關(guān)于UWB的一些科普
[導(dǎo)讀]關(guān)注、星標(biāo)公眾號，直達(dá)精彩內(nèi)容來源：桃芯科技|?桃大芯整理：李肖遙最近科技圈有個大新聞：蘋果iPhone11集成了UWB芯片。這個非常低調(diào)的行業(yè)，現(xiàn)在變得異常熱鬧起來。我們稍微梳理研究了一下相關(guān)UWB信息供大家參考，但我們會附帶幾個觀點(diǎn)在文章后面，也許這個更應(yīng)該被看到。一、???...
關(guān)注、星標(biāo)公眾號，直達(dá)精彩內(nèi)容來源：桃芯科技 |?桃大芯整理：李肖遙
最近科技圈有個大新聞：蘋果iPhone11集成了UWB芯片。這個非常低調(diào)的行業(yè)，現(xiàn)在變得異常熱鬧起來。我們稍微梳理研究了一下相關(guān)UWB信息供大家參考，但我們會附帶幾個觀點(diǎn)在文章后面，也許這個更應(yīng)該被看到。
UWB技術(shù)的前世UWB（超寬帶）概念在1960年就被提出。1973年，第一個UWB系統(tǒng)的專利被授予。從UWB出現(xiàn)到20世紀(jì)90年代之前，UWB技術(shù)主要用于軍事上的雷達(dá)系統(tǒng)。
民用階段，UWB行業(yè)內(nèi)的廠商此前都在做B端，目前的典型應(yīng)用包括工廠、倉儲、隧道、司法等各種垂直行業(yè)的人員或物資高精度定位。
UWB技術(shù)特點(diǎn)沒有載波的通信系統(tǒng)：UWB是一個非傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)，它不采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖為信息載體傳輸數(shù)據(jù)。
帶寬極寬 極低功率傳輸：其頻譜范圍(3.1GHz—10.6GHz),UWB系統(tǒng)使用間歇的脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù)，脈沖持續(xù)時間很短，一般在0.20~1.5ns之間，有很低的占空比，系統(tǒng)耗電很低，在高速通信時系統(tǒng)的耗電量僅為幾百微瓦至幾十毫瓦。如下圖所示
高速的數(shù)據(jù)傳輸：UWB通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百Mbit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，如下圖，802.15.3表示的即是UWB技術(shù)。
抗干擾性能強(qiáng)：UWB采用跳時擴(kuò)頻信號，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。
UWB測距原理雙向飛行時間法（TW-TOF,two way-time of flight），主要利用信號在兩個異步收發(fā)機(jī)（Transceiver）之間飛行時間來測量節(jié)點(diǎn)間的距離。每個模塊從啟動開始即會生成一條獨(dú)立的時間戳。模塊A的發(fā)射機(jī)在其時間戳上的Ta1發(fā)射請求性質(zhì)的脈沖信號，模塊B在Tb2時刻發(fā)射一個響應(yīng)性質(zhì)的信號，被模塊A在自己的時間戳Ta2時刻接收。由此可以計(jì)算出脈沖信號在兩個模塊之間的飛行時間，從而確定飛行距離S。S=Cx[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)](C為光速)
但是單純的TOF算法有一個比較嚴(yán)格的約束：發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備必須始終同步。這是一個比較棘手的問題，但是一種Double-sidedTwo-way Ranging的算法巧妙的避開了這個問題，它既利用了TOF測距的優(yōu)良特點(diǎn)，同時又極大的去除了TOF的同步問題，從而為TOF的實(shí)用化掃清了道路。
UWB的定位原理定位算法中比較成熟的有：TOA（到達(dá)時間）、TDOA（到達(dá)時間差）、AOA（到達(dá)角度或稱為DOA估計(jì)）定位技術(shù)和這三種技術(shù)的混合技術(shù)。?ａ）TOA（到達(dá)時間）――下面的圖非常形象的詮釋了TOA算法的原理：
然而事情都具有兩面性：TOA定位對傳播中產(chǎn)生的誤差比較敏感，這些誤差來自于傳播中的反射、多徑傳播、非視距傳播和噪聲等干擾，會造成各圓無法相交或相交處不是一個點(diǎn)而是一個區(qū)域。同時TOA定位要求移動終端和基站之間在時間上要準(zhǔn)確同步，1ns的同步誤差將會給定位帶來大約0．3米的不確定性。?ｂ）TDOA（到達(dá)時間差）對TOA技術(shù)加以了改進(jìn)。
