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來(lái)源：ittbank
UWB技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈正形成芯片、模組、整機(jī)等多個(gè)環(huán)節(jié)，此外，UWB技術(shù)也為FPC、功能結(jié)構(gòu)件等產(chǎn)業(yè)打開新的市場(chǎng)。
不僅僅蘋果積極準(zhǔn)備應(yīng)用UWB 技術(shù)，三星、索尼、博世、恩智浦等巨頭抱團(tuán)組建FiRa (find ranging前兩個(gè)字母) 聯(lián)盟，有望快速建立完整的生態(tài)系統(tǒng)。UWB 技術(shù)雖然具備較多優(yōu)勢(shì)，但是該項(xiàng)技術(shù)2016 年才興起，仍處于導(dǎo)入期。因此產(chǎn)業(yè)鏈仍不成熟，建設(shè)成本相對(duì)較高，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)尚未統(tǒng)一，生態(tài)系統(tǒng)不夠完善。制定規(guī)范的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)和認(rèn)證是確保一個(gè)行業(yè)快速無(wú)縫銜接的基礎(chǔ), 從而確保建立跨芯片組、設(shè)備和基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)的UWB 生態(tài)系統(tǒng)。為了快速推動(dòng)這個(gè)行業(yè)的發(fā)展，2019 年，恩智浦、三星、Sony、博世（Bosch）、ASSA ABLOY、HID Global 組建了FiRa 聯(lián)盟，旨在利用UWB 技術(shù)推動(dòng)用戶無(wú)縫體驗(yàn)，索尼、LitePoint、電信技術(shù)協(xié)會(huì)（TTA）也已加入FiRa 組織。FiRa聯(lián)盟也在積極推動(dòng)和汽車等其他行業(yè)參與者合作開發(fā)和定義技術(shù)。
相比Wi-Fi、藍(lán)牙、Zigbee等定位技術(shù)，UWB 具備以下優(yōu)勢(shì)：
1）定位精度高：UWB的定位精密度更高能達(dá)厘米級(jí)。帶寬決定了信號(hào)距離的分辨能力（成正比關(guān)系）。超寬帶的帶寬很寬，這給超寬帶系統(tǒng)帶來(lái)了一個(gè)優(yōu)勢(shì)，即它可以在距離分辨能力上高于其他傳統(tǒng)系統(tǒng)，而分辨能力的精度在特定條件下是傳統(tǒng)系統(tǒng)的百倍以上。超寬帶脈沖信號(hào)的寬帶在納秒級(jí)，定位精確度通常小于幾厘米。
2）安全性高：UWB 的發(fā)射功率低，信號(hào)能夠很好地隱蔽在其他類型信號(hào)和環(huán)境噪聲之中，傳統(tǒng)的接收機(jī)無(wú)法識(shí)別和接收，必須采用與發(fā)射端一致的擴(kuò)頻碼脈沖序列才能進(jìn)行解調(diào)，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)安全性。
3）系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)：從射頻機(jī)制層面來(lái)說(shuō)，UWB 發(fā)射的脈沖波抗干擾能力就比連續(xù)的電磁波強(qiáng)，并且UWB 工作的頻段在3GHz-10GHz，相比2.4G 頻段的無(wú)線定位技術(shù)，外界的干擾信號(hào)也少很多。
