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关于UWB芯片热的冷思考

来源: 发布时间:2019-11-13 10:01:35

资料来源:公开号“现代艺术创新作品”的内容。作者:肖波,谢谢你。

市场爆炸

最近,苹果在2019年秋季举行了一次会议。所有三款新款iphone手机都配备了超宽带,可用于室内导航和物体跟踪服务,激发了公众对超宽带的热情。一些朋友甚至问我哪个公司在做超宽带,买什么股票。

超宽带技术具有市场地位,也就是说,它已经确立了作为首选室内定位技术的地位。定位技术植入手机后,苹果手机也可能引发民用市场超高频精确定位脑洞的发展,通过这些技术引发超宽带在民用市场的应用。基于超宽带的这些特性,它也被广泛应用于民用领域。例如,养老行业、电力行业、医疗行业、化工行业、工厂和仓库、停车场、司法行业、博物馆等都有很多应用。

据估计,超宽带有近300亿的市场容量。uwb在过去一两年里是一个快速增长的市场,因为直到最近几年人们才慢慢发现和开发了许多产品和应用。2018年超宽带市场约为11亿英镑,预计到2020年将达到近120亿英镑。据统计,全球定位系统的市场规模将从2018年的31.9美元增至2023年的近90亿美元。然后国内超宽带应用市场也将从2018年的10亿增长到2020年的120亿,正如我刚才所说的。这是我的补充。

超宽带概念

超宽带技术

一种新的无线通信技术

Uwb直接调制上升和下降时间非常陡峭的脉冲,因此信号的带宽约为ghz。超宽带技术解决了困扰传统无线技术多年的主要传播问题。它具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、截获能力低、系统复杂度低、定位精度高等优点。

超宽带可用于近距离高速数据传输,亚纳秒超窄脉冲也可用于近距离精确内部定位。Uwb发射机直接使用脉冲来激励天线,这允许使用相对便宜的宽带发射机,而无需在接收端进行中频处理。天线接收的超宽带信号通过宽带放大器进入积分检测电路。当超宽带信号脉冲到达时,选通脉冲控制超宽带集成信号进入比较判决电路,实现伪码信号的检测判决。判决后的伪码信号乘以本地伪码后,通过低通滤波器的积分进入门限判决电路,实现数据的正确解调。

超宽带的作用

华为、BOE等国内公司和索尼、时域、摩托罗拉、英特尔、戴姆勒克莱斯勒等国际公司等高科技公司都设计了超宽带技术的发展,以非常高的速率连接各种消费电子设备,满足消费者对短距离无线通信小型化、低成本、低功耗、高速数据传输等功能的需求。飞思卡尔半导体有限公司自2006年开始推出超宽带高清电视和家庭媒体中心等产品和系统。用于定位的Uwb技术遵循802.15.4a标准,甚至802.15.4z标准。

精确定位

超宽带定位精度在厘米级以内,远远高于无线和蓝牙定位。精度、安全性、穿透性和抗干扰性均高于同类技术。该方法可应用于要求较高定位精度的场景。

数据传输

支持高达110mb/s的传输速度,适合家庭无线消费市场。它可以代替usb用于数据传输、家庭数字电视视频信号等场景。

探测雷达

超宽带具有很高的空间分辨率,这使得它具有很强的目标识别能力。用途:探地雷达、穿墙雷达和道路探测等。

对未来应用市场的设想

行李跟随

01

采用超宽带无线定位原理测量距离,计算标签发出信号的角度,并根据距离和角度相应控制电机运动。以下距离为20米,定位角度为120度,最近的以下距离为20厘米。小米平衡车多年前发布的自动跟随平衡车采用超宽带技术。一些制造商也使用同样的技术来自动跟踪行李箱。这两种产品都要求用户佩戴超宽带手镯。

寻找物体(超宽带防坠落装置)

02

你可以在丙侧的停车场找到汽车、宠物、婴儿和钥匙,在乙侧的工厂仓库找到材料,为陌生人找到人。这是发现事物的最终产物。想象一下,很快就能在车阵中找到滴滴快车来接我。该应用不需要在环境中部署基站,只需要双方都有超宽带设备。苹果公司还计划使用超宽带技术开发一种类似瓷砖的防丢失跟踪器,可以通过findmy功能精确定位和搜索。本产品是一个小圆形配件,苹果标志在中间,可以固定在任何产品上,然后通过手机定位防坠器的位置。这对经常找不到钱包和钥匙的用户来说非常方便。

ar/vr

03

超宽带满足了vr/ar对无线传输速度的更高要求。4kvr要求20-40mbps的传输速度,而8kvr要求90-130mbps的传输速度。传统wifi传输速率相对较低,超宽带技术的高速传输性能有望在vr/ar个人区域网内容传输中发挥巨大作用。

