超宽带技术如何工作?

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UWB 与其他无线数据传输的工作方式完全不同。这是一种基于脉冲模式无线电的技术,可在时域中发送数据,频谱范围为 3.1 和 10.6 GHz。传统的无线传输改变正弦波的功率、频率和/或相位来编码数据,而不是简单的脉冲。不过,UWB 使用

超宽带技术可实现精确的位置跟踪

这种基于脉冲的传输的最大好处是可以从接收到的数据中计算飞行时间信息。UWB 每秒可以发送多达 10 亿个脉冲——每个脉冲都可以根据数据从一个设备传输到另一个设备所需的时间来测量。

一旦您知道信号在两个 UWB 设备之间传输所花费的时间以及数据传输的速度,就可以计算出发射器和接收器之间的距离。在现实世界中,这意味着 UWB 消除了中继攻击的风险,这种攻击通常由偷车贼使用,包括拦截和转播无线电信号以恶意访问锁定的车辆。

UWB 技术使用飞行时间来准确测量距离,从而实现安全解锁等应用。

如果你认为它听起来有点像声纳,至少在一个非常广泛的层面上,你是对的。UWB 技术测量无线电 在两个物体之间移动所需的时间,而声纳测量声波 从其源传播、从物体反弹并返回所需的时间。它们在很多方面都大不相同——其中之一,Sonar 不传输数据——但基本思想基本相同。

UWB 使用大部分频谱来快速传输数据……

脉冲方法还需要更多的频谱才能可靠地工作,这就是超宽带命名法的原因。与 5 至 20MHz 的 4G LTE 频段或 20MHz 至 80MHz 的 WiFi(见上文)相比,单个频段的宽度通常为 500MHz。由于光谱范围广,脉冲数据可以非常快速地发送而不会失去准确性。

UWB 可以达到 4Mbps 到 675Mbps 或更高的数据速率,具体取决于频率。这比 NFC 的 424Kbps 和蓝牙的标准 2.1Mbps 速度快得多,但不如Wi-Fi 6可实现的 2Gbps 速度快。

…而且它不会干扰其他无线技术,如 Wi-Fi 或蓝牙

通常,无线技术仅限于非常窄的频段以避免相互干扰。UWB 通过在基本上属于其他无线应用的本底噪声的非常低的功率水平下运行来避免这个问题。换句话说,频谱很宽,很容易检测,但功率足够低,不会干扰其他信号。

5 UWB 技术的潜在用途

1. 无钥匙进入

虽然这项技术尚未被整个汽车行业采用,但它的使用量每年都在增加。宝马在其一些较新的车辆中使用 UWB 进行无钥匙进入。将超宽带用于数字密钥而不是其他技术的最大优势之一是 UWB 实际上是防攻击的。虽然犯罪分子可以使用专用工具闯入其他数字锁定汽车,但他们无法对使用超宽带技术锁定的汽车进行同样的操作。

1.自动化

自动驾驶汽车需要可靠且超快速的传感器,以确保它们不会意外全速驶入废弃的 JC Penney。有什么比 UWB 更好的技术可以帮助无人驾驶汽车“看到”周围的事物,它每秒可以发射 10 亿个脉冲并且精确到几英寸以内?

与许多其他行业一样,UWB 尚未在自动驾驶汽车中得到充分利用,但我们预计这种情况会迅速改变。超宽带很可能被用来提供准确的实时信息,从一辆联网汽车到另一辆汽车来回传输,足够快速和准确,以至于一个充满无人驾驶汽车的世界实际上是可能的。

2. 制造与物流

它可能不是 UWB 技术最性感的应用,但它是最具影响力的应用之一。由于 UWB 信号非常准确和可靠,它们可用于跟踪工厂、仓库和其他大型工业场所的资产。想一想:当您可以将产品的位置跟踪到厘米时,在大型仓库中查找产品会容易得多。

每天运送数十万件物品的大公司(想想亚马逊、UPS 和其他高度关注物流的公司)可以从 UWB 技术中受益匪浅。事实上,我们已经在提供 UWB 设备作为企业级物流和效率问题的解决方案。

3. 运动

有没有看过你最喜欢的球队或运动员因为你不同意的裁判决定而输掉一场势均力敌的比赛?有没有见过足球比赛中的越位判罚,你知道事实是错误的,这让你的球队输掉了比赛?超宽带最终将使糟糕的通话成为过去。

UWB 已经在 NFL 中用于跟踪球员位置以获取统计数据、裁判数据,并且 UWB 天线甚至被放置在足球内部,每秒更新球的位置 2,000 次。未来观看体育赛事时,期待看到更高级的见解、裁判和动画,所有这些都由超宽带提供支持。

4. 资产追踪

波音公司使用 UWB 技术来跟踪其工厂中数千种昂贵的工具、零件和设备。这就是资产跟踪——使用无线跟踪技术来确保对您的业务/产品有价值的东西不会再次丢失。丢失的库存和供应是真正加起来的费用,像波音这样的公司已经意识到他们可以使用 UWB 跟踪来减少这种情况。

5. 智能家居

我们喜欢 Android Authority 的智能家居,UWB 在这个领域的潜力非常大。想象一下,如果您每次走进房间,口袋里装着配备 UWB 的手机时,家里的灯都会自动触发,那该多好。UWB 的另一个很酷的用途是能够对您的前门进行编程,使其在您距离门不到 10 英尺时自动解锁——而这只是超宽带可以使智能家居更加智能的数十种方式中的两种。

更好的是,想象一下你把手机丢在家里的某个地方。无需在每个沙发垫下搜索并祈祷您没有将手机放入洗衣机,您只需询问 Alexa 您的手机在哪里。使用 UWB,您的数字助理可以在几分之一秒内准确地告诉您手机的位置!