4）傳輸速率高：信道容量與帶寬成正比，UWB 具備較寬的帶寬，具備較高的傳輸速率高，最高可達(dá)1000Mbps以上。
5）功耗較低：超寬帶無(wú)線電具有的1GHz 以上的射頻帶寬，發(fā)射時(shí)需要的平均功率很低。特別是在短距離通信應(yīng)用中，UWB 發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率普遍低于1mW；較低的發(fā)射功率可以延長(zhǎng)系統(tǒng)的工作時(shí)間，而且發(fā)射功率較低，對(duì)人體的電磁波輻射也會(huì)很小。
7）低成本：工程簡(jiǎn)單造價(jià)便宜。
超寬帶（Ultra Wide-Band，UWB）是一種新型的無(wú)線通信技術(shù)，它主要用于低功耗數(shù)據(jù)快速傳輸以及室內(nèi)靜止或移動(dòng)物體/人的定位跟蹤與導(dǎo)航。目前，包括美國(guó)、日本、加拿大等在內(nèi)的國(guó)家都在研究這項(xiàng)技術(shù)。UWB技術(shù)傳輸速率高（速率最高可達(dá)1000Mbps以上）、發(fā)射功率較低、穿透能力較強(qiáng)并且是基于極窄脈沖的無(wú)線技術(shù)，并無(wú)載波。UWB采用的頻譜范圍為3.1 GHz-10.6GHz，擁用500MHz以上的帶寬，不容易被干擾，能提供比其他室內(nèi)定位技術(shù)更精準(zhǔn)的定位能力。拿iPhone 11來(lái)說(shuō)，UWB能讓iPhone 11精確定位其他配備UWB技術(shù)的Apple設(shè)備。了解通信的同學(xué)都知道，一般的通信體制都是利用一個(gè)高頻載波來(lái)調(diào)制一個(gè)窄帶信號(hào)，通信信號(hào)的實(shí)際占用帶寬并不高。而UWB不同于傳統(tǒng)的通信技術(shù)，它通過(guò)發(fā)送和接收具有納秒或微秒級(jí)以下的極窄脈沖來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)線傳輸?shù)摹Ｓ捎诿}沖時(shí)間寬度極短，因此可以實(shí)現(xiàn)頻譜上的超寬帶：使用的帶寬在500MHz以上。
FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）為UWB分配了 3.1~10.6 GHz共 7.5 GHz頻帶，還對(duì)其輻射功率做出了比FCC Part15.209更為嚴(yán)格的限制，將其限定-41.3dBm頻帶內(nèi)。
簡(jiǎn)而言之，這項(xiàng)技術(shù)通過(guò)超大帶寬和低發(fā)射功率，實(shí)現(xiàn)低功耗水平上的快速數(shù)據(jù)傳輸。由于UWB脈沖的時(shí)間寬度極短，因此也可以采用高精度定時(shí)來(lái)進(jìn)行距離測(cè)算。
目前，常用的UWB測(cè)距方法有三種，分別是：（1）TOF（Time of flight）：通過(guò)測(cè)量UWB信號(hào)在基站與標(biāo)簽之間飛行的時(shí)間來(lái)實(shí)現(xiàn)測(cè)距。（2）TDOA（Time Difference of Arrival）：利用UWB信號(hào)由標(biāo)簽到達(dá)各個(gè)基站的時(shí)間差來(lái)進(jìn)行定位。（3）PDOA（Phase Difference Of Arrival）：利用到達(dá)角相位來(lái)測(cè)量基站與標(biāo)簽之間方位關(guān)系。
?UWB技術(shù)和我們現(xiàn)在常用的定位技術(shù)有什么不同???
