3C王者

你應該聽說過Wi-Fi、藍牙和5G。現在是時候學習另一個無線通信術語瞭:UWB（ultra wideband）。智能手機領域的領先者蘋果(Apple)和三星(Samsung)已經在其高端機型中加入瞭該功能，包括iPhone 11、iPhone 12、Galaxy Note 20 Ultra，現在又有瞭Galaxy S21 Plus和S21 Ultra。Apple Watch 6也內置瞭UWB功能。這項技術可以讓你精確定位手機、遙控鑰匙和追蹤確切位置，幫助你找到丟失的狗或自動解鎖你的汽車。

UWB通過測量超短無線電脈沖在設備之間傳輸的時間來計算位置，誤差不超過半英寸。它非常適合三星的新SmartTags，它使用藍牙啟動，但在未來將獲得UWB支持，以及蘋果期待已久的AirTag追蹤器。包括奧迪、寶馬和福特在內的汽車制造商也對UWB很感興趣。

目前，UWB的使用還很有限，但隨著它的成熟和擴展到更多的設備，UWB可能會帶來這樣一個世界:在你接近筆記本電腦時，隻要攜帶手機或佩戴手表，就能幫助你登錄筆記本電腦，或者在你離開傢鎖上房門時，筆記本電腦就會自動關閉。

ABI Research分析師Andrew Zignani表示:“能夠準確判斷你在某個環境中的位置變得越來越重要。”他預計UWB設備的出貨量將從2020年的1.5億部飆升至2025年的10億部。“一旦這項技術嵌入到智能手機中，就會為無線技術帶來非常重要的機遇。”

下面我們來看看UWB及其用途。

UWB有什麼好處?

基於衛星的全球定位系統(GPS)的設備在地圖上自我定位很有用，但在室內很難找到更精確的東西。UWB沒有這方面缺陷。

UWB可以把你的電視從你孩子的Netflix頁面切換到你的內容。你的智能揚聲器可以為你提供日歷提醒。當你進入傢庭辦公室時，你的筆記本電腦就會自動開啟。

想象一下這樣的場景:你離開辦公室，當你靠近你的車時，車門上的接收器識別出你的手機，並為你解鎖。當你從傢裡的車裡出來時，接收器識別出你已經不在車裡瞭，並鎖上車門。

有瞭UWB，你的傢就能識別出你回來瞭，並自動亮燈。這項技術可以自動打開門，打開傢庭音響系統，跟著你從一個房間走到另一個房間。恩智浦半導體(NXP Semiconductors)的首席技術官Lars Reger說:“我就像走一個聲光俱全的房子裡。”恩智浦半導體是UWB技術的支持者，其芯片廣泛應用於汽車。

Reger說，基於藍牙的位置傳感至少需要兩秒鐘才能準確定位你的位置，但UWB要比它快1000倍。

支持者說，超寬頻帶來的不僅僅是便利。傳統的遙控鑰匙在遠程解鎖汽車方面存在安全問題:犯罪分子可以利用模仿汽車和鑰匙通信的中繼攻擊來竊取車輛。UWB有針對這類問題的密碼保護。

同樣的，基於位置傳感的追蹤行蹤的能力也有缺點，尤其是如果你不喜歡大數據跟蹤你的活動，或者當你路過咖啡店時，你的手機裡充斥著優惠券信息。但隨著如今隱私保護的推進，手機制造商很可能不會讓設備在未經你允許的情況下追蹤你的手機。

三星是如何使用UWB的?

在上周四的Galaxy S21發佈會上，三星稱超寬頻是一種無線技術，將給你的生活帶來新的便利。

三星直接面向消費者中心的Kevin Chung在發佈會上說:“有瞭數字鑰匙，你就可以用你的移動設備打開你的房門。你可以用手機打開車門。你走到門前，門就會自動打開。”

你可以向朋友或傢人發送數字鑰匙，三星的AR finder應用程序將在擁擠的停車場為你的汽車指明方向。三星宣佈與寶馬、奧迪、福特和現代的Genesis Motor進行數字鑰匙合作。

三星稍後也將提供超寬頻UWB SmartTags。

蘋果是如何使用UWB的?

