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UWB创业者谈iPhone11集成UWB芯片

2019-10-09
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我们是专注UWB(Ultra Wideband超宽带)高精度定位解决方案多年的创业者,从9月10日苹果发布iPhone11开始,这个相对低调的行业突然热闹了起来。这个在行业内传了1年多的消息终于坐实,各种专业和业余的文章相继出现,甚至股市还有“UWB概念股”。我们有必要把自己对行业的理解介绍出来。
 
UWB是业界公认定位精度最高的无线电技术,以其较高的时间分辨力、抗多径效应等特点使其尤其适合用于高精度定位或测距。这些年国际室内外定位大赛前几名普遍采用UWB技术,而且目前没看到更有潜力的竞争技术出现。具体UWB技术细节,百度各种文章讲的较多,不再赘述。
 
我们UWB行业内的厂商此前都在做B端,典型应用包括工厂、仓储、隧道、司法等各种垂直行业的人员或物资高精度定位。我们也期盼着产品能卖入C端,但一直没有手机厂商能集成UWB技术,好在苹果终于来了!
 

苹果和UWB

苹果在官网上只介绍了U1超宽带芯片可用于AirDrop,将手机指向另一个手机,通过测向和定位可以优先连接该手机。有理由怀疑,苹果不可能为了协助AirDrop专门增加一颗芯片,这里的故事空间可以很大。


其实苹果早些年开始已经进行了多项UWB布局,这个是关于UWB用于汽车车钥匙的专利。

                         
下面这个专利甚至传说苹果要用UWB技术做iBeacon V2。


未来应用场景

当代的UWB芯片可以总结成:高安全高精度的测距芯片。高精度测距能力可以实现高精度定位,高安全性保障数据安全。


1. 高精度定位。

如果说蓝牙iBeacon是店铺级别的定位精度,那么UWB可以说是物品级别的定位精度。想象下,我们在网上看到一个心仪商品,可以直接手机定位导航到线下实体店的商品旁。当然这种定位方式需要在环境里要预先安装好UWB定位基站,这些不是苹果亲自做,主要由产业链伙伴做。


还有一类重要的定位方式是:AOA(Angle of Arrival)测向+测距。据说苹果手机集成了多天线阵列,所以可以通过测量方向实现很多新颖的功能。AirDrop将用这种技术来更准确判断连接对象。传说苹果将会发布基于UWB技术的防丢器并能通过Find My功能精确定位寻找。


注意!这完全就是我们公司在17年底设计和申请专利的产品呀,当时手机还没有集成UWB,还需要在手机后盖上粘贴UWB AOA模块并与手机通过蓝牙相连。不止可以在C端用于停车场找车、找宠物、找娃、找钥匙,还可以在B端工厂仓库里找物资,也可以用于陌生人社交找人,这简直就是终极找东西的神器。想象下,在车海中快速找到来接我的滴滴快车。这种应用是不需要环境中部署基站的,只需要双方都具有UWB设备。


关于AOA技术,事实上,小米平衡车在多年前发布的自动跟随平衡车就采用AOA技术,也有些厂家的自动跟随行李箱采用相同技术,这两类产品都需要使用者佩戴UWB手环。


2.  数据通信

UWB可以实现数倍于蓝牙的传输速率(6.8Mbps以上),功耗却并不高。UWB在2000年初曾与WIFI技术竞争数据传输标准,但失败了。后来UWB逐渐在高精度定位领域找到独特应用点,现在凭借低功耗和高安全性,重新回来了。最新IEEE802.15.4z标准对UWB的安全性做了特别加强。


3. 无感门禁/支付

UWB的时间戳测距原理使得UWB几乎不可能通过被截获复制的方法伪造出自己的位置,那么UWB可以作为安全性很高且便捷的钥匙了。iPhone11可以作为车钥匙,提供比现有无钥匙进入技术安全性更高、定位精度更高的体验。想象下,拿着手机距离车辆5米时车灯自动点亮,距离车门1米时,对应车门自动解锁。如果此时转身,迈开一步离开,车门自动上锁。iPhone11希望连接未来所有汽车,这也许是苹果推出U1芯片的重要原因。


