頻(Ultra Wide Band,UWB)技術的電子追蹤器AirTags。它不僅可通過藍芽與iPhone等硬體裝置配對，還可利用iPhone 11系列當中的超寬頻U1晶片實現更加精準的近距離尋向和高精度定位，包括通過增強現實(AR)功能，讓消費者將相機對準物品可能存在的區域來定位物品。
UWB技術的“新”與“舊”現代意義上的超寬頻UWB資料傳輸技術，又稱脈衝無線電(Impulse Radio,IR)技術，出現於1960年，主要用於軍用雷達、定位和低截獲率/低偵測率的通訊系統中。2002年，美國聯邦通訊委員會(FCC)正式將3.1GHz-10.6GHz頻帶作為室內通訊用途的UWB開放，標誌著UWB開始用於民用無線通訊。中國從2006年開始進行UWB頻譜規劃的準備工作，2008年12月12日，中國自己的UWB頻譜規劃正式釋出，包括UWB訊號的射頻指標、應用場所限制、裝置核准等方面的內容。
這樣來看，UWB技術出現的時間並不晚，但似乎直到蘋果公司在iPhone 11中採用了該技術之後才逐漸被人熟知，而且專注於UWB技術的公司看起來似乎也並不算多，這該如何解釋？
“首先，請不要把基於802.15.3a標準的‘舊’UWB和基於802.15.4a/z標準的‘新’UWB混為一談，這點非常重要。”Qorvo移動產品部CTO兼技術副QuattroporteTodd Gillenwater對此提醒說，舊標準是在2000年左右專為短距高速率資料通訊應用而設計的，作為USB/HDMI線纜的替代技術，但高成本、高功率和缺乏標準化成為該技術最終被拋棄的三大致命傷。而新UWB標準的制定則是在2004年啟動，基於802.15.4a/z標準，其重點是能夠提供釐米級的精確定位功能，同時實現高達27MB/s的資料通訊。
“新”UWB不為福斯所熟知的另一面，是早在被蘋果iPhone 11採用之前，就已經在40多個垂直領域(工業、汽車、消費)中的超過800萬臺裝置上得到了部署，而蘋果對該技術的背書在更大程度上推動了這些行業一線廠商的興趣。此外，2019年，曾重組所有汽車OEM和手機制造商，並基於BT SiG或Wi-Fi聯盟模式建立FiRa聯盟的全球車聯聯盟(Connected Car Consortium，簡稱CCC)也採用了UWB，將其作為下一代車輛安全訪問技術，希望通過安全訪問用例重新定義移動和汽車間的協議及互操作性。
為此，Qorvo在今年1月宣佈收購專注於UWB技術的Decawave公司。Todd Gillenwater在向《電子工程專輯》解釋收購動機時表示，作為面向移動、汽車、工業和消費物聯網等主要市場的RF解決方案供應商，Qorvo在過去幾年中看到隨著消費者和行業對低延遲、高精度定位功能的優勢逐漸抱有期望，UWB應用得到了如火如荼的發展，因此對UWB的興趣也開始與日俱增。而Decawave是UWB技術的行業先驅，通過收購一方面為Qorvo引入了強大的產品和IP組合以及經驗豐富的團隊；另一方面，Qorvo則提供了在所有應用領域中快速部署完整UWB RF解決方案(包括射頻、前端和模組)所需的市場規模。
恩智浦(NXP)大中華區移動裝置市場及業務拓展總監李競對此有著類似的看法：iPhone 11的釋出，推動了UWB在消費類電子領域的應用，幫助更多消費者了解和認識UWB技術。但其實在 2019年之前，該技術就已經廣泛應用於很多需要精準定位的領域，比如工業製造、重要人員/資產跟蹤等等。
瑞薩電子(Renesas)在UWB領域的最新動作，是選擇與3db Access公司進行合作，藉助其符合IEEE 802.15.4z雙HRP/LRP標準的UWB晶片，來增強自身MCU及RF產品在智慧手機、智慧手錶、汽車和其它IoT應用中的連線能力。不過，瑞薩電子物聯網及基礎設施事業部 資料中心業務部 產品管理技術總監Steven Lee應該更看好其在汽車領域中的應用，理由是“對於消費類應用，BLE的成本要低於UWB技術，而UWB最初是將安全性作為首要考慮因素的。目前看來，汽車仍然是該技術最主要的應用場景之一。”
吊打對手的室內定位效果很多廠商都看好UWB的室內定位定址功能，但其實在此之前，無論是包括GPS、北斗、伽利略在內的全球衛星定位系統(GNSS)，還是AOA-BLE、Wi-Fi、Zigbee、RFID、紅外線、藍芽Beacon等短距離無線技術，都在室內定位中得到了廣泛的應用。和這些技術相比，UWB的定位效果如何？優勢和不足分別是什麼？成了很多人關心的重點。