高精度定位

04

当然,这种定位方法需要在环境中预先安装uwb定位基站。这些不是苹果自己制造的,而是主要由产业链合作伙伴制造的。Aoa(到达角)测向+测距。因此,许多新颖的功能可以通过测量方向来实现,以满足三维定位的要求。

数据通信

05

超宽带可以达到蓝牙传输速率的几倍(超过6.8mbps),但功耗不高。Uwb在2000年初与wifi技术竞争数据传输标准,但失败了。后来超宽带逐渐在高精度定位领域找到了独特的应用点。现在它又回来了,功耗低,安全性高。三星最近于2011年在欧洲市场发布了一款新的显示产品syncmaster c27a750。基于超宽带技术,可以实现与主机的无线显示。

自动停车收费

06

车辆本身的位置标签有一个id,并且车牌号码是绑定的。到达车辆的车辆的超宽带定位芯片和门通过tof定位来判断车辆进入。该系统根据进出时间计算停车费,不需要复杂的摄像头、地磁或其他传感器。

车库会自动打开。

07

与现有的无钥匙进入技术相比,手机可用作汽车钥匙,提供更安全、更准确的体验。想象一下,当车距汽车5米时,手持手机自动点亮车灯,当车距车库门1米时,自动解锁相应的车门。如果你在这个时候转身离开,门会自动锁上。iphone11希望未来能连接所有汽车,这可能是苹果推出u1芯片的一个重要原因。

智能门禁

08

超宽带的时间戳测距原理使得超宽带几乎不可能通过截取和复制来伪造自己。

uwb可以作为一种安全性高、方便性强的密钥使用。也可以使用智能锁。三星在19世纪初的消费电子展上使用超宽带技术发布了一款智能锁,但当时没有手机钥匙,所以有必要佩戴一把特殊的超宽带钥匙。

无传感器门

09

手机可以通过pos机的安全测距,为移动支付等支付技术提供更安全的非感官支付体验。即使将来有超宽带手机的人也可以直接感受不到超宽带地铁的大门,而不用拿起手机扫描代码或刷nfc,就像汽车的etc大门一样。这里有很大的空间。我们已经申请了专利。

v-2x

10

在实际工作场景中,如高层交叉口、密林地区、高架桥下、长隧道、室内停车场、恶劣天气等环境中,车载终端无法接收导航信号,或者信号非常微弱。由于无法部署rtk增强型基站以及缺乏对高精度位置信息的支持,目前在上述地区使用uwb技术对车辆进行室内厘米级定位精度是v2x提供高精度导航和实现自动驾驶的最有效、现实、可靠和经济的位置补充方案。

智能家居系统

11

基于Uwb的超宽带通信系统能够以极快的数据传输速率实现家庭多媒体互联,实现室内精确定位等功能。

物联网

12

通过超宽带的高精度定位和实时定位,可以准确获取物流仓储和人员情况等位置信息,有利于提高管理效率,安全有效。

自动驾驶

13

车辆需要知道道路上车辆的准确位置信息才能实现自动驾驶。与其他完整系统相比,超宽带在精度和价格上优于激光雷达和毫米波雷达等大多数技术,在行驶速度、定位精度和系统容量上满足自动驾驶的要求。

高风险工作设施

14

借助超宽带定位的准确性,可以监控高风险场所人员的活动,以确保安全。如核电站、变电站、隧道建设、监狱等场所。

机器人

15

Agv机器人是一种工业自动运输车。超宽带技术的引入可以降低工人的劳动强度,重新排列二维码、条形码、磁条等。提高货物运输操作的准确性,防止因操作不当造成的损失。

工业4.0

16

Uwb技术用于实时定位工厂设备和员工,以提高管理效率。建立电子围栏加强工厂安全管理。它可以记录人员、设备和其他功能的历史轨迹。

公路收费站

17

高速公路上不收停车费,超宽带也没问题。因为超宽带可以达到每小时200公里的速度,也就是说,你的车的速度在200公里以内,停火就可以立即被识别出来。然而,与射频识别不同,如果射频识别技术高速运行,它可能无法识别丢失的信息。现在etc使用的射频识别技术可能在收费站受阻,可能无法识别,可能需要重新识别或有其他故障。然而,uwb可以拆除所有收费站,因为只要汽车通过,就可以直接从他的账户中扣款。这是超宽带技术的一些优势。

