2月24日，世界级射频龙头与苹果核心供应商Qorvo正式官宣完成了对UWB芯片龙头Decawave的收购，现已并入Qorvo旗下移动产品部门（Mobile Products）。该笔交易总规模达4亿美元，是UWB行业迄今规模最大的一笔交易。

Qorvo移动产品总裁Eric Creviston公开表示十分看好UWB技术的应用前景，希望通过该笔交易增强Qorvo在移动产品和技术方面的领先地位，并利用UWB在定位与通信中精度高、安全性强等独特优势推动新的应用与业务发展，进一步拓展公司在移动、汽车和物联网领域的新机遇。

这也是自苹果发布iPhone11全系列机型搭载装配UWB技术的U1芯片后苹果生态再次出手布局UWB。今天就来聊一聊如此被苹果生态看好的UWB，究竟是个何方神圣？

下文将从 UWB技术、技术优势、应用与未来发展趋势四个维度对UWB行业进行梳理，可择需阅读。 

UWB技术

UWB全称Ultra Wideband，即超宽带技术，是一种于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术。熟悉通信的都知道，常规的通信技术是利用一个高频载波来调制一个窄带信号，通信信号的实际占用带宽并不高。

UWB不同于传统的载波通信技术，它是利用纳秒或微秒级以下具有非正正弦特性的极窄脉冲，通过调节脉冲的幅度（PAM）、宽度（PWM）和位置（PPM）来进行数据交换。由于脉冲时间宽度极短，因此可以实现频谱上的超宽带。在频域上，UWB较为通用的标准为拥有超过中心频率20%的相对带宽，或者绝对带宽不小于500MHz的极短脉冲信号。

UWB最早被应用于雷达系统等军事领域，2002年美国联邦通信委员会（FCC）正式将3.1GHz- 10.6GHz共7.5GHz频带向作为室内通信用途的UWB开放，UWB开始涉足民用无线通信领域，但同时FCC也对其辐射功率做出了比FCC Part15.209更为严格的限制，将其限定在-41.3dBm内。

工信部也于2008年正式发布了中国的UWB频谱规划，可以看到中国虽然开放所有频带，但相对开放的频带为6.0GHz-9.0GHz，辐射功率参考了FCC的-41dBm，而对于其他频带做出了比FCC更为严格的限制。尤其针对相对拥挤的3.6GHz-6.0GHz，明确规定该频带的UWB设备必须采用信号检测避让等干扰缓解技术，且该技术的有效性需得到国家无线电管理机构的认定。

UWB技术优势

   1.  

定位精准度高

因为UWB采用了500MHz以上的超高带宽，频域扩展带动时域收缩，脉冲的宽度一般在数纳秒到数十纳秒之间，这意味着UWB信号本身的占空比（一个脉冲循环内，通电时间相对于总时间所占的比例）很低。

熟悉雷达基础的肯定了解，一个定位系统里，距离分辨率与脉冲宽度成正相关，即脉冲宽度越小，距离分辨率越小，可以分辨的两点就越近，精度就越高。对于脉冲信号而言，信号的占空比很低意味着脉冲宽度很小，这就意味着UWB所采用的窄脉冲和高带宽天然会为UWB定位系统提供更高的距离分辨率。这也是为什么WiFi、蓝牙等无线室内定位技术仍处于米级精度的时候UWB已经率先突破厘米级定位。

此外也是由于时域的收缩（纳秒级），UWB技术拥有更高的时间戳精度，由定时来计算位置时，引入的误差通常小于几厘米。

   2.  

复杂环境适应性强

也是因为UWB信号占空比低，所以不同路径的回波信号非常容易区分，使得更容易区分来自其它非目标散射物的反射信号，这也让UWB系统拥有更强的抗多径能力。此外，UWB信号对于信道衰减不敏感，接收机通过分级便可以获得很强的抗衰减能力；且宽频谱窄脉冲也决定了UWB具有很强的穿透能力，因此对于复杂的室内尤其是工业环境，也可实现高精度的定位。复杂环境下UWB的定位精度甚至可以达到WiFi、蓝牙等传统系统的百倍以上。

   3.  

传输速度快

根据香农信道容量公式，带宽越宽，系统的最大传输速率就越大。传统的无线载波通信系统由于频带窄，必须采用多进制的调制方式才能使信号的传输速率达到100Mbps以上，这就要求信噪比在一个很高的水平上，增加了系统构建的复杂性。UWB通信的带宽天然在500MHz以上，其传输速率也可达到最高1Gbps以上（下图中的802.15.3a），相较最新蓝牙5.1的24Mbps有巨大提升。

   4.  

