UWB爆發(fā)元年，汽車數(shù)字鑰匙如何更好落地？

近年來，超寬帶(UWB)技術(shù)在全球范圍內(nèi)得到了顯著發(fā)展，在智慧出行的時代浪潮下，大量UWB玩家積極參與到UWB的汽車應(yīng)用實(shí)踐中，其中數(shù)字鑰匙應(yīng)用最為典型，且市場前景廣闊。

2023年，吉利極氪、比亞迪騰勢D9、問界、蔚來汽車等紛紛加入UWB數(shù)字車鑰匙隊(duì)列，業(yè)界稱之為“UWB數(shù)字鑰匙落地元年”。在蓋世汽車主辦的“2024 汽車數(shù)字鑰匙技術(shù)論壇”上，紐瑞芯科技聯(lián)合創(chuàng)始人、總經(jīng)理&首席技術(shù)官陳振騏博士則提出：“今年將成為UWB應(yīng)用爆發(fā)的元年。”

那么相較于NFC、藍(lán)牙（BLE）等其他技術(shù)，UWB具備哪些優(yōu)勢？可用于哪些場景？在上車過程中面臨著怎樣的難題？當(dāng)前又有哪些車規(guī)級產(chǎn)品方案？在《UWB技術(shù)在汽車數(shù)字鑰匙的創(chuàng)新實(shí)踐》主題分享中，結(jié)合紐瑞芯UWB芯片的實(shí)踐，陳振騏博士分別做出了解答。

UWB技術(shù)原理與性能優(yōu)勢

UWB（Ultra Wide Band）即超寬帶技術(shù)，是一種無線載波通信技術(shù)。UWB通過發(fā)送和接收具有納秒甚至亞納秒級的極窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，一個信息比特可映射為數(shù)百個脈沖，因此其所占的頻譜范圍很寬。

陳振騏博士認(rèn)為，“未來，UWB技術(shù)將是無線通信技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用最廣、前景最好、價值最高的新技術(shù)。”之所以這樣說，離不開UWB的技術(shù)優(yōu)勢：

首先，由于測距、雷達(dá)定位以及靈敏度都與信號帶寬成正比，所以UWB可以實(shí)現(xiàn)高精度、厘米級定位——與其他室內(nèi)定位技術(shù)相比，UWB最小帶寬可達(dá)500MHZ，要好于BLE、WiFi、5G等常用的通信制式。

其次作為一種時域短脈沖信號，與IEEE802.11a、IEEE802.11b和BLE相比，在同等碼速條件下，UWB具有更強(qiáng)的抗干擾性。同時，由于超寬帶無線電發(fā)射的是持續(xù)時間極短且占空比極小的單周期脈沖，多徑信號在時間上可分離，因此UWB的抗多徑能力強(qiáng)，可適應(yīng)復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境。

最后，UWB技術(shù)具備天然的安全性。UWB的安全性表現(xiàn)在兩方面：一方面是采用跳時擴(kuò)頻，接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)頻碼時才能解出發(fā)射數(shù)據(jù)；另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低，用傳統(tǒng)的接收機(jī)無法接收。

綜合來看，UWB兼具通信、定位、感知等多重優(yōu)勢，是通感一體的新技術(shù)，而且可實(shí)現(xiàn)豐富的場景應(yīng)用。在智能汽車領(lǐng)域，UWB的應(yīng)用主要包括數(shù)字鑰匙、活體檢測、腳踢雷達(dá)、無線充電、自主代客泊車（AVP），其中數(shù)字鑰匙是主流應(yīng)用，近年開始商用落地。

汽車數(shù)字鑰匙的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用挑戰(zhàn)

汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今已有百年的歷史，車鑰匙也經(jīng)歷了四個發(fā)展階段：

第一階段即機(jī)械鑰匙；第二階段是遙控鑰匙，20世紀(jì)八九十年代利用無線電信號實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程解鎖或鎖定車輛；第三階段是21世紀(jì)初，智能鑰匙開始流行，可以實(shí)現(xiàn)無感接入和開鎖，定位精度也不錯。

伴隨智能手機(jī)的發(fā)展，消費(fèi)者開始進(jìn)入數(shù)字化生活，由于技術(shù)局限，智能鑰匙無法集成到智能手機(jī)中。因此數(shù)字鑰匙的需求得以顯現(xiàn)，行業(yè)開始致力于數(shù)字鑰匙技術(shù)的創(chuàng)新與研發(fā)。