TDOA定位不必要進(jìn)行基站和移動終端之間的同步，而只需要基站之間進(jìn)行同步。因?yàn)榛镜奈恢檬枪潭ǖ?，基站之間進(jìn)行同步與基站和移動終端之間進(jìn)行同步要容易實(shí)現(xiàn)得多。
它通過測量出兩個不同基站與移動終端的傳輸時延差來進(jìn)行定位。假設(shè)移動終端的位置與基站1和基站2的距離差為R21=R2-R1，則移動終端的位置必定在以兩個基站為焦點(diǎn)，與兩個焦點(diǎn)的距離差恒為R21的雙曲線上。
再通過另一組移動終端與基站1基站3或基站2基站3的TDOA，可以得到另一組雙曲線，兩組雙曲線將最多產(chǎn)生兩個交點(diǎn)，再根據(jù)先驗(yàn)知識(如半徑范圍等)判斷出移動終端的位置。
它的基本原理可以從下面的圖得到良好的詮釋：
ｃ）AOA估計(jì)也叫DOA(DirectionofArrival)估計(jì)或者方向識別DF(DirectionFinding）。
AOA的優(yōu)點(diǎn)是所需要的基站比較少，最少只要兩個基站就可以進(jìn)行定位。
下圖很好的詮釋了AOA的基本原理：
AOA的缺點(diǎn)是當(dāng)移動終端和基站的距離比較遠(yuǎn)的時候，即使有微小的定位角度的誤差，都會造成比較大的定位距離的偏差。因此AOA定位多見于中、短距離的定位。?混合定位技術(shù)就是混合使用上述的兩種或三種定位技術(shù)，比如TOA-TDOA、 TOA-AOA、TDOA-AOA等，通過檢測并提取相關(guān)的定位參數(shù)，用于定位解算。混合定位技術(shù)可以運(yùn)用多種定位參數(shù)實(shí)現(xiàn)定位，綜合不同定位技術(shù)的特點(diǎn)，在各 種定位技術(shù)的特性中取長補(bǔ)短，讓最終的定位性能得到優(yōu)化。?
UWB產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀
分離電路板方式早期，UWB定位方案的核心元器件采用的是分離電路板方式，提供此類方案的公司有：Ubisense公司，Ubisense公司是全球?qū)崟r定位系統(tǒng)（RTLS）的領(lǐng)導(dǎo)者，由劍橋大學(xué)貝爾實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)組建，其設(shè)計(jì)和研發(fā)在英國，生產(chǎn)和服務(wù)在德國。
?UWB芯片方式UWB定位芯片出現(xiàn)之后，使得UWB最具技術(shù)壁壘與核心的環(huán)節(jié)得以標(biāo)準(zhǔn)化，因此，直接刺激了大量的企業(yè)涌入到UWB定位領(lǐng)域中進(jìn)行技術(shù)的二次開發(fā)，以及市場應(yīng)用的拓展。
UWB定位系統(tǒng)組成UWB定位系統(tǒng)主要包含基站(Anchor)，標(biāo)簽(Tag)和應(yīng)用軟件(system)。目前UWB定位企業(yè)第一梯隊(duì)的企業(yè)都是采用提供整體方案的商業(yè)模式，因?yàn)閷τ诤芏嘤脩魜碚f，希望技術(shù)供應(yīng)商能夠供應(yīng)整體化的解決方案。目前行業(yè)里面基站是主要的盈利點(diǎn)；標(biāo)簽量雖然大，但價(jià)格比較低，毛利也比較低；應(yīng)用軟件毛利很高，但目前占比比較小。
UWB相關(guān)企業(yè)數(shù)估計(jì)最近幾年，國內(nèi)做UWB定位技術(shù)類企業(yè)數(shù)量也快速的增加，以下是對當(dāng)前國內(nèi)UWB定位技術(shù)企業(yè)的數(shù)量估算。
UWB定位行業(yè)雖然涌入了大量的玩家，但是UWB的技術(shù)方案從芯片到可交付的產(chǎn)品需要時間的積累，一般對于一個新玩家來說，這個周期需要2年左右，此外，也有很多企業(yè)，尤其是規(guī)模比較大的成熟企業(yè)，進(jìn)入U(xiǎn)WB領(lǐng)域更多的是達(dá)到技術(shù)積累目的，等待應(yīng)用市場的進(jìn)一步拓展。
UWB目前市場價(jià)格及盈利水平
在當(dāng)前UWB企業(yè)級定位市場中，項(xiàng)目制的市場環(huán)境的特性是方案有很多定制化的內(nèi)容，報(bào)價(jià)方式是對整體方案進(jìn)行打包報(bào)價(jià)，尤其是很多項(xiàng)目中，還有一些應(yīng)用軟件的開發(fā)，因而報(bào)價(jià)會有很高的靈活性。
UWB 2B市場分析定位技術(shù)作為一項(xiàng)新興的技術(shù)產(chǎn)業(yè)，雖然在早期的市場體量還不夠大，但是其發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，其市場潛力主要表現(xiàn)在兩個方面：
