既稱＂超寬帶＂(UWB)，那么，如何定義寬帶 vs. 窄頻？就頻域來看，傳統是以＂相對帶寬＂(信號帶寬和中心頻率的比值) 論斷——窄頻＜1%、寬帶介于 1～20%，而 UWB 卻在 20% 以上！著實當得起這個＂超＂字。眾所周知，帶寬越寬、傳輸越快；UWB 通道的＂絕對帶寬＂至少在 500MHz 以上，數據傳輸率自然隨之跳升，10 米內最高可至 Gbps 等級。另大帶寬也有助于降低發射功率，不用催太多油門就能啟動，UWB 只需＜1mW 的發射功率就能將信號打出去，背景噪聲小、易于隱藏，更能確保信號質量與安全性并延長電池壽命。
測距＋定位，UWB 變形應用多
有別于通過射頻 (RF) 將數個零星小帶寬聚合成更大帶寬、以獲得更高傳輸速率的＂載波聚合＂(CA)，UWB 展現的是＂一夫當關＂氣勢——利用＜1ns 極短時間差的＂非正弦極窄脈沖＂做數據交換，在極寬的頻段中調變這些上沖下洗的脈沖信號，并以整個調變過程所持續的時間長度來決定信號的帶寬，可做到＂測距＂和＂定位＂兩種應用。前者是飛時測距 (ToF) 的延伸，通過測量信號的傳播時間來估測位于無線感測網絡 (WSN) 中的兩節點距離，如：智能手機、穿戴設備或智能鑰匙；后者遵循 802.15.4a 標準，可瞬間定位、實時追蹤移動設備的移動。
有別于通過射頻 (RF) 將數個零星小帶寬聚合成更大帶寬、以獲得更高傳輸速率的＂載波聚合＂(CA)，UWB 展現的是＂一夫當關＂氣勢——利用＜1ns 極短時間差的＂非正弦極窄脈沖＂做數據交換，在極寬的頻段中調變這些上沖下洗的脈沖信號，并以整個調變過程所持續的時間長度來決定信號的帶寬，可做到＂測距＂和＂定位＂兩種應用。前者是飛時測距 (ToF) 的延伸，通過測量信號的傳播時間來估測位于無線感測網絡 (WSN) 中的兩節點距離，如：智能手機、穿戴設備或智能鑰匙；后者遵循 802.15.4a 標準，可瞬間定位、實時追蹤移動設備的移動。
圖1：UWB 的測距和定位，可驗證嬰兒背帶安裝或安全氣囊啟動位置
資料來源：NXP；https://media.nxp.com/news-releases/news-release-details/nxp-and-vw-share-wide-possibilities-ultra-widebands-uwb-fine/
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ToF 亦可用于 UWB 定位，但為減少頻率偏移所造成的測距誤差，往往需要基地臺與卷標雙向測度求取平均值，會大幅提高工作時間和功率；因此，多以＂到達時間差＂(TDOA) 進行——只須由標簽向外發送一次 UWB 信號讓有效范圍中的多個基地臺接收，再利用多個雙曲線求解交點，既快且準、定位容量也大。簡言之，UWB 是一種無載波通信技術，利用奈秒至微微秒級的＂非正弦波窄脈沖＂傳輸數據，不需常規窄頻調變所需的 RF 頻率變換，脈沖成型后可直接送至天線發射；所占頻譜范圍很大、可在 500MHz 以上的大帶寬傳輸信號。
＂采用低功率脈沖傳送數據＂是 UWB 特色，好處是：1.不會對其他窄頻無線通信造成明顯干擾；2.反之，因使用頻段高于藍牙、Wi-Fi 的 2.4GHz，相對＂干凈＂，本身抗擾度亦佳；3.使頻譜資源得到充份運用。UWB 聯合創始人之一的恩智浦，去年第三季就與大眾汽車 (Volkswagen) 共同展示 UWB 汽車用例。包括：自動拖車栓鉤啟動、駕駛艙內乘客檢測、代客停車、自動停車、停車場出入和通行付款等，一個有趣應用是車輛進入的步行模式識別，已有概念車雛形。UWB 高精度感應技術結合人工智能 (AI) 還能學習用戶個性化手勢，應用在 RKE。
高精度定位，門禁、導航、移動支付、資產追蹤更犀利
福斯汽車對于 UWB 防盜保護有很高的期許。恩智浦技術長 Lars Reger 則表示，UWB 具備處理上、下文信息能力，可準確掌握 UWB 定錨位置、移動軌跡及與其他設備的距離，其實時性達到了前所未有的＂釐米級＂精度，可望取代建筑物或汽車的鑰匙，使用雙手就能解鎖，搭乘大眾運輸工具或購物時亦可省略刷卡／掃碼步驟。智慧家庭可能是手勢／體位的另一項重點應用，例如，當 UWB 設備感測到起居者出現打冷顫或呵氣取暖的動作，會按需打開暖氣。
福斯汽車對于 UWB 防盜保護有很高的期許。恩智浦技術長 Lars Reger 則表示，UWB 具備處理上、下文信息能力，可準確掌握 UWB 定錨位置、移動軌跡及與其他設備的距離，其實時性達到了前所未有的＂釐米級＂精度，可望取代建筑物或汽車的鑰匙，使用雙手就能解鎖，搭乘大眾運輸工具或購物時亦可省略刷卡／掃碼步驟。智慧家庭可能是手勢／體位的另一項重點應用，例如，當 UWB 設備感測到起居者出現打冷顫或呵氣取暖的動作，會按需打開暖氣。
圖2：UWB 車鑰匙將高精度感應與人工智能結合，能學習個性化手勢、輕松打開行李箱
