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    • 什么是UWB芯片?
    • 改變游戲規(guī)則
    • UWB芯片發(fā)展瓶頸
    • 國內(nèi)玩家增多
    • 總結(jié)
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火爆的UWB芯片

2022/05/07
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UWB領(lǐng)域的千億級市場,即將爆發(fā)。

在無線連接技術(shù)中,藍牙和Wi-Fi已被大家熟知。而近年來,UWB連接則逐漸興起。蘋果推出的iPhone11 全系搭載了支持 UWB 技術(shù)的 U1 芯片;北京召開的冬奧會,也采用了UWB技術(shù)進行厘米級定位。

什么是UWB芯片?

UWB,就是 Ultra Wideband,超寬帶技術(shù)。它源于 20 世紀(jì) 60 年代興起的脈沖通信技術(shù)。在 2002 年以前,UWB 被廣泛用于軍事方面的用途。美國國防部首次使用了UWB這一術(shù)語,意指產(chǎn)生、傳輸、接收一段持續(xù)時間非常短(納秒或以下)的爆發(fā)式射頻能量脈沖。

在2002 年時,F(xiàn)CC(美國聯(lián)邦通信委員會)為 UWB 分配了 3.1~10.6 GHz 共 7.5 GHz 頻帶,還對其輻射功率做出了比 FCC Part15.209 更為嚴格的限制,將其限定 - 41.3dBm 頻帶內(nèi),才將 UWB 技術(shù)解禁,準(zhǔn)許進入民用領(lǐng)域。

UWB 不同于傳統(tǒng)的通信技術(shù),它通過發(fā)送和接收具有納秒或微秒級以下的極窄脈沖來實現(xiàn)無線傳輸。由于UWB脈沖時間寬度極短,因此可以實現(xiàn)頻譜上的超寬帶:使用的帶寬在 500MHz 以上。

與藍牙相比,UWB技術(shù)延遲更短、傳輸數(shù)據(jù)更大,它不僅使用 3.1 和 10.6 GHz 之間的更高頻率,因為UWB使用更寬的 500 MHz 信道,可以在短時間內(nèi)發(fā)送大數(shù)據(jù)包,而藍牙通常限制在 20 MHz。UWB 的延遲通常只有一毫秒,而藍牙 LE(低功耗)的延遲明顯更長。UWB 還提供更長的范圍,理論上可以達到 250 米。

簡而言之,這項技術(shù)通過超大帶寬和低發(fā)射功率,實現(xiàn)低功耗水平上的快速數(shù)據(jù)傳輸。由于 UWB 脈沖的時間寬度極短,因此也可以采用高精度定時來進行距離測算。

并不是那么新的UWB技術(shù)在蒙塵幾十年后,隨著物聯(lián)網(wǎng)的逐漸興起,UWB技術(shù)也開始展露它的光輝。

改變游戲規(guī)則

精準(zhǔn)定位的特性讓UWB進入了主流消費電子領(lǐng)域。

可穿戴設(shè)備已經(jīng)成為UWB的目標(biāo)市場之一,如在智能手表中加入UWB功能,能夠?qū)⒍ㄎ环秶龅?plusmn;3度、定位距離縮小到5-10厘米的精度,這將比藍牙“米”級精度有了大幅的提升。

目前已經(jīng)使用UWB超寬帶技術(shù)的消費電子品牌除了蘋果、小米外,三星也非常看好 UWB 技術(shù),認為其將成為下一代可以改變游戲規(guī)則的無線通信技術(shù)之一。

Airdrop是蘋果UWB技術(shù)應(yīng)用的代表性應(yīng)用。從iPhone 11系列手機開始,蘋果已先后在Apple Watch S6、HomePod mini智能音箱、iPhone12 系列手機和Aritag無線追蹤器這些產(chǎn)品內(nèi),都應(yīng)用了自研的UWB方案。蘋果表示,U1 芯片將顯著提升蘋果 iPhone 手機的空間感知(Spatial Awareness)能力,結(jié)合UWB技術(shù),可以實現(xiàn)更多可能。

三星主要是在手機上導(dǎo)入了UWB方案,具體型號包括Galaxy Note 20 Ultra、 Galaxy Z Fold 2、 S21+和S21 Ultra,同時三星也推出了采用UWB技術(shù)的SmartTag+智能追蹤器。據(jù)iFixit拆解顯示,三星在Galaxy Note 20 Ultra上采用的是 NXP恩智浦的一款特別研發(fā)的Secure UWB芯片。

