淺析超寬頻技術和應用
劉延 于 2019.09.11 03:16:42 | 源自:soomal.com | 版權:原創 | 平均/總評分:09.81/206
  • 隨著新一代iPhone的發布,細心的讀者或許會在蘋果官網的產品介紹中發現iPhone 11系列增加了一個發布會并沒有提及的新功能:超寬頻。超寬頻到底是什么?熱心網友也很快給Soomal投稿對超寬頻的基本知識進行分享科普。本文共2000字,結算稿酬500元。
  • 就在今年蘋果發布會前三天,郭明錤透露了最新消息,他認為UWB是今年新款iPhone非常重要的創新功能,并且三款新蘋果機型都會搭載UWB,用以實現室內定位功能,同時出貨UWB標簽,以實現iPhone室內定位服務的基礎建設。為什么這項技術能實現相對精準的室內定位?這項技術還能干什么?我們今天就來聊聊這個話題。

    什么是UWB

    UWB這玩意兒并不新鮮,它全名叫做Ultra-WideBand,部分中文譯名為超寬頻。

    UWB能干什么

    從目前應用上來看,UWB主要是用于低功耗數據快速傳輸和高精度定位。FCC為UWB分配了3.1 GHz~10.6GHz共7.5GHz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。即,這項技術通過超大頻寬和低發射功率,實現低功耗水準上的快速數據傳輸。

    早期,業界更多的是把這項技術看做無線數據傳輸技術的補充。比如,早在2006年,東芝就發布過一款筆記本,支援UWB技術;次年,聯想也發布了ThinkPad X200T,部分機型支援UWB,聯想聲稱,UWB技術能以480Mbit/s的速度無線傳輸檔案,遠高于當時藍牙2.0的3Mbit/s。這個速度即使是拿到現在來,看起來也不算慢,即使是目前5GHz的Wi-Fi,單天線也就能達到433Mbit/s的速度。

    但為什么這項技術沒有普及呢?Ultra Wide Band,超寬帶。顧名思義,這項技術所需要的頻寬特別大,有多大呢?2G時代,GSM每個頻點的頻寬是200kHz;3G時代,聯通的WCDMA頻率范圍為上行1940M-1955M ,下行2130M-2145M,頻寬是25MHz;4G時代,聯通的頻寬為40+10MHz,其中TD-LTE為40MHz,FDD-LTE為10MHz。移動、聯通、電信加起來頻寬也就是350MHz。到了5G年代,移動、電信、聯通三家加起來的頻寬也就是460MHz。

  • 而FCC對UWB的定義是,任何相對頻寬不小于20%或者絕對頻寬不小于500MHz并滿足功率譜限制的訊號,FCC為UWB分配了3.1 GHz~10.6GHz共7.5GHz頻帶。500MHz!比移動聯通電信三家234G加起來還多,即使是對于5G這種需要大頻寬的應用,還是比他們三家加起來還多。當然,為了避免訊號干擾,FCC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。大的頻寬對于天線和頻譜分配都造成了不小的困擾。在數據傳輸方面,普及起來自然不容易。因此,數據傳輸這個UWB的技能被放棄了,2009年英特爾就解散了UWB業務部門UNO。

  • 另一方面,這項技術它不是利用載波訊號來傳輸數據,而是通過收發信機之間的納秒級極短脈沖來完成數據的傳輸。通過窄脈沖訊號,UWB技術就可以實現類似于實現高精度定位,其實現的原理ToF+GPS。簡單點說,手機發射訊號,用于監測的小型基站接收訊號,通過訊號到達不同監測點的單元時間差,對于無線訊號發射源進行定位。只要在室內有三個基站,就可以通過到達時間差方式進行定位。

  • 可能看起來還是太復雜,我們再換個簡單說法。你四排吃雞,毒圈已經縮的很小了,你和你的仨隊友都活著,場上還剩五個人,也就是說,除了你和你的隊友,只剩一個人了,但你們找不到他,所以你們分別在毒圈的四個方向,想要包抄他。這時候,他不小心戳到熒幕,走火開槍了,你們就可以根據小地圖上槍聲的位置和強弱,基本判定他的位置。UWB的定位差不多就是這個原理,不過更精確一些。(哎媽呀想出來這個比喻我真是天才)

    UWB技術主要應用于目前的室內定位,因為UWB技術的發射功率相對較低,因此其定位距離相對較短,如果用于室外,其低功耗特性與室外的距離可能產生很大矛盾。室內距離相對較短,一間屋子放上四五個也就差不多能覆蓋了。