我們現(xiàn)在常用的定位技術(shù)，主要包括衛(wèi)星定位和基站定位。
衛(wèi)星定位，是利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行點(diǎn)位測(cè)量的技術(shù)，也是目前使用最為廣泛、最受用戶歡迎的定位技術(shù)。它的特點(diǎn)非常突出，就是精度高、速度快、使用成本低。
大家所熟知的美國(guó)的全球定位系統(tǒng)（GPS）、中國(guó)的北斗(BDS)、歐洲的伽利略(Galileo)、俄羅斯的格洛納斯(GLONASS)，都是衛(wèi)星定位系統(tǒng)。基站定位的原理和雷達(dá)有相似之處。雷達(dá)定位大家都知道，就是發(fā)射雷達(dá)波，根據(jù)目標(biāo)的反射，進(jìn)行空間位置測(cè)算。
基站定位的話，基站就相當(dāng)于是一個(gè)“雷達(dá)”。通常，在城市中，一部手機(jī)會(huì)在多個(gè)基站的信號(hào)覆蓋之下。手機(jī)會(huì)對(duì)不同基站的下行導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行“測(cè)量”，得到各個(gè)基站的信號(hào)TOA（到達(dá)時(shí)刻）或TDOA（到達(dá)時(shí)間差）。根據(jù)這個(gè)測(cè)量結(jié)果，結(jié)合基站的坐標(biāo)，就能夠計(jì)算出手機(jī)的坐標(biāo)值。
所有上述這些定位手段，都有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是無(wú)法穿透建筑物，不能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。
衛(wèi)星定位，需要接收機(jī)接收到足夠的衛(wèi)星信號(hào)。當(dāng)進(jìn)入室內(nèi)，或有遮擋時(shí)，衛(wèi)星信號(hào)很微弱，無(wú)法有效定位。上圖為手機(jī)在室外接收到的GPS定位信號(hào)下圖為手機(jī)在室內(nèi)接收到的GPS定位信號(hào)從圖示可以看出，當(dāng)發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)星數(shù)量降低時(shí)，定位誤差從10米增加到66米。
一方面，衛(wèi)星和基站定位技術(shù)無(wú)法滿足室內(nèi)定位的需求。另一方面，室內(nèi)定位的業(yè)務(wù)場(chǎng)景卻越來(lái)越多，例如地下車庫(kù)導(dǎo)航、商場(chǎng)尋找店鋪和商品，甚至兒童走失，都對(duì)室內(nèi)定位有迫切需求。在需求持續(xù)上升的背景下，人們開發(fā)了一系列技術(shù)，嘗試?yán)闷渌愋偷腻^節(jié)點(diǎn)來(lái)提供定位能力。這就包括了Wi-Fi，藍(lán)牙，UWB等技術(shù)。
為了客觀評(píng)判不同的室內(nèi)定位技術(shù)，多個(gè)國(guó)際組織一直在積極組織室內(nèi)定位比賽。
目前國(guó)際上三個(gè)高規(guī)格的室內(nèi)定位比賽包括：1）微軟室內(nèi)定位比賽（Microsoft?Indoor Localization Competition，MILC）2）美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）舉辦的PerfLoc（Performance Evaluation of Smart-phone Indoor Localization Apps）3）國(guó)際室內(nèi)定位與室內(nèi)導(dǎo)航大會(huì)（IPIN）室內(nèi)定位比賽：IPIN competition
微軟的MILC比賽被公認(rèn)為評(píng)判高精度室內(nèi)定位技術(shù)最好的舞臺(tái)。
下面列出了歷年MILC比賽中基于基礎(chǔ)設(shè)施組前三名的成績(jī)：
