柳暗花明又一村

許暉

許多人對(duì)于UWB（超寬帶技術(shù)）的了解，大多是在去年水果手機(jī)的新品發(fā)布會(huì)。那枚代號(hào)為U1的芯片。其所承載的技術(shù)，與大陸近期所推出并將應(yīng)用于寶馬車輛上的智能手機(jī)鑰匙如出一轍，正是本文所講述的UWB（Ultra-Wide Band）超寬帶技術(shù)。

命途多舛的UWB技術(shù)

UWB技術(shù)其實(shí)并不是一個(gè)全新的技術(shù)。其歷史與發(fā)展，可能比同樣作用于相同領(lǐng)域，其他技術(shù)歷史更為久遠(yuǎn)。甚至從馬可尼發(fā)明無(wú)線電的一刻開(kāi)始，無(wú)線電脈沖信號(hào)就已經(jīng)奠定了UWB技術(shù)的客觀存在事實(shí)。從1960年概念提出到1973年被授予第一個(gè)應(yīng)用專利。UWB技術(shù)在20世紀(jì)中葉的美國(guó)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展。1960年-1990年間，UWB技術(shù)受許可影響，集中應(yīng)用在軍事方面，兼顧了雷達(dá)定位與信息通訊功能。

1996年南加州大學(xué)建立了第一家UWB實(shí)驗(yàn)室，隨后FCC（美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)）開(kāi)放了許可證，允許UWB技術(shù)在雷達(dá)、公共安全和數(shù)據(jù)通信應(yīng)用之中廣泛使用。正當(dāng)大家認(rèn)為UWB可以作為一種短距離通信技術(shù)開(kāi)始商業(yè)應(yīng)用時(shí)，卻發(fā)現(xiàn)事情遠(yuǎn)沒(méi)這么簡(jiǎn)單。UWB技術(shù)發(fā)展的初期，的確可以應(yīng)用于傳輸“大量數(shù)據(jù)”，為此不少分析師認(rèn)為，它在無(wú)線個(gè)人區(qū)域網(wǎng)（WPAN）市場(chǎng)中的商業(yè)發(fā)展前景廣闊，特別適合如流媒體等數(shù)字家庭應(yīng)用程序。

1.馬可尼發(fā)明了無(wú)線電發(fā)射機(jī)

2.首臺(tái)無(wú)線電發(fā)射機(jī)

1.當(dāng)年的技術(shù)聯(lián)盟依然土崩瓦解

2.多個(gè)UWB接收器讓定位更加精準(zhǔn)

3.老式雷達(dá)結(jié)構(gòu)

4.二戰(zhàn)轟炸機(jī)所使用的H2S

但是長(zhǎng)期以來(lái)的許可證限制，讓消費(fèi)者應(yīng)用層等不及UWB技術(shù)商用，特別是UWB無(wú)法承諾其數(shù)據(jù)速率是否穩(wěn)定與達(dá)標(biāo)。隨著技術(shù)發(fā)展，數(shù)據(jù)吞吐量需求不斷增大，UWB作為數(shù)據(jù)傳輸功能越來(lái)越弱，反倒是如WIFI等技術(shù)日益成熟，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手發(fā)展迅速。

可以說(shuō)FCC許可證開(kāi)放過(guò)晚、IEEE 標(biāo)準(zhǔn)化工作延誤以及市場(chǎng)參與者之間的分歧，聯(lián)手扼殺了UWB在無(wú)線通訊市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。也直接導(dǎo)致了2009年，制定UWB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的WiMedia關(guān)門(mén)大吉。這家由Alereon，CSR plc，奧林巴斯，三星和Wisair等多家公司聯(lián)手，為推動(dòng)UWB技術(shù)在個(gè)人計(jì)算機(jī)、消費(fèi)電子、移動(dòng)設(shè)備以及汽車領(lǐng)域商用的多媒體聯(lián)盟最終解散，WiMedia所擁有的所有UWB技術(shù)規(guī)范全部轉(zhuǎn)讓其他機(jī)構(gòu)，這其中最為著名的便是大家所熟知的藍(lán)牙組織（SIG）與無(wú)線USB組織。

5.基于USB-IF的WiMedia超寬帶和無(wú)線USB的產(chǎn)品

柳暗花明的UWB

多數(shù)情況下，就算被市場(chǎng)放棄的落伍甚至失敗的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，并不會(huì)立刻消亡，甚至可能會(huì)存在于，那些希望最終復(fù)活的孤立產(chǎn)品中得以永久續(xù)存。UWB技術(shù)正是如此，這種通過(guò)利用納秒級(jí)，或者微納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)技術(shù)，之所以叫超寬帶大家不妨“顧名思義” 一番。在整個(gè)無(wú)線電頻域上，UWB“霸占”了從3.1GHz～10.6GHz的低頻帶寬，相對(duì)于GPS享有的1.6GHz ;PCS駐足的1.9GHz ;藍(lán)牙和802.11b占據(jù)的2.4GHz以及802.11aWifi所盤(pán)踞的5.0GHz頻段，UWB技術(shù)在頻域分布上的確寬得離譜，并且與白噪聲一樣具有很低的功率譜密度。