在智能锁上应用也是可能的,三星在19年初CES期间以及发布一款应用UWB技术的智能锁,只是当时还没有手机钥匙,需要佩戴专用的UWB钥匙。但我个人认为iPhone11在国内家用门锁上应用噱头大于实用,毕竟指纹锁会更方便些。


iPhone11也可以通过与POS机安全测距等方式为Apple Pay等支付技术提供更安全的无感支付体验。甚至将来拿了UWB手机的人可以直接无感过UWB地铁闸机,而无需掏手机出来扫码或刷NFC,类似汽车ETC过闸机一样。这里空间很大,不去展开,我们已经申请了专利。


UWB芯片有哪些厂家在做?

iPhone11之前,业界已将UWB芯片量产的主要有爱尔兰Decawave、法国Bespoon等少数厂家。其中爱尔兰Decawave(德卡维)公司DW1000芯片应用最广泛,占有市场绝大部分份额。该公司背后也有中国投资机构的支持。Decawave公司下一代DW3000芯片计划在2020年量产,支持最新的IEEE 802.15.4z,并且支持单芯片AOA(PDOA技术)。


此外,荷兰NXP(恩智浦)公司在9月17日正式发布了其SR100T安全精密测距芯片,支持最新IEEE 802.15.4z,为市场加入强行针。此前NXP已经和大众汽车联手开发UWB车钥匙应用。


国内外还有些创业团队也在做UWB芯片,注意现阶段不支持IEEE 802.15.4z最新标准的将没有未来。
 

UWB遵从什么国际标准?

Decawave公司的DW1000支持IEEE 802.15.4-2011标准,明年2020年量产的DW3000芯片将支持最新的IEEE 802.15.4z标准。苹果的U1和NXP新发布的SR100T也都支持IEEE802.15.4z最新标准。802.15.4z在原有标准基础上定义了新的特性,可以提升安全、功耗更低、且传输距离更远。注意IEEE 802.15.4z是向前兼容的,所以iPhone11可以和现在普遍应用的IEEE 802.15.4-2011标准的DW1000对接,但这只是理论上存在可能,因为现在UWB领域并没有网络层及以上的行业标准。虽然同样是采用DW1000芯片的系统,但不同厂家产品是完全不兼容的。定位算法也有很多种,适用不同的场景,并没有一个开源的算法给大家用。往往需要厂家做大量的算法研究工作,并结合各种场景做大量迭代。UWB芯片都能买到,但此前真正做出工业领域内稳定可靠定位系统的厂商凤毛麟角。在苹果未来逐渐开放其U1芯片定位应用的SDK后,预计会有部分改观。


2B领域当前大量应用场景是位置监控型应用,即从后台看其它人员物资的位置,而人员和物资并不需要知道自己的位置;而C端场景是反过来的,重点是手机需要知道自己的位置,而后台并不需要知道。因为功耗、系统容量、实时性等因素,这两类应用场景的算法目前是有较大差异的。手机可以一天一充电,物资标签恨不得用5年。
 

UWB也有国际联盟了

2018年12月成立了UWB Alliance联盟,联盟创始成员包括Decawave等。UWB Alliance联盟在确保UWB与WIFI扩频申请频谱兼容共存等方面做了很多幕后贡献。



根据UWB Alliance路线图,计划在2020年Q4将网络层和传输层订立标准。


刚刚,2019年8月成立的FiRa(Fine Ranging)联盟,创始成员是NXP、三星等。FiRa联盟当前侧重于推动UWB设备的互操作性。


总结

此刻,在B端,基于UWB的高精度定位和各个垂直行业的结合正在快速开展,并且越来越有机。从传统的隧道管廊、公检法司、医疗养老,到新兴的工业4.0、智慧仓储、新零售,高精度定位正在赋能各个垂直行业,为该行业的智慧升级提供基础技术和灵感,使其决策具有更高精细度。


未来,在C端,苹果牵头和各大手机厂商的加入,将赋予UWB技术新的使命。



*免责声明:本文由作者原创。文章内容系作者个人观点,半导体行业观察转载仅为了传达一种不同的观点,不代表半导体行业观察对该观点赞同或支持,如果有任何异议,欢迎联系半导体行业观察。


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