第一，??增長水平，最近這幾年，企業(yè)級UWB定位市場一直保持著一個很高的增長水平，尤其是自2018年開始，行業(yè)整體業(yè)績進(jìn)入了一個快速增長期。
第二，??UWB產(chǎn)品能夠撬動的市場很大，在企業(yè)級項(xiàng)目應(yīng)用中，UWB定位部分占據(jù)的內(nèi)容往往只是一小部分，整個大項(xiàng)目還有很多其他的建設(shè)投入，UWB定位部分在項(xiàng)目的產(chǎn)值占比大概在10%-20%之間，也就意味著， UWB定位市場可以撬動其本身市場產(chǎn)值的5-10倍。?a)? 2018年，國內(nèi)UWB企業(yè)級應(yīng)用市場出貨量為百萬級，隨著新的芯片玩家進(jìn)入，未來幾年，在企業(yè)級應(yīng)用市場，UWB將會保持著超高的發(fā)展速度，預(yù)計(jì)在2022年將會超過千萬級的量，達(dá)到1200萬片左右。
b)?? 預(yù)計(jì)在2022年，國內(nèi)UWB企業(yè)級應(yīng)用市場的體量將會超過百億級別
c)? ?UWB定位市場企業(yè)級應(yīng)用細(xì)分領(lǐng)域分析
UWB 2C市場展望蘋果在官網(wǎng)上只介紹了U1超寬帶芯片可用于AirDrop，將手機(jī)指向另一個手機(jī)，通過測向和定位可以優(yōu)先連接該手機(jī)。
其實(shí)蘋果早些年開始已經(jīng)進(jìn)行了多項(xiàng)UWB布局，這個是關(guān)于UWB用于汽車車鑰匙的專利。
2019年蘋果相關(guān)專利甚至傳說蘋果要用UWB技術(shù)做iBeacon V2。
應(yīng)用層面，網(wǎng)上也有很多例子，我們稍微提一下就OK，感興趣的可以去查閱。
a)? 高精度定位的C端應(yīng)用
可以在C端用于停車場找車、找寵物、找娃、找鑰匙，也可以用于陌生人社交找人，這簡直就是終極找東西的神器。想象下，在車海中快速找到來接我的滴滴快車。這種應(yīng)用是不需要環(huán)境中部署基站的，只需要雙方都具有UWB設(shè)備。
b)無感門禁UWB的時間戳測距原理使得UWB幾乎不可能通過被截獲復(fù)制的方法偽造出自己的位置，那么UWB可以作為安全性很高且便捷的鑰匙了。iPhone11可以作為車鑰匙，提供比現(xiàn)有無鑰匙進(jìn)入技術(shù)安全性更高、定位精度更高的體驗(yàn)。想象下，拿著手機(jī)距離車輛5米時車燈自動點(diǎn)亮，距離車門1米時，對應(yīng)車門自動解鎖。如果此時轉(zhuǎn)身，邁開一步離開，車門自動上鎖。iPhone11希望連接未來所有汽車，這也許是蘋果推出U1芯片的重要原因。
C ) 智能鎖應(yīng)用在智能鎖上應(yīng)用也是可能的，三星在19年初CES期間以及發(fā)布一款應(yīng)用UWB技術(shù)的智能鎖，只是當(dāng)時還沒有手機(jī)鑰匙，需要佩戴專用的UWB鑰匙。隨著手機(jī)加入U(xiǎn)WB芯片，手機(jī)作為鑰匙的應(yīng)用前景會很快到來。??d) 無感支付iPhone11也可以通過與POS機(jī)安全測距等方式為Apple Pay等支付技術(shù)提供更安全的無感支付體驗(yàn)。甚至將來拿了UWB手機(jī)的人可以直接過UWB地鐵閘機(jī)，而無需掏手機(jī)出來掃碼或刷NFC，類似汽車ETC過閘機(jī)一樣。?
UWB技術(shù)a) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)向前兼容，而非向后兼容Decawave公司的DW1000支持IEEE 802.15.4-2011標(biāo)準(zhǔn)，明年2020年量產(chǎn)的DW3000芯片將支持最新的IEEE 802.15.4z標(biāo)準(zhǔn)。蘋果的U1和NXP新發(fā)布的SR100T也都支持IEEE802.15.4z最新標(biāo)準(zhǔn)。802.15.4z在原有標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上定義了新的特性，可以提升安全、功耗更低、且傳輸距離更遠(yuǎn)。
注意IEEE 802.15.4z是向前兼容的，所以iPhone11可以和現(xiàn)在普遍應(yīng)用的IEEE 802.15.4-2011標(biāo)準(zhǔn)的DW1000對接，但這只是理論上存在可能.
b) UWB領(lǐng)域并沒有網(wǎng)絡(luò)層及以上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雖然同樣是采用DW1000芯片的系統(tǒng)，但不同廠家產(chǎn)品是完全不兼容的。定位算法也有很多種，適用不同的場景，并沒有一個開源的算法給大家用。往往需要廠家做大量的算法研究工作，并結(jié)合各種場景做大量迭代。在蘋果未來逐漸開放其U1芯片定位應(yīng)用的SDK后，預(yù)計(jì)會有部分改觀。?
