超宽带 (UWB)-这里有您需要知道的一切。

超宽带是一种快速、安全低功耗的无线电协议,用于以任何其他无线技术无法比拟的精度确定位置。它将如何改变您的业务?UWB 有什么吸引人的地方,以至于 Apple 决定将它添加到 iPhone 中?以下是您需要了解的有关将彻底改变我们世界的超宽带技术的所有信息。-超宽带 (UWB)-UWB解决方案-AirTags

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Apple 营销主管 Phil Schiller 在 iPhone 11 中展示用于 UWB 的 U1 芯片。

  • 什么是超宽带 (UWB)?
  • 超宽带如何工作?
  • 超宽带的准确度如何?
  • 什么是超宽带范围?
  • UWB、蓝牙、Wi-Fi 和 RFID 有什么区别?
  • 超宽带安全吗?
  • 超宽带用例
  • 超宽带的成本是多少?
  • 超宽带优势
  • 超宽带缺点
  • UWB 的下一步是什么
  • 如何开始使用超宽带?

什么是超宽带 (UWB)?

超宽带(也称为UWB超宽带和超宽带)是一种短距离无线通信协议。它使用无线电波使设备能够相互交谈。听起来很熟悉?是的,它类似于蓝牙,但更精确、可靠和有效。

尽管您可能仅在 2019 年苹果将 UWB 添加到 iPhone 时才听说过超宽带,但该技术实际上已经存在了几十年。早在 2002 年美国联邦通信委员会 (FCC) 就授权 UWB 未经许可使用。UWB 在军用雷达中的用途有限,甚至曾短暂用作远程心脏监测系统。当时,实施成本和低于最初预期的性能限制了 UWB 在消费产品中的使用。如今,超宽带芯片价格便宜且体积小,可以将它们放入智能手机等其他设备中。如今,它是如此精确,以至于 iPhone 用户现在可以将他或她的手机指向朋友的手机来传输文件或照片。

是什么让 UWB 如此独特?它可以短距离传输数据,并通过测量无线电脉冲在设备之间传播所需的时间来精确确定位置。顾名思义,它还使用更广泛的频率。超宽带的频率范围在 3.1 到 10.6 GHz 之间。有一个缺点是它的短距离,但是当你在一个房间里有两个设备时,这并不重要。

\"超宽带芯片\"/

由于其特性,UWB 应用程序为消费者和企业提供了许多新服务,例如准确的室内定位和定位,提供上下文感知信息和实时精​​确分析(参见 UWB 用例)。

超宽带如何工作?

与蓝牙和 Wi-Fi 一样,超宽带是一种使用无线电波的无线通信协议。UWB 发射器在宽频谱频率上发送数十亿个无线电脉冲,然后 UWB 接收器将脉冲转换为数据。与蝙蝠使用回声定位来感知其环境的方式相同,UWB 脉冲可用于感知两个发射器之间的距离。脉冲的持续时间越短,距离测量就越精确。UWB 实现了实时精度,因为它每秒发送多达 10 亿个脉冲(约每纳秒 1 个)。

\"超宽带频谱\"/

UWB 使用非常低的功率,而高带宽 (500MHz) 非常适合将大量数据从发射器传输到其他设备。通过以模式发送脉冲,UWB 对信息进行编码。对单个数据位进行编码需要 32 到 128 个脉冲,但考虑到这些位的到达速度,可以实现每秒 7 到 27 兆位的数据速率

为了增加 UWB 的范围和接收可靠性,已将 MIMO(多输入和多输出)分布式天线系统添加到支持短距离网络的标准中。天线可以嵌入智能手机或其他设备,如腕带或智能钥匙。

当具有 UWB 的智能手机(如最新的 iPhone)靠近另一个 UWB 设备时,两者会开始测距或测量它们的确切距离。测距是通过飞行时间 (ToF)完成的,即脉冲从 A 点到达 B 点所需的时间。

根据使用类型,例如资产跟踪或设备定位,其中一个 UWB 设备计算另一个支持 UWB 的对象的精确位置——例如落在沙发垫之间的那些汽车钥匙或电视遥控器。(如果设备正在运行室内导航服务,支持 UWB 的设备必须知道其与固定 UWB “锚点”的相对位置,并计算其在区域地图上的位置)。

超宽带的准确度如何?

