作者 ｜ 唐嘯宇，單位：中國(guó)移動(dòng)智慧家庭運(yùn)營(yíng)中心

?Labs 導(dǎo)讀

2021下半年，一直默默耕耘的UWB突然得到了各大廠的青睞，蘋果、小米、三星都對(duì)外透露了自家產(chǎn)品對(duì)UWB的應(yīng)用，著實(shí)讓UWB火了一把。那么UWB技術(shù)究竟是個(gè)什么呢？我們今天帶大家一起來嘮嘮。

Part 01  UWB是什么？

UWB（Ultra Wide Band）中文名叫超寬帶技術(shù)，是一種無線載波通信技術(shù)。誕生于二十世紀(jì)六十年代，最初應(yīng)用于雷達(dá)和遙感領(lǐng)域，更多的用于災(zāi)后搜救、軍事測(cè)距等場(chǎng)景，和我們廣大民眾的生活保持著不遠(yuǎn)不近的距離。二十一世紀(jì)，無線通信應(yīng)用場(chǎng)景全面爆發(fā)，伴隨著OFDM技術(shù)的成熟應(yīng)用，UWB正式的被納入了無線通信技術(shù)領(lǐng)域，開啟了自己的全新征程。

說了這么多，UWB究竟長(zhǎng)什么樣子呢？他有什么獨(dú)特的氣質(zhì)得到了轉(zhuǎn)崗再應(yīng)用的機(jī)會(huì)？

大多數(shù)的無線通信技術(shù)，都需要按照無線數(shù)字通信系統(tǒng)（圖2），將原始數(shù)據(jù)通過正弦波形載波才能完成數(shù)據(jù)傳輸工作，而UWB是在寬頻帶上通過脈沖無線電工作的，不需要通過任何載波操作就可以完成數(shù)據(jù)的收發(fā)，因此有時(shí)也被稱為IR-UWB。

圖2 無線數(shù)字通信系統(tǒng)

這點(diǎn)獨(dú)特性，決定了UWB跟其他無線通信技術(shù)的不同。他可以占據(jù)很寬的帶寬，單位達(dá)到ＧＨｚ（圖3）。而我們?nèi)粘３Ｓ玫膚ifi信號(hào)、zigbee信號(hào)，都是工作在2.4Ghz的頻率上實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)模虼?.4GHz周圍是使用率非常高的頻段，無線電環(huán)境較為復(fù)雜。UWB可以根據(jù)自身特性繞開2.4GHz，選用6.5 - 8GHz，這意味著它可以很好地與主流2.4Ghz的無線通信方式兼容并存。再加它自身技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度不高，又具備現(xiàn)在追求的低功耗特性，使得UWB在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備大規(guī)模發(fā)展的今天，得到了較多的關(guān)注度。

圖3 帶寬功率譜密度示意圖

Part 02  UWB的應(yīng)用領(lǐng)域 

UWB的就業(yè)崗位很多，但目前主要還是應(yīng)用在室內(nèi)定位領(lǐng)域。但是室內(nèi)定位領(lǐng)域的崗位競(jìng)爭(zhēng)也是非常激烈的，我們常見的WIFI 、藍(lán)牙、RFID等都想要在室內(nèi)定位領(lǐng)域搶占絕對(duì)地位。

話到這里，讓我們先來了解下室內(nèi)定位。從字面上不難理解，室內(nèi)定位就是相對(duì)于室外定位的存在。我們常見的室外定位方法分別有衛(wèi)星定位、基站定位等等（圖四）。像我們?nèi)粘＝?jīng)常提及的GPS，北斗，都是通過衛(wèi)星全球組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)的。也是目前應(yīng)用較為廣泛的室外定位方案，定位精度可以精準(zhǔn)到米。汽車上的導(dǎo)航儀、手機(jī)上的導(dǎo)航APP大部分都是通過衛(wèi)星定位技術(shù)提供服務(wù)的。基站定位以前都被掩蓋在衛(wèi)星定位下，在今年疫情防控的大背景下，基站定位走進(jìn)了大眾的視野，信通院聯(lián)合三大運(yùn)營(yíng)商推出的行程碼就是基站定位最好的應(yīng)用實(shí)例。通過手機(jī)號(hào)就可以查詢到該手機(jī)號(hào)的擁有者過去14天內(nèi)去過的城市，這背后的定位功臣就是我們通常沒注意到的手機(jī)基站。