UWB芯片前面的關(guān)于UWB的特性是從原理上來說明的，從芯片層面來較實(shí)際的應(yīng)該有一些折扣。拿某款在55nm水平上的芯片為例，從大速率傳輸?shù)慕嵌瓤矗?/span>
1.???峰值速率原理上能達(dá)到1Gbps，但能做到穩(wěn)定傳輸應(yīng)該在640Mbps左右。2.???射頻方面原理上是3-10G的頻帶，但實(shí)現(xiàn)的過程中基本保持在3-4G中的若干375M頻段。3.???如果保持-40dBm的發(fā)射功率，傳輸距離基本上是在客廳范圍。這也是UWB大速率數(shù)據(jù)傳輸中的典型應(yīng)用，包括電腦投屏，家庭影院等。4.???功耗上看，全頻跑應(yīng)用怎么都得百毫安，功耗不友好。5.? ?從研發(fā)成本上看，UWB至少和WiFi11n甚至WiFi11ac相當(dāng)，并不簡單。6.???當(dāng)年UWB沒能發(fā)展是因?yàn)?，從以上所有性能上看幾乎都贏不了WiFi11ac，Intel也退出了他發(fā)起的聯(lián)盟。
如果從定位的應(yīng)用角度看：
1.???所有的無線都可以用來定位，高頻段的方向性要好一些，但看你用的是3G還是10G。2.???只做定位的話，芯片復(fù)雜度能降低多少需要進(jìn)一步研究，暫不評論。3.???功耗，成本等，目前看比不上其他的無線技術(shù)。4.???從B到C要解決功耗，成本的問題。
??UWB感想? ? 1. ?UWB不是新東西，只是突然被更多的人看見了。? ? 2. ?UWB作為民用，出現(xiàn)時的標(biāo)簽是高速率數(shù)據(jù)傳輸，定位只是前者失敗后的一個替代應(yīng)用。? ? 3. ?被看見了，不代表它會在技術(shù)特性，應(yīng)用和市場等方面就突變了。? ? 4. ?UWB從10年前開始，國內(nèi)也陸續(xù)倒過一批企業(yè)的，包括芯片設(shè)計(jì)公司。? ? 5. ?不能用網(wǎng)紅思維看待技術(shù)：? ? ? ? a)??比如AI只是一個隨著芯片制造水平提高，計(jì)算能力越來越強(qiáng)而衍生的一項(xiàng)技術(shù)，它本身并不是一個行業(yè)。拿最成功的應(yīng)用案例來說，這些行業(yè)本身是圖像識別和處理，或語音識別。所謂AI只是其中的一項(xiàng)技術(shù)而已（更專業(yè)的名稱應(yīng)該是算法加速器，但沒有人愛這個名字）。? ? ? ? b)??比如量子通信最近又被吐槽，但事物本身是清楚的，為啥現(xiàn)在才說。? ? ? ? c)? 技術(shù)沒有高大上，技術(shù)是勤奮和嚴(yán)謹(jǐn)。舉個簡單的例子，如果有誰愿意把USB做好做透，或者把ADC做好做透，我覺得他一定是杰出企業(yè)。企業(yè)的邏輯是市場足夠大，然后你為什么比別人做的好。沒用哪家上市技術(shù)公司不是接地氣的，解決實(shí)際問題的，能有正向現(xiàn)金流的。? ? ? ?d)? 如果追求高大上，那請準(zhǔn)備好10或20年的耐心?；蛘邷?zhǔn)備一個志趣相投的爸爸。當(dāng)然，如果是大企業(yè)，探索和儲備就變成使命和戰(zhàn)略了。
對新東西的出現(xiàn)，保持開放和理性是基本素質(zhì)。作為有相關(guān)UWB芯片經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)，做不做，什么時候做，還需要進(jìn)一步分析和調(diào)研。來源整理于網(wǎng)絡(luò)素材，版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝。???????????????? ?END ?????????????????關(guān)注我的微信公眾號，回復(fù)“加群”按規(guī)則加入技術(shù)交流群。
最近科技圈有個大新聞：蘋果iPhone11集成了UWB芯片。這個非常低調(diào)的行業(yè)，現(xiàn)在變得異常熱鬧起來。我們稍微梳理研究了一下相關(guān)UWB信息供大家參考，但我們會附帶幾個觀點(diǎn)在文章后面，也許這個更應(yīng)該被看到。
一、???UWB技術(shù)相關(guān)信息
UWB技術(shù)的前世UWB（超寬帶）概念在1960年就被提出。1973年，第一個UWB系統(tǒng)的專利被授予。從UWB出現(xiàn)到20世紀(jì)90年代之前，UWB技術(shù)主要用于軍事上的雷達(dá)系統(tǒng)。