盡管UWB在無(wú)線通訊商用市場(chǎng)已經(jīng)無(wú)法與WIFI等技術(shù)分庭抗禮，但瘦死的駱駝總歸比馬大，別忘了UWB原本可是用于軍事的，除了數(shù)據(jù)傳輸，高精定位功能同樣拿得出手。更何況在民用領(lǐng)域。通常要求UWB信號(hào)的傳輸范圍在10m以內(nèi)，在經(jīng)過(guò)修改的信道容量公式后，UWB可以用寬廣的頻率帶寬，來(lái)?yè)Q取高速的數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)500Mbit/s速率，這對(duì)于無(wú)需海量數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用場(chǎng)景極其適合。另外UWB并不單獨(dú)占用已經(jīng)擁擠不堪的頻率資源，而是共享其他無(wú)線技術(shù)使用的頻帶，也讓UWB可以減免來(lái)自于其他頻段的信號(hào)干擾。

1.UWB可防止中繼站攻擊

2.如今UWB技術(shù)運(yùn)用場(chǎng)景甚至拓展至火場(chǎng)救援

3.UWB所占的帶寬十分寬廣

4.基本UWB技術(shù)的智能手機(jī)鑰匙有很多的應(yīng)用場(chǎng)景

5.UWB接收器位置

6.大陸集團(tuán)的進(jìn)入系統(tǒng)已經(jīng)成為UWB技術(shù)的有效應(yīng)用

大陸集團(tuán)研發(fā)的智能設(shè)備集成進(jìn)入系統(tǒng)，正是精確地瞄準(zhǔn)了這些特性，所推出的智能手機(jī)鑰匙系統(tǒng)，得到了來(lái)自于歐亞三大全球車企訂單?；蛟S真正了解了UWB技術(shù)優(yōu)點(diǎn)，以及優(yōu)點(diǎn)之間環(huán)環(huán)相扣與相輔相成，大家就不會(huì)疑惑大陸集團(tuán)為何在此時(shí)，依然選擇跟進(jìn)早就存在的智能鑰匙領(lǐng)域。

首先極窄脈沖信號(hào)最直觀的好處，就是擁有低功耗，這一幾乎所有設(shè)備均為之青睞的特性。其次UWB技術(shù)所使用的的TOF（Time Of Fly）測(cè)距方式讓其擁有卓越的抗“多路徑”性能。眾所周知，所有試圖在室內(nèi)進(jìn)行精確定位的人，都無(wú)可避免需要解決多路徑干擾的問(wèn)題，也就是傳輸?shù)男盘?hào)在不同表面（例如墻壁，設(shè)備和人）等遮擋物上所引起的反射。例如在地下停車場(chǎng)之中，車輛、柱子和人會(huì)形成一個(gè)距離極短，遠(yuǎn)近不一的復(fù)雜多徑信號(hào)反射面。窄帶無(wú)線通信技術(shù)通常對(duì)處理這些納秒級(jí)的時(shí)延信號(hào)會(huì)十分困難，而UWB 本身正是采用納米級(jí)的時(shí)間彌散窄脈沖對(duì)信號(hào)進(jìn)行傳輸，信號(hào)持續(xù)時(shí)間遠(yuǎn)小于多徑傳播的時(shí)延，所以多徑反射的延時(shí)信號(hào)與直達(dá)的脈沖信號(hào)在時(shí)間上是可以被精確分離，不論信號(hào)強(qiáng)弱，只需要分辨到達(dá)時(shí)間最短信號(hào)即可，而伴隨這個(gè)信號(hào)接收過(guò)程也就完成了對(duì)信號(hào)源的實(shí)時(shí)定位。

另外一個(gè)好處是極高的安全保障。UWB一般把信號(hào)能量彌散在極寬的頻帶范圍內(nèi)，近似于白噪聲信號(hào)，且信號(hào)功率密度低于自然電子噪聲。從電子噪聲中分離脈沖信號(hào)本就非常困難，倘若信號(hào)偽隨機(jī)化后，檢測(cè)將更加困難。就算信號(hào)被截獲，還有TOF時(shí)間戳鑒別作為最后的中繼站攻擊防線。極大增強(qiáng)了大陸智能手機(jī)鑰匙的安全性。

