超宽带（UWB）技术、应用及芯片厂商

跟WiFi和蓝牙一样，超宽带（UWB）是一种短距离无线通信协议，自从2019年苹果在其iPhone 11中引入UWB芯片U1和AirTag功能以来，UWB便开始走入大众视野，成为短距离无线通信和精确定位的热门应用。UWB原本限于军事用途，2002年美国联邦通信委员会（FCC）发布UWB商用化规范，允许UWB使用非授权许可的频带，其频率范围从3.1至10.5 GHz。FCC和国际电信联盟 (ITU) 将UWB 定义为发射信号带宽超过500 MHz的天线传输，这种基于脉冲的通信系统的每个发射脉冲可以占用至少500 MHz的UWB 带宽。

UWB不使用载波，而是利用纳秒（ns）至皮秒（ps）级的非正弦波窄脉冲传输数据，所采用的时间调变技术令其传送速度大大提高，而且耗电量相对较低，而且具有精确的定位能力。与常见的无线通信所使用的连续载波方式不同，UWB采用极短的脉冲信号来传送数据，这些脉冲所占用的带宽可以达到几个GHz，因此最大数据传输速率可以达到几百Mbps。因为使用的是极短脉冲，在高速通信的同时，UWB设备的发射功率却很小，仅仅只有目前连续载波系统的几百分之一。

与其他短距离通信协议相比，UWB 的频谱密度如上所示。 UWB在信号密集的环境中可以高效运行，几乎没有干扰。它在3.1-10.6 GHz的频率范围内工作，所需传输功率从0.5mW 到41.3 dBm/MHz。UWB的传输距离在10米左右，其传输速率高达480Mbps，比蓝牙高数十倍，非常适合多媒体信息的大量传输。

UWB的主要应用包括：通信和感应、定位和跟踪，以及雷达探测。相比WiFi和蓝牙定位技术，UWB的高精度测距和室内定位功能具备以下优势：

1）定位精度高：带宽决定了信号距离的分辨能力（成正比关系）。UWB在距离分辨能力上高于其他技术，其分辨能力的精度在特定条件下可以到达传统系统的百倍以上。超宽带脉冲信号的宽带在纳秒级，定位精确度通常小于几厘米。

2）安全性高：UWB的发射功率低，信号能够很好地隐蔽在其他类型信号和环境噪声之中，传统的接收机无法识别和接收，必须采用与发射端一致的扩频码脉冲序列才能进行解调，因此具有较强的系统安全性。

3）抗干扰能力强：从射频机制来看，UWB发射的脉冲波抗干扰能力比连续的电磁波强，并且UWB工作的频段在3GHz-10GHz，相比2.4G频段的无线定位技术，外界的干扰信号也少很多。

4）传输速率高：信道容量与带宽成正比，UWB具备较宽的带宽，因此具有较高的传输速率。

5）功耗较低：在短距离通信应用中，UWB发射机的发射功率一般低于1mW；较低的发射功率可以延长系统的工作时间，而且对人体的电磁波辐射也很小。

UWB的主要应用场景包括：

• 消费类应用 -- 手机及标签附件、智能家居、无人机/机器人、移动支付、可穿戴设备、VR/AR
• 车载应用 -- 无钥匙进入系统、地下车库及停车场导航、远程泊车、V2X和ADAS、车辆内部探测、接近感应
• 行业应用 -- 工厂车间、医院/养老中心、智能建筑、新零售、智慧农业、智慧城市

据Techno Systems市场调研预测，UWB具有与蓝牙和WiFi同等市场规模的发展潜力，预计到2027年全球UWB芯片出货量将超过12亿颗，其中占比最高的是智能手机和汽车应用。

目前可以供应UWB芯片及应用方案的国际厂商包括：

• Decawave：2020年被Qorvo以4亿美元收购；
• NXP：发布UWB+SE芯片，主打汽车无钥匙进入应用市场；
• 3db Access：瑞萨将获得3db UWB的技术许可，双方合作共同为智能家居、物联网（IoT）、工业4.0，以及移动计算和车联网应用提供安全访问解决方案；
• 苹果U1：自iPhone 11以来的iPhone和iPad都采用了UWB技术；
• Microchip：2021年发布UWB芯片产品
• CEVA：UWB技术方案和IP

国内UWB芯片厂商包括：纽瑞芯、驰芯半导体、精位科技、清研讯科、瀚巍微电子、优智联、捷扬微、守正通信等。