民用階段，UWB行業(yè)內(nèi)的廠商此前都在做B端，目前的典型應(yīng)用包括工廠、倉儲、隧道、司法等各種垂直行業(yè)的人員或物資高精度定位。
UWB技術(shù)特點(diǎn)沒有載波的通信系統(tǒng)：UWB是一個非傳統(tǒng)的通信系統(tǒng)，它不采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖為信息載體傳輸數(shù)據(jù)。
帶寬極寬 極低功率傳輸：其頻譜范圍(3.1GHz—10.6GHz),UWB系統(tǒng)使用間歇的脈沖來發(fā)送數(shù)據(jù)，脈沖持續(xù)時間很短，一般在0.20~1.5ns之間，有很低的占空比，系統(tǒng)耗電很低，在高速通信時系統(tǒng)的耗電量僅為幾百微瓦至幾十毫瓦。如下圖所示
高速的數(shù)據(jù)傳輸：UWB通過在較寬的頻譜上傳送極低功率的信號，能在10米左右的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)數(shù)百Mbit/s至數(shù)Gbit/s的數(shù)據(jù)傳輸速率，如下圖，802.15.3表示的即是UWB技術(shù)。
抗干擾性能強(qiáng)：UWB采用跳時擴(kuò)頻信號，系統(tǒng)具有較大的處理增益，在發(fā)射時將微弱的無線電脈沖信號分散在寬闊的頻帶中，輸出功率甚至低于普通設(shè)備產(chǎn)生的噪聲。
UWB測距原理雙向飛行時間法（TW-TOF,two way-time of flight），主要利用信號在兩個異步收發(fā)機(jī)（Transceiver）之間飛行時間來測量節(jié)點(diǎn)間的距離。每個模塊從啟動開始即會生成一條獨(dú)立的時間戳。模塊A的發(fā)射機(jī)在其時間戳上的Ta1發(fā)射請求性質(zhì)的脈沖信號，模塊B在Tb2時刻發(fā)射一個響應(yīng)性質(zhì)的信號，被模塊A在自己的時間戳Ta2時刻接收。由此可以計(jì)算出脈沖信號在兩個模塊之間的飛行時間，從而確定飛行距離S。S=Cx[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)](C為光速)
但是單純的TOF算法有一個比較嚴(yán)格的約束：發(fā)送設(shè)備和接收設(shè)備必須始終同步。這是一個比較棘手的問題，但是一種Double-sidedTwo-way Ranging的算法巧妙的避開了這個問題，它既利用了TOF測距的優(yōu)良特點(diǎn)，同時又極大的去除了TOF的同步問題，從而為TOF的實(shí)用化掃清了道路。
UWB的定位原理定位算法中比較成熟的有：TOA（到達(dá)時間）、TDOA（到達(dá)時間差）、AOA（到達(dá)角度或稱為DOA估計(jì)）定位技術(shù)和這三種技術(shù)的混合技術(shù)。?ａ）TOA（到達(dá)時間）――下面的圖非常形象的詮釋了TOA算法的原理：
然而事情都具有兩面性：TOA定位對傳播中產(chǎn)生的誤差比較敏感，這些誤差來自于傳播中的反射、多徑傳播、非視距傳播和噪聲等干擾，會造成各圓無法相交或相交處不是一個點(diǎn)而是一個區(qū)域。同時TOA定位要求移動終端和基站之間在時間上要準(zhǔn)確同步，1ns的同步誤差將會給定位帶來大約0．3米的不確定性。?ｂ）TDOA（到達(dá)時間差）對TOA技術(shù)加以了改進(jìn)。
TDOA定位不必要進(jìn)行基站和移動終端之間的同步，而只需要基站之間進(jìn)行同步。因?yàn)榛镜奈恢檬枪潭ǖ?，基站之間進(jìn)行同步與基站和移動終端之間進(jìn)行同步要容易實(shí)現(xiàn)得多。
它通過測量出兩個不同基站與移動終端的傳輸時延差來進(jìn)行定位。假設(shè)移動終端的位置與基站1和基站2的距離差為R21=R2-R1，則移動終端的位置必定在以兩個基站為焦點(diǎn)，與兩個焦點(diǎn)的距離差恒為R21的雙曲線上。
再通過另一組移動終端與基站1基站3或基站2基站3的TDOA，可以得到另一組雙曲線，兩組雙曲線將最多產(chǎn)生兩個交點(diǎn)，再根據(jù)先驗(yàn)知識(如半徑范圍等)判斷出移動終端的位置。
它的基本原理可以從下面的圖得到良好的詮釋：
