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千亿级市场即将爆发,UWB技术商用多点开花

千亿级市场即将爆发,UWB技术商用多点开花

将UWB定位方案用于体育领域,并非是本届冬奥会的首创。近年来,国内已经有一些足球、篮球等项目,利用UWB技术帮助运动员提升训练效果。与此同时,在定位标签、会展导览、机场导览等应用中我们也能看到UWB的身影,一时间UWB在各个领域遍地开花。

今年2月下旬,精彩纷呈的北京冬奥会落下帷幕。由于新冠疫情正在全球爆发,举办单位不仅要保证各项赛事顺利进行,还要谨防新冠疫情的传播。为了更高效地进行人员管理调度、提升运动员的训练成绩以及加强赛事的安全管理,本届冬奥会使用了UWB(Ultra Wide Band,超宽带) 高精度定位系统。ht3esmc

其实,将UWB定位方案用于体育领域,并非是本届冬奥会的首创。近年来,国内已经有一些足球、篮球等项目,利用UWB技术帮助运动员提升训练效果。与此同时,在定位标签、会展导览、机场导览等应用中我们也能看到UWB的身影,一时间UWB在各个领域遍地开花。ht3esmc

UWB商业化曾屡遭失败

UWB并不是什么新概念,最初它作为一种军用雷达技术而开发。2002年UWB技术被正式下放到民用领域,期间经历了标准之争和技术之争。在落地PC外设、可穿戴设备应用失败之后,UWB的商用化进程曾一度陷入停顿。ht3esmc

UWB的标准化之路并非一帆风顺。2002年2月,FCC(美国联邦通信委员)发布了02-48号报告及法规,将UWB技术下放至民用领域;2003年2月,FCC详细阐明了UWB技术的应用规则,UWB被定义为“-10dB绝对带宽≥500MHz或相对带宽大于20%”的无线电信号,该定义把UWB扩宽为“所有使用超宽带频谱的通信形式”,还划定了3.1-10.6GHz的频谱范围,发射信号的功率谱密度限制于-41.3 dBm/MHz。ht3esmc

IEEE(美国电气和电子工程师协会) 经历了几次失败之后,在2004年3月成立了IEEE 802.15.4a工作组,针对低速低功耗无线个人局域网应用。2007年3月,IEEE-SA标准委员会批准IEEE 802.15.4-2006,到2020年其最新修订版本为802.15.4z,新标准增强了UWB的物理层,提高了测距测量的完整性及准确性。ht3esmc

关于方案的发展也值得关注。2003年初,IEEE收到了超过20种UWB方案,经历了市场的淘汰之后,最终剩下以英特尔、TI主导的多频带OFDM(MB-OFDM)方案和由摩托罗拉、XtremeSpectrum主导的直接序列码分多址(DS-CDMA)方案,不过后来这两个方案均未通过IEEE的最终票选。ht3esmc

2007年,因飞思卡尔(当时在摩托罗拉旗下)的退出,加速了主导DS-CDMA方案的联盟崩盘;次年,UWB控制器厂商WiQuest倒闭,英特尔宣布停止对UWB芯片的开发;2009年3月,蓝牙技术联盟(SIG)、无线UWB促进组(Wireless USB Promoter Group)、UWB开发论坛(UWB-IF)接手了MB-OFDM UWB技术规范以及UWB的未来框架技术。ht3esmc

2019年,新的FiRa联盟成立。该联盟旨在推动精准测距功能发展,完善UWB的生态系统以及建立新标准。到2021年底,联盟成员已超过100名,除了HID Global、博世、恩智浦、三星等发起者之外,还包括了瀚巍微电子、纽瑞芯、精位科技等国产UWB芯片公司。ht3esmc

UWB可直接发送脉冲无线电信号,每秒发送脉冲数高达10亿个。这些脉冲的频域非常宽(数Hz至数GHz),又因为UWB发射的载波功率较小,所以UWB对无线电波的影响非常小。以上特点让UWB技术具有窄带和宽带技术无法比肩的优势。ht3esmc

基于以上特点,UWB曾在传输领域被寄予厚望。主要利用其带宽大的特点,来负责短距离无线传输,作为PC的外设来使用。只不过,2009年802.11n(Wi-Fi 4)横空出世,它迅速抢占了短距离无线传输市场。由于成熟度不够和成本过高,UWB PC外设方案在与USB、Wi-Fi的竞争中落败。ht3esmc

业内曾经也有许多研究针对基于UWB的可穿戴设备。不过,自2013年4月低功耗蓝牙直驱模块诞生之后,低功耗蓝牙成为了可穿戴设备的主流连接技术。因为现在的可穿戴设备与智能手机之间所要传输的数据量并不大,所以UWB的高带宽、高能效比优势在应用中较难体现。ht3esmc

基于定位功能已落地多个场景

随着2019年FiRa新联盟成立,UWB逐渐回归到大众视野。近年来,UWB凭借显著优势,在B端市场陆续落地。比如,在工地、仓库等场景中实时追踪资产和库存,进行人员、货物、运载机器的精准定位,帮助企业改进流程、提高搜索效率、减少资源浪费等。ht3esmc

UWB可提供精准的位置信息,具备高安全性、高抗干扰能力,因此其在消费市场也有较大的应用潜质。又比如,在机场场景中,为旅客提供精准的室内导航;在会展、展厅、博物馆场景中,为参观者提供智能化导览服务;在养老院等场景中,通过智能穿戴设备配合电子围栏,可圈定老人的安全活动范围;在矿井、隧道等危险场景中,通过定位人员和资源,为安全位置紧急搜寻提供便利。ht3esmc

不过,室内定位系统并非只能基于UWB一种技术。室内定位系统还包括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等,这些不同的短距离无线通讯技术各有优缺点。ht3esmc