UWB 的低功率信号对其他无线电传输的干扰很小,可以有效测量距离,精度高达 10 厘米(3.9 英寸)Decawave 的 UWB 芯片承诺在室内环境中的精度甚至高达 2 厘米(0.78 英寸)。在没有障碍物的情况下,比较 Wi-Fi 和蓝牙的精度最高可达 1 米(39 英寸)。

\"超宽带精准动画\"

什么是超宽带范围?

根据 IEEE 802.15.4a 标准, UWB甚至可以在最远 200 米(656 英尺)的范围内确定其他设备的相对位置。

\"超宽带室内定位\"/

UWB、蓝牙、Wi-Fi 和 RFID 有什么区别?

当有这么多不同的技术可供选择时,在选择自己的解决方案时很容易不知所措。您可能会问自己,UWB 技术是否真的更适合您的特定用例。这里总结了 UWB、蓝牙、Wi-Fi 和 RFID 之间的主要区别。

UWB 与蓝牙

起初,UWB 和蓝牙听起来可能非常相似。低功耗蓝牙 (BLE) 是一种低功率无线电系统,已在信标中用于测距和测量位置,或者至少这是许多信标生产商试图出售的承诺。BLE技术相对不昂贵且易于实施。问题是使用蓝牙您无法真正测量位置或距离。您可以做的是检测像智能手机这样的设备是否在另一个设备的范围内(例如信标)。这是为什么?使用蓝牙,您只能区分信号是弱还是强,并将其转换为离设备近还是远。

这与测量精确距离或跟踪位置真的不一样。一些解决方案承诺将该信号强度转换为距离估计值,但这种方法的问题是信号强度不是距离的不良指标. 如果信号强度低,这并不一定意味着手机离信标很远,但信标和手机之间有障碍物。蓝牙和 Wifi 工作在相同的 2.4GHz 频率上,因此它们的信号极易受到噪声干扰,它们很容易被反射或吸收,从而导致数据不准确和响应能力低下。您可以尝试创建一个漫游并在固定位置使用信标网格每隔几米进行一次信号测量,以减轻干扰问题并提高精度。但这些测量成本高、实施起来耗时且不精确。

相比之下,超宽带提供更高的精度(高达几厘米). 与低功耗蓝牙相比,它测量的距离不是基于信号强度,而是信号从 A 点(智能手机)传输到 B 点(UWB 标签)所需的时间。与蓝牙相比,UWB 范围更短。由于超宽带频率为 3.1–10.6GHz,因此任何信号干扰的可能性都很有限,这通常是 BLE 的情况。

但是,在某些情况下,BLE 信标仍然是首选解决方案。它们自 2013 年以来一直投放市场并且很容易获得。基于 BLE 的解决方案还便宜且易于与任何现有系统集成。所有智能手机都集成了蓝牙技术,但 UWB 还没有。

#超宽带蓝牙(BLE 信标)
电池低消耗低消耗
范围高达 200 米(656 英尺)高达 70 米(230 英尺)
准确性10 厘米(3.9 英寸)高达一米
成本低的低的
最适合接近营销、客户分析、室内导航、智能家居、工厂自动化、资产跟踪、物流邻近营销、客户分析、忠诚度、室内定位

超宽带与地理围栏

地理围栏使用来自卫星和手机信号塔的 GPS 信号来确定您的正确位置。在最佳情况下,GPS 精度限制在 5 米。如果您在建筑物内,这种准确性会更差,因为GPS 信号在封闭的建筑物内较弱。使用 GPS 对移动设备的电池寿命有很大影响。地理围栏在室内不起作用,这就是超宽带出现的地方。UWB 是目前在室内建立位置的最精确方式。UWB 不仅比 GPS 更精确,而且速度更快。

#超宽带地理围栏(GPS)
电池低消耗适度消费
范围高达 200 米(656 英尺)无限制(户外)
准确性10 厘米(3.9 英寸)5 米(16 英尺)
成本低的低(无基础设施)
最适合接近营销、客户分析、室内导航、智能家居、工厂自动化、资产跟踪、物流户外活动、户外位置、客户分析

UWB 与 NFC (RFID)

NFC 是一种相对便宜的 RFID 技术,工作在 13.56MHz 频段,并且由于其低成本和尺寸而变得越来越流行。NFC 的范围只有 4 厘米(小于 2 英寸),因此它只能在某些场景中使用,而不是建立精确的位置。