目前，數(shù)字鑰匙主要有NFC、BLE、UWB等技術(shù)路線。

據(jù)陳振騏博士介紹，從數(shù)字鑰匙的滲透率來看，NFC在CCC2.0裝機(jī)較多。在新車型上，BLE、UWB等數(shù)字鑰匙方案正快速上車。

當(dāng)前，BLE已經(jīng)成為手機(jī)的標(biāo)配，因此BLE技術(shù)的數(shù)字鑰匙可實(shí)現(xiàn)手機(jī)的全面支持，但傳統(tǒng)BLE在定位精度、安全性等方面尚有差距，所以BLE技術(shù)在做星閃升級——星閃可以大幅度提高定位精度。BLE數(shù)字鑰匙的應(yīng)用場景通常是一輛車在開闊空間做演示，但由于BLE 2.4G的頻段是窄帶信號，在人員有遮擋或地下場景中，即便經(jīng)過星閃提升，依然會出現(xiàn)應(yīng)用場景覆蓋不足，信號容易受干擾，也容易受多徑影響。因此，在抗干擾和多徑能力上UWB遠(yuǎn)好于BLE。

而在成本方面，藍(lán)牙成本要低于UWB。從產(chǎn)業(yè)鏈來看，UWB產(chǎn)業(yè)上游最關(guān)鍵的為芯片供應(yīng)商。近年來，國內(nèi)UWB芯片企業(yè)積極加速布局，在國產(chǎn)廠商的不懈努力下，部分企業(yè)如紐瑞芯等的車規(guī)級UWB芯片已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，打破了國際廠商的壟斷，將UWB的成本大幅降低。但由于UWB技術(shù)前期投入較高，仍存在一定的差距。

總體來看，目前UWB的市場滲透率相對較低，但處于快速發(fā)展的階段，UWB數(shù)字鑰匙核心應(yīng)用場景已覆蓋識別區(qū)、迎賓區(qū)、落鎖區(qū)和駕駛區(qū)。

降本增效，紐瑞芯UWB“第二代”數(shù)字鑰匙方案

對汽車行業(yè)而言，“降本增效”依然是主旋律。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此前一套UWB數(shù)字鑰匙的成本在1000元人民幣，現(xiàn)在已降到500元以下。對單車成本而言，實(shí)現(xiàn)了較大程度的縮減。具體來看：

第一代數(shù)字鑰匙方案基本上采用五六個錨點(diǎn)，成本高昂。讓UWB技術(shù)進(jìn)入中低端車型是“降本”的有效途徑。當(dāng)前10萬-20萬元的汽車具備較大的市場份額，而UWB還只應(yīng)用于30萬左右的車型上。

陳振騏博士表示，針對上述方案，首先要減少錨點(diǎn)數(shù)量，將5-6個錨點(diǎn)減少到1-2個。理論上，單AOA錨點(diǎn)方案可實(shí)現(xiàn)單錨點(diǎn)對全車身、全場景的定位，但也會帶來諸多問題。例如，在車內(nèi)放置單個錨點(diǎn)，A、B、C柱后期都會產(chǎn)生陰影區(qū)，造成多個陰影區(qū)域的定位困難，同時當(dāng)車外出現(xiàn)遮擋場景時，也會出現(xiàn)遮擋場景定位困難的問題。

如果再增加一個錨點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)車內(nèi)雙AoA錨點(diǎn)，可以很好的解決車身A、B、C柱的遮擋。但車內(nèi)雙AoA錨點(diǎn)方案依然存在錨點(diǎn)放置位置受限、遮擋場景定位相對困難的問題。同時UWB測距在遮擋場景下，很大程度上可以形成有效測距，但測角一旦遮擋，角度信息基本不可用，而且高端車客戶還青睞于金屬貼膜，如果做車內(nèi)錨點(diǎn)，就不能貼好的金屬膜。

因此，紐瑞芯提出了“第二代”數(shù)字鑰匙方案。該方案可以充分發(fā)揮UWB的作用，在傳統(tǒng)數(shù)字鑰匙方案的“4+1”/“4+2”的每個錨點(diǎn)上增加測角功能，提升用戶體驗(yàn)。

據(jù)陳振騏博士介紹：“在之前的場景中，每個錨點(diǎn)只有測距，而且只有2個乃至3個錨點(diǎn)才能形成穩(wěn)定定位。現(xiàn)在我們加上角度信息，在不減少錨點(diǎn)數(shù)量的前提下，即便處于遮擋情況，一個錨點(diǎn)也能形成穩(wěn)定定位，從而大幅度提升定位精度和遮擋能力，還可以解決車窗和信號遮擋問題?！?/p>

同時，他還提到：“除了芯片成本的降低，還可以通過在數(shù)字鑰匙方案上實(shí)現(xiàn)更多功能來達(dá)到降本的目標(biāo)?！?/p>

首先增加角度信息后，將“4+2”換成“4+1”，同時增加靈活的布局。在測距場景下，通過三角定位，基本上在車輛四個角上加UWB錨點(diǎn)，加上測角后就可以實(shí)現(xiàn)十字布局。特斯拉就是典型的多錨點(diǎn)布局，利用定位測距信號，與NFC、藍(lán)牙形成復(fù)用，從而減少錨點(diǎn)數(shù)量。