大陸集團(tuán)最新一代的數(shù)字密鑰系統(tǒng)搭載UWB技術(shù)，可以為車主提供更多便利性和新功能。UWB和UWB低功耗藍(lán)牙（UWB-BLE）收發(fā)器模塊可支持獲得授權(quán)的智能手機(jī)以高度的準(zhǔn)確性在車內(nèi)和車外進(jìn)行定位。該解決方案的車載架構(gòu)之中，還含有內(nèi)置的硬件安全模塊， 用于安全儲(chǔ)存數(shù)字車輛密鑰。只要授權(quán)的智能手機(jī)被準(zhǔn)確定位，系統(tǒng)即可解鎖車輛與啟動(dòng)引擎，無(wú)需掏出智能手機(jī)執(zhí)行操作。這種精準(zhǔn)定位更能支持運(yùn)行各種以用戶為中心的新功能，比如通過(guò)智能手機(jī)遠(yuǎn)程控制停車操作。

1.特有的接收方式讓安全等級(jí)提升

2.UWB進(jìn)入系統(tǒng)范圍十分廣闊

UWB還能用在哪里

大陸集團(tuán)歷來(lái)對(duì)于技術(shù)研發(fā)都有著嚴(yán)謹(jǐn)?shù)乃伎己筒季?，新一代?shù)字密鑰系統(tǒng)僅僅是大陸集團(tuán)針對(duì)車載應(yīng)用場(chǎng)景的小范圍著力，其實(shí)早在2016年，蘋(píng)果、大陸、寶馬和NXP 就展開(kāi)合作，在蘋(píng)果手機(jī)上面去實(shí)現(xiàn)數(shù)字鑰匙。隨著CCC聯(lián)盟的成立，在不影響隱私安全的情況下，開(kāi)始于全球范圍內(nèi)為各種各樣的應(yīng)用場(chǎng)景生產(chǎn)、分發(fā)、儲(chǔ)存數(shù)字鑰匙，讓其形成國(guó)際化的標(biāo)準(zhǔn)。大陸基于UWB的精準(zhǔn)定位特性，還為中繼攻擊防御、遠(yuǎn)程泊車、自動(dòng)駕駛、微導(dǎo)航、以及增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)制定了進(jìn)一步的系統(tǒng)方案。同時(shí)基于UWB的反射模式特性，也同步布局了接近式感應(yīng)門(mén)鎖、車輛內(nèi)部探測(cè)，甚至雨量感應(yīng)以及其他近場(chǎng)感應(yīng)功能上都出現(xiàn)了UWB技術(shù)的身影。如果說(shuō)大陸各類車載應(yīng)用場(chǎng)景已經(jīng)屬于UWB柳暗花明的實(shí)例。那么在更寬廣的未來(lái)社會(huì)之中，針對(duì)該技術(shù)的拓展應(yīng)用則應(yīng)該視為UWB的發(fā)揚(yáng)光大。因?yàn)榉彩巧婕暗骄珳?zhǔn)定位的場(chǎng)景需求，包括醫(yī)療、游戲、無(wú)人售貨店等廣泛民生領(lǐng)域，UWB都能游刃有余地為諸如智慧門(mén)禁、定位服務(wù)和設(shè)備間連通服務(wù)商等提供有力的支持。

3.車輛進(jìn)入控制系統(tǒng)的發(fā)展路徑

4.UWB技術(shù)讓許多功能得到了更人性化的發(fā)揮

結(jié)語(yǔ)：

人類的科學(xué)技術(shù)發(fā)展歷程上，總有著各種各樣的神奇操作?？茖W(xué)技術(shù)發(fā)展的決定因素在于系統(tǒng)的開(kāi)放性，內(nèi)部源于人的需求、好奇與創(chuàng)造;外部則源于交流與競(jìng)爭(zhēng)，當(dāng)內(nèi)外部交織纏綿于一體的時(shí)候，將會(huì)發(fā)生神奇的反應(yīng)。正如柳暗花明的UWB超寬帶技術(shù)，在大陸集團(tuán)手中得以重新綻放。有時(shí)候不要以為技術(shù)已經(jīng)過(guò)期，實(shí)際上只是我們的認(rèn)識(shí)還不夠全面而已。

對(duì)話大陸集團(tuán)李平

汽車之友：大陸集團(tuán)基于UWB 技術(shù)的進(jìn)入系統(tǒng)解決方案，目前是否與國(guó)內(nèi)主機(jī)廠有所接洽，而主機(jī)廠方面的反饋以及需求如果？