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表1 短距离无线通讯技术优缺点对比ht3esmc

前面我们有提到,UWB最初作为军用雷达技术而开发。实际上,它使用了与雷达类似的飞行时间(ToF)原理:通过连续发射光脉冲到被观测物体上,然后接收从物体反射回去的光脉冲,通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来计算被测物体离发射端的距离。UWB系统中会根据多个发射端与接收端的距离,来判断出接收端所处的位置以实现定位。观察表1,无论是从安全性、定位精度、穿透性、功耗,还是传输距离上,UWB都有较大的优势,这些优势使其也适用于C端市场。ht3esmc

2019年,随着配置UWB芯片(U1)的iPhone 11发布,该技术首次进入主流消费电子产品。到2021年春季,苹果公司推出了UWB硬件AirTag。AirTag内置了Qorvo的UWB芯片,与配置U1芯片的iPhone相连可实现厘米级的精准定位。至此,UWB技术在需要定位功能的场景中,通过了诸多细分市场的初步验证。ht3esmc

厂商已在智能手机及配件上发力UWB

在消费电子市场,苹果公司率先带动了UWB的商用,紧接着我们也看到,安卓阵营也推出了内置UWB芯片的手机及配件产品。三星在2020年8月发布的Galaxy Note20 Ultra采用了恩智浦UWB方案,不但可加速照片、视频和文件的共享速度,还能使手机作为数字钥匙来使用;小米在2020年10月发布了“一指连”UWB技术,结合小米自研的天线排列及算法,可实现厘米级定位和±3°角度测量精度,目前“一指连”可实现“一指操控”和“一指投送”功能,未来还能实现无感开智能门锁;2021年5月,OPPO发布了“一键联手机壳套装”,可帮助用户更精准、快速地操控指定方向的智能家居设备……ht3esmc

UWB在智能手机及配件中的应用尚处于初期阶段,各手机及配件厂商正在积极探索。虽然全球智能手机出货量增幅较前几年有所下降,但是基于2021年全球智能手机年出货量超过13亿支的数据来看,智能手机仍是一个规模相当大的细分市场。对UWB厂商而言,即便只看智能手机及配件的需求,这都是个不容小觑的市场。ht3esmc

另据Techno Systems Research的《2021年超宽带市场分析》显示,全球UWB出货量到2021年超2亿个,到2027年将突破12亿个。其中,智能手机将在2027年成为UWB的最大应用市场(对UWB出货量的需求超过8亿个),其次则是汽车、智能家居设备、可穿戴设备、消费者标签和RTLS B2B。ht3esmc

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图1 UWB市场和应用趋势 来源:Techno Systems Researchht3esmc

(UWB最主要的应用市场分别为——实时定位系统(RTLS B2B)、智能手机/可穿戴设备/消费者标签、汽车和智能家居。)ht3esmc

对此,现阶段许多UWB企业都针对智能手机推出了相应的芯片或方案。恩智浦UWB芯片已在三星Galaxy Note20 Ultra机型中有应用,Qorvo的DW3000在苹果公司的AirTag中有应用。另外,也包括了一些国产内厂商。《国际电子商情》注意到,一些国产UWB芯片预计在2022年前后量产,比如深圳纽瑞芯的Ursa Major大熊座系列(UMAJ)UWB定位通信系统芯片(2019年底流片)、驰芯半导体的CX300(2021年12月发布)、易百德的EB1003芯片(2020年4月发布)。当然,厂商早在几年前就给出了量产计划,但截至发稿日(2022年3月初)都没有传来量产出货的好消息。由此可见,UWB技术的落地并不容易。ht3esmc

大厂并购UWB企业趋势初显

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表2 国内外部分UWB芯片、方案商介绍ht3esmc

除了以上提到的部分UWB芯片厂商的量产进度之外,在UWB领域还有一种市场现状值得关注——大厂收购UWB企业的趋势。ht3esmc

2020年3月,Qorvo以约4亿美元的价格收购了UWB技术供应商Decawave,交易完成后Qorvo推出了基于Decawave技术的DW3000系列;2020年7月,ST收购了UWB技术Fabless厂商BeSpoon,后者的UWB RTLS系统适用于各类工业环境,甚至适用于钣金车间这类多障碍,、强散射的环境。这笔收购完成之后,ST计划将UWB安全定位技术集成到STM32产品组合中, 应用于IoT、汽车和移动通信应用场景。ht3esmc

国内的浩云科技也是通过并购润安科技成功切入UWB领域。据了解,润安科技是深圳市多功能智能杆配套产品中的UWB独家入库单位,也是中国核电独家中标的UWB高精准位置管理系统供应商。当前,浩云科技可提供定位算法服务器、室外定位基站、电子身份定位卡牌等产品。ht3esmc

对大厂而言,通过并购来填补技术空白的确是最简单的方式。我们也可以预见,随着UWB技术的市场能见度进一步提升,未来在该行业中会发生更多起并购事件。ht3esmc

小结:如何降成本是未来重点

预判一项新技术的发展,不能只看它的性能优势,还要看其商业化的难易程度。如果你对某个行业有所研究,可能会发现该领域普及的主流技术,并非是性能最佳的那个技术。实际上,这种情况在电子行业十分常见。对UWB技术而言正是如此,“如何进一步降低模组成本,使之降到消费者乐于接受的地步”,相信这将是未来几年内产业链专注的焦点。ht3esmc

本文为《国际电子商情》2022年4月刊杂志文章,版权所有,禁止转载。免费杂志订阅申请点击这里ht3esmc

责编:Clover.li
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李晋
国际电子商情助理产业分析师,专注汽车电子、人工智能、消费电子等领域的市场及供应链趋势。
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