作者︱Frederic Nabki & Dominic Deslandes
来源︱SemWiki
为什么苹果在2019年通过在iPhone 11中设计UWB收发器来超越需求？为什么2020年初UWB芯片供应商Decawave被收购的估值最高到了5亿美元？为什么通用汽车、福特、丰田、日产、本田、现代、大众和宝马等汽车制造商都在投资UWB？
答案现在很清楚：UWB提供了精确定位、超低功耗、超低延迟和高带宽的独特组合，这是任何其他短距离无线技术都无法比拟的。此外，UWB在2021年的部署侧重于精确定位和基于位置的服务：安全无钥匙进入，免提支付和室内导航。如今即将推出的低功耗和无电池数据物联网网络，带宽高达蓝牙的10倍。
因为UWB的超能力，我们进入了极低功耗和无电池时代。
UWB超能力发展史
我们研究了UWB的100年历史及其每个超级大国的发展：
1912年：泰坦尼克号使用宽带（WB）火花隙发射器寻求帮助；随后，所有商船都必须配备WB发射器，并且接收器受到每时每刻的监控。火花隙发射器利用了宽带的第一个超能力：使用宽频谱来实现宽带信号。
20 世纪 20 年代：窄带取代了WB在通信领域，以满足对代码和语音通道蓬勃发展的需求。
1930年代至1940年代：秘密军事研究继续研究宽带的测距能力，导致第二次世界大战期间的雷达革命。雷达充分利用了UWB的第二个超级力量：高精度定位和测距。
1980-2000年代：医学成像；地面、墙壁和树叶穿透雷达以及合成孔径雷达 （SAR） 利用超宽带的高精度成像技术。
2000年代初：UWB的全球频率分配获得批准，但正交频分复用（OFDM）UWB实现了有限的部署，并且由于WiFi的进步而大多失败。基于这一经验，SPARK Microsystems开发了专有的第三个UWB超级大国：使低功耗低延迟UWB能够适应窄带干扰的技术。
20世纪20年代初：苹果和汽车制造商开始出货数亿台UWB收发器，用于安全的无钥匙进入和基于位置的服务。这些应用充分利用了UWB的精确定位的超能力。与此同时，SPARK Microsystems开始利用其UWB技术提供超低延迟的音频和视频链路，展示了UWB的第四个超级能力：极低的交互延迟。
UWB 突破蓝牙设计限制
蓝牙在低带宽、低保真通信（例如无线耳机和耳塞）方面取得了巨大的成功。那么，为什么苹果要在iPhone 11上设计另一个收发器呢？服务于大大超出蓝牙设计限制的新兴应用，尤其是精确定位。
我们探讨了蓝牙等窄带协议如何具有基本限制，使其不如UWB适合极低功耗、低延迟和无电池应用：
数据速率限制：蓝牙规范将无线带宽限制为仅3 Mbps，并且在大多数系统中限制为小于1 Mbps。UWB可以以数十 Mbps 的速度运行。
低数据速率功耗：振荡器和数据包的持续时间使蓝牙即使在最低数据速率下，也能保持几毫瓦的最低功耗。UWB专为低功耗操作和数据流而定制，正如SPARK Microsystems所实现的那样，可以在低10μW的情况下传输1 kbps，从而实现由能量收集供电的无电池传感器。
延迟：蓝牙延迟通常超过100毫秒，耳机用户会注意到回声，长音频延迟以及在电话呼叫中相互交谈。这种延迟使得蓝牙对游戏控制器和AR/ VR等交互式应用没有吸引力，对于工业传感器和控制系统来说是不可接受的。UWB 为近乎实时的机器控制和交互式娱乐系统提供亚毫秒级延迟。
定位：定位服务和精确定位是UWB众所周知的强项，可以测量10厘米精度内的相对位置。这是蓝牙无法企及的，蓝牙难以获得几米的精度。
干扰鲁棒性：3-10 GHz频段变得拥挤。除了LTE之外，5G和WiFi，包括最近宣布的WiFi 6E，都占据了这个频谱的不同部分。实现强大的UWB通信是可能的，但这必须小心完成，以便在不妨碍所有其他基于载波的信号并有效地拒绝它们的情况下运行。SPARK Microsystems 的 UWB 收发器实现已经证明了这些干扰器的稳健运行，同时在 UWB 频谱中提供了稳健的数据通信。
UWB 非常适合短距离、极低功耗应用
事实上，对于短距离、低功耗应用，UWB 优于 WLAN 和 Zigbee 以及经典的蓝牙和BLE：
底线：完整链路所消耗的能量
此图表比较了 Zigbee、BLE 和UWB在200kbps时完整链路的能效：
完整链路的能效 （200kbps）
将激励和稳定载波频率以及传输窄带数据所需的所有功率相加时，当定制为在低功耗下工作时，总功率比UWB大1-2个数量级。
结论
今天的UWB与100年前的火花隙发射器不同。尽管自近一个世纪前火花隙发射器消亡以来，窄带无线电一直主导着通信，但UWB正处于大规模复兴的开始。毕竟，这是大约20年来第一个被纳入智能手机的新的未经许可的频谱无线技术，其他手机制造商也纷纷效仿苹果。UWB的"超能力"直接满足了窄带无法提供的新应用的功耗、带宽和延迟需求。UWB 特别适合主导许多新兴的低功耗、低延迟、高数据速率应用，并为无电池应用铺平道路。
