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UWB技术研讨会
【DAYS：2021.06.24】
6月22日，Qorvo与利尔达公司共同举办的主题为超宽带UWB技术使用案例及其优势的在线研讨会。吸引了近500位来自全球的从业者，提出了近300个专业问题，UWB技术热度可见一斑。
近年来，UWB推动了一系列使用高度精确位置和距离感应的新场景快速发展，提供了诸多的新体验和新功能，乃至以前不可能实现的应用场景。业内认为UWB成为主流无线技术指日可待。本次演讲主要展示了各种UWB应用的可能性，包括UWB的技术原理和特点，它能在在哪些场景被使用，以及未来的应用方向，并重点分析了其差异化优势。
开启精准定位新纪元
首先一起来了解定位技术的历史，它如何改变人们的生活？催生了什么新的服务和业务？
这一切都始于90年代末2000年初。当GPS开始被普通民众用于导航目的，比如寻找自动取款机，找到最近的加油站等，改变了我们作为普通个体的生活，更加方便。但对企业而言，不仅仅是方便，而是提高了效率，甚至是建立可持续的商业模式的问题。如果没有GPS技术，亚马逊这样的公司要高效的导航送货会多么的困难。
10年后，室内导航技术开始应用，商场、机场和其他大型建筑有了新的基于室内位置的服务。然而直到今天，第一代室内定位服务并没有完全满足个人和企业的期望，因为它们不够超精准，有时候还有点慢。事实上，我们想要的是能够实时定位和找到几乎所有的东西，无论大小，但是目前系统不能提供足够的精度、可靠性和实时性，因为他们所使用的底层技术不是为精确定位而设计的。
准确的位置可以带来新的安全级别，因为他们特定的物理位置信息不能伪造，可以用作新的安全凭证，但目前的技术无法实现这些期望，我们需要高精度！如果想建立分析和自动化系统，可靠性就相当重要，因为我们不再满足于链接和定位一小部分设备，而是成千上万的设备，所以需要系统的可扩展性。因为大多数连接的设备对成本和耗电量都很敏感，所以也需要做到低功耗和低成本，如果你打算建立自动化系统，一个物体或者人在5秒前的位置是不够的，所以对实时性也是有要求。
传统的定位技术例如WiFi、蓝牙、zigbee都非常好，但它们都不是为实时定位服务而设计的。工程师们做了大量的工作，来建立基于他们的定位系统，但是准确度以米为单位，可靠性大概只有70%。成千上万的设备无法同时报告它们的位置，这些缺点都不能满足我们对定位的所有要求。
那么超宽带的基本特点是什么呢？
厘米级的准确度带来超高精度的定位，高度抗多径干扰的能力带来超高的可靠性，比GPS快50倍的低延迟带来实时性低功耗，低成本地处理性带来可接受成本的全覆盖，符合802.15.4Z协议带来更高的安全性。
UWB比其他的定位技术例如WiFi和蓝牙的性能更好，因为它的信号传输带宽很宽，达到500M赫兹，并且使用了飞行时间技术，而不是窄带和信号强度，本质上这允许UWB在实现厘米级精度的同时，体现了多抗多径和抗干扰的能力，可以达到1厘米级的精度。
UWB信号可以配置不同的算法，适应各种应用场景。
■ 点对点的应用非常适合Airtag的应用
■ mesh网络的组网方式适合于相对位置的导航；
■ 基于多个基站的方式是高精度定位和导航的理想选择；
■ 在一些简化的场景中可以使用到达角的算法，可以得到两个物体之间的相对距离和角度。
尽管UWB非常强大，但它仍然对障碍物非常敏感，因此我们将视频与图文一传感器相结合实现更高的精度，为客户提供与现实场景相关的解决方案。
UWB经常遇到的一个问题——在应用中需要部署的锚点的数量是范围是多少？答案是视情况而定。这取决于UWB的工作频率，在3.5G到8G赫兹之间，频率越高距离越短。这也取决于传输速率，传输速率越高距离越短。
最后一点，硬件的天线设计也对距离有一定的影响。但是即使在硬件设计糟糕的情况下，很多时候仍能得到25米的测量距离，而且精度是恒定的，这意味着只需使用4个锚点仍可覆盖625平米，并且具有恒定的定位精度，所有这些数字都假设没有外部的PA或者LNA。