資料來源：NXP；https://media.nxp.com/news-releases/news-release-details/nxp-and-vw-share-wide-possibilities-ultra-widebands-uwb-fine/
資料來源：NXP；https://media.nxp.com/news-releases/news-release-details/nxp-and-vw-share-wide-possibilities-ultra-widebands-uwb-fine/
恩智浦移動設備市場與業務拓展總監李竟接受專訪時強調，即使在擁擠的多路徑信號環境中，UWB 也能提供高精度的定位，可用于多種室內、外應用；包括門禁、購物中心的室內導航或其他大型基礎設施 (如機場) 的室內導航、移動支付 (hands-free payment) 或資產追蹤等，都是很好的室內應用場景。談到部署成本偏高的問題，恩智浦認為價格很大程度上取決于需求數量及商業談判過程，并不構成真正障礙。要使 UWB 在生活中發揮作用進而產生重大影響，需要各種支持 UWB 的移動設備和基礎設施，這有賴完整 UWB 生態系的實現。
照片人物：恩智浦半導體移動設備市場與業務拓展總監李竟
李竟說明，他們確實看到上述應用的幾個試點，市場關注與興趣度顯然存在，但若要釋放 UWB 的全部潛力并在市場上廣泛采用，還有許多重要工作須完成，FiRa (fine ranging) 聯盟所做的認證和標準化工作就是其一；而 CCC (國際汽車聯機聯盟) 等標準化機構亦正努力確保 UWB 能在可互通的生態系實現系統級工作。UWB 可與 BLE / NFC 等其他 WPAN 技術共同協作亦成為助力。他舉例，由 BLE 負責執行低功耗探索發現和喚醒，并在多個設備之間設置 UWB 連接；BLE 可用于初始化，然后利用 UWB 設置安全范圍。
UWBＸNFC，移動設備關閉／睡眠亦可動作
UWB 可識別個人趨向或遠離邊界，無需刷卡就能驗證安全憑證并授權。特別一提的是，NFC 雖不適用于室內導航，但恩智浦仍將它視為 UWB 互補技術，主張連接到 NFC IC 可為訪問控制系統建立理想方案，例如，提供基于 NFC 的訪問控制認證和 UWB 的無縫向后兼容性。這有什么好處？李竟揭密：當 NFC 成為系統的一部分時，移動設備甚至可以在設備關閉或處于睡眠模式時鎖定或解鎖車門，省時省電。恩智浦 UWB 產品組合涵蓋安全、汽車和移動設備與架構，可跨市場應用，實現實時、精確、在地化的功能，是其競爭優勢所在。
UWB 可識別個人趨向或遠離邊界，無需刷卡就能驗證安全憑證并授權。特別一提的是，NFC 雖不適用于室內導航，但恩智浦仍將它視為 UWB 互補技術，主張連接到 NFC IC 可為訪問控制系統建立理想方案，例如，提供基于 NFC 的訪問控制認證和 UWB 的無縫向后兼容性。這有什么好處？李竟揭密：當 NFC 成為系統的一部分時，移動設備甚至可以在設備關閉或處于睡眠模式時鎖定或解鎖車門，省時省電。恩智浦 UWB 產品組合涵蓋安全、汽車和移動設備與架構，可跨市場應用，實現實時、精確、在地化的功能，是其競爭優勢所在。
圖3：UWB 可用于遙控住家或汽車門鎖
資料來源：NXP提供
資料來源：NXP提供
去年第三季，恩智浦運用自身端到端安全架構集成 UWB 與 NFC、安全完件 (Secure Element, SE)，推出全球首個安全 UWB 精密測距芯片組——SR100T，可實現 360° 定位的精確感測，精度范圍達 ±10 釐米和 ±3° 角度，可為 UWB 移動設備提供定制高精定位。恩智浦新增的 UWB 可為多種室內、外設備帶來全新的相對定位連接能力，幾乎不會相互干擾；即使是在障礙眾多的擁擠、多路徑信號環境中亦然。該技術另搭載到達角 (AoA) 之＂角度定位＂技術，采用雙接收器，可準確指示信號方向。
通常，只要接收端的天線數組配置得當、掃描頻率夠高，無論室內裝潢如何皆可精準定位；惟須避免收、發兩端的距離太遠，拉大誤差值，技術含量高。SR100T 通過目前 IEEE 802.15.4z 指定的安全擴展提供頂尖的射頻安全性，且配備 NFC 和安全組件的統一安全架構整合多種安全機制，可同時保護密鑰和軟件安全；此外，還擴展恩智浦移動錢包解決方案，為全新免持存取應用提供空間感知功能。想象以下畫面：移動設備與聯網門禁、入口及車輛通信，當靠近時即可自動開啟，且終端用戶無需從口袋取出就能執行。
還有，智能燈具、智能音響等支持 UWB 感測的互聯設備，能感知用戶在不同房間移動；精確室內導航，讓訪客可恣意悠游大型博物館或購物中心而不必擔心迷路；在多層停車塔，可輕松找到停泊的愛車……。UWB 不需借助中介接入設施，就能讓兩個設備點對點 (P2P) 感測相對距離和方位，尋人、找物皆非難事，亦規避了黑客中繼入侵風險；UWB LBS 還可用于智慧物流／零售或營銷分析，量身訂做個性化推薦或優惠。