安全性高/电磁兼容性强

UWB的发射功率低（通常在1mW以下），而信号带宽高，能够很好地隐藏在其它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，保证了UWB信号的极高安全性。同时也因此不会对其他通信业务造成干扰，也可避免其他通信设备对UWB系统的信号干扰。

   5.  

能效较高

UWB的高射频带宽，能够提供极大的扩频增益，使得UWB通信系统能效较高。这意味着在同样发射功率限制下，可实现比传统技术大得多的覆盖范围。通常在短距离应用中，UWB发射机的发射功率普遍低于1mW；在长距离应用中，不需要额外的功率放大器即可达到200米的距离。

简而言之，UWB技术由于UWB脉冲的时间宽度极短，因此也可以采用高精度定时来进行距离测算；而又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。这两大技术特点也奠定了UWB技术的两大应用方向：定位与数据传输。

UWB应用

   1.  

室内定位

为了不让自己迷失在茫茫大自然中，人类先后发明了罗盘、指南针、卫星等定位工具，试图解决吾日三省吾身的“我在哪里”的问题。

伴随GNSS四大卫星定位系统，以及差分定位技术、A-GPS定位、电信运营商的基站蜂窝网定位技术等室外定位技术的成熟，LBS（Location Based Services）已逐渐渗透至我们生活的每一个角落。大众点评、滴滴、高德地图、摩拜单车的成功都离不开定位系统的支持。

然而，人的一生当中有80%的时间是在室内度过的，大量工业及消费级物联网定位场景与需求也发生在室内。根据Markets&Makets统计，全球室内定位的市场规模2016年达47.2亿美元，未来将以42.0%的CAGR增长，预计2022年将达409.9亿美元。科技行业咨询公司IDTechEx预测相对保守，预计2024年前，室内定位的总市场规模将超过100亿美元。

室内场景受到建筑物的遮挡，GNSS信号快速衰减，部分复杂环境甚至完全拒止，传统的室外定位技术已无法满足室内场景定位的需求。自20世纪90年代起，大量室内定位技术应运而生，可谓“百家争鸣、百花齐放”，比较常见的有WiFi、蓝牙、UWB、有源RFID、视觉、红外、激光、Zigbee、地磁、惯导等。

为了客观评判不同的室内定位技术，多个国际组织一直在积极组织室内定位比赛，微软的MILC（Microsoft Indoor Localization Competition）被公认为评判高精度室内定位技术最好的舞台。下表列了历年MILC比赛中基于基础设施组前三名的成绩，可以看出，从2015年开始，UWB的优势逐渐显示出来，已成为高精度定位技术中最有前景的技术。

尤其针对室内环境较复杂的工业领域，UWB的抗多径能力与信号穿透能力尤为适用，是目前行业内公认的可在工业环境达到厘米级精度的实时定位解决方案。

定位原理

UWB定位原理与卫星定位相似，通过布置2-4个（维度+1个）已知坐标的定位基站，标签按照一定的频率发送脉冲，不断和已知位置的基站进行测距，软件系统通过特定算法即可计算出标签的位置，精度可达10cm左右。

目前常见的定位算法有以下几种:

a. TOF（Time of Flight）：通过测量UWB信号在基站与标签之间飞行的时间，采用圆周定位实现测距。TOF算法相对简单，也是目前行业内最为成熟的算法，但标签功耗较大，续航能力弱。

b. TDOA（Time Difference of Arrival）：利用UWB信号由标签到达各个基站的时间差，可以做出以基站为焦点，距离差为长轴的双曲线，双曲线的交点就是信号的位置。TDOA算法算是TOA算法升级版，仅需基站间实现精确时间同步功能（TOA标签也需要时间同步），目前分为有线时间同步与无线时间同步两种，精度可分别达到0.1ns与0.25ns。TDOA算法精度较高，标签因为只需发送信号功耗也相对较低，但整体算法相对复杂，具有较高的技术门槛，是目前行业内较看好的算法。

c. AOA（Angle of Arrival）：通过天线阵列获取被测点到两个基站的信号到达角度，构成两根从基站到终端的径向连线实现定位。AOA算法相对简单，且可以有效减少所需部署的基站数量（最少只要两个基站就可以进行定位），但测距精度相对较低且有效距离较短。