圖四 室外定位的應(yīng)用示例圖

既然室外定位技術(shù)已經(jīng)這么成熟，并且運(yùn)用到了這么多地方，為什么不能應(yīng)用在室內(nèi)場(chǎng)景呢？這是因?yàn)樾l(wèi)星定位的信號(hào)無法穿越房屋建筑的墻體，所以無法實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位。而室內(nèi)定位也擁有很多的應(yīng)用場(chǎng)景，不信我?guī)銇砜匆豢础?/p>

舉個(gè)例子，很多人開車去商場(chǎng)都是一位難求，在車庫(kù)繞了好幾圈碰到一個(gè)空的車位就停進(jìn)去了，逛街結(jié)束后，可能就面臨著滿車庫(kù)找自己的車的情況。現(xiàn)在越來越多的大型商場(chǎng)推出了停車查詢的功能，可以讓顧客通過APP 查到自己的車輛停在哪一個(gè)停車位，進(jìn)而快速的找到自己的車，這里面應(yīng)用到的就是室內(nèi)定位技術(shù)。（如圖5）

圖5 停車場(chǎng)室內(nèi)定位示意圖

再者，在工業(yè)的應(yīng)用上，室內(nèi)定位有了更大的需求空間。物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，萬物互聯(lián)，工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)更是今后發(fā)展的必然趨勢(shì)。工廠、倉(cāng)庫(kù)等等場(chǎng)景都有對(duì)室內(nèi)定位的應(yīng)用需求，通過室內(nèi)定位，可以追蹤生產(chǎn)線的流轉(zhuǎn)情況，可以有效地對(duì)固定資產(chǎn)進(jìn)行盤點(diǎn)，提升了工業(yè)上的工作效率。另外，小編以前在學(xué)校的時(shí)候，隔壁項(xiàng)目組做了一個(gè)將UWB室內(nèi)定位應(yīng)用于博物館的課題，通過室內(nèi)定位，收集游客在博物館的停留地點(diǎn)，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析，有助于幫助博物館調(diào)整展品擺放位置，了解游客的興趣點(diǎn)，及時(shí)調(diào)整展覽主題。還有生活中我們使用的掃地機(jī)器人，越來越多的掃地機(jī)器人也會(huì)集成室內(nèi)定位技術(shù)，用于輔助自己的自助導(dǎo)航功能。所以室內(nèi)定位在我們不經(jīng)意間，已經(jīng)進(jìn)入了我們的生活。

UWB 技術(shù)憑借自身特性，在定位上具有較高精度，尤其在室內(nèi)等密集多徑場(chǎng)所的高速無線接入場(chǎng)景下，完全碾壓wifi、藍(lán)牙等室內(nèi)定位方式。除了室內(nèi)定位，UWB搭建的無線局域網(wǎng)憑借高速、低成本、兼容性好等優(yōu)勢(shì)，將會(huì)在家庭中的娛樂場(chǎng)景謀得新的就業(yè)崗位。

2021年的蘋果春季新品發(fā)布會(huì)上，Apple tag首次發(fā)布。Apple tag便是用了UWB技術(shù)，通過物品標(biāo)簽和手機(jī)之間的通信，完成物品定位，這也是蘋果公司將UWB技術(shù)商用化的第一步。而小米也在2021年推出了全新的手機(jī)無線充電方案，在這背后UWB的定位技術(shù)也起到了極為重要的作用。不難想象，在不久的將來，UWB技術(shù)就將進(jìn)入每個(gè)人的家庭生活場(chǎng)景中，成為像WIFI、zigbee一樣普遍的無線通信技術(shù)，為我們的生活增加更多的科技感和體驗(yàn)感。?