昨日，小米高管曾學(xué)忠通過(guò)微博，正式發(fā)布了“一指連”UWB 技術(shù)，引起全網(wǎng)的廣泛關(guān)注。
根據(jù)介紹，基于這項(xiàng)“一指連”技術(shù)，手機(jī)和智能設(shè)備將具備空間感知能力，猶如“室內(nèi) GPS”。當(dāng)手機(jī)指向智能設(shè)備，控制卡片就能自動(dòng)彈出，能夠直接進(jìn)行操控。
將手機(jī)指向電扇，手機(jī)就會(huì)彈出快捷控制卡片，一鍵開啟電扇
將手機(jī)指向電視，手機(jī)就變成電視遙控器，還能一鍵投屏
不得不說(shuō)，小米的營(yíng)銷能力是真的強(qiáng)，一項(xiàng)并不新鮮的技術(shù)，加以包裝和冠名，硬是做出了全球首發(fā)的推廣效果。
沒錯(cuò)，這個(gè) UWB，就是去年 9 月 11 日蘋果發(fā)布 iPhone11 的時(shí)候，同步推出的那個(gè) UWB。
當(dāng)時(shí)，iPhone11 全系搭載了支持 UWB 技術(shù)的 U1 芯片。
蘋果曾經(jīng)表示，U1 芯片將顯著提升蘋果 iPhone 手機(jī)的空間感知（Spatial Awareness）能力。通過(guò) Airdrop（隔空投送）應(yīng)用，蘋果還展示了基于 UWB 技術(shù)的快速文件分享。
就在上個(gè)月蘋果秋季發(fā)布會(huì)的時(shí)候，也曾透露，蘋果的 Apple Watch Series 6 將搭載 U1 芯片和超寬帶天線，以實(shí)現(xiàn)空間感知能力。
那么問(wèn)題來(lái)了，什么是空間感知能力？UWB 到底是什么技術(shù)？除了空間感知，UWB 還能干些什么？
通過(guò)本文，小棗君將一一為你揭曉這些問(wèn)題的答案。
什么是空間感知能力
所謂的空間感知能力，就是感知方位的能力。更直接一點(diǎn)，就是定位能力。
說(shuō)白了，利用 UWB 技術(shù)，手機(jī)和智能設(shè)備可以更精準(zhǔn)地實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位，不僅可以感知自己的位置，還可以感知周邊其它手機(jī)或設(shè)備的位置。
小米的空間感知
厘米級(jí)定位能力
說(shuō)到定位，相信大家都很熟悉。我們經(jīng)常會(huì)使用例如百度地圖這樣的 APP，里面就有定位和導(dǎo)航的服務(wù)。
定位服務(wù)幫助我們掌握位置信息，指示方向，增加自身的安全感和掌控感，給我們的工作生活帶來(lái)了很大的便利。
那么，UWB 技術(shù)和我們現(xiàn)在常用的定位技術(shù)，又有什么不同呢？
我們現(xiàn)在最常用的定位技術(shù)，是衛(wèi)星定位。
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)。它的特點(diǎn)非常明顯，就是精度高、速度快、成本低。
大家所熟知的 GPS、北斗等，都屬于全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS），可以提供衛(wèi)星定位服務(wù)。（延伸閱讀：“北斗”背后的 GNSS 技術(shù)，到底是個(gè)啥？）
為了更好地消除誤差、提高反應(yīng)速度，GNSS 會(huì)引入一些天基或陸基的輔助手段。結(jié)合輔助手段的 GNSS，也被稱為 A-GNSS。A 就是 Assisted，“輔助”的意思。
現(xiàn)在比較常用的 A-GNSS，是通過(guò)陸基的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，傳送增強(qiáng)改正數(shù)據(jù)，提供輔助信息，加強(qiáng)和加快衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)的搜索跟蹤性能和速度，縮短定位時(shí)間，提高定位精度。
A-GNSS 系統(tǒng)架構(gòu)
不管是 GNSS，還是 A-GNSS，都有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，就是不能實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。原因顯而易見，衛(wèi)星信號(hào)會(huì)被建筑物遮擋啊。
然而，隨著時(shí)代的發(fā)展，室內(nèi)定位的業(yè)務(wù)場(chǎng)景卻越來(lái)越多，用戶對(duì)室內(nèi)定位的需求越來(lái)越強(qiáng)烈。例如地下車庫(kù)導(dǎo)航、商場(chǎng)尋找店鋪或同伴，甚至兒童走失尋回。
于是，一些人開始嘗試?yán)酶鞣N短距離通信技術(shù)，開發(fā)高精度的室內(nèi)定位系統(tǒng)，用于迎合用戶需求，賺小錢錢。可供選擇的技術(shù)，就包括 Wi-Fi，藍(lán)牙，UWB 等。
什么是 UWB
Wi-Fi 和藍(lán)牙大家都比較熟悉。UWB 是什么呢？
UWB，就是 Ultra Wideband，超寬帶技術(shù)。它源于 20 世紀(jì) 60 年代興起的脈沖通信技術(shù)。
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。
相比 Wi-Fi 和藍(lán)牙定位技術(shù)，UWB 具有如下優(yōu)勢(shì)：
1）抗多徑能力強(qiáng)，定位精度高：帶寬決定了信號(hào)在多徑環(huán)境下的距離分辨能力（成正比關(guān)系）。UWB 的帶寬很寬，多徑分辨能力強(qiáng)，能夠分辨并剔除大部分多徑干擾信號(hào)的影響，得到精度很高的定位結(jié)果。UWB 可以在距離分辨能力上高于其他傳統(tǒng)系統(tǒng)，復(fù)雜環(huán)境下其精度甚至可以達(dá)到 Wi-Fi、藍(lán)牙等傳統(tǒng)系統(tǒng)的百倍以上。