应用场景

这里将UWB定位的应用场景按企业级与消费级进行区分。

企 业 级 

针对企业级应用，在工业4.0与智能制造的大背景下，企业如何组织和管理生产以适应客户个性化需求，在柔性生产的同时还能提高工作效率，如何在复杂的工业环境中提供更好的现场服务，是当前企业级用户面临的挑战。

资产识别与定位作为工业物联网的感知层核心，已成为促进制造业数字化的关键技术与根基。定位信息的加入可以帮助企业更好的整合计划层（ERP）、执行层（MES）、控制层（PCS）三个层级，从而提高生产过程和整个供应链体系的效率，使全范围、全流程实现数据可视化，推动生产体系向高效率、高质量、低成本、高满意发展。目前企业级先行的应用领域包括：

a. 工业制造：当前以汽车、重工、飞机制造为主导的制造业已经成为实时定位系统的主要终端用户，用于追踪和定位资产设备、生产工具、原材料、半成品材料、零部件、成品、返修件以及生产车间的员工。下图为大陆集团在智慧工厂内UWB定位系统的部分应用，在分拣、buffer仓、内部物流调度、生产流程监控、生产物料规划等流程均已有使用。

b. 仓储物流：仓储物流的应用需求主要是解决仓库物资的高周转效率问题。通过UWB对物流园区人员、货物、AGV、叉车等进行实时精确定位，可实现仓储货物货流监管、无人化货物周转、历史轨迹查询、电子围栏报警、叉车防撞等功能，从而减少检查环节，防止物资设备的丢失，避免人员串岗，叉车闲置等情况发生。在节约管理成本的同时，使仓储管理变得灵活。

c. 机场：机场货物装卸效率低，主要依赖工人经验与记忆寻找货物，要解决这个问题，需使搬运工能快速找到货物，节省时间，提高装卸效率，达成在飞机规定时间内完成货物装卸作业的目标。通过UWB定位系统实现人员、货物、运载机器精准快速定位，可以有效帮助现场工作人员快速寻找货物，同时可优化运输路径，提高装卸效率，并实现资产保全与数字化管理升级。

d.军事：人员定位和设备追踪，例如城市作战训练、弹药仓库管理，偏消费类的真人CS等。

e. 医疗保健：实时跟踪病人，进行照顾和管理，方便人力资源管理。

f. 危险环境（电站、化工等）：定位个人和资源，安全位置紧急搜索，人员监控，优化管理过程，做到安全有效。

g. 重点安保区域：人员的进出管理、实时位置查询、禁区监管、隔离距离控制、人员调度，能对人员路线、距离、速度进行监控和统计。

消 费 级

针对消费级应用，不妨再回过头来看看苹果的UWB初体验是如何的。苹果用了一个很高大上的词来描述我们前文说的定位功能，空间感知（Spatial Awareness）能力。根据苹果官网的介绍，搭载U1芯片的新iPhone，在使用隔空投送（AirDrop）时，基于U1芯片提供的空间感知能力，只需将你的iPhone指向其他人的iPhone，系统就会优先排序（推测应该用的是AOA的角度感知技术），让你更快速地共享文件。

这确实只是一个看似无足轻重的功能，但苹果装载U1芯片这件事情却对整个室内定位行业甚至无人驾驶行业产生了巨大震动。UWB的高定位精度、高安全性在消费级也有巨大的应用潜力。

a. 无感门禁：UWB的时间戳测距原理使得UWB很难被通过截获复制的方法伪造出位置（使用中继攻击器件拦截和放大信号的任何尝试都只会延迟响应设备的确认信号的到达，使得响应距离比实际距离更远），这也使得UWB可以作为安全性很高且便捷的电子钥匙技术。同时，UWB可以精确识别个人朝向或远离终端（门禁/汽车/地铁闸口），同时可验证安全凭证，并让授权个人通过入口而无需刷卡、指纹等其余验证方式，使得其在智慧门禁认证及汽车无钥匙进入系统方面得到应用。其实苹果早些年开始就已经大举布局UWB，下图是关于UWB用于汽车钥匙的专利。这意味着装载了U1芯片的iPhone11可以作为车钥匙，提供比现有无钥匙进入技术安全性更高、定位精度更佳的体验。想象下，当你走向汽车时，距离车辆5米时车灯自动点亮，距离车门1米时，对应车门自动解锁。如果此时转身离开，车门又自动上锁。通过iPhone作为入口连接未来所有智能终端，这或许才是苹果推出U1芯片的重要原因。