按照Todd Gillenwater給出的資料，UWB能夠以極高的可靠性(99%+)達到釐米級定位精度，而其它技術的精度僅為米級，可靠性也只達到70%+。
而UWB之所以優於其它技術，首先是因為其採用了TOF(飛行時間)技術，其它RF技術則依靠對環境極為敏感(如障礙、多徑、干擾等)的RSSI技術。而且顧名思義，UWB具備500MHz的極高頻寬，這也是實現高精度的關鍵——因為解析度與頻寬(BW)成反比(解析度=1/BW)。
UWB的另一個關鍵優勢是空中交換資料包的持續時間非常短(10毫秒)。正是由於短資料包，所以UWB裝置的能耗非常低，但更重要的，是能夠讓工程師設計出具有每秒高達100倍位置更新速率的應用，這對於高速物體(如無人機、機器人等)或需要在小區域內部署非常高密度裝置的應用(如在工廠中定位10,000多個零部件)至關重要，而這一切都無法通過藍芽、Zigbee或Wi-Fi等標準射頻技術達成。
Steven Lee將UWB和BLE兩種技術進行了對比，結果顯示：除了具備更高的距離精度和準確性、更好的訊號到達角精度外，UWB還具備完全安全的測距(BLE則完全不具安全性)、低延遲測距(BLE速度較慢)和更佳的第一路徑檢測動態範圍(BLE的路徑檢測動態範圍較差)，而在低速率脈衝重複頻率(LRP)、低功耗和成本這三方面，均能夠與BLE相媲美。智慧門鎖、揚聲器和監控攝像頭等室內智慧物聯網應用都有望因此獲益。
以恩智浦推出的UWB系列產品為例，通過在同一個晶片上支援雙Rx，NXP能夠在提供釐米級定位的基礎上，實現±3度的到達角定位，這是目前其他技術無法達到的精確度。此外，通過晶片內建的加密處理器和外接安全模組的能力，大幅提高了定位服務的安全性，推動了在室內定位基礎上，實現無感門禁等多種對於安全有較高要求的應用場景。
當然，這有可能會引起使用藍芽技術進行定位人士的不爽。
藍芽技術聯盟(SIG)在2019年釋出的藍芽核心規範5.1版本中引入了期待已久“尋向功能”(direction finding)，這一全新功能可幫助裝置明確藍芽訊號的方向，進而幫助開發釐米級的室內定位、物品追蹤、門禁與無鑰匙開鎖等應用。
到達角度(Angle-of-Arrival,AoA)和離開角度(Angle of Departure,AoD)是藍芽5.1中主要採用的兩種定位技術。前者通過測試發射器和接收器直接的到達方向然後通過三角定位獲得發射器和目的物的方位和距離的技術，主要針對RTLS(實時定位系統)、物品追蹤和地標資訊；後者也是利用訊號相位差技術，主要是針對室內定位系統(IPS)。目前AOA定位提供兩種方法，一種是廣播式，裝置無需配對即可以進行定位；另外一種則是點對點，需要配對成功以後才能進行定位，後一種方法更適於對安全要求較高的場景。
Dialog提供的AoA-BLE演示方案
AOA-BLE技術的支持者們認為，BLE5.1協議相容性好，取樣普通的藍芽晶片或相容藍芽廣播包的2.4GHz晶片便可搭建，適合於包括手機在內的各種智慧終端及物聯網裝置。而且功耗不到UWB系統的1/10，BLE晶片成本不足UWB晶片的1/10，相對於UWB晶片，國內藍芽晶片供應商眾多，完全自主可控，具有廣闊的生態空間。
室內定位怎麼就火了？其實就好處而言，精確的室內定位就像20年前的GPS一樣，將徹底改變人們的生活和工作。根據估算，人們有70%的時間待在室內，因此，精準的室內定位技術將是向室內使用者提供有用的、有針對性市場與服務內容的關鍵，是一個需要填補的技術缺口。定位精度越高，服務就越有效用。比如位置資料可提供工廠、倉庫、建築物中有關資產、庫存、工具、機器人等的實時檢視，從而提高運營效率，並推動所謂的“數字孿生”和工業4.0，這種稱為實時定位系統(RTLS)的系統已經部署在世界各地的汽車工廠等諸多場所中。
實時位置資料還是安全生產的關鍵，並且已經被建築業、採礦業採用，以定位單個工人的位置並防止他們進入危險區域，或者被用於倉庫/工廠以避免AGV/叉車與員工發生碰撞事故。