可以看出，從2015年開始，UWB的優(yōu)勢(shì)逐漸顯示出來(lái)，已成為高精度定位技術(shù)中最有前景的技術(shù)。同時(shí)，Decawave的DW1000也是具體定位方案中的主流選擇。8家獲獎(jiǎng)的UWB團(tuán)隊(duì)中，有7家都使用了DW1000。
2018年的比賽使用性能極高的激光SLAM構(gòu)建地圖（左圖）并基于此實(shí)時(shí)輸出真實(shí)位置軌跡（右圖），由此作為比賽的評(píng)價(jià)依據(jù)
比賽場(chǎng)地在葡萄牙波爾圖證卷交易所宮，現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境十分復(fù)雜
2018年的比賽首次評(píng)價(jià)動(dòng)態(tài)精度，比賽場(chǎng)地非常復(fù)雜，結(jié)果的導(dǎo)向性很強(qiáng)。在這項(xiàng)賽事中，來(lái)自美國(guó)卡內(nèi)基梅隆大學(xué)的Anthony Rowe團(tuán)隊(duì)值得一提。這個(gè)團(tuán)隊(duì)是室內(nèi)定位領(lǐng)域的翹楚，三次進(jìn)入前三名，2018年更是獲得第一名和并列第二名。
CMU Anthony Rowe團(tuán)隊(duì)
更重要的是，2018年該團(tuán)隊(duì)取得第一名的技術(shù)路線是UWB 增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR），而iPhone 11 Pro則成為了首款同時(shí)支持AR和UWB的手機(jī)。這足以證明該團(tuán)隊(duì)具有極強(qiáng)的技術(shù)洞察力。
此外，來(lái)自中國(guó)的南京愛銻奕電子科技有限公司也非常值得關(guān)注。
他們是一個(gè)新興團(tuán)隊(duì)，切入U(xiǎn)WB市場(chǎng)一年后就參加了2018年的比賽，取得了并列第二名的成績(jī)。這是迄今為止國(guó)內(nèi)隊(duì)伍在該項(xiàng)賽事中的最好成績(jī)。上圖是南京愛銻奕團(tuán)隊(duì)在比賽中輸出的實(shí)時(shí)軌跡。可以看到，除少部分區(qū)域外，大部分區(qū)域都輸出了精度很高的定位坐標(biāo)。藍(lán)色為激光SLAM實(shí)時(shí)軌跡，綠色點(diǎn)為愛銻奕團(tuán)隊(duì)輸出的軌跡，紅色為矢量誤差。
上圖是參加各支隊(duì)伍的平均定位誤差對(duì)比。愛銻奕團(tuán)隊(duì)的平均定位誤差是0.4米，而幾個(gè)傳統(tǒng)強(qiáng)隊(duì)，如RaceLogic、俄羅斯研究院等同樣使用UWB技術(shù)，卻只取得了接近1米甚至更差的成績(jī)，這充分說(shuō)明了2018年比賽難度之大。
目前全球UWB定位技術(shù)主要行業(yè)巨頭有：英國(guó)Ubisense、美國(guó)Time domain、Zebra、愛爾蘭DecaWave （DW1000芯片）、荷蘭NXP等，國(guó)內(nèi)中海達(dá)、浩云科技、精位科技等數(shù)十家企業(yè)也開始風(fēng)云乍起，迎接市場(chǎng)的紅利期。
Ubisense成立于2003年1月，來(lái)自劍橋大學(xué)的工程師隊(duì)伍，Ubisense UWB的顯著特點(diǎn)是精確可靠的實(shí)時(shí)定位，有源射頻標(biāo)簽適用于室內(nèi)/戶外環(huán)境且高精度，可達(dá)到15厘米，基座設(shè)施可互相替換，具備高可靠性（兩個(gè)感應(yīng)器跟蹤三維定位），為客戶端提供成熟的軟件平臺(tái)。應(yīng)用范圍包括物流、工業(yè)、危險(xiǎn)環(huán)境、醫(yī)療保健、軍事等。