ｃ）AOA估計(jì)也叫DOA(DirectionofArrival)估計(jì)或者方向識別DF(DirectionFinding）。
AOA的優(yōu)點(diǎn)是所需要的基站比較少，最少只要兩個基站就可以進(jìn)行定位。
下圖很好的詮釋了AOA的基本原理：
AOA的缺點(diǎn)是當(dāng)移動終端和基站的距離比較遠(yuǎn)的時候，即使有微小的定位角度的誤差，都會造成比較大的定位距離的偏差。因此AOA定位多見于中、短距離的定位。?混合定位技術(shù)就是混合使用上述的兩種或三種定位技術(shù)，比如TOA-TDOA、 TOA-AOA、TDOA-AOA等，通過檢測并提取相關(guān)的定位參數(shù)，用于定位解算。混合定位技術(shù)可以運(yùn)用多種定位參數(shù)實(shí)現(xiàn)定位，綜合不同定位技術(shù)的特點(diǎn)，在各 種定位技術(shù)的特性中取長補(bǔ)短，讓最終的定位性能得到優(yōu)化。?
二、?UWB市場相關(guān)信息
UWB產(chǎn)業(yè)鏈現(xiàn)狀
分離電路板方式早期，UWB定位方案的核心元器件采用的是分離電路板方式，提供此類方案的公司有：Ubisense公司，Ubisense公司是全球?qū)崟r定位系統(tǒng)（RTLS）的領(lǐng)導(dǎo)者，由劍橋大學(xué)貝爾實(shí)驗(yàn)室團(tuán)隊(duì)組建，其設(shè)計(jì)和研發(fā)在英國，生產(chǎn)和服務(wù)在德國。
?UWB芯片方式UWB定位芯片出現(xiàn)之后，使得UWB最具技術(shù)壁壘與核心的環(huán)節(jié)得以標(biāo)準(zhǔn)化，因此，直接刺激了大量的企業(yè)涌入到UWB定位領(lǐng)域中進(jìn)行技術(shù)的二次開發(fā)，以及市場應(yīng)用的拓展。
UWB定位系統(tǒng)組成UWB定位系統(tǒng)主要包含基站(Anchor)，標(biāo)簽(Tag)和應(yīng)用軟件(system)。目前UWB定位企業(yè)第一梯隊(duì)的企業(yè)都是采用提供整體方案的商業(yè)模式，因?yàn)閷τ诤芏嘤脩魜碚f，希望技術(shù)供應(yīng)商能夠供應(yīng)整體化的解決方案。目前行業(yè)里面基站是主要的盈利點(diǎn)；標(biāo)簽量雖然大，但價(jià)格比較低，毛利也比較低；應(yīng)用軟件毛利很高，但目前占比比較小。
UWB相關(guān)企業(yè)數(shù)估計(jì)最近幾年，國內(nèi)做UWB定位技術(shù)類企業(yè)數(shù)量也快速的增加，以下是對當(dāng)前國內(nèi)UWB定位技術(shù)企業(yè)的數(shù)量估算。
UWB定位行業(yè)雖然涌入了大量的玩家，但是UWB的技術(shù)方案從芯片到可交付的產(chǎn)品需要時間的積累，一般對于一個新玩家來說，這個周期需要2年左右，此外，也有很多企業(yè)，尤其是規(guī)模比較大的成熟企業(yè)，進(jìn)入U(xiǎn)WB領(lǐng)域更多的是達(dá)到技術(shù)積累目的，等待應(yīng)用市場的進(jìn)一步拓展。
UWB目前市場價(jià)格及盈利水平
在當(dāng)前UWB企業(yè)級定位市場中，項(xiàng)目制的市場環(huán)境的特性是方案有很多定制化的內(nèi)容，報(bào)價(jià)方式是對整體方案進(jìn)行打包報(bào)價(jià)，尤其是很多項(xiàng)目中，還有一些應(yīng)用軟件的開發(fā)，因而報(bào)價(jià)會有很高的靈活性。
UWB 2B市場分析定位技術(shù)作為一項(xiàng)新興的技術(shù)產(chǎn)業(yè)，雖然在早期的市場體量還不夠大，但是其發(fā)展?jié)摿κ蔷薮蟮?，其市場潛力主要表現(xiàn)在兩個方面：
第一，??增長水平，最近這幾年，企業(yè)級UWB定位市場一直保持著一個很高的增長水平，尤其是自2018年開始，行業(yè)整體業(yè)績進(jìn)入了一個快速增長期。
第二，??UWB產(chǎn)品能夠撬動的市場很大，在企業(yè)級項(xiàng)目應(yīng)用中，UWB定位部分占據(jù)的內(nèi)容往往只是一小部分，整個大項(xiàng)目還有很多其他的建設(shè)投入，UWB定位部分在項(xiàng)目的產(chǎn)值占比大概在10%-20%之間，也就意味著， UWB定位市場可以撬動其本身市場產(chǎn)值的5-10倍。?a)? 2018年，國內(nèi)UWB企業(yè)級應(yīng)用市場出貨量為百萬級，隨著新的芯片玩家進(jìn)入，未來幾年，在企業(yè)級應(yīng)用市場，UWB將會保持著超高的發(fā)展速度，預(yù)計(jì)在2022年將會超過千萬級的量，達(dá)到1200萬片左右。
