小米正式发布“一指连”UWB技术，引发全网关注

近日，小米正式发布“一指连”UWB技术，引发全网关注。在小米的带动下，UWB技术持续增温。UWB技术既非近期初生的全新技术，也非前无古人的鸿蒙初辟。这一始于上世纪的古老技术，却从2019年起又开始焕发了青春与活力。

图片来源：小米手机

UWB技术既非近期初生的全新技术，也非前无古人的鸿蒙初辟。然而，这一始于上世纪的古老技术，却从2019年起又开始焕发了青春与活力。

那么，这项技术究竟有着怎样的前世今生？具有哪些方面的独特优势？未来能够有多么广阔的应用前景？本文将化繁就简，尽可能的对相关信息进行汇总。

UWB技术的前世今生

现代意义上的超宽带UWB无线技术，又称脉冲无线电技术，兴起于20世纪60年代。不同于传统通信技术，UWB技术能够通过送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲实现无线传输。由于脉冲时间宽度极短，因此可以实现频谱上的超宽带：使用的带宽在500MHz 以上。

这项技术由Sperry研究中心的Gerald、Ross、Robbins博士，美国天主教大学的Henning、Harmuth博士和USAF开发中心共同提出，当时是专属于军方使用的技术，主要用于军事上的雷达系统。

UWB技术在20世纪70年代获得了重要的发展，Ross和Robbins博士在1972年-1987年间对时域电磁场波的研究和大量专利使他们成为UWB应用领域的先锋。此后，UWB被主要用于军用雷达、定位和低截获率/低侦测率的通信系统中。1989年，美国国防部首次使用了UWB这一术语，意指产生、传输、接收一段持续时间非常短（纳秒或以下）的爆发式射频能量脉冲。

随着时代的发展，通信技术的应用范围逐步得到扩大。1998年，FCC开始征询将UWB技术用于民用的意见。

2002年2月，美国联邦通信委员会(FCC)公布了超宽带无线通信的初步规范，正式解除了超宽带在民用领域的限制。这在UWB的发展史上是划时代的事件，它极大地促进了相关的学术研究，也成为超宽带技术正式走向商业化的一个里程碑。

在FCC的规定中，将相对带宽大于0.2或在传输的任何时刻带宽大于500MHz的通信系统称为UWB系统，同时批准了UWB技术可用于民用商品。随后，日本于2006年8月开放了超宽带频段。

自2002年以后，UWB技术进入高速发展期，各种技术方案层出不穷。发展到民用阶段，UWB技术也一直主要面向B端，其典型的应用场景包括工厂、仓储、隧道、司法等各种垂直行业的人员或物资高精度定位。

但是，据集微网介绍，由于UWB当时策略上有失误，其选择与WiFi、蓝牙、USB争夺市场。最终由于市场时机、技术复杂度、网速体验等诸多原因而没能战胜WiFi，在线缆取代上又因为发热和价格败给蓝牙和USB，高成本、高功率和缺乏标准化等三个硬伤成为其暂时褪去光芒的主要原因。

2018年，UWB工作小组等组织的专家们一边继续完善802.15.4a，一边默默的在2018年推出新标准即802.15.4z，将物理层分为高速率和低速率两个实现方式，并在高速率中加入了定位功能。

2019年8月1日，恩智浦、三星、博世、索尼等公司组建了FiRa联盟，参与厂商涵盖UWB芯片、设备和应用解决方案商，旨在利用超宽带（UWB）技术推动用户无缝体验，发展UWB生态系统。

2019年9月，苹果在其发布的最新手机iPhone11系列手机中植入了支持UWB技术的U1芯片。当时苹果介绍称，U1芯片可以进一步提升手机定位功能，在应用于隔空传送时，距离越近越能率先得到响应。

此后，三星、小米相继推出三星Galaxy Note20 Ultra、小米10系列等搭载UWB技术的手机，UWB技术开始在To C领域崭露头角。

UWB存在哪些技术优势

据鲜枣课堂介绍，作为目前最广泛应用的定位技术，卫星定位是通过利用地球卫星进行点位测量的技术，具有精度高、速度快、成本低等特点。其中，包括GPS、北斗等都属于GNSS全球导航卫星系统，另也有在其基础上结合辅助手段以更好地消除误差、提高反应速度的A-GNSS。

但是，对于卫星定位来说，一个明显的缺点是不能实现室内定位。原因显而易见，卫星信号会被建筑物遮挡。然而，随着时代的发展，室内定位的业务场景却越来越多，用户对室内定位的需求越来越强烈。例如地下车库导航、商场寻找店铺或同伴等。于是，一些企业开始尝试开发高精度的室内定位系统，UWB技术开始得到关注。

在FCC的规定中，为UWB 分配了3.1~10.6 GHz共7.5GHz频带，还对其辐射功率做出了比 FCC Part15.209更为严格的限制，将其限定-41.3dBm频带内。简而言之，这项技术通过超大带宽和低发射功率，实现了低功耗水平上的快速数据传输。

由于UWB与传统通信系统相比，工作原理迥异，因此UWB具有如下传统通信系统无法比拟的技术特点：

系统结构的实现比较简单：当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波，载波的频率和功率在一定范围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。而UWB则不使用载波，它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。UWB发射器直接用脉冲小型激励天线，不需要传统收发器所需要的上变频，从而不需要功用放大器与混频器，因此，UWB允许采用非常低廉的宽带发射器。同时在接收端，UWB接收机也有别于传统的接收机，不需要中频处理，因此，UWB系统结构的实现比较简单。

高速的数据传输：民用商品中，一般要求UWB 信号的传输范围为10m以内，再根据经过修改的信道容量公式，其传输速率可达500Mbit/ s，是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术。UWB 以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输，并且不单独占用现在已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带。在军事应用中，可以利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传输。

相比于其他技术，UWB技术具有抗多径能力强、时间戳精度高、电磁兼容性强、通信系统能效高、发射功率低等优点。

另外，由于后续的标准制定更新，UWB对应的市场也有所变化，从而开拓和找准自己的应用领域。从功能来看，UWB有通讯连接和精准测距定位两项，而后者会是UWB的杀手锏。

室内环境下，卫星信号会被严重干扰，GPS或北斗等卫星定位方法是不可行的。因此在室内或者相对密闭的空间下，需要一套室内的定位体系，常见的室内无线定位技术还有：Wi-Fi、蓝牙、红外线、超宽带、RFID、ZigBee和超声波，而UWB是其中的佼佼者。

UWB定位的基本原理是飞行时间测算ToF（Time of Flight）。为了实现始终同步，ToF测距方法采用了时钟偏移量解决时钟同步问题。其通过平均正向和反向多次测量的平均值，减少了对任何时钟偏移量的影响，从而减少测距误差，定位精度正常情况下可以达到10cm，同时其可探测移动的角度误差控制在3度以内。

但是，由于工作频段较高和大频宽，如果在室内遇到实体墙阻挡，会使得UWB信号衰减60-70%，定位精度误差上升30厘米左右，两堵或者两堵以上的实体墙遮挡，将使得UWB无法定位。

写在最后

据物联传媒数据预测，我国2022年UWB企业级应用的市场体量将达到121.5亿元，远超2016年的2.97亿元，实现快速增长。

而在智能手机领域，不只是小米，包括OPPO等手机厂商也已经加入FIRA联盟，致力于打造UWB生态。无疑，UWB技术在To C领域将从智能手机开始突破，或将成为类似GPS的手机标配，并也将由点及面，成为智能时代的重要管道。

责任编辑：lq