呼吸监测

18

当一个人休息时,胸部表面由于呼吸和心跳而产生周期性振动,超宽带雷达传感器可以获取这些振动的信号。

舞台照明定位

19

通过舞台演员的不同位置,不同的灯光效果被配置为呈现独特的表演效果,演员、道具和灯光相互作用。

生命雷达

20

特别是一种用于活体检测的雷达,它将雷达技术和生物医学工程技术融为一体,不需要任何电极或传感器接触活体,就可以通过衣服、被褥、纱布等物体实现对人体呼吸、心跳等信息的非接触、长距离、无约束的检测。与激光、红外探测和声波探测技术相比,生物雷达用于探测人体的生命体征,不受环境温度和热物体的影响,能有效穿透介质。很好地解决了激光和红外探测中存在的温度影响严重、遮挡失效和目标虚警率高的问题。还克服了超声波检测中环境杂质的反射干扰和水、冰、土堵塞失效的问题。因此,该技术在战时和平时都得到了广泛应用。如军事医学(搜索伤员)、灾难医学(搜索地震和山体滑坡伤员)、城市反恐(营救人质)等领域,是国际科技界公认的非常重要的前沿技术领域。

当前的问题

目前,超宽带应用存在使用价格、应用环境、建设方便、系统组网、频率合法化、协议兼容性、芯片规模等诸多问题,使得超宽带无法在短时间内大面积进入消费端。

成本约束

超宽带的成本目前是一种新型技术,其芯片成本,如wifi和蓝牙,相对较高。然而,在大规模应用后,尤其是在民用市场,其成本肯定会呈下降趋势。此外,它还有一些其他技术无法比拟的优势。对于需要相对较高技术和较不敏感成本的市场来说,这无疑是一个更好的选择。

芯片

当代超宽带芯片可以概括为:高安全性和高精度测距芯片。高精度测距能力可以实现高精度定位,高安全性保证数据安全。

[1]该行业主要由瑞士芯片制造商decawave、3db、美国公司alereon、法国公司bespoon(2017年年中被德国机床制造商tumpf收购)、挪威公司noveda(2016年年中被美国公司5drobotics收购的时域)以及英国公司ubisense等几家制造商大规模生产uwb芯片。其中,德克兰芯片制造商(decawave)公司dw1000芯片使用最为广泛,占据了绝大部分市场。目前,90%以上的中国市场是十波产品,60%的收入在中国,60%的收入在中国。随着中国市场的日益重要,德华在深圳南山区建立了一个技术中心。Decawave的下一代dw3000芯片计划于2020年大规模生产,支持最新的ieee 802.15.4z和单芯片aoa(pdoa技术)。

[2]荷兰恩智浦(恩智浦)公司

9月17日,sr100t安全精密测距芯片正式发布,支持最新的ieee 802.15.4z,可以为下一代支持uwb的移动终端提供定制的高精度定位性能。为了给市场增添强大的心脏针,世界上第一个集成解决方案结合了安全元件(se)、近场通信(nfc)和超宽带(uwb)精密测距技术。恩智浦和大众联手开发超宽带汽车关键应用。有了sr100t,移动终端将能够与智能门、入口和汽车通信,它们一靠近就可以打开。智能灯、智能音箱和任何其他具有超宽带传感功能的互联设备都可以感知不同房间用户的移动,智能互联技术可以直接融入人们的生活。

恩智浦在连接和移动生态系统方面的专业知识以及成熟的安全架构已经广泛应用于当今许多配备nfc和se硬件的流行移动终端,而使用uwb技术的新芯片组sr100t在此基础上取得了进一步突破。新的超宽带功能可以给各种室内外设备带来全新的相对定位和连接能力,并且几乎不会相互干扰。

[3]精密技术

2019年3月9日,经纬科技发布了该国首个uwb芯片jw3401,并发布了一项进化计划

[4]北京山海核心家庭uwb+bt核心

频率

联邦通信委员会规定,超宽带设备的主要工作频带将在3.1千兆赫至10.6千兆赫之间,在这一频带内,其发射功率被限制在-41.3千兆赫/兆赫以下。

工业和信息化部文件中,没有频率限制,只有功率限制,但目前低频带被5g占用。据了解,中国电信已获得5g测试频率资源,总带宽从3400 MHz至3500 MHz为100mhz。中国联通获得了5g测试频率资源,带宽从3500 MHz到3600 MHz为100mhz。然而,中国移动在2515mhz-2675mhz和4800mhz-4900mhz频段获得5g测试频率资源。其中新增频段为2515-2575mhz、2635-2675mhz和4800-4900mhz,2575-2635mhz频段为重耕母公司现有4g频段。工业和信息化部明确规划了5.905g—5.925g频段作为基于lte c-v2x技术的车载网络(智能网络车)直接连接通信的工作频段。

根据dw1000提供的产品计划,从频率角度来看,6 GHz-9 GHz的频带资源是频率点5和7。然而,这是不允许在我国的其他渠道。因此,国内超宽带定位厂商只能在5和7通道上传输,即在6ghz频谱上传输,6ghz的穿透力明显弱得多,导致超宽带定位系统不能被明显屏蔽。