公司的PLUS超頻帶UWB及時(shí)定位系統(tǒng)由標(biāo)簽、閱讀器、同步分配面板、天線和定位軟件組成。2009年底，Time Domain公司就推出歐式系統(tǒng)，中心頻率為7.3Hz。歐式系統(tǒng)中用戶可以動(dòng)態(tài)地改變標(biāo)簽的發(fā)射頻率（1~10Hz）和操作模式（活躍或者待機(jī)）。Zebra Technologies為美國(guó)大學(xué)生橄欖球Senior Bowl比賽提供有源UWB標(biāo)簽、讀卡器以及Zebra軟件。Zebra軟件讀取數(shù)據(jù)后，將計(jì)算諸如每個(gè)球員跑步的速度，其他球員與該球員的距離，以及拋球的速度和旋轉(zhuǎn)度、高度、距離等信息。然后，這些數(shù)據(jù)將轉(zhuǎn)發(fā)給Senior Bowl的管理軟件，通過(guò)社交媒體向粉絲和媒體展示。這些信息不僅可以用來(lái)識(shí)別球員的優(yōu)缺點(diǎn)，還可以判斷球員是否疲勞。
Decawave是目前已知唯一支持IEEE 802.15.4的UWB定位芯片廠商。其提供低成本的芯片出售，零售價(jià)格在幾美元。型號(hào)為DW1000的芯片，符合IEEE 802.15.4-2011 UWB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議（在理想條件下，最大可測(cè)量范圍為300m）。應(yīng)用于政府大樓、高貨值倉(cāng)庫(kù)、超級(jí)市場(chǎng)、大型制造車間、醫(yī)院、敬老院、幼兒園、酒店、大型餐館、娛樂(lè)場(chǎng)所、監(jiān)獄、住宅小區(qū)、物流公司、博物館、科研機(jī)構(gòu)、實(shí)驗(yàn)室等人員和重要物資的定位監(jiān)控。
BeSpoon的UWB RTLS 系統(tǒng)，易于部署，具有“容量大、標(biāo)簽待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)、覆蓋范圍廣、定位精度高”等突出優(yōu)點(diǎn)，可用于追蹤工廠中成百上千的產(chǎn)品批次，或查詢倉(cāng)庫(kù)中叉車、工具、棧板的實(shí)時(shí)位置。本系統(tǒng)適用于各類工業(yè)環(huán)境，即便在鈑金車間這類多障礙、強(qiáng)散射的不利環(huán)境中，系統(tǒng)表現(xiàn)依然良好。
恩智浦將UWB應(yīng)用在了汽車電子領(lǐng)域。日前一款基于大眾Arteon車型打造的概念車于德國(guó)漢堡亮相，通過(guò)搭載恩智浦于今年7月發(fā)布的最新超寬帶技術(shù)，該車在防盜保護(hù)、安全性和便利性等方面都有了大幅提升。盡管在這款車型上，超寬帶技術(shù)的主要應(yīng)用場(chǎng)景還限于驗(yàn)證車輛的防失竊，但未來(lái)應(yīng)用將有無(wú)限可能。
成都精位科技在UWB系統(tǒng)定位精度上可達(dá)1-10cm，射頻最大射程400米，基站刷新率高達(dá)8000Hz、標(biāo)簽刷新率100Hz、大范圍定位和三維實(shí)時(shí)定位。其高精度定位平臺(tái)可根據(jù)不同的平臺(tái)設(shè)置不同的屬性，提供API開發(fā)包，在相對(duì)統(tǒng)一的軟件平臺(tái)基礎(chǔ)上定制開發(fā)各種應(yīng)用軟件，可以直觀形象的顯示定位目標(biāo)，定位場(chǎng)景，管理定位數(shù)據(jù)，以滿足不同行業(yè)的需求。
清研訊科源于清華大學(xué)測(cè)試技術(shù)與儀器國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，是一家工業(yè)無(wú)線精確定位產(chǎn)品及定位系統(tǒng)提供商。它提供的LocalSense精確定位解決方案，在生產(chǎn)環(huán)節(jié)中實(shí)時(shí)定位人員、車輛、資產(chǎn)的精確位置，并在定位基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)軌跡追蹤、區(qū)域報(bào)警、攝像聯(lián)動(dòng)等增值服務(wù)功能。