b. 室内LBS：即使在拥挤的多径信号环境中，尤其针对机场、大型购物中心、多层停车库等复杂室内场景，UWB也能实现高精度定位并实现智能导航，商场导购、停车场反向寻车、展厅自助导游等均是潜在应用领域。同时基于位置信息，场景运营方可以实现有针对性的数字营销活动和人流量数据分析，从而辅助营销与运营策略的制定。之前说对无人驾驶领域产生震动可能有些夸张，但未来随着室内基站部署的普及，尤其在信号不好的地下车库，无人驾驶的定位由UWB接管完全存在可能。

c. 设备到设备（点对点）服务：在UWB系统下，即使没有其他基础设施，两个设备也可以感知到彼此之间的相对距离和方向。这使得装配有UWB的手机与智能IoT设备可以在拥挤的空间中精确定位对方的位置。潜在的应用包括在复杂的室内环境中父母和子女或宠物保持在一定的安全距离，以防走失；重要物品的快速寻找。尤其在智能家居领域，物联网设备可以感应用户的移动轨迹与方向，从而实现自动响应开灯、温度设置、播放音乐等功能，智能家居也可以根据所在用户的不同，个性化匹配相应设置。例如大众就会在新一代车型中装载NXP的UWB系统，当婴儿座椅被安装在车内时，系统将自动解除相应座位的安全气囊响应；当感应到车后有拖车时会自动升出栓钩。

d. 体育：实时跟踪与计算运动员的方向和速度等，辅助赛事回顾分析。

   2.  

数据传输

因为UWB的高带宽，一度被业内认为是USB数据传输的无线替代方案。同时因为UWB脉冲的能量很低，很容易低于噪声门限，不容易被其它无线电系统监听到，所以UWB也常用于军用保密通信。基于UWB传输速率快、安全性高这两大特性，其在数据传输领域的应用也大有可为。

a. 高速数据传输：UWB的理论最大数据传输速度可达1Gbps，伴随5G网的普及，4K电影、游戏、VR、AR将带动数据传输需求的迅速膨胀，更大数据量的文件可能很难再通过蓝牙24Mbps的速度进行传输，未来通过UWB实现AirDrop也是潜在的应用方向。

b. 加密文件传输：基于UWB信号不易被拦截与破解的特性，特殊的身份认证信息、秘钥、安全凭证等加密信息可通过UWB技术传输，并可建立基于测距与安全凭证交互双重认证的新型无感支付模式，从磁条、芯片、RFID、NFC手上拿下身份认证的下一道接力棒。

关于未来

   1.  

UWB VS.蓝牙

到这不难发现UWB和蓝牙的应用领域很大程度上是重合的，UWB在技术上具有先进性，但蓝牙声势浩大，蓝牙技术联盟在全球拥有超过25,000家成员公司，体系与生态也更完善。两者之间的战争其实早已开始。

2002年FCC发布UWB频段和功率规范的事我们已经知道了。2006年，东芝就发布了一款支持UWB技术的笔记本；三星也在CeBIT2006展览上，展出了一款基于UWB超宽带技术和d-hoc传输模式的原型手机SGH-i750。随后2007年，联想也发布了ThinkPad X200T，部分机型支持UWB；联想声称UWB技术能以480Mbps的速度无线传输文件，远高于当时蓝牙2.0的3Mbps。

但是故事的结局我们是知道的，UWB当时未能普及，最终输给了蓝牙。其实回过头看也不难理解，在那个全球仍以2G网主导的时代（2009年为中国的3G元年），GSM900的上行/下行也只需要覆盖909-915MHz/954-960MHz这不超过60MHz的频带。UWB动辄超过500MHz的带宽对当时的天线和频谱分配技术都造成了不小的困扰。

随着通信技术的发展与5G技术的普及，通信行业软硬件技术早已今非昔比，高带宽的射频收发与分配技术已日趋成熟，NXP最新款的天线也可实现仅3mm*2mm的尺寸大小。UWB技术已可满足在小型终端中的嵌入。

在定位赛场上，蓝牙在2019年发布了最新的蓝牙5.1标准，最新版标准加入了测向功能和亚米级的定位服务（蓝牙定位通常基于AOA），这项功能的加入使得基于蓝牙的室内的定位变得更加精准。传统工业环境中由于金属遮挡严重、多径效应明显，基于蓝牙的定位系统受影响较大，精度通常不及UWB系统的百分之一，蓝牙5.1能否突破复杂环境对于蓝牙定位精度影响，仍有待业界更多的验证。

虽然在蓝牙定位在精度上与UWB技术还仍有差距，但是考虑到蓝牙庞大的生态、低成本、智能手机覆盖率高等优势，一旦蓝牙AOA定位技术成熟推广之后，其市场的普及速度将会对UWB造成巨大挑战。从目前的市场信息看，虽然各大蓝牙芯片厂商都在紧锣密鼓的研发新型蓝牙AOA芯片，但是从产品的研发到成熟商业化仍需1-2年时间，能否把握这个时间窗口将成为UWB这场翻身仗的成功关键之一。

   2.  

