UWB，更进一步

　　在苹果于2019年发布了集成U1的iPhone 11之后，面世已经数十年的UWB（Ultra-wideband）芯片一夜爆红。

　　翻看其发展历史，UWB技术最早可以追溯到1887年。当时，Heinrich Hertz通过制造火花并通过宽带加载偶极子(loaded dipoles)发射出第 一个UWB信号。随后的几十年里，UWB发展几经浮沉。直到1989年，美国国防部创造了“超宽带”(Ultra-Wideband：UWB)一词，UWB进入了发展新阶段，但其应用场景，依然离消费者很远。

　　但如文章开头所说，在iPhone 11之后，UWB终于在消费市场找到了一席之地。除了苹果以外，三星、谷歌、摩托罗拉、联想、华为等也都纷纷拥抱UWB。但我们必须承认，无论是在防丢器、汽车钥匙，还是在资产追踪、室内导航、AP定位等应用中，UWB过去几年的发展，并不尽如人意。

　　01

　　UWB，不如预期

　　作为一种基于IEEE 802.15.4a和802.15.4z标准的无线电技术，UWB可以更精确地测量无线电信号的飞行时间，从而实现厘米级精度的距离/位置测量。作为引起新一轮热潮的应用，智能手机和类似AirTags之类的产品无疑是UWB首先发力的市场。与此同时，开发者还在迅速崛起的智能车市场和工业、医疗市场中为UWB寻找一席之地。

　　诚然，UWB有不少先天优势。

　　以UWB另一个主要应用方向——汽车准入方案应用为例，作为进入汽车的重要入口，历经多年发展的汽车行业大多采用了BLE和NFC作为汽车准入的无线方案，但因其天生特性，这些无线技术在汽车进入系统应用中面临被黑客拦截信息，并丢失解锁密码的风险。于是，拥有抗干扰能力强、定位精度高等特性的UWB，成为了汽车被动进入系统的新选择。

　　“UWB是一种短距离高频无线技术，擅长确定精确的位置和距离。由于其精准度，UWB技术能够抵御常见的攻击，尤其是中继攻击，这种攻击会诱使车辆误以为钥匙就在附近。但UWB通过使用双向测距和时间戳验证来解决这个问题，以确保设备(通常是智能手机或钥匙扣)确实位于车辆附近。”负责推广并维护UWB技术的Fira联盟在博客文章中解析道。

　　“UWB应用于能为现代车辆带来四点好处，分别是安全性、便利、功能和可靠性。”Fira联盟总结说。

　　不过，拥有很多优势的UWB在过去几年的发展中，进展缓慢，在某种程度上可能与此前的UWB方案特性有关。

　　据了解，早期的UWB解决方案采用的是Transceiver分立架构设计。具体而言，就是芯片仅提供无线射频模块，开发者需要额外配置主控芯片(MCU)，并自行编写底层驱动程序来实现完整的功能。

　　对于拥有强大研发能力和丰富资源的头部企业来说，这种分立的模式能够提供极大的灵活性和性能优化空间，因为开发者可以通过深度定制MCU来达到最 佳的系统性能。然而，对于大多数汽车制造商和其他中小型企业而言，这样的开发模式带来了显著的挑战：

　　首先，第三方MCU的兼容性问题常常导致开发周期延长;其次，由于需要处理复杂的硬件集成和软件调试工作，系统的功耗管理和成本控制变得异常困难，导致最终产品的能耗较高且成本居高不下。此外，值得一提的是，过去的UWB方案很多都是非车规的产品，这可能会引致某些谨慎客户将其拒绝在潜力巨大的汽车市场大门之外。

　　正是因为上述问题，UWB技术在过去几年里并没有在广泛市场中获得想象中的普及与应用。但到了今天，市场似乎产生了新的变化。

　　02

　　走向集成，迎来拐点

　　毋庸置疑，UWB能获得进步，包括芯片厂商、方案商、Fira联盟和CCC联盟在内的企业和组织的投入都有目共睹。过去多年里，这些参与者也都在思考如何将UWB更好地应用于工业、汽车和医疗等应用。

　　尤其是芯片厂商，在推动UWB普及方面功不可没。例如针对分立方案的问题，包括NXP、三星电子和Qorvo在内的芯片厂商都发布了UWB SoC方案。以Qorvo为例，在今年一季度，他们就带来了旗下的UWB SoC QM35825和QPF5100Q。

　　首先看QM35825——Qorvo的首 款UWB SoC。如图所示，该芯片采用了“All-in-One”设计，在其中集成了包括四个灵活的射频端口、低噪声放大器 (LNA)、功率放大器 (PA) 和射频开关、安全功能、通信外设以及带有安全区域的 Arm Cortex-M33 MCU等部件，这大大降低了UWB的设计门槛，加速了产品的上市进程。

　　得益于这些领 先配置，这颗低功耗UWB SoC能提供片上计算功能，用于测距、AoA、雷达和数据传输功能。值得一提的是，该方案在支持FiRa、Omlox和Aliro测距方案的同时，还能将精度做到±5cm，到达角(AoA)精度更是高达±2。这些优势让其在工业和消费级市场找到更多的应用空间。