b)?? 預(yù)計(jì)在2022年，國內(nèi)UWB企業(yè)級應(yīng)用市場的體量將會超過百億級別
c)? ?UWB定位市場企業(yè)級應(yīng)用細(xì)分領(lǐng)域分析
UWB 2C市場展望蘋果在官網(wǎng)上只介紹了U1超寬帶芯片可用于AirDrop，將手機(jī)指向另一個手機(jī)，通過測向和定位可以優(yōu)先連接該手機(jī)。
其實(shí)蘋果早些年開始已經(jīng)進(jìn)行了多項(xiàng)UWB布局，這個是關(guān)于UWB用于汽車車鑰匙的專利。
2019年蘋果相關(guān)專利甚至傳說蘋果要用UWB技術(shù)做iBeacon V2。
應(yīng)用層面，網(wǎng)上也有很多例子，我們稍微提一下就OK，感興趣的可以去查閱。
a)? 高精度定位的C端應(yīng)用
可以在C端用于停車場找車、找寵物、找娃、找鑰匙，也可以用于陌生人社交找人，這簡直就是終極找東西的神器。想象下，在車海中快速找到來接我的滴滴快車。這種應(yīng)用是不需要環(huán)境中部署基站的，只需要雙方都具有UWB設(shè)備。
b)無感門禁UWB的時間戳測距原理使得UWB幾乎不可能通過被截獲復(fù)制的方法偽造出自己的位置，那么UWB可以作為安全性很高且便捷的鑰匙了。iPhone11可以作為車鑰匙，提供比現(xiàn)有無鑰匙進(jìn)入技術(shù)安全性更高、定位精度更高的體驗(yàn)。想象下，拿著手機(jī)距離車輛5米時車燈自動點(diǎn)亮，距離車門1米時，對應(yīng)車門自動解鎖。如果此時轉(zhuǎn)身，邁開一步離開，車門自動上鎖。iPhone11希望連接未來所有汽車，這也許是蘋果推出U1芯片的重要原因。
C ) 智能鎖應(yīng)用在智能鎖上應(yīng)用也是可能的，三星在19年初CES期間以及發(fā)布一款應(yīng)用UWB技術(shù)的智能鎖，只是當(dāng)時還沒有手機(jī)鑰匙，需要佩戴專用的UWB鑰匙。隨著手機(jī)加入U(xiǎn)WB芯片，手機(jī)作為鑰匙的應(yīng)用前景會很快到來。??d) 無感支付iPhone11也可以通過與POS機(jī)安全測距等方式為Apple Pay等支付技術(shù)提供更安全的無感支付體驗(yàn)。甚至將來拿了UWB手機(jī)的人可以直接過UWB地鐵閘機(jī)，而無需掏手機(jī)出來掃碼或刷NFC，類似汽車ETC過閘機(jī)一樣。?
三、?UWB的一些問題
UWB技術(shù)a) 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)向前兼容，而非向后兼容Decawave公司的DW1000支持IEEE 802.15.4-2011標(biāo)準(zhǔn)，明年2020年量產(chǎn)的DW3000芯片將支持最新的IEEE 802.15.4z標(biāo)準(zhǔn)。蘋果的U1和NXP新發(fā)布的SR100T也都支持IEEE802.15.4z最新標(biāo)準(zhǔn)。802.15.4z在原有標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上定義了新的特性，可以提升安全、功耗更低、且傳輸距離更遠(yuǎn)。
注意IEEE 802.15.4z是向前兼容的，所以iPhone11可以和現(xiàn)在普遍應(yīng)用的IEEE 802.15.4-2011標(biāo)準(zhǔn)的DW1000對接，但這只是理論上存在可能.
b) UWB領(lǐng)域并沒有網(wǎng)絡(luò)層及以上的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)雖然同樣是采用DW1000芯片的系統(tǒng)，但不同廠家產(chǎn)品是完全不兼容的。定位算法也有很多種，適用不同的場景，并沒有一個開源的算法給大家用。往往需要廠家做大量的算法研究工作，并結(jié)合各種場景做大量迭代。在蘋果未來逐漸開放其U1芯片定位應(yīng)用的SDK后，預(yù)計(jì)會有部分改觀。?