根據(jù)市場調(diào)研機構(gòu)market&market預(yù)測,全球室內(nèi)定位市場規(guī)模將由2017年71.1億美元增長到2022年的409.9億美元,并將保持42%的復(fù)合增長率。因此,UWB定位行業(yè)正處于快速發(fā)展時期。

據(jù)ABI Research分析,到2026年,支持UWB的設(shè)備出貨量將從2020年的1.43億臺增長到超過13億臺。

UWB芯片發(fā)展瓶頸

早期,UWB定位方案的核心元器件采用的是分離電路板方式,并沒有實現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的芯片產(chǎn)品,雖然分離電路板可以實現(xiàn)不錯的定位性能,但是其產(chǎn)品的功耗、尺寸以及成本居高不下,尤其是分離電路的玩法,客戶只能購買整體的方案,其他的技術(shù)企業(yè)難以參與。

而UWB定位芯片出現(xiàn)之后,使得UWB最具技術(shù)壁壘與核心的環(huán)節(jié)得以標(biāo)準(zhǔn)化,因此,直接刺激了大量的企業(yè)涌入到UWB定位領(lǐng)域中進行技術(shù)的二次開發(fā),以及市場應(yīng)用的拓展。

目前,HID Global,恩智浦,三星,博世,索尼,LitePoint和TTA等組建了FiRa聯(lián)盟,該聯(lián)盟組織目的在于制定UWB室內(nèi)定位行業(yè)的互操作性,同時將打破不同標(biāo)準(zhǔn)和制式的藩籬,形成全球統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。目前國內(nèi)加入此聯(lián)盟的廠商包括小米公司、信維通信、浩云科技、沃旭科技、精位科技、清研訊科、聯(lián)睿電子等。

對于目前UWB產(chǎn)業(yè)發(fā)展存在的問題,業(yè)內(nèi)人士表示:“一個是芯片方案過于單一。芯片供應(yīng)商在一個產(chǎn)業(yè)中屬于需要高度標(biāo)準(zhǔn)化的一個環(huán)節(jié),芯片方案過多,會造成方案的差異化嚴重,產(chǎn)品良莠不齊,并且會加劇行業(yè)競爭。并且,研發(fā)一款芯片產(chǎn)品的成本昂貴,出貨量如果達不到千萬級別,很難盈利,所以芯片這個環(huán)節(jié)注定玩家不會過多。”

但是單一的芯片商護士的市場沒有競爭方案出現(xiàn),行業(yè)也會陷入另個發(fā)展困境。

“UWB 方案價格偏高,也是一大問題。”業(yè)內(nèi)人士表示。

由于UWB技術(shù)能夠精確至厘米級,在早期定位其定位就屬于高端市場,類似軍工、奧運會的等級,因此其價格非常昂貴。高居不下的成本讓很多企業(yè)望而卻步,更別說運用在消費領(lǐng)域了。因此,價格也是困擾UWB發(fā)展的另一大問題。

國內(nèi)玩家增多

有業(yè)內(nèi)人士分析:“目前定位技術(shù)種類繁多,基于細分場景應(yīng)用的需求,UWB憑借穿透力強、功耗低、安全性高,特別是高精度等特性,以及上下游產(chǎn)業(yè)鏈的完善,UWB定位在智能家居領(lǐng)域的爆發(fā)將逐步到來。”

在FCC公布UWB相關(guān)規(guī)定后,中國在標(biāo)準(zhǔn)制定及頻譜規(guī)劃方面也做了調(diào)研準(zhǔn)備工作。2008年,工信部正式頒布超寬帶技術(shù)相關(guān)的頻率規(guī)定。中國的UWB標(biāo)準(zhǔn)采用了OFDM雙載波技術(shù),包含兩個載波的OFDM超寬帶信號進行數(shù)據(jù)傳輸,中國的UWB標(biāo)準(zhǔn)使用的頻段主要集中在6-9GHz。

已經(jīng)可以確定,UWB是終極一代的位置服務(wù)技術(shù)平臺,將彌補GPS、北斗的缺陷,成為向整個社會提供室內(nèi)、室外高精度三維位置信息的基礎(chǔ)設(shè)施。

