既称＂超宽带＂(UWB)，那么，如何定义宽带 vs. 窄频？就频域来看，传统是以＂相对带宽＂(信号带宽和中心频率的比值) 论断——窄频＜1%、宽带介于 1～20%，而 UWB 却在 20% 以上！着实当得起这个＂超＂字。众所周知，带宽越宽、传输越快；UWB 通道的＂绝对带宽＂至少在 500MHz 以上，数据传输率自然随之跳升，10 米内最高可至 Gbps 等级。另大带宽也有助于降低发射功率，不用催太多油门就能启动，UWB 只需＜1mW 的发射功率就能将信号打出去，背景噪声小、易于隐藏，更能确保信号质量与安全性并延长电池寿命。
测距＋定位，UWB 变形应用多
有别于通过射频 (RF) 将数个零星小带宽聚合成更大带宽、以获得更高传输速率的＂载波聚合＂(CA)，UWB 展现的是＂一夫当关＂气势——利用＜1ns 极短时间差的＂非正弦极窄脉冲＂做数据交换，在极宽的频段中调变这些上冲下洗的脉冲信号，并以整个调变过程所持续的时间长度来决定信号的带宽，可做到＂测距＂和＂定位＂两种应用。前者是飞时测距 (ToF) 的延伸，通过测量信号的传播时间来估测位于无线感测网络 (WSN) 中的两节点距离，如：智能手机、穿戴设备或智能钥匙；后者遵循 802.15.4a 标准，可瞬间定位、实时追踪移动设备的移动。
有别于通过射频 (RF) 将数个零星小带宽聚合成更大带宽、以获得更高传输速率的＂载波聚合＂(CA)，UWB 展现的是＂一夫当关＂气势——利用＜1ns 极短时间差的＂非正弦极窄脉冲＂做数据交换，在极宽的频段中调变这些上冲下洗的脉冲信号，并以整个调变过程所持续的时间长度来决定信号的带宽，可做到＂测距＂和＂定位＂两种应用。前者是飞时测距 (ToF) 的延伸，通过测量信号的传播时间来估测位于无线感测网络 (WSN) 中的两节点距离，如：智能手机、穿戴设备或智能钥匙；后者遵循 802.15.4a 标准，可瞬间定位、实时追踪移动设备的移动。
图1：UWB 的测距和定位，可验证婴儿背带安装或安全气囊启动位置
资料来源：NXP；https://media.nxp.com/news-releases/news-release-details/nxp-and-vw-share-wide-possibilities-ultra-widebands-uwb-fine/
资料来源：NXP；https://media.nxp.com/news-releases/news-release-details/nxp-and-vw-share-wide-possibilities-ultra-widebands-uwb-fine/
ToF 亦可用于 UWB 定位，但为减少频率偏移所造成的测距误差，往往需要基地台与卷标双向测度求取平均值，会大幅提高工作时间和功率；因此，多以＂到达时间差＂(TDOA) 进行——只须由标签向外发送一次 UWB 信号让有效范围中的多个基地台接收，再利用多个双曲线求解交点，既快且准、定位容量也大。简言之，UWB 是一种无载波通信技术，利用奈秒至微微秒级的＂非正弦波窄脉冲＂传输数据，不需常规窄频调变所需的 RF 频率变换，脉冲成型后可直接送至天线发射；所占频谱范围很大、可在 500MHz 以上的大带宽传输信号。
＂采用低功率脉冲传送数据＂是 UWB 特色，好处是：1.不会对其他窄频无线通信造成明显干扰；2.反之，因使用频段高于蓝牙、Wi-Fi 的 2.4GHz，相对＂干净＂，本身抗扰度亦佳；3.使频谱资源得到充份运用。UWB 联合创始人之一的恩智浦，去年第三季就与大众汽车 (Volkswagen) 共同展示 UWB 汽车用例。包括：自动拖车栓钩启动、驾驶舱内乘客检测、代客停车、自动停车、停车场出入和通行付款等，一个有趣应用是车辆进入的步行模式识别，已有概念车雏形。UWB 高精度感应技术结合人工智能 (AI) 还能学习用户个性化手势，应用在 RKE。
高精度定位，门禁、导航、移动支付、资产追踪更犀利
福斯汽车对于 UWB 防盗保护有很高的期许。恩智浦技术长 Lars Reger 则表示，UWB 具备处理上、下文信息能力，可准确掌握 UWB 定锚位置、移动轨迹及与其他设备的距离，其实时性达到了前所未有的＂釐米级＂精度，可望取代建筑物或汽车的钥匙，使用双手就能解锁，搭乘大众运输工具或购物时亦可省略刷卡／扫码步骤。智慧家庭可能是手势／体位的另一项重点应用，例如，当 UWB 设备感测到起居者出现打冷颤或呵气取暖的动作，会按需打开暖气。
福斯汽车对于 UWB 防盗保护有很高的期许。恩智浦技术长 Lars Reger 则表示，UWB 具备处理上、下文信息能力，可准确掌握 UWB 定锚位置、移动轨迹及与其他设备的距离，其实时性达到了前所未有的＂釐米级＂精度，可望取代建筑物或汽车的钥匙，使用双手就能解锁，搭乘大众运输工具或购物时亦可省略刷卡／扫码步骤。智慧家庭可能是手势／体位的另一项重点应用，例如，当 UWB 设备感测到起居者出现打冷颤或呵气取暖的动作，会按需打开暖气。
