从iPhone 11看UWB技术发展

2020-10-12 13:20:23来源:第一商用车网作者:
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本年度的iPhone 12受疫情影响,千呼万唤始出来,已经宣布在本月14日正式发布。其中比较受关注的热点是去年iPhone 11中首次推出的超宽带UWB技术,业界普遍猜测这次苹果会有更清晰的技术和产品路线,会在已有的基础上发扬光大,另一方面,安卓阵营对苹果推出的这项新技术并没有以往的好奇与跟随。

那么,超宽带究竟是怎样的一种技术呢?按照苹果的设想,在万物互联互通互融的完美世界里,用户、硬件、软件和服务都和谐地整合在一起,物我两忘,硬件作为人体延伸的一部分随时随地能够感知人和附属物的位置和场景,根据身在何处提供最有价值的软件功能和服务,让用户心想事成的与环境实现自我互动,这样的梦想随着智能硬件的广泛普及离我们越来越近,而最近重新焕发青春的超宽带技术具有空间感知能力,成为这方面重要的支撑技术。

UWB技术的发展历史和趋势

UWB是一种低功耗的无线通信和感知技术,与常见的连续载波宽带通信方式不同,UWB利用纳秒级(0.3ns)的窄脉冲传输数据,有较为精确的定位与感知能力,可用在无线个人局域网络、家庭网络连接、精确定位和短距离雷达等领域。

在著名的Gartner技术炒作曲线里,UWB在2004年炒作周期中达到顶峰,但在2008年后被抛弃,当时已经有一批初创公司因此而倒闭,而到了2019秋季苹果在iPhone 11发布会上,三款新手机均配备一个自研的U1芯片,支持室内导航和物件跟踪服务,一夜之间又重新唤起市场的极大兴趣。究竟是什么让UWB技术这样大起大落呢?

只能说此UWB非彼UWB,这个技术的演进是靠标准制订来推动的,标准演进的不同阶段决定了市场的应用方向和接受度。第一代UWB标准的主要组织是WiMedia联盟,他们定义UWB为低速率无线个域网(LR-WPAN)的一种物理层实现方式,在IEEE 802.15.4协议上实现标准化。WiMedia联盟2002年成立后推出的第一代标准是802.15.4a,专门为短距无线高速率数据传输而设计的,在2006年完成标准制订。802.15.4a的初衷是作为以太网、USB、或音视频类线缆的替代技术,在2000年家庭无线网络和办公无线网络大面积普及时受到重视,特别是2002年美国联邦通讯委员会FCC开放了UWB所用的频段,欧洲、中国和其他地区纷纷跟上,为市场开闸放水,引起了一股技术创新的热潮,很多硅谷的初创公司纷纷投入,但UWB当时错误地选择了竞争目标,和WiFi、蓝牙、USB争夺市场,由于市场时机错过、技术太复杂、网速不够快等种种原因没有战胜WiFi, 在线缆取代上又因为发热和价格败给蓝牙和USB,最终大家发现高成本、高功率和缺乏标准化等三个硬伤很难克服,热潮在2008年左右退去,硅谷因此死了一批初创公司,WiMedia联盟也在2010年停止运作。

但UWB并没有因此消沉下去,UWB工作小组等组织的专家们一边继续完善802.15.4a,一边默默地在2018年推出新标准即802.15.4z,将物理层分为高速率和低速率两个实现方式,并在高速率中加入了定位功能。UWB定位的基本原理是飞行时间测算TOF(Time of Flight),这里又有两种方式,一种是Single Sided,一种是更精确的Double Sided, 相对蓝牙只能靠RSSI即信号强度来作为定位技术而言,要精确很多,比如NXP的SR100T芯片可以做到10厘米内的误差,同时还可以探测移动的角度,误差在3度以内,可以满足大部分定位的技术需求。

(关键字:iPhone 11 技术)

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