UWB如何在智能手机中使用?

运动、无钥匙进入和无人驾驶汽车是一回事,但智能手机呢?世界上最重要的设备如何使用超宽带?如今,Apple 和三星使用该技术使其旗舰智能手机分别充分利用 AirTags 和 Galaxy Smart Tag+ 设备的位置跟踪。超宽带还用于通过 Airdrop 和 Nearby-share 进行文件共享。

然而,除此之外,UWB 还没有真正在智能手机市场得到充分利用。而且,UWB 仅用于少数智能手机——仅苹果和三星的旗舰产品。显然,我们还有很长的路要走

 

未来,您可以期待超宽带被用于帮助父母使用安全的应用程序快速找到他们的孩子,帮助拼车司机轻松找到乘客(不再尴尬地与您的优步司机打电话“你在哪里?”),并推动增强现实 (AR) 领域的新创新。而且,最重要的是,配备 UWB 的智能手机将成为人们与所有其他配备 UWB 的设备,特别是智能家居设备的直接连接。UWB在手机中的未来是光明的,而且每年都在逼近。

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支持超宽带的智能手机

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尽管超宽带技术已经存在了几年,但它还没有 Wi-Fi 或蓝牙那么普遍。它目前仅用于当今市场上一些最昂贵的设备,仅仅是因为其采用有限。但是,随着技术进入主流车辆和跟踪设备,您可以预期这种情况会发生变化。

   

目前,这里列出了支持 UWB 技术的智能手机和可穿戴设备:

  • Apple iPhone 11、iPhone 12和iPhone 13 系列中的每个型号。iPhone SE 系列不支持超宽带。
  • 三星 Galaxy Note 20 Ultra
  • 谷歌 Pixel 6 专业版
  • 三星 Galaxy S21 Plus/Ultra和S22 Plus/Ultra
  • 三星 Galaxy Z Fold 2和Z Fold 3
  • Apple Watch 系列 6和系列 7

我们预计其他制造商的智能手机将支持即将到来的旗舰产品,但中端和更实惠的支持 UWB 的智能手机选项仍然需要几年时间。

UWB、NFC和蓝牙技术的区别

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如果到目前为止我们讨论的超宽带用例听起来很熟悉,那是因为它们中的许多已经可以使用现有的 NFC 和蓝牙技术完成。这就引出了一个问题,为什么还要为另一个无线标准烦恼?UWB 有什么其他无线标准没有的?

波段和范围

蓝牙在 2.4GHz 频段运行,为室内使用提供了不错的范围。但是,该频段与某些 WiFi 信号在同一频谱中,因此容易受到干扰。UWB 的宽频谱不易受干扰,因此在工业应用中较早采用。也就是说,它的范围没有蓝牙那么长。

NFC 以 13.56MHz 的频率运行,并且大多数实现都需要在物理上接近以进行数据传输。这意味着 UWB 的传输距离介于蓝牙和 NFC 之间。如果您需要远程应用,请使用 GPS 或蓝牙。UWB 和 NFC 更适合短距离应用。

UWB 提供比蓝牙和 NFC 更高的定位精度,但还不是那么实惠或普遍。

成本 – 有效性:UWB 不如蓝牙或 NFC 便宜

旧技术的另一个优势是 NFC 和蓝牙实施起来都很便宜,特别是对于低功率信标或无源NFC 标签。UWB 的成本效益不高,需要有源电源。因此,NFC 不会很快用于非接触式支付。蓝牙广泛的传统支持、音频功能和更长的传输距离意味着它可以做一些 UWB 不能做的事情。对于现有的用例,这两个选项可能会继续流行。

UWB 何时是最佳选择?

当高速数据传输、高精度的快速位置检测和/或低干扰风险成为关键要求时,UWB 便应运而生。如前所述,该技术也适用于需要额外安全性的场景,例如无线车辆访问。归根结底,超宽带并不是市场上任何无线技术的直接替代品。相反,它是针对不同用例的更好、更通用的选择,即使它更昂贵,而且不是“一刀切”的技术。

UWB有什么缺点吗?

超宽带技术的特殊之处在于它并没有太多的缺点。它节能、多功能、经济高效,并且几乎不受攻击和干扰。也就是说,关于 UWB 的一些事情让一些人对其价值三思而后行:隐私问题和缓慢采用。

不道德的跟踪:UWB 可以在未经他人同意的情况下用于跟踪人吗?

就像人们担心使用 Tile、AirTags 和 Galaxy SmartTag 设备的跟踪者一样,有些人对不道德地使用 UWB 跟踪有合理的担忧。虽然目前还没有这种技术被用于违背人们意愿追踪人们的例子,但不难想象有人会想要尝试。

跟踪是首先想到的事情,但也有人担心管理层会无情地跟踪员工(想想仓库员工、零售工人等)。这种类型的位置跟踪打破了几个道德(和潜在的法律)障碍,不难想象在不久的将来我们需要围绕 UWB 技术进行强有力的监管。

缺乏采用:UWB 还没有在足够多的消费设备中真正有用……但是。

尽管 UWB 每年都被集成到更多的智能手机中(今年应该会冲击 Pixel 7),但人们手中的大多数设备仍然无法传输或接收 UWB 信号。这严重阻碍了该技术在消费领域的潜力,至少目前是这样。

这对你意味着什么?简而言之,至少就目前而言,UWB 并不是一项值得过于兴奋的技术。如果您在物流、制造或汽车行业工作,您有理由感到兴奋,但我们其他人将不得不稍等片刻,才能看到超宽带标准的真正潜力。

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