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国内外UWB定位芯片及模组盘点

作为近距离无线通信技术之一,超带宽技术(Ultra Wideband,UWB)于2003年美欧发布相关标准时就曾引发一阵狂潮,但因后来未找到合适的应用场景而沉寂。2019年,苹果在iPhone11上搭载支持UWB技术的U1定位芯片再次将其推向前台,2020年智能手机厂商相继跟随采用UWB技术。一时间,UWB定位技术成为业界讨论的焦点。

作为近距离无线通信技术之一,超带宽技术(Ultra Wideband,UWB)于2003年美欧发布相关标准时就曾引发一阵狂潮,但因后来未找到合适的应用场景而沉寂。2019年,苹果在iPhone11上搭载支持UWB技术的U1定位芯片再次将其推向前台,2020年智能手机厂商相继跟随采用UWB技术。一时间,UWB定位技术成为业界讨论的焦点。uk2esmc

在迂回中找到用武之地

UWB起源于20世纪60年代的脉冲通信技术。2002年以前,UWB被广泛用于军事用途,直到2002年,美国联邦通信委员会(FCC)对其做了功率限制并允许其进入民用市场。uk2esmc

此后,UWB技术进入了高速发展期,各种技术方案围绕着UWB国际标准制定。2007年,IEEE在802.15.4a标准中对UWB技术进行了标准化,2020年下半年更新了该标准。uk2esmc

能让UWB技术再次备受关注的“杀手锏”是其安全测距和精确感测功能。不同于传统通信技术,UWB通过发送和接收具有纳秒或微秒级以下的极窄脉冲来实现无线传输技术,可实现超宽带频谱(500MHz以上)的应用。uk2esmc

UWB最大的特点在于,可通过超大带宽和低发射功率实现低功耗水平上的快速数据传输。2000年初,以英特尔为代表的国际巨头试图以UWB“高传输速率”的特性推动其发展,当时对标的是USB有线连接。不过实践证明,其“高数据传输”特性很难得到市场认可。uk2esmc

在PC周边市场,UWB除了被更成熟、更低成本的USB挡住了去路,Wi-Fi技术改进和迭代神速,也大大减低了UWB的竞争力。此外,UWB试图利用低功耗优势在可穿戴市场大展手脚,然而可穿戴市场早已被同样以低功耗著称的蓝牙先入为主了。兜兜转转,UWB最终和“定位”结缘。uk2esmc

UWB的定位技术之所以受到重视,在于它能提供更精准的方向性,且可采用高精度定时来进行距离测算。目前,室外定位市场已被GPS、GLONASS、北斗、伽利略等传统卫星定位系统占据了主导地位,因此UWB避开竞争将自己的市场聚焦于室内,以苹果为首的智能手机厂商搭载UWB技术让更多厂商看到了其室内应用的可能性。uk2esmc

室内定位技术大PK

精准定位的特性让UWB进入了主流消费电子领域。同蓝牙、Wi-Fi等基于射频信号强度来实现定位相比,UWB使用的是和汽车雷达类似的飞行时间(ToF)原理,即发送端发射一个信号,接收端在收到信号之后经过协议定义的延迟后再发回给发送端,这样发送端只要比较发送和接受信号的时间差并乘以光速就能获得发送端与接收端之间的距离,再根据多个发送端对于接收端的距离,便可通过几何关系计算出接收端的位置,从而实现定位。uk2esmc

室内定位系统依据其所依托的定位技术一般可以分为四类,以计算机视觉技术为基础的室内定位系统、以无线通讯技术为基础的室内定位系统、以LED可见光技术为基础的室内定位系统、以地磁匹配为基础的室内定位技术。不同室内定位技术各有优缺点(表1)。uk2esmc

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表1 短距离无线通讯技术优缺点对比uk2esmc

相比其它室内定位技术,UWB具备定位精度高、电磁兼容性强、能效高、传输距离远、安全性高等诸多优势,尤其是在定位精度方面,相对于其他无线协议定位的“米”级别,UWB可实现分米甚至厘米级的定位精度。uk2esmc

UWB芯片和模组厂商盘点

目前全球数得出名字的UWB厂商屈指可数,最大的厂家要数爱尔兰的Decawave了。这家公司成立于2007年,2020年2月被美国Qorvo以4亿美金收购,因Qorvo 1/3的年营收来自于苹果公司,这从侧面印证市场看好苹果公司推动UWB技术的决心。而国内UWB芯片整体研发起步较晚,但近年来已有不少企业陆续宣布推出相关芯片。uk2esmc

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表2国内外主要UWB芯片和模组厂商uk2esmc

UWB开始爆发市场潜力,上游哪些芯片和模组厂商将受益呢?事实上,因UWB这些年一直处在“冷宫”,开发该技术的厂商很少,上面已经提及的Decawave是目前全球少有的能提供成熟UWB定位芯片的供应商,市占率高达95%以上,iPhone 11中的U1芯片就是出自于该公司。uk2esmc

从全球的竞争格局来看,Decawave占据了95%以上的市场份额,恩智浦也祭出多年前的技术积累,快速推出新品,而国内室内定位芯片份额几乎为零。uk2esmc

有分析指出,目前国内UWB产业的发展多为产业链下游的产品及应用,上游芯片及模组的产业相对薄弱,国内UWB定位芯片研发起步较晚,暂时还没有大规模生产UWB定位芯片的厂商。不过,国内布局UWB的进程正在加快。2019年3月,位于成都的精位科技发布了号称国产首款自主可控的UWB定位芯片,填补了国内空白,并在多项指标上达到国外同等级别。uk2esmc