自iPhone 11系列以來，iPhone就一直使用蘋果公司(Apple)的新型UWB芯片U1。它加入瞭蘋果開發的其他幾款處理器的行列，包括為iPhone和iPad提供支持的A系列處理器、新MAC電腦核心的M1處理器，以及在Mac電腦上處理Touch ID和其他安全功能的T系列處理器。

“新的蘋果設計的U1芯片使用UWB技術進行空間感知——允許iPhone 11 Pro精確定位其他配備U1的蘋果設備。”蘋果在談到U1芯片時表示。“通過U1和iOS 13，你可以將你的iPhone指向別人的iPhone, AirDrop會對該設備進行優先級排序，這樣你就可以更快地分享文件。而這僅僅是個開始。”

蘋果目前隻承諾在自己的設備之間建立UWB連接。但是UWB標準化應該會打開一個其他連接的世界，軟件的調整應該會讓蘋果適應UWB標準的成熟。

蘋果多年的UWB工作在幾個專利上表現得很明顯。包括專利形成超寬頻脈沖在距離測量精度，使用電話、手表或密鑰卡開啟一輛車，計算出通往汽車的路徑，以便汽車可以向您的手機發送生物識別身份驗證請求，以及讓藍牙和UWB合作授予您訪問汽車的權限。

還有誰對UWB感興趣?

其他與UWB合作的公司包括消費電子巨頭三星和索尼;芯片制造商Decawave、高通、恩智浦和意法半導體;汽車制造商大眾、現代和捷豹路虎;以及汽車電子巨頭博世。另一個著名的玩傢是Tile，它提供追蹤服務多年，可以幫助您找到鑰匙串和錢包之類的東西。

令人困惑的是，這些公司已經合並成兩個行業集團，2018年12月成立的UWB聯盟和2019年8月成立的FiRa聯盟(“fine ranging”的縮寫)。三星也加入瞭FiRa，蘋果沒有加入。

除此之外，汽車互聯聯盟正在研究數字鑰匙技術。Harrington說，這三個小組已經弄清楚誰在做什麼，以避免與對方利益沖突。

FiRa正在制定標準，以確保UWB設備能夠正常工作，而UWB聯盟正試圖將Wi-Fi擴展到UWB也使用的6GHz無線頻段所帶來的UWB問題最小化。例如，在6GHz頻段發送的Wi-Fi信號會有短暫的停頓，UWB傳輸可能會潛入這些間隙，UWB聯盟執行董事Tim Harrington說。

UWB是如何工作的?

UWB的想法已經存在瞭幾十年瞭——事實上，南加州大學在1996年建立瞭一個名為ultra的UWB實驗室。Harrington說，其中一些概念可以追溯到無線電先驅Guglielmo Marconi。

UWB設備在異常寬的無線電波頻譜中發送大量非常短、低功率的能量脈沖。UWB的頻率范圍至少跨越500MHz，而Wi-Fi頻道的寬度隻有UWB頻道的十分之一。超寬頻的低功率信號對其他無線電傳輸的幹擾很小。

UWB每秒發送10億個脈沖，即每納秒1個。通過以模式發送脈沖，UWB對信息進行編碼。Harrington說，編碼一個比特數據需要32到128個脈沖，但考慮到比特到達的速度，這使得數據速率可以達到每秒7到27兆比特。

早在15年前，IEEE(電氣和電子工程師協會)就開發瞭一種名為802.15.4的UWB標準，但它並沒有因為其最初的預期用途——快速發送數據。

但是室內精確定位又讓UWB成為熱門話題瞭?

像Spark Microsystems這樣的公司使用UWB進行數據傳輸，但大多數科技巨頭喜歡用它來精確測量位置。盡管802.15.4在幾年前剛創建時就失敗瞭，但UWB正在復興，因為它的超短無線電脈沖可以讓計算機非常精確地計算距離。

現在，UWB技術的發展再次活躍起來，例如，802.15.4z標準增強瞭關鍵fobs和支付的安全性，並將定位精度提高到不到1厘米。解決目前的中繼攻擊問題是802.15.4z的首要任務，即采用無線電技術的人本質上復制並粘貼密鑰卡或智能手機解鎖系統的無線電通信。Harrington說:“有瞭UWB的精確感測，你就可以知道自己的確切位置，你可以完全切斷中間的人(中繼)攻擊。”

另一個積極發展的領域是改進使用手機在支付終端進行支付的方式。

無線電波在十億分之一秒內傳播約30厘米(1英尺)，但通過短脈沖，設備可以非常精確地計算出距離。由於多個天線位於不同的位置，UWB無線電可以計算到另一個設備的方向，而不僅僅是距離。

UWB與與物聯網，門鈴，揚聲器，燈泡和其他設備的網絡完美地結合在一起。

它已經被用於位置傳感。NFL球場設有UWB發射器，這是用於即時重播技術的一部分。據Harrington說，一個橄欖球的位置每秒會更新2000次。

波音公司在其龐大的工廠車間使用UWB來跟蹤超過10,000件工具、手推車和其他物品。

UWB耗電非常少。一種每秒發送一次脈沖的傳感器，僅靠一枚紐扣電池就可以工作七年。

Verizon有所謂的5G-UWB。這是一樣的嗎?

不。Verizon也用瞭同樣的說法，但這隻是一個品牌標簽。

發言人Kevin King表示:“5G-UWB是我們5G服務的品牌名稱。這不是一項技術。”