UWB芯片前面的關(guān)于UWB的特性是從原理上來說明的，從芯片層面來較實(shí)際的應(yīng)該有一些折扣。拿某款在55nm水平上的芯片為例，從大速率傳輸?shù)慕嵌瓤矗?/span>
1.???峰值速率原理上能達(dá)到1Gbps，但能做到穩(wěn)定傳輸應(yīng)該在640Mbps左右。2.???射頻方面原理上是3-10G的頻帶，但實(shí)現(xiàn)的過程中基本保持在3-4G中的若干375M頻段。3.???如果保持-40dBm的發(fā)射功率，傳輸距離基本上是在客廳范圍。這也是UWB大速率數(shù)據(jù)傳輸中的典型應(yīng)用，包括電腦投屏，家庭影院等。4.???功耗上看，全頻跑應(yīng)用怎么都得百毫安，功耗不友好。5.? ?從研發(fā)成本上看，UWB至少和WiFi11n甚至WiFi11ac相當(dāng)，并不簡單。6.???當(dāng)年UWB沒能發(fā)展是因?yàn)?，從以上所有性能上看幾乎都贏不了WiFi11ac，Intel也退出了他發(fā)起的聯(lián)盟。
如果從定位的應(yīng)用角度看：
1.???所有的無線都可以用來定位，高頻段的方向性要好一些，但看你用的是3G還是10G。2.???只做定位的話，芯片復(fù)雜度能降低多少需要進(jìn)一步研究，暫不評論。3.???功耗，成本等，目前看比不上其他的無線技術(shù)。4.???從B到C要解決功耗，成本的問題。
??UWB感想? ? 1. ?UWB不是新東西，只是突然被更多的人看見了。? ? 2. ?UWB作為民用，出現(xiàn)時的標(biāo)簽是高速率數(shù)據(jù)傳輸，定位只是前者失敗后的一個替代應(yīng)用。? ? 3. ?被看見了，不代表它會在技術(shù)特性，應(yīng)用和市場等方面就突變了。? ? 4. ?UWB從10年前開始，國內(nèi)也陸續(xù)倒過一批企業(yè)的，包括芯片設(shè)計(jì)公司。? ? 5. ?不能用網(wǎng)紅思維看待技術(shù)：? ? ? ? a)??比如AI只是一個隨著芯片制造水平提高，計(jì)算能力越來越強(qiáng)而衍生的一項(xiàng)技術(shù)，它本身并不是一個行業(yè)。拿最成功的應(yīng)用案例來說，這些行業(yè)本身是圖像識別和處理，或語音識別。所謂AI只是其中的一項(xiàng)技術(shù)而已（更專業(yè)的名稱應(yīng)該是算法加速器，但沒有人愛這個名字）。? ? ? ? b)??比如量子通信最近又被吐槽，但事物本身是清楚的，為啥現(xiàn)在才說。? ? ? ? c)? 技術(shù)沒有高大上，技術(shù)是勤奮和嚴(yán)謹(jǐn)。舉個簡單的例子，如果有誰愿意把USB做好做透，或者把ADC做好做透，我覺得他一定是杰出企業(yè)。企業(yè)的邏輯是市場足夠大，然后你為什么比別人做的好。沒用哪家上市技術(shù)公司不是接地氣的，解決實(shí)際問題的，能有正向現(xiàn)金流的。? ? ? ?d)? 如果追求高大上，那請準(zhǔn)備好10或20年的耐心?；蛘邷?zhǔn)備一個志趣相投的爸爸。當(dāng)然，如果是大企業(yè)，探索和儲備就變成使命和戰(zhàn)略了。
對新東西的出現(xiàn)，保持開放和理性是基本素質(zhì)。作為有相關(guān)UWB芯片經(jīng)驗(yàn)的團(tuán)隊(duì)，做不做，什么時候做，還需要進(jìn)一步分析和調(diào)研。來源整理于網(wǎng)絡(luò)素材，版權(quán)歸原作者所有，如有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除，謝謝。???????????????? ?END ?????????????????關(guān)注我的微信公眾號，回復(fù)“加群”按規(guī)則加入技術(shù)交流群。
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