RFID 无法估计距离,这是 UWB 相对于其他技术的最重要优势之一。它所能做的就是告诉你两个物体之间的距离在 4 厘米以内,仅此而已。无源 NFC 标签不需要任何电池并且通常被整合到密钥卡、支付卡或设备中。NFC 最流行的用例之一是将其用于智能手机的非接触式支付。然后,在智能手机中创建的 NFC 标签由 POS 中的 NFC 阅读器读取,以建立安全连接并为产品付款。

UWB 很可能会在许多用例中胜过 NFC,因为它具有 NFC 的所有优点。唯一的缺点是必须广播 UWB 信号,因此 UWB 标签比无源 RFID 标签贵。

#超宽带近场通信(RFID)
电池低消耗没有电池
范围高达 200 米(656 英尺)几厘米
准确性10 厘米(3.9 英寸)几厘米
成本低的低的
最适合接近营销、客户分析、室内导航、智能家居、工厂自动化、资产跟踪、物流忠诚度、一键传递信息、安全检查点

UWB 与 Wifi

在 Apple 于 2013 年宣布 iBeacon 协议之前,Wifi 是最常见的室内定位技术。Wifi 相对于 UWB 技术的主要优势在于它在全球公共和私人场所的可用性。所有智能手机都支持 Wifi,这使得它成为许多公司相当容易的选择。

与 UWB 相比,Wifi 的主要缺点是通过仅测量信号强度来估计距离或位置的常用方法。如上所述,对于蓝牙,信号强度是距离的不良指标。Wifi 的精度仅限于几米,这使得它在许多用例中无法使用。您可以确定工人在厂房中所在的房间,但无法确定他的确切位置。

WiFi需要比UWB更多的功率这就是为什么所有路由器都需要始终插入电源插座的原因。如今, Wifi 路由器也比便宜的 UWB 标签贵得多。

虽然 Wi-Fi 在定位其他设备和降低成本方面已经取得了很大的进步,但 UWB 更精确、功耗更低、成本更低。

#超宽带无线上网
电池低消耗交流电(不使用电池)
范围高达 200 米(656 英尺)高达 100 米(330 英尺)
准确性10 厘米(3.9 英寸)几米
成本低的高的
最适合接近营销、客户分析、室内导航、智能家居、工厂自动化、资产跟踪、物流接近营销、忠诚度、基本客户分析

超宽带安全吗?

在分析 UWB 技术的安全性时,有多个方面需要讨论。首先UWB脉冲的功率是手机发出的信号的1/10000-1/100000,所以大家都可以放心使用

UWB 能够以任何其他无线技术无法比拟的精度水平测量设备的相对位置。当与高度安全的唯一标识符结合使用时,它可以通过双重身份验证保护车辆免受未经授权的访问。支持 UWB 的汽车可以检测车主的存在,验证他的身份,并确保如果两个对象(例如汽车及其钥匙)之间的距离超过预定义的阈值,则它们之间的通信将被拒绝。这使得任何欺诈访问都很难执行,如果不是不可能的话。

\"UWB

人们也越来越关注用于 iPhone 上的背景位置跟踪的 UWB。位置数据的超宽带使用管理完全在设备上完成。设备的位置不是由 Apple 收集的,而是由 iPhone 自己在本地收集的

超宽带用例

借助精确测距,UWB 在精度和安全性方面都优于蓝牙和 WiFi,并且该优势可用于许多不同的用例。基于 FiRa 联盟,最初的重点是三个主要类别的用例:免提访问控制;基于位置的服务;和设备到设备(对等)应用程序: 