据《国际电子商情》了解,精位科技已经发布了第二代单模SOC芯片JW600和第三代多模SOC芯片JW800。预计到2021年5月,精位科技将发布第四代室内外融合定位芯片JW900。除了精位以外,以清研迅科、联睿电子、纽瑞芯为代表的本土企业也已进入UWB研发量产阶段,比如联睿电子就联合华为开展了“UWB手机无线防盗器项目”,使用测距来判断手机位置。uk2esmc

从本土UWB供应链来看,其生态系统也正在形成。其中,沃旭通讯是UWB的2B定位方案商,环旭电子和长电科技是模组供应商,而鹏鼎控股、东山精密提供FPC,领益智造和通达集团是标签供应链的重要环节,而应用端的2C整机厂包括苹果、三星、小米、索尼以及大众汽车等,其生态将会随着这些厂商的成熟而成熟。uk2esmc

值得一提的是,国内小米、OPPO、华为等手机厂商都是UWB技术的潜在支持者,这些厂商可相对容易地根据应用路线图去设计UWB芯片,以实现差异化竞争,同时又提升了整体应用方案的独特性。可以预见,未来小米、OPPO、华为等系统厂商有机会成为UWB应用及芯片的领导者。uk2esmc

应用场景及生态拓展

可以说,是雷达的高指向性应用启发了UWB技术,雷达通过天线阵列实现高指向性扫描,UWB室内定位设计原理如出一辙,苹果、小米的“一指连”今均使用了天线阵列,利用高指向性UWB信号收发完成指令。uk2esmc

“只要将手机指向智能设备,控制卡片就能自动弹出,直接实现操控,比如将手机指向电扇,手机就会弹出快捷控制卡片,一键开启电扇,将手机指向电视,手机就变成电视遥控器,还能一键投屏。”小米曾学忠曾感叹UWB这种创新性的指向交互方式,前所未有。uk2esmc

苹果也曾表示,U1芯片将显著提升苹果iPhone手机的空间感知能力。通过Airdrop(隔空投送)应用,苹果还具备基于UWB技术的快速文件分享。不只是手机,苹果的Apple Watch Series 6也将搭载U1芯片和超宽带天线,以实现空间感知能力。uk2esmc

UWB在手机上的应用撕开了进入C端的口子,并有望成为手机的标配。根据ABI Research预测,支持UWB的智能手机出货量将从2019年的4200万多部(占智能手机的 3%)增加到2025年的近5.14亿部(占比32.5%),以用于解锁、无线支付等应用。uk2esmc

汽车门禁应用也将推动智能手机采用UWB技术。11月初,恩智浦发布了新的汽车UWB IC NCJ29D5。恩智浦通过该芯片组,已经和德国大众汽车联手开发UWB车钥匙应用,还扩展了恩智浦移动钱包解决方案,为新的无感访问应用提供空间感知功能。uk2esmc

目前,主要汽车厂商都在研究基于UWB的无线汽车钥匙。2020年6月,宝马宣布将在下一代数字钥匙中加入UWB技术,预计2021年量产。同年8月,大陆汽车电子发布了基于UWB技术的智能手机进入系统CoSmA。同一时间,中海达也表示已将UWB应用于体育训练、室内防盗、物流仓储、轨道交通、监狱管理、智能零售等多个领域。uk2esmc

在定位和指向应用中,智能家电将会成为UWB重要的使用场景。iPhone 11中的U1 UWB芯片根据指向来优先传输AirDrop只是尝试性地应用,未来随着家庭智能联网设备越来越多,手机有可能借助UWB的指向性功能成为遥控中心,同时,智能设备间采用UWB定位也能创造很多应用场景,例如扫地机、AGV无人车的定位导航等。uk2esmc

短距离无线通信技术种类繁多,任何一种都必须建立完善的生态才能推动其未来的发展。目前FiRa和UWB两大联盟正致力于拓展UWB生态系统。UWB成立联盟的目的在于保护和加强UWB在监管方面的权利(FCC/ETSI),努力实现开放标准,苹果和三星是UWB联盟的积极参与者。在标准方面,2020年IEEE已对UWB的相关标准(802.15.4z)做了更新,为其进一步进入主流应用铺路。uk2esmc

未来UWB的发展前景十分乐观。根据UWB Alliance的预测,到2025年UWB芯片的总体收入将达到2020年的10倍。另根据市场调研机构Markets & Markets的数据,全球室内定位市场规模将从2017年的71.1亿美元扩大到2022年的409.9亿美元。uk2esmc

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图1室内定位在全球的分布概况 制表:国际电子商情 数据来源:综合自UWB联盟及互联网uk2esmc

中国市场的前景尤为突出。由上图可见,UWB市场主要集中在北美(32%)、欧洲(28%)和亚太地区(18%),而中国将得益于近几年制造行业、消费行业经济的快速发展,有望成为UWB最大的市场之一。据物联传媒预计,2022年中国UWB定位企业级应用市场规模为121亿元,再加上iPhone12和小米10的助推,UWB在精准定位市场将迎来新的应用场景。另据相关数据显示,未来UWB技术将在室内定位市场中占据30%—40%的市场份额。同时,预测2021年UWB芯片需求量3.26亿颗,2025年UWB芯片需求8亿颗。uk2esmc

Markets & Markets也预计2018-2022年期间,UWB技术将广泛渗透进入智能制造、智能建设、养老医疗、公共安全、物流运输等行业的室内定位系统应用。不过也有专业人士强调,UWB前景可期,但仍然需要克服诸如天线的复杂集成、高昂的组件与基础设施成本等诸多挑战。攻克了这些难关,UWB才有可能在智能手机应用中做到像蓝牙一样无处不在!uk2esmc

原创
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王琼芳
有着十多年半导体行业工作经验,主要负责《国际电子商情》杂志/网站/微信等平台的内容运营,擅长行业深度报道与产业趋势分析,重点关注半导体IC及分销与供应链。
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