其次除數(shù)字鑰匙外，UWB增加了更多功能，包括定位、雷達(dá)、通信、支付功能等。如此一來，可以在一個系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的綜合功能，實(shí)現(xiàn)更普惠的降本。同時可提高場景體驗(yàn)，讓更多車輛搭載UWB系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與手機(jī)的聯(lián)通。

全面過測，ursamajor“大熊座”系列加速UWB技術(shù)上車

紐瑞芯致力于成為無線通信芯片領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，目前，公司的產(chǎn)品全力集中于UWB方向，并高度重視芯片的技術(shù)過測——目前已經(jīng)有5款芯片F(xiàn)iRa過測，通過FiRa2.0,HPRF，1-to-many等模式測項(xiàng)。是全球通過FiRa聯(lián)盟認(rèn)證的UWB芯片數(shù)量最多的。

同時紐瑞芯是全球第一家UWB SiP全系統(tǒng)(含SoC和RFFE芯片及SiP封裝設(shè)計(jì))自主設(shè)計(jì)及產(chǎn)品化的企業(yè)。尤其值得關(guān)注的是紐瑞芯 ursamajor“大熊座”系列高性能、高集成、低功耗UWB SoC/SiP芯片產(chǎn)品，可廣泛適用于智能手機(jī)、智能汽車、智能家居、穿戴設(shè)備等多種場景和產(chǎn)品應(yīng)用。

同時相關(guān)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了全生態(tài)、全模式的支持——符合FiRa、CCC聯(lián)盟協(xié)議、兼容IEEE 802.15.4z以及IEEE 802.15.4-2020協(xié)議、符合China/FCC/ETSI/JPN UWB無線電標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)了CH1~CH15全通道覆蓋，也符合工信部最新的UWB標(biāo)準(zhǔn)。

陳振騏博士表示，在產(chǎn)品性能上，紐瑞芯UWB芯片實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最大帶寬1.3GHz和4GSpS的最高采樣率。在低成本、低功耗的芯片上，實(shí)現(xiàn)了高性能的測距定位、雷達(dá)感知和高速數(shù)傳功能。并且，紐瑞芯科技首創(chuàng)UWB超低功耗喚醒接收機(jī)WUR，產(chǎn)品具備優(yōu)異的抗多徑能力。

在重要性能參數(shù)方面，對比主流歐美芯片，紐瑞芯科技的第二代工規(guī)級產(chǎn)品在測距精度上達(dá)到了0.5厘米以下，車規(guī)第一代產(chǎn)品在1度1厘米左右；測距在芯片滿功率的情況下可達(dá)到300米以上；測角范圍可實(shí)現(xiàn)全空間的測角；首徑動態(tài)可實(shí)現(xiàn)大于40dB的擴(kuò)展動態(tài)，雷達(dá)靈敏度達(dá)到了-133dBm。

具體來看，紐瑞芯科技的ursamajor“大熊座”包括ursamajor800、ursamajor700、ursamajor600三個系列。

其中ursamajor700系列是完全獨(dú)立設(shè)計(jì)的車規(guī)產(chǎn)品，專業(yè)應(yīng)用于汽車電子的多種UWB應(yīng)用場景。

ursamajor700系列包括NRT 81750和NRT 81730兩款芯片，均具備高安全和低功耗的特性。

NRT81750已于2023年11月通過了AEC-Q100資質(zhì)認(rèn)證，成為全球首款獲得Fira認(rèn)證的車規(guī)級UWB芯片，也是中國第一款車規(guī)級UWB芯片，并于2023年12月實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。

展望未來，預(yù)計(jì)到2026年，UWB汽車在汽車總出貨量中的占比將達(dá)到15%；到2030年，將達(dá)到40%。陳振騏博士坦言，目前，紐瑞芯已經(jīng)與30多家Tier1廠商達(dá)成合作，并與國內(nèi)10多家整車廠搭建了業(yè)務(wù)聯(lián)系。未來，個性化設(shè)置、車輛共享、共享汽車、車隊(duì)管理等更多應(yīng)用場景將會基于UWB數(shù)字鑰匙進(jìn)行拓展，紐瑞芯將始終致力于提供高性能的UWB定位芯片，全力支持?jǐn)?shù)字汽車鑰匙、CPD呼吸檢測雷達(dá)、腳踢雷達(dá)等功能應(yīng)用，協(xié)助產(chǎn)業(yè)伙伴進(jìn)一步打通智慧出行生態(tài)。