　　例如在智能家居方面，UWB能被应用到访问控制、位置感知和存在感测等领域;在智能工业领域，UWB则能推向贵重资产追踪、工厂仓库的物流追踪、工位人员离开解锁/上锁电脑、两轮车/汽车的接近检测等应用;甚至在对可靠性有高规格要求的医疗市场，UWB也能找到生存空间。

　　针对这些市场，Qorvo的QM35825能通过提供微定位精度和可靠测距助力开发者腾飞。

　　如上所述，QM35825有着出色的处理能力和RF性能，使其能在执行一些轻量的AI和ML处理的同时，提高雷达探测精度和稳定性;值得一提的是，这款解决方案还提供了易于访问的API，确保了其与现有生态系统的顺畅集成，加速UWB创新应用的部署。

　　为了将UWB推向更多市场，Qorvo还推出了符合车规认证的车规级UWB SoC——QPF5100Q。据了解，这款产品通过了AEC-Q100 Grade 2车规认证，能够在-40℃至+105℃的极端温度范围内稳定运行，使得其拥有足够的底气敲开汽车厂商的大门。

　　和QM35825不一样，Qorvo针对汽车应用的需求，对其做了很多独特的设计。例如，配置了更大容量的Flash memory供客户开发/移植车用软件。QPF5100Q还展现出了行业领 先的射频性能，支持UWB脉冲雷达，其数据速率覆盖850kbps至62.4Mbps的广泛区间，满足复杂应用需求，丰富车内互联体验。

　　对于包括QM35825和QPF5100Q在内的UWB SoC来说，有一个值得强调的亮点，那就是其不仅符合了中国最新的UWB频谱规范，也能适应欧美市场的标准，用“一芯全球化部署”的设计，增加了这颗芯片的客户友好度。这意味着开发者能轻易打造一款面向全球的产品，而不需要针对不同地方不同频段做更多做重复设计。

　　除了上述硬件性能外，Qorvo还在为上述两颗UWB SoC带来可配置软件，使得设计师能够定制独特的功能，从而提升产品性能并为最终用户的应用带来差异化优势。

　　03

　　展望未来，大有可为

　　在芯片走向集成的同时，产业链还在当前的应用场景下，探索UWB未来的更多可能。

　　和BLE等无线连接技术相比，UWB无论在定位精度(距离)、延迟、可靠性还是安全性方面都占优。更重要的是，这个技术除了测距，还能够判断方向。于是，类似门禁和智能门锁等市场，就成为了UWB的发力方向。

　　在今年三月，Qorvo就与Nordic联手，基于Qorvo的QM35825超宽带(UWB)SoC和Nordic的nRF54L系列，面向连接标准联盟(CSA)的 Aliro和Matter协议推出一款参考应用。据了解，该解决方案，将助力开发人员轻松、快速上手Aliro和Matter门禁控制项目，并让所有制造商都能掌握智能锁设计技术。

　　除了前文谈到的工业和消费场景外。现在火热的汽车市场，也让UWB有了一展拳脚的空间。行业参与者也正在将其推向更多应用领域。如作为后排乘客警报系统的一部分，就是其应用方向之一。

　　早在2022年，Euro NCAP(European New Car Assessment Programme：欧洲新车安全评鉴协会)就引入了儿童存在检测的评分标准。根据其规定，新车强制要求加入儿童存在检测(CPD：Child Presence Detection)，以检测车内是否有婴儿被遗留，从而帮助预防悲剧事故的发生。

　　而能够监测细微的呼吸和心率变化的UWB 雷达，正是这个应用的首要选择。和传统的摄像头检测方案不一样，UWB雷达在兼顾安全性和功能性的同时，还保护了乘客的隐私。同时，UWB 雷达工作频率还相对较低，因此能够有效穿透车内各种固体物质，包括隔板、汽车座椅，甚至婴儿毯以及后排座椅以外的区域，甚至延伸至载货空间，为监测提供了更多地保障。

　　此外，因为该技术还利用了多普勒效应计算速度，能够精确探测到非常细微的动作，包括婴儿的呼吸，这就使得其在车载监控方面的优势也显而易见。

　　UWB雷达还有很多其他用途。例如，运动检测使其适合用于更精确、更经济的安全系统，而无需集成额外的传感器。由于其能够检测生命体征，UWB雷达还可以消除行李放置在座椅上时产生的错误安全带警报;而使用UWB的手势识别功能，则可以在控制方面为汽车带来更多的赋能。

　　针对这些需求，Qorvo和合作伙伴共同推动QPF5100Q经过了NCAP的认证。“基于稳健的产品路线图，Qorvo的汽车UWB解决方案具备可扩展的系统架构和持续的技术进步，能够确保适应不断演变的行业标准和新兴应用。”Qorvo重申。

　　在Qorvo等厂商的推动下，UWB正在加速普及。展望未来，我们希望能看到这个存在已久的技术给我们带来新惊喜。