2）時(shí)間戳精度高：超寬帶脈沖信號(hào)的帶寬在納秒級(jí)，由定時(shí)來(lái)計(jì)算位置時(shí)，引入的誤差通常小于幾厘米。
3）電磁兼容性強(qiáng)：UWB 的發(fā)射功率低，信號(hào)帶寬寬，能夠很好地隱蔽在其它類型信號(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)，所以不會(huì)對(duì)其他通信業(yè)務(wù)造成干擾，同時(shí)也能夠避免其他通信設(shè)備對(duì)其造成干擾。
4）能效較高：UWB 具有 500MHz 以上的射頻帶寬，能夠提供極大的擴(kuò)頻增益，使得 UWB 通信系統(tǒng)能效較高。這意味著對(duì)于電池供電設(shè)備，系統(tǒng)的工作時(shí)間可以大大延長(zhǎng)，或是同樣發(fā)射功率限制下，覆蓋范圍比傳統(tǒng)技術(shù)大得多。通常在短距離應(yīng)用中，UWB 發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率普遍低于 1mW；在長(zhǎng)距離應(yīng)用中，不需要額外的功率放大器即可達(dá)到 200 米的距離，同時(shí)實(shí)現(xiàn) 6.8Mbps 的空中速率。
基于上述技術(shù)優(yōu)勢(shì)，采用 UWB 能夠構(gòu)成高精度的室內(nèi)定位系統(tǒng)。
UWB 和其它定位技術(shù)的對(duì)比
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。
限于篇幅，我們將在后續(xù)詳細(xì)介紹 UWB 的算法原理。
UWB 的產(chǎn)業(yè)發(fā)展
在 2002 年以前，UWB 被廣泛用于軍事方面的用途。2002 年，F(xiàn)CC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）對(duì) UWB 做了如前文所說(shuō)的功率上的嚴(yán)格限制，才將 UWB 技術(shù)解禁，準(zhǔn)許進(jìn)入民用領(lǐng)域。
此后，UWB 技術(shù)進(jìn)入了高速發(fā)展期，各種技術(shù)方案圍繞著 UWB 國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的制定也展開了激烈的競(jìng)爭(zhēng)。
2007 年，IEEE 在 802.15.4a 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì) UWB 技術(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。經(jīng)過(guò)近十年的發(fā)展，UWB 的標(biāo)準(zhǔn)也在不斷完善。
說(shuō)到 UWB 的產(chǎn)業(yè)鏈，就不得不提到 Decawave 公司。
Decawave 是目前已知唯一支持 IEEE 802.15.4 的 UWB 定位芯片廠商。他們提供低成本的芯片出售，零售價(jià)格在幾美元。芯片型號(hào)是 DW1000，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）。
DW1000 芯片
去年，在蘋果公司的產(chǎn)品發(fā)布會(huì)后，基于 Decawave 芯片 DW1000 的定位廠商 INTRANAV 連發(fā)兩條推特，聲稱其套件支持與 iPhone11 的互操作，Decawave 也轉(zhuǎn)發(fā)了該推特。這說(shuō)明，蘋果 U1 有極大的可能支持 IEEE 802.15.4。
其它從事 UWB 技術(shù)研究的國(guó)際廠商還包括 Ubisense、BeSpoon。
這些廠商使用了自己的 UWB 解決方案，通常以模組套件的形式推出，但均不支持 IEEE 802.15.4。
要實(shí)現(xiàn)更好的空間感知，需要應(yīng)用生態(tài)的支持。為了構(gòu)建整個(gè)應(yīng)用生態(tài)，不同廠家設(shè)備性需要實(shí)現(xiàn)互操作、互兼容。可以預(yù)見，未來(lái)所有廠家設(shè)備都將可能支持 IEEE 802.15.4 標(biāo)準(zhǔn)。
本次小米支持 UWB，尚不確認(rèn)具體的產(chǎn)業(yè)鏈合作伙伴是哪些。國(guó)內(nèi)目前宣稱在做 UWB 的企業(yè)，包括精位科技、聯(lián)睿電子、紐瑞芯、浩云科技等。
值得一提的是，國(guó)內(nèi)還有大量的中小型創(chuàng)業(yè)團(tuán)隊(duì)在從事 UWB 解決方案的開發(fā)，主要針對(duì)的就是室內(nèi)高精度定位和智能家居、智能園區(qū)、智能廠房等場(chǎng)景。
結(jié) 語(yǔ)
目前，除了蘋果和小米之外，三星也非常看好 UWB 技術(shù)，認(rèn)為其將成為下一代可以改變游戲規(guī)則的無(wú)線通信技術(shù)之一。
這些一線廠商的力挺，相信將會(huì)對(duì) UWB 技術(shù)有全面的推動(dòng)作用。UWB 的規(guī)模化商用進(jìn)程，有望進(jìn)一步加快。UWB 上下游產(chǎn)業(yè)鏈的成熟速度，也會(huì)加快。
眾所周知，我們正在加速走向萬(wàn)物互聯(lián)時(shí)代。雖然 5G 是現(xiàn)在的熱門，但 5G 并不能通吃所有的物聯(lián)場(chǎng)景。以 Wi-Fi 6、藍(lán)牙、UWB 為代表的短距離通信技術(shù)，仍然有很大的發(fā)展空間和市場(chǎng)機(jī)會(huì)。這些技術(shù)可以根據(jù)自身的特點(diǎn)，與細(xì)分物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景緊密結(jié)合，給用戶提供更好的服務(wù)體驗(yàn)。
UWB 能否不負(fù)眾望，全面爆發(fā)？讓我們拭目以待！