李平：大陸集團(tuán)基于UWB技術(shù)的進(jìn)入系統(tǒng)解決方案，的確已經(jīng)與國(guó)內(nèi)主機(jī)廠進(jìn)行了有效的溝通與分享。從目前與各廠家的溝通來(lái)看，對(duì)于UWB技術(shù)的接受與否出現(xiàn)了兩種反饋。其中部分主機(jī)廠認(rèn)為目前仍找不到適當(dāng)?shù)睦碛?，為旗下產(chǎn)品升級(jí)使用基于UWB技術(shù)的進(jìn)入系統(tǒng)。他們認(rèn)為盡管現(xiàn)階段所通常使用的藍(lán)牙技術(shù)在定位精度上仍有不足，部分甚至達(dá)到1米誤差。但是從用戶的使用感受來(lái)講目前并未出現(xiàn)過(guò)大的不適感。為此尚未到需要額外增加成本以升級(jí)UWB技術(shù);另外一種反饋則主要來(lái)自于國(guó)內(nèi)需要涉及到出口成品的主機(jī)廠，他們本身也在關(guān)注，并且為UWB技術(shù)進(jìn)行研發(fā)布局以及技術(shù)儲(chǔ)備。因?yàn)樗麄冋J(rèn)為自身產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力來(lái)源于技術(shù)生產(chǎn)力的迭代更新，既然UWB技術(shù)可以解決注定是繞不開(kāi)法規(guī)，也就是防中繼站攻擊的法規(guī)。與其觀望，倒不如正視并且及早接觸、測(cè)試以及擁有UWB技術(shù)。

汽車之友：UWB技術(shù)從WiMedia聯(lián)盟解散之后曾經(jīng)沉淪了一段時(shí)間，現(xiàn)在對(duì)于UWB產(chǎn)業(yè)所重新出現(xiàn)的CCC 聯(lián)盟和ICCE聯(lián)盟，對(duì)該技術(shù)起到何種作用？大陸集團(tuán)扮演何種角色？

李平：CCC是一家注冊(cè)在美國(guó)波士頓的公司，成立于2017年，旨在對(duì)關(guān)于數(shù)字鑰匙生態(tài)的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化規(guī)范。這其中包括了如何分發(fā)密鑰，如何存儲(chǔ)密鑰等標(biāo)準(zhǔn)化制定。譬如說(shuō)在車庫(kù)的應(yīng)用場(chǎng)景之中，如何去延續(xù)、去除密鑰等等，均作出了詳細(xì)的對(duì)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)。大陸集團(tuán)從2016年開(kāi)始與寶馬合作開(kāi)發(fā)相應(yīng)場(chǎng)景應(yīng)用。涵蓋了CCC2.0到CCC3.0等具體技術(shù)和應(yīng)用場(chǎng)景的規(guī)劃。隨后，大陸與寶馬將其分享到聯(lián)盟之中。就大陸集團(tuán)而言，本身也非常希望參與到標(biāo)準(zhǔn)的制定之中。而對(duì)于聯(lián)盟而言同樣希望主機(jī)廠以及如大陸集團(tuán)這樣的Tier one企業(yè)利用多方智慧進(jìn)行充分辯證。最后得出最為安全也最為優(yōu)化的全球標(biāo)準(zhǔn)。ICCE則屬于中國(guó)的智慧車聯(lián)產(chǎn)業(yè)生態(tài)聯(lián)盟，大陸集團(tuán)同樣屬于會(huì)員之一，與CCC的目的一樣，我們將積極參與其中，與國(guó)內(nèi)的手機(jī)廠和主機(jī)廠共同努力，進(jìn)行技術(shù)交流分享，并最終為消費(fèi)者提供安全、便利的優(yōu)化方案。

汽車之友：目前針對(duì)發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)，譬如歐洲市場(chǎng)，對(duì)于UWB技術(shù)普及的看法如何。

李平：發(fā)達(dá)國(guó)家市場(chǎng)，正如你所提到的歐洲市場(chǎng)，因?yàn)槠淦嚉v史較為久遠(yuǎn)，所以法律法規(guī)會(huì)存在更多的限制。比方說(shuō)較為出名的就是針對(duì)中繼站供給的測(cè)試場(chǎng)景，要求主機(jī)廠必須達(dá)到通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然這并不意味著車輛無(wú)法出售，但是可能會(huì)導(dǎo)致諸如保險(xiǎn)費(fèi)用對(duì)應(yīng)提升等副作用，讓產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力下降，為此，大部分主機(jī)廠都會(huì)重視如中繼站攻擊防御等法律法規(guī)所要求的測(cè)試。所以UWB 技術(shù)普及很多時(shí)候就此水到渠成了。

大陸集團(tuán)工程技術(shù)中心進(jìn)入系統(tǒng)亞洲區(qū)研發(fā)總監(jiān)李平