  • 智能汽车门禁– 只要您接近汽车即可使用智能手机解锁汽车,以实现无钥匙进入和远程启动。
  • 安全无线支付– 它比 NFC 更安全,您可以将智能手机放在口袋里。
  • 安全建筑物访问– 一旦您接近它们,自动打开通往建筑物内安全区域的门。
  • 智能零售– 提供有关您刚刚购买的产品的有用信息或购买产品的特别优惠。
  • 资产追踪——波音公司使用 UWB 标签来追踪其庞大工厂车间的 10,000 多种工具、推车和其他物品。
  • 运动与健身追踪– NFL 已经在使用每个肩垫中的 UWB 发射器来追踪场上的球员,以便即时回放动画。足球的位置每秒更新 2,000 次。
  • 可穿戴健康传感器– 生物识别 UWB 手环,全天 24 小时监测体温、氧饱和度、身体运动、心率。
  • 医疗雷达– 通过读取反射的 UWB 信号,UWB 脉冲可用于远距离监测人的呼吸和心跳。
  • 室内导航– 在室内精确导航到机场大门或货架上的产品。
  • 智能家居– 灯、音频扬声器和任何其他具有 UWB 感应功能的连接设备将能够跟随用户从一个房间到另一个房间,例如根据您的站立位置调整扬声器的音量或将 Netflix 配置文件切换到您的.
  • 仓库定位——在室内主动跟踪人员、机器和设备,紧急情况下准确定位——寻找失去知觉的人。

近年来,超宽带套件的价格开始迅速下降。它们不仅在企业环境(工厂自动化、资产跟踪)中,而且在更广泛的消费者环境(零售、办公室)中都达到了可接受的水平。
\"估计超宽带信标\"

超宽带优势

  • 低功耗——UWB是低功耗系统,它是移动设备在电池寿命和实用性方面的关键因素。每秒发送一次脉冲的传感器预计可以使用单个纽扣电池工作七年
  • 高精度– UWB 不依赖于信号强度,而是使用 ToF(飞行时间)、TWR(双向测距)、TDoA(到达时间差)、AoA(到达角)技术等来确定与另一个设备的距离. 借助多个天线,UWB 还可以测量信号到达的角度。精确的角度与精确的距离相结合,意味着您的手机可以将物体精确定位到太空中的某个位置。
  • 无信号干扰– UWB 使用 3.1–10.6GHz 频率,因此任何信号干扰的可能性有限,这通常是蓝牙和 Wifi 的情况。

    \"带噪声的
  • 超快– 基于蓝牙的位置感应至少需要两秒钟才能确定您的位置,UWB 速度快千倍,这意味着没有延迟,用户体验是无缝的。

超宽带缺点

UWB 的最大劣势是 Wifi 或蓝牙等其他技术能够与当今所有的智能手机和平板电脑进行交互。但自从苹果在 2019 年在其 iPhone11 中引入 UWB 芯片后,UWB 有望真正快速进入主流。其他智能手机制造商正在效仿 Apple,将 UWB 纳入其设备中,更重要的是,将 UWB 集成到位置感知电子设备、可穿戴设备等中。

UWB 的下一步是什么

目前只有 iPhone 内置了 UWB 芯片,但这只是超宽带革命的开始,其他智能手机制造商很快就会效仿。据巴克莱分析师称,首款采用超宽带技术的 Android 智能手机将于 2020 年晚些时候发布。三星和索尼等消费电子巨头、芯片制造商 Decawave 和 NXP、汽车制造商大众、现代和捷豹路虎,以及汽车电子巨头博世都宣布了他们在支持 UWB 的新设备上的工作。Apple 还为 UWB 或超宽带的使用申请了专利,以识别您何时接近汽车解锁车门。 \"苹果UWB汽车专利\"

它还在开发自己的称为AirTags (iTag)的硬件您将能够附加到一个对象(例如您的钥匙链、钱包或包)上,并使用您的手机跟踪对象的位置,甚至可以使用增强现实在屏幕上向您显示位置。

尽管 Apple 支持 UWB,但它尚未向其他开发人员开放这项技术——这意味着只有 Apple 创建的应用程序才能利用 UWB。为所有开发人员启用对 UWB 芯片的开放访问预计将在今年晚些时候发生,这将创造一个由 UWB 位置检测驱动的惊人应用程序市场。根据 Apple 的说法,“这就像为 iPhone 添加了另一种感觉,它将带来令人惊叹的新功能。”

UWB 可用于从无线打印机到非接触式支付的所有领域。所有这一切都取决于找到值得的“杀手级应用”或功能。UWB 不一定要取代 wifi、NFC 或蓝牙——它可以与它们一起工作。

如何开始使用超宽带?

如果您是一名开发人员并且有一些空闲时间,只需购买一个 UWB 开发套件并编写一个应用程序来试一试。如果您希望节省时间并测试即用型 UWB解决方案,请立即联系我们,我们将帮助您入门。BYSENSER是提供端到端接近解决方案的全球市场领导者。

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