图2：UWB 车钥匙将高精度感应与人工智能结合，能学习个性化手势、轻松打开行李箱
资料来源：NXP；https://media.nxp.com/news-releases/news-release-details/nxp-and-vw-share-wide-possibilities-ultra-widebands-uwb-fine/
资料来源：NXP；https://media.nxp.com/news-releases/news-release-details/nxp-and-vw-share-wide-possibilities-ultra-widebands-uwb-fine/
恩智浦移动设备市场与业务拓展总监李竟接受专访时强调，即使在拥挤的多路径信号环境中，UWB 也能提供高精度的定位，可用于多种室内、外应用；包括门禁、购物中心的室内导航或其他大型基础设施 (如机场) 的室内导航、移动支付 (hands-free payment) 或资产追踪等，都是很好的室内应用场景。谈到部署成本偏高的问题，恩智浦认为价格很大程度上取决于需求数量及商业谈判过程，并不构成真正障碍。要使 UWB 在生活中发挥作用进而产生重大影响，需要各种支持 UWB 的移动设备和基础设施，这有赖完整 UWB 生态系的实现。
照片人物：恩智浦半导体移动设备市场与业务拓展总监李竟
李竟说明，他们确实看到上述应用的几个试点，市场关注与兴趣度显然存在，但若要释放 UWB 的全部潜力并在市场上广泛采用，还有许多重要工作须完成，FiRa (fine ranging) 联盟所做的认证和标准化工作就是其一；而 CCC (国际汽车联机联盟) 等标准化机构亦正努力确保 UWB 能在可互通的生态系实现系统级工作。UWB 可与 BLE / NFC 等其他 WPAN 技术共同协作亦成为助力。他举例，由 BLE 负责执行低功耗探索发现和唤醒，并在多个设备之间设置 UWB 连接；BLE 可用于初始化，然后利用 UWB 设置安全范围。
UWBＸNFC，移动设备关闭／睡眠亦可动作
UWB 可识别个人趋向或远离边界，无需刷卡就能验证安全凭证并授权。特别一提的是，NFC 虽不适用于室内导航，但恩智浦仍将它视为 UWB 互补技术，主张连接到 NFC IC 可为访问控制系统建立理想方案，例如，提供基于 NFC 的访问控制认证和 UWB 的无缝向后兼容性。这有什么好处？李竟揭密：当 NFC 成为系统的一部分时，移动设备甚至可以在设备关闭或处于睡眠模式时锁定或解锁车门，省时省电。恩智浦 UWB 产品组合涵盖安全、汽车和移动设备与架构，可跨市场应用，实现实时、精确、在地化的功能，是其竞争优势所在。
UWB 可识别个人趋向或远离边界，无需刷卡就能验证安全凭证并授权。特别一提的是，NFC 虽不适用于室内导航，但恩智浦仍将它视为 UWB 互补技术，主张连接到 NFC IC 可为访问控制系统建立理想方案，例如，提供基于 NFC 的访问控制认证和 UWB 的无缝向后兼容性。这有什么好处？李竟揭密：当 NFC 成为系统的一部分时，移动设备甚至可以在设备关闭或处于睡眠模式时锁定或解锁车门，省时省电。恩智浦 UWB 产品组合涵盖安全、汽车和移动设备与架构，可跨市场应用，实现实时、精确、在地化的功能，是其竞争优势所在。
图3：UWB 可用于遥控住家或汽车门锁
资料来源：NXP提供
资料来源：NXP提供
去年第三季，恩智浦运用自身端到端安全架构集成 UWB 与 NFC、安全完件 (Secure Element, SE)，推出全球首个安全 UWB 精密测距芯片组——SR100T，可实现 360° 定位的精确感测，精度范围达 ±10 釐米和 ±3° 角度，可为 UWB 移动设备提供定制高精定位。恩智浦新增的 UWB 可为多种室内、外设备带来全新的相对定位连接能力，几乎不会相互干扰；即使是在障碍众多的拥挤、多路径信号环境中亦然。该技术另搭载到达角 (AoA) 之＂角度定位＂技术，采用双接收器，可准确指示信号方向。
通常，只要接收端的天线数组配置得当、扫描频率够高，无论室内装潢如何皆可精准定位；惟须避免收、发两端的距离太远，拉大误差值，技术含量高。SR100T 通过目前 IEEE 802.15.4z 指定的安全扩展提供顶尖的射频安全性，且配备 NFC 和安全组件的统一安全架构整合多种安全机制，可同时保护密钥和软件安全；此外，还扩展恩智浦移动钱包解决方案，为全新免持存取应用提供空间感知功能。想象以下画面：移动设备与联网门禁、入口及车辆通信，当靠近时即可自动开启，且终端用户无需从口袋取出就能执行。
还有，智能灯具、智能音响等支持 UWB 感测的互联设备，能感知用户在不同房间移动；精确室内导航，让访客可恣意悠游大型博物馆或购物中心而不必担心迷路；在多层停车塔，可轻松找到停泊的爱车……。UWB 不需借助中介接入设施，就能让两个设备点对点 (P2P) 感测相对距离和方位，寻人、找物皆非难事，亦规避了黑客中继入侵风险；UWB LBS 还可用于智慧物流／零售或营销分析，量身订做个性化推荐或优惠。