标准制定

很明显UWB与蓝牙之间的竞争已不只是两个技术之间的比拼，而是两个生态体系与标准制定间的较量，但无疑在这两点上蓝牙已先行一步。

目前UWB行业内的主流标准是IEEE802.15.4-2011标准，虽说是主流，但也仅有Decawave的DW1000一家厂商支持。因为目前UWB主流应用还集中在企业级层面，而且目前版本协议功耗较高，各厂商普遍自成一派（苹果的U1芯片也不支持该标准）。

最新的IEEE802.15.4z标准即将发布（已完成大约80%），该标准在原有标准基础上定义了新的特性，可以提升安全、功耗更低、且传输距离更远，行业内标准的兼容性会将会有一定提升。可以确定的是今年量产的DW3000芯片、苹果的U1以及NXP新发布的SR100T都将支持IEEE802.15.4z标准。另外，该新版协议为向前兼容，即兼容新版协议的iPhone11等设备理论上可以和现行IEEE802.15.4-2011标准的DW1000等设备对接。

然而，因为UWB领域现在仍没有网络层及以上的行业标准，虽然不同方案商均采用了DW1000芯片的系统，但由于定位算法与适用场景的不同，不同厂商的解决方案仍是互不兼容的。在苹果未来逐渐开放其U1芯片定位应用的SDK后，网络层的行业标准预计会有所改善。

虽说UWB技术的能效较高，但由于信号刷新频率高，整体能耗并不低，尤其针对用于资产定位的企业级用户，普遍3-6个月的电池更换频率极大提高了系统运维成本。围绕低功耗与新型供电模式的转换仍将是行业标准的发展方向。

   3.  

生态建设

苹果生态对UWB的全面支持，无疑给了UWB技术的规模化商用推广一次非常宝贵的机会。远不止苹果，近年三星继SGH-i750之后也推出了基于UWB技术的CA750系列无线显示器，自2003年开始就一直在积累UWB相关的专利布局。

2019年三星还联手NXP、博世、索尼等企业成立了FiRa联盟，旨在利用UWB技术推动用户无缝体验，通过制定标准和认证，从而确保建立跨芯片组、设备和基础设施服务的互操作UWB生态系统。

2月24日其实UWB行业还有另一条新闻，FiRa正式吸收小米与清研讯科成为联盟高级成员（具有投票权）。

除了FiRa，2018年由Decawave、Zebra、Ubisense、现代、起亚等企业发起的UWB Alliance 也在确保UWB与WiFi扩频申请频谱兼容共存等方面做了很多幕后贡献。小米、Oppo、清研讯科也已是UWB Alliance的成员。

不难发现一个横跨全球，涉及芯片厂、设备商、方案商、各领域应用商的产业生态已经初见雏形，中国的产业龙头也积极参与其中。在逐渐成熟的产业生态体系与行业标准的带动下， UWB上下游产业链尤其围绕智能制造、物联网领域有望迎来快速发展和成熟。

   4.  

中国芯

要说中国的UWB市场，Decawave始终是无法绕过的一个名字，Decawave的DW1000芯片占据了全球大部分的UWB芯片市场份额，其收入的60%来自中国。纵观国内市场，现有企业普遍以UWB方案商为主，近90%的UWB厂商用的是DW1000，其中出货量较大的是清研讯科和恒高。

目前国内仅有精位科技在去年发布了第一款基于3GHz-4GHz频带的UWB定位芯片JR3401，鉴于该频带属于中国严监管频带，且尚未兼容行业标准，该芯片的商业化前景仍有待市场论证。中电昆辰与山海芯科均披露在自研相关UWB芯片但仍处于研发阶段。

在中美贸易战持续的大背景下，有了华为等实体清单的前车之鉴，Decawave被美资企业Qorvo收购无疑给行业敲响了警钟。如何实现在等质低价前提下的国产替代，以及如何开拓中欧产业合作的新模式也将是中国UWB行业发展的必经之路。

但依然有理由相信UWB的未来正如苹果所说，“这仅仅只是开始，让人期待的还多着呢”。