中海達(dá)全資子公司聯(lián)睿電子專注于區(qū)域高精度實(shí)時(shí)定位產(chǎn)品研發(fā)和相關(guān)技術(shù)服務(wù)，行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域廣泛涉及倉(cāng)儲(chǔ)物流、司法監(jiān)獄、智慧城市等。日前，公司成功中標(biāo)“華為UWB手機(jī)無(wú)線防盜器項(xiàng)目”，將為各大華為體驗(yàn)店提供可擺脫傳統(tǒng)手機(jī)防盜鏈的無(wú)線防盜器產(chǎn)品，預(yù)計(jì)年采購(gòu)數(shù)量萬(wàn)套以上。
深耕UWB技術(shù)多年的浩云科技，UWB技術(shù)可以做到室內(nèi)或者室外精準(zhǔn)定位到厘米級(jí)別，目前公司已經(jīng)掌握了將UWB嵌入手機(jī)使用的技術(shù)，形成了成熟的產(chǎn)品，并將相關(guān)技術(shù)及產(chǎn)品應(yīng)用在了智慧司法、核電等多個(gè)領(lǐng)域，其室內(nèi)靜態(tài)定位精度可達(dá)2厘米，高精度技術(shù)領(lǐng)先同行業(yè)1-2年。
唐恩科技源自于南京大學(xué)軟件新技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的定位技術(shù)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，推出了基于衛(wèi)星、UWB、慣導(dǎo)和視覺(jué)技術(shù)的多種定位產(chǎn)品，在智能工廠和生產(chǎn)控制領(lǐng)域提供了多個(gè)解決方案，如智能工廠可視化、生產(chǎn)運(yùn)維安全管理、工業(yè)車輛智能導(dǎo)骯等，提升行業(yè)的管理精細(xì)化和自動(dòng)化水平。2014年率先與Decawave合作，推出國(guó)內(nèi)首家UWB自研高精度定位系統(tǒng)。
公司是我國(guó)“超寬帶無(wú)線通信關(guān)鍵技術(shù)及其共存與兼容技術(shù)”的前列企業(yè)，其與飛思卡爾半導(dǎo)體有限公司在2006年就已推出了超寬帶高清電視和家庭媒體中心等產(chǎn)品和系統(tǒng)。
高精度UWB定位系統(tǒng)已成功將UWB定位技術(shù)和行業(yè)需求相結(jié)合，推出了眾多行業(yè)應(yīng)用方案并成功應(yīng)用，例如智慧監(jiān)獄的犯人實(shí)時(shí)監(jiān)管、智慧工地中施工人員的安全定位、智慧化工的危險(xiǎn)區(qū)域重點(diǎn)監(jiān)控、智慧執(zhí)法辦案中心定位手環(huán)防串供等功能。
公司成立于2012年，開始曾為中國(guó)移動(dòng)布置Wi-Fi熱點(diǎn)，后來(lái)轉(zhuǎn)向UWB技術(shù)。沃旭是國(guó)內(nèi)首家基于IR-UWB產(chǎn)品研發(fā)及應(yīng)用的高新技術(shù)企業(yè)，也是“Decawave”官方指定的主要合作伙伴。2016年沃旭完成Pre-A輪融資。產(chǎn)品已通過(guò)國(guó)家無(wú)委、FCC，以及即將通過(guò)德國(guó)萊茵TUV功能安全認(rèn)證。
公司主要產(chǎn)品包括基于UWB定位和視頻識(shí)別技術(shù)的全自動(dòng)路內(nèi)停車收費(fèi)管理系統(tǒng)，并計(jì)劃于2020年上半年進(jìn)一步推動(dòng)V2X、UWB和RFID等技術(shù)在香港和新加坡的推廣和試點(diǎn)。
公司打造的UWB解決方案首創(chuàng)WLAN和UWB融合，不僅能夠提供WLAN功能，還可以進(jìn)行UWB高精度人員、資產(chǎn)定位，新華三UWB定位方案具備端到端整體能力，其UWB定位方案可實(shí)現(xiàn)20-50厘米的定位精度，并具備低功耗、對(duì)信道衰落不敏感、穿透性強(qiáng)，強(qiáng)大的抗干擾性等優(yōu)勢(shì)，同時(shí)不會(huì)對(duì)同一環(huán)境下的其他設(shè)備產(chǎn)生干擾。???????????????? ?END ????????????????
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