UWB在什么领域发挥作用
UWB目前在超过40个垂直的细分市场里用到了USB定位，范围囊括工业应用、汽车、消费电子等。
以人员管理为例，由于新冠疫情，有必要在全世界范围内准确追踪和实施社交距离控制以确保个人在工作场所的安全。员工会配备标签，当员工之间的距离过近时会发出警报，中央服务器将记录所有标签的位置。如果有人生病了，公司将通知所有密切接触者，以便他们能够立刻接受检测和隔离，UWB是用于此类应用的完美技术，高精度让它可以根据当地的安全标准设置出不同的安全距离，比如法国1米，德国1.5米，英国2米，同时保证数据的可靠性和避免错误检测。UWB的标签很小，可以让员工佩戴着工卡，而且是电池供电的，在过去的几个月里从工厂到NBA夏令营，这些解决方案已经成功的部署到世界各地。
在智慧工厂，超宽带技术可以在工作场所提高运营的效率，同时实现完全的可视化，员工、资产、工具和地面设备都有UWB标签，这些标签将有助于识别和消除工作里面的瓶颈，帮助工作流程变得更加高效。工具叉车上的UWB标签将帮助管理人员跟踪其利用率，提供有价值的利用率分析和优化，这类系统已经在全球许多大型工厂部署，并且回收期非常短，不到18个月。
UWB为企业带来的另外一个价值是安全管理，改善现场工人的安全，使企业能够有效的保护工人，通过降低安全管理成本，帮助企业获得竞争优势。UWB标签将有助于建立虚拟的安全区设置，只有授权员工才能进入的访问控制，减轻叉车与人和其他设备之间的碰撞。如果员工处在非安全区，一旦出现紧急情况，所有员工必须撤离工厂。员工身上的标签将有助于通知楼层经理团队员工是否已经离开大楼，如果有一些员工仍在大楼内，能及时显示他们的确切位置，而不用盲目寻找。
UWB的最后一个价值是安全通信。当你接近车的时候会自动开锁，这种无钥匙进入系统已广泛部署在汽车领域，目前的遥控车钥匙有一个安全弱点，叫做终极攻击冲击。它的概念和实现相当简单即当你离开汽车时，一个攻击者会跟着你，攻击者将携带一个设备，设备从你的遥控钥匙获取信号，因为钥匙会数据传输，该装置将放大信号使汽车能够接触到，并认为钥匙在附近从而触发汽车开启。如果采用UWB技术，汽车和钥匙将使用飞行时间测量它们的相对距离，并创建一个安全的通信范围，在设定范围内只允许汽车接触。距离是时间乘以光速，这两个属性是无法修改的，这使得UWB的解决方案比传统技术更加安全。这是由于UWB的这个优点，已经被汽车和手机制造商选择用于下一代的无钥匙进入系统。
改变才刚刚开始
UWB已经在许多不同的市场中得到了应用，但这只是一个开始，超宽带即将成为我们日常生活中下一个无处不在的射频技术，事实上所有适合大规模采用UWB技术的部分都已经准备就绪。
目前各大手机制造商正在将超宽带技术嵌入到手机中，因为手机是人们生活中的主要门户。但这还不够产生网络效应和发展大型的生态系统，我们需要互操作性和规则来保证所有的USB设备可以相互通信。这正是UWB联盟，欧洲汽车联盟和FIRA联盟设立的目的，确保你的汽车和手机，你的手机和门锁，你的手机和定位基站等之间实现互联。目前FIRA联盟正致力于确保多种用例的互操作性，不仅仅是工业产品，而且是所有的消费品互联。
在你的智能手机中使用超宽带技术将会带来很多新的可能性，比如可以无钥匙访问汽车，购买将更加安全，很容易找到放错地方的东西。借助先进的导航功能，店内的购物更加高效，我们能够在拥挤区域快速找到家人和朋友，还有机会实现真正的智慧家居。
就像没有人能预料到GPS、 WiFi和蓝牙所带来的新应用的广度一样。超宽带技术带来的多方面价值，除了室内定位导航、情景决策、安全通信支付，还可以配合位置信息实现低延迟的数据传输和雷达，就让我们拭目以待，UWB会如何改变我们的生活。
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