  • UWB技術是目前室內定位技術中精度相對較高的方式,但是,沒能得到廣泛應用,主要是因為貴。目前,室內定位以Wi-Fi定位和藍牙定位為主。因為其定位成本相對較低,Wi-Fi定位可以利用現有的室內Wi-Fi無線網路加以計算定位,用于引導;藍牙定位也類似。但UWB技術需要額外部署相應基站,加上UWB技術相關配套的晶片、組件都較少,難以實現規模化,同時,開發難度也較高,其成本可能是Wi-Fi定位成本的10倍以上。

    因此,目前UWB技術在室內定位上,主要用于一些特殊場合和工業用途,或者按目前投資說法來說,2B端。比如,監獄里,一人帶一個UWB手環,這些犯人在哪,獄警就基本都知道了,極大降低越獄的可能性;或者,對于失智老人的看護場所,UWB手環可以幫助看護人員了解老人所在位置,及時預警,防止老人走丟,或在無人看護情況下,及時找到摔倒的老人。另一方面,在工業應用場合,目前主流解決方案中,用于物流的機器人目前主要采用機器視覺和RFID技術進行定位,機器視覺主要是用相機識別特定區域二維碼,報告AGV所在位置;目前,部分AGV應用采用了UWB技術和傳統方式的結合,讓AGV的移動位置更加具體。

  • 蘋果的進入,有望幫助UWB技術快速普及

    上面我們提到,UWB技術在室內定位中,相較于藍牙和Wi-Fi方案,最大的弱點是,貴。而蘋果對于行業的影響力,可以幫助很多技術從實驗室狀態,快速進入量產狀態,這種事情在歷史上發生過不止一次,比如,電容屏、in-cell、指紋識別、金屬后殼等等。同樣的,蘋果的加入,有望幫助UWB技術相關的晶片、模組、方案進入大規模量產階段;同時也能讓更多人員進入這個產業,幫助UWB技術落地。

    而蘋果產品加入UWB技術后,基于到達角(AOA)技術,兩臺UWB裝置可以共享相對的測距和定位數據,進而實現彼此更精確的定位。這樣能讓兩個擁有手機的人能精確的定位對方,或是讓擁有手機的人能夠定位帶有UWB標簽的另一方。進而,這項技術能更加強化蘋果生態圈的應用,降低現有用戶流失率。當然,UWB這個圈子的玩家并不只有蘋果一家,比如:

    • 近日,中海達集團旗下子公司聯睿電子與華為正式簽約“華為UWB手機無線防盜器項目”。此舉將為華為體驗店帶來顛覆性的全新購機體驗:顧客能夠在店內自由走動體驗手機、平板等電子產品,擺脫有線防盜的限制,深度享受沉浸式購物體驗。

    總結

    UWB技術可以用于低功耗下的數據快速傳輸和室內定位,目前應用以后者居多。但由于其價格偏高,UWB技術主要用于2B端,例如監獄、失智老人看護、工業機器人等。蘋果的進入,將加強蘋果生態圈的建設,并有望幫助UWB技術在日常應用中快速普及。

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    uwb肯定和ar相關,用于ar定位,估計明年就蘋果會在ar方面發力
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    發表于2019.10.26 17:43:49
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    116.236.247.***
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    發表于2019.10.17 12:11:09
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    萬一過兩年之后火了呢?到時候各種終端的定位都準得厲害……
    此帖使用Win10提交
    發表于2019.10.10 16:14:53
    47
    220.163.112.***
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    發表于2019.10.10 16:13:01
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    110.185.173.***
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    發表于2019.10.10 15:17:44
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    122.233.125.***
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    發表于2019.09.24 16:24:29
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    059.127.003.***
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    發表于2019.09.21 09:11:49
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    113.091.141.***
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    發表于2019.09.19 18:31:24
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    發表于2019.09.19 15:45:08
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    183.252.083.***
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    發表于2019.09.18 15:22:36
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    061.171.185.***
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    發表于2019.09.16 10:37:50
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    210.083.229.***
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    發表于2019.09.14 16:59:59
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    111.029.255.***
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    發表于2019.09.13 02:01:17
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    發表于2019.09.12 22:45:45
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    此帖使用Win10提交
    發表于2019.09.12 14:13:28
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    218.072.009.***
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    發表于2019.09.12 13:34:17
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    116.234.125.***
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    發表于2019.09.12 09:44:09
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    113.057.244.***
    113.057.244.***
    發表于2019.09.11 22:59:09
    32
    03
    要求不高的時候 比單眼出片快
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    發表于2019.09.11 20:12:22
    31
    搞不懂apple的創新點,別整的跟SONY一樣“我賣不出去,我還造不出來嗎”
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    發表于2019.09.11 18:01:22
    30
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