國內(nèi)廠商諸如浩云科技、環(huán)旭電子、長電科技、歐菲光等也在UWB技術(shù)或產(chǎn)品層面早有布局,且環(huán)旭電子和長電科技皆是蘋果的UWB相關(guān)產(chǎn)品供應(yīng)商。紐瑞芯科技、瀚巍微電子先后在去年年底和今年1月完成新一輪融資,小米等下游廠商也在對UWB芯片研發(fā)企業(yè)進行投資并構(gòu)建UWB生態(tài)。

馳芯半導(dǎo)體推出國內(nèi)首款商用的UWB芯片CX300,這款芯片是國內(nèi)首款具備商用能力的UWB芯片,填補了國產(chǎn)UWB芯片的空白。

紐瑞芯的UWB定位通信系統(tǒng)芯片采用全集成SoC,實現(xiàn)通信定位系統(tǒng)功能;時分通道實現(xiàn)通信和定位功能;動態(tài)信道頻率3~9GHzu超低功耗設(shè)計,是一種微型化全集成芯片方案。紐瑞芯優(yōu)化算法片上集成硬件加速器實現(xiàn)厘米級精度定位,創(chuàng)新抗多徑算法和海量用戶快速定位算法,支持多頻段動態(tài)切換。紐瑞芯目前可提供的產(chǎn)品包括:天線調(diào)諧芯片、UWB定位通信系統(tǒng)芯片、物聯(lián)網(wǎng)芯片和5G基站收發(fā)機芯片。

精位科技JR3401是一款UWB室內(nèi)定位射頻前端芯片,完成3G-6GHz寬帶脈沖調(diào)制信號的放大、濾波、檢波、脈沖基帶信號放大驅(qū)動、基帶脈沖比較器、高速基帶脈沖ADC、數(shù)字脈沖信號輸出和LDC等功能。芯片集成SPI接口,通過該接口實現(xiàn)芯片的工作模式配置及性能指標(biāo)優(yōu)化。采用180nm RF CMOS 工藝實現(xiàn)高度集成的UWB接收芯片。

清研訊科TSG5162,符合802.15.4Z/Bluetooth5.1標(biāo)準(zhǔn)的雙頻室內(nèi)定位芯片,具有TWR/TDOA/PDOA/AOA多種測距測角能力,適用于手機生態(tài)鏈為代表的個人智慧終端與IoT類應(yīng)用,可以滿足All-in-one需求、多天線需求、算法集成需求、小尺寸需求應(yīng)用場景。

國內(nèi)的浩云科技也是通過并購潤安科技成功切入UWB領(lǐng)域。據(jù)了解,潤安科技是深圳市多功能智能桿配套產(chǎn)品中的UWB獨家入庫單位,也是中國核電獨家中標(biāo)的UWB高精準(zhǔn)位置管理系統(tǒng)供應(yīng)商。當(dāng)前,浩云科技可提供定位算法服務(wù)器、室外定位基站、電子身份定位卡牌等產(chǎn)品。

在ToB市場,UWB技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈較為簡單,可以分為芯片和解決方案兩個環(huán)節(jié),有些公司甚至從事芯片和解決方案的完整布局。當(dāng)前To B類的應(yīng)用場景中,出貨量無法像ToC類應(yīng)用一樣進行大規(guī)模的爆發(fā)。在ToC市場,UWB技術(shù)產(chǎn)業(yè)鏈正形成芯片、模組、整機等多個環(huán)節(jié),此外,UWB技術(shù)也為FPC、功能結(jié)構(gòu)件等產(chǎn)業(yè)打開新的市場。

在2018年,國內(nèi)UWB企業(yè)級應(yīng)用市場出貨量為百萬級,隨著新的芯片玩家進入,未來幾年,在企業(yè)級應(yīng)用市場,UWB將會保持著超高的發(fā)展速度,預(yù)計在2022年將會超過千萬級的量,達到1200萬片左右。

總結(jié)

超寬帶是一項潛力巨大的技術(shù),目前仍處于起步階段。它并非旨在取代 Wi-Fi、藍牙或 NFC,而是智能地補充它們。支持 UWB 的設(shè)備數(shù)量仍然非常易于管理。但是,三星等制造商也使用此功能為更昂貴的高端智能手機提供賣點。這種情況在未來應(yīng)該會改變,UWB 也將進入普通大眾市場。汽車制造商也在著手在他們的車輛中安裝無線電標(biāo)準(zhǔn)。

UWB領(lǐng)域的千億市場,即將爆發(fā)。

作者:九林

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