在消費領域，UWB支援基於環境場景的使用者介面，例如基於位置的遠端指向及控制操控、多房間跟隨揚聲器、擴音訪問控制、藉助隨身機器人和機器人導航來實現消費型機器人技術。考慮到UWB現已應用於電話中，準確的位置資料將使人們能夠輕鬆地在大型公共場所中使用導航，無論是要查詢會議室還是在商店中搜尋特定商品，都非常便捷。
李競說，室內定位一直是業界在大力推動的一個技術發展方向，基於室內定位，能夠開拓很多應用領域，包括室內路線規劃甚至是導航等等，只有達到了一定精度，技術上才能更好地保障對於路線的分析和判斷，確保路線規劃和導航的使用者體驗。另外像智慧停車這樣的應用，對於室內定位精度也有非常高的要求。不過，需要指出的是，儘管精度是室內定位的關鍵，但可靠性、實時性、裝置的高密度和低功耗同樣也是室內定位系統不可忽視的要素。
UWB加速部署的背後力量目前全球有FiRa和UWB聯盟兩大組織致力於積極拓展UWB生態系統。兩者之間的區別在於UWB聯盟的重點是保護/加強UWB在監管方面的權利(FCC/ETSI)，努力實現一個開放的標準，包括Decawave在內的成員對此表示支援。
FiRa成立於2019年8月，由恩智浦和三星推動，致力於定義關於擴音訪問控制、室內位置服務和“裝置到裝置”等應用的用例，在MAC和應用層(與BT SiG相同的模式)上開發互操作性規範、執行認證計劃，並確保UWB的技術優勢得到推廣。
或者說，“更關注精細測距的互操作性”，即通過利用可互操作UWB技術的安全精密測距和定位功能，不斷推動從手機到物聯網再到汽車的無縫使用者體驗的開發和廣泛採用。成立半年多來，已經吸引到了包括三星、小米、OPPO、信通院、Assa Abloy、博世、HID、索尼、現代等多個業界重量級合作伙伴的支援和加入。
NXP大中華區銷售與市場副Quattroporte錢志軍稍早前曾對本刊表示，UWB技術之所以在過去十年中不斷被Wi-Fi和4G、5G等技術替代，主要原因在於生態建設、短距離的資料傳輸應用受到了抑制。今天，UWB已經被用於一些需要高精度定位的物流或大型商場中，只是規模較小，尚未達到真正的大規模應用。
汽車很可能成為智慧手機採用UWB的推動力之一，適用於車鑰匙的智慧門禁2.0的主要汽車廠商都在研究基於UWB的汽車鑰匙，有手機制造商已經積極參與到UWB開發中。可穿戴裝置也是UWB的目標市場之一，如果在兒童手錶中加入UWB功能，能夠將定位範圍做到±3度、定位距離縮小到5-10釐米的精度，這將比藍芽“米”級精度有了大幅的提升。
但該技術自身固有的兩大問題也需要儘快解決：一是功耗，在低功耗場景特別是電池供電的應用中，與藍芽相比有一定的侷限性；二是UWB的生態系統還未被真正培育出來，如何打通服務流程，如何產生更多的用例都是值得思考的。
恩智浦去年9月推出了全球首個將安全元件(SE)、近場通訊(NFC)和超寬頻(UWB)精密測距技術相結合的一體式解決方案，並與合作伙伴一起積極地拓展包括無感門禁、無感支付等多種對於安全有較高要求的應用場景。NXP方面預計未來1-2年內，基於UWB的各種應用，尤其是在汽車和手機行業中得到廣泛普及時，將會對其它IoT產品、智慧家居產品和企業類產品產生輻射效應，推動其快速發展。
在Todd Gillenwater看來，UWB生態系統至今為止其實都非常活躍，主要問題在於終端應用/市場的孤立執行導致尚未實現結構化，但UWB在手機中的應用將有望加速改變這一狀態。由於越來越多的應用要求跨市場、跨應用和跨供應商的互操作性，因此UWB聯盟、FiRa和CCC不斷髮出倡議，要知道，這些產業聯盟囊括著各自市場(移動、消費、汽車、工業/企業)中所有的頂級OEM，有著舉足輕重的地位。
“安全性是UWB的關鍵獨特屬性之一。我們相信，UWB的安全訪問應用將成為其所有市場中提升採用率的主要推動力。”Todd Gillenwater告訴《電子工程專輯》，除了通過標準AES提供的加密功能外，UWB的獨特功能還在於它能夠保證裝置在空中交換資料時的物理存在，也被稱之為距離邊界協議或“安全氣泡”。
在這個無線裝置安全性備受關注的時代，此種能力推動了UWB在汽車和移動裝置等終端中的應用，包括車輛訪問(可擴充套件至汽車共享和汽車租賃)、交通運輸(公共汽車、地鐵等)，以及潛在的安全金融交易。對於工業應用，收益資產跟蹤可擴充套件為在工具及裝置所設施特定邊界內的管理功能。為提升安全性，還可以根據設施內的確切位置限制行動式計算機的資料訪問。
責編：Luffy Liu