Uwb标准化

Decawave的dw1000支持ieee 802.15.4-2011标准,最新的ieee 802.15.4z标准将得到dw3000芯片的支持,这些芯片将于明年在2020年大规模生产。苹果u1和恩智浦新发布的sr100t也支持最新的ieee802.15.4z标准。成都经纬科技的芯片规划也支持802.15.4z 802.15.4z在原有标准的基础上定义了新功能,可以提高安全性、降低功耗和延长传输距离。国内外也有一些创业团队在制造超宽带芯片。请注意,在现阶段不支持最新ieee 802.15.4z标准的产品不会有未来。

请注意,ieee 802.15.4z是前向兼容的,因此iphone11可以与现在广泛使用的ieee 802.15.4-2011标准dw1000接口,但这仅在理论上是可能的,因为uwb领域没有网络层或以上的行业标准。尽管它也是一个使用dw1000芯片的系统,但不同制造商的产品完全不兼容。也有许多本地化算法,适用于不同的场景,并且没有开源算法供每个人使用。它通常要求制造商做大量算法研究工作,并结合各种场景进行大量迭代。

Uwb联盟和组织

[1]成立于2018年12月,联盟的创始成员包括decawave等。超宽带联盟在确保超宽带和wifi扩频应用的频谱兼容性和共存方面做出了许多幕后贡献。根据uwb联盟路线图,计划在2020年第四季度之前为网络层和传输层制定标准。

[2]费拉(精细测距)联盟成立于2019年8月。其创始成员包括hid global、恩智浦、三星、博世、索尼、litepoint和tta。Fira联盟目前专注于促进超宽带设备的互操作性。Fira联盟通过建立标准和认证,确保跨芯片组、设备和基础设施服务建立可互操作的超宽带生态系统。

[3]中国负责标准化的组织是

2009年10月,在国家信息技术标准化技术委员会下设立了实时定位系统工作组,其秘书处设在中国电子技术标准化研究所。成员单位包括中国电子技术标准化研究所、西安电子科技大学、北京邮电大学、中国科学院计算技术研究所、武汉大学、卫星导航系统与设备技术国家重点实验室、中国计量科学院、中国科学院自动化研究所、青岛安然物联网科技有限公司、国家信息中心、麦金太特科技有限公司、金坤科创科技有限公司、 北京xi和科技有限公司和苏州迅西电子科技有限公司发布了6项国家标准,参与制定了16项国际标准。

信息安全的困惑

最新的ieee802.15.4z标准特别增强了超宽带的安全性。今天的测距技术主要依靠信号强度来确定距离和位置。他们测量设备的信号强度,并假设强信号意味着设备关闭。攻击者已经找到了一种利用所谓的中继站攻击来欺骗这些系统的方法。在这种类型的攻击中,用于开门的合法无线信号被截获并放大,即使钥匙没有关闭也能开门。这些方法缺少的是实际物理距离的精确计算,这是超宽带带来的好处。

对于超宽带来说,在中继攻击过程中,任何截取和放大信号的尝试都只会延迟来自响应设备的确认信号的到达,从而使得基于超宽带的锁定清楚地表明响应设备实际上在更远的地方,而不是更近的地方。攻击者成功截获和升级的任何超宽带信号都不会欺骗装有超宽带的锁。此外,ieee 802.15.4z的扩展为传统uwb无线电的所有已知攻击增加了物理层保护。

总沉降量

现在苹果目前在手机中植入超宽带将是一个转折点,这也相当于苹果对超宽带技术的认可,并将其重新定义为室内定位的首选技术。

另一方面,基于超宽带的高精度定位与各种垂直行业的结合发展迅速,机遇越来越多。从传统的隧道地下管廊、公安法律部门、医疗和养老、危险场所的人员定位,到新兴产业4.0、智能储物、新零售、甚至自动驾驶,高精度定位正在带动各种垂直产业,为产业智慧的提升提供基础技术和灵感,并以更高的精度和精细度做出决策。未来,在碳方面,苹果将领先,主要手机制造商也将加入。国内企业将开始讨论手机和超宽带的结合。我们相信超宽带技术将被赋予改变社会生活的新使命。这条路仍然崎岖不平,我们会走下去,珍惜它。

肖波

汽车信息服务业应用联盟tiaa副秘书长

电子科技大学车辆联网校友会执行秘书

电子科技大学深圳校友会副会长

成都新能源汽车产业联盟专家

“物联媒体”物联明星专家评委

*免责声明:这篇文章最初是作者写的。这篇文章的内容是作者的个人观点。重印半导体行业观察只是为了传达不同的观点。这并不意味着半导体行业观察同意或支持这一观点。如果您有任何异议,请联系半导体行业观察。

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