一些技術(shù)的真正實(shí)用價(jià)值，有時(shí)需要多年以后才能得到體現(xiàn)。

  UWB技術(shù)就屬于這類的代表。雖然UWB自60年代就已經(jīng)運(yùn)用在軍事領(lǐng)域，但直到2003年美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)才發(fā)布商用化標(biāo)準(zhǔn)。曾經(jīng)UWB被認(rèn)定會成為“短距離無線傳輸”領(lǐng)域的主流技術(shù)，但最終沒有“卷”過WiFi和BLE藍(lán)牙技術(shù)。

  在消費(fèi)級市場領(lǐng)域遇冷10多年后，隨著技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，還有蘋果、小米等消費(fèi)電子大廠加持，UWB重新回到了大家的視野中。憑借自身的技術(shù)特性，自2020年來UWB更是在汽車領(lǐng)域獲得寶馬、蔚來等主機(jī)廠的青睞。2021年7月CCC(車聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，Car Connectivity Consortium),將UWB定義為第三代數(shù)字秘鑰的核心技術(shù)。相信UWB技術(shù)可以為汽車智能化網(wǎng)聯(lián)化帶來更多想象空間。

  什么是UWB?

  UWB，ultra wideband超寬帶，是一種使用1GHz以上頻率寬帶的無線載波通信技術(shù)。與其它通信技術(shù)體制不同，UWB通過利用納秒(單位:ns)至皮秒(也稱微微秒，單位:ps)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)，因此其所占頻譜的范圍很大，數(shù)據(jù)傳輸速率可以達(dá)到幾百兆比特每秒以上。

  圖片來源網(wǎng)絡(luò)，可以看到UWB的超大頻譜范圍

  以2002年FCC發(fā)布民用UWB設(shè)備使用頻譜和功率為起點(diǎn)，UWB技術(shù)經(jīng)歷20年的發(fā)展，已經(jīng)具備抗干擾能力強(qiáng)、定位精度高、共存性強(qiáng)的三大特征。

  抗干擾能力強(qiáng)：UWB采用短脈沖信號在2ns級別，信號的時(shí)間非常短，所以信號沖撞的概率很小。即便發(fā)生了沖撞，也可以輕易的識別出UWB信號。因此具有高信噪比的優(yōu)點(diǎn)，可以有效對抗空間白噪聲干擾和多徑干擾。

  定位精度高：UWB具有高帶寬的特點(diǎn)，普遍具有500MHz以上的射頻帶寬，使得UWB具有高分辨的ToF(Time of Flight)飛行時(shí)間，可以精準(zhǔn)測量信號的到達(dá)時(shí)間，提供更準(zhǔn)確的距離和位置信息。UWB技術(shù)的距離分辨能力強(qiáng)于其它傳統(tǒng)技術(shù)路徑，特別在復(fù)雜環(huán)境下其位置精度可比WiFi和藍(lán)牙高兩個(gè)數(shù)量級。

  共存性強(qiáng)：UWB的功率譜密度很低，其一般頻譜功率密度小于-41.3dBm/MHz。UWB一般在車端的頻段范圍為6-8GHz,這使得UWB與現(xiàn)有車端的其它無線技術(shù)干擾沖突的概率大幅降低。

  圖片來源：清研智行

  為什么UWB將成為汽車數(shù)字鑰匙的主要技術(shù)

  IEEE在2020年8月發(fā)布了IEE 802.15.4z 2020 UWB行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，從底層的PHY和MAC層定義了UWB的服務(wù)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)在UWB底層加入了一系列的安全機(jī)制，包括安全時(shí)間戳等。這讓UWB可以解決汽車數(shù)字鑰匙可能遇到的中繼攻擊問題，也打開了UWB在汽車、支付等高安全要求場景應(yīng)用的大門。

  隨后在2021年7月，CCC聯(lián)盟發(fā)布了汽車數(shù)字秘鑰3.0版規(guī)范，明確了第三代數(shù)字鑰匙是基于UWB/BLE(藍(lán)牙)+NFC的互聯(lián)方案。3.0規(guī)范的推出，相當(dāng)于宣告了UWB技術(shù)車端運(yùn)用時(shí)代的正式開啟。

  圖片來源：NXP

  三代數(shù)字鑰匙的簡單對比

  第一代數(shù)字鑰匙基于NFC近場通訊技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了車輛進(jìn)入與啟動(dòng)功能，但基本沒有位置感知的能力。同時(shí)，NFC的通信距離只有厘米級，車主需要將數(shù)字鑰匙貼近車身才能開啟車門。此代數(shù)字鑰匙的使用體驗(yàn)較差，同時(shí)功能拓展?jié)摿Σ桓摺?

  第二代數(shù)字鑰匙是采用BLE藍(lán)牙技術(shù)，是目前市占比最大的數(shù)字鑰匙種類。藍(lán)牙數(shù)字鑰匙通信距離比第一代更遠(yuǎn)。第二代數(shù)字鑰匙可以通過藍(lán)牙信號的強(qiáng)弱粗略感知車與鑰匙的位置關(guān)系，但其感知精度與準(zhǔn)確性都有所欠缺。

  第三代數(shù)字鑰匙是UWB、BLE、NFC三種無線通信技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)品。UWB技術(shù)使得第三代數(shù)字鑰匙位置感知精度得到了質(zhì)的飛躍。值得一提的是，UWB測距序列可以支持8000個(gè)安全位，鑰匙和車端需要滾碼才能解鎖，極大地提升了數(shù)字鑰匙的安全性。

  UWB數(shù)字鑰匙的車載方案

  圖片來源：清研智行

  從系統(tǒng)的維度上，UWB數(shù)字鑰匙融合了UWB、BLE、NFC三種無線通信技術(shù)。

  BLE藍(lán)牙作為低功耗的通信技術(shù)，在方案中是默認(rèn)常開的，用于鑰匙與車端的遠(yuǎn)距離感知、鑒權(quán)與交互等通信功能。在藍(lán)牙完成通信鑒權(quán)后將開啟UWB。

  UWB在方案中的主要作用是完成車端和鑰匙端的測距。

  NFC主要負(fù)責(zé)出廠時(shí)的秘鑰注入，以及在BLE、UWB同時(shí)失效時(shí)(例如，手機(jī)和鑰匙同時(shí)沒電)作為備用預(yù)案，確?？梢杂肗FC刷開車門并啟動(dòng)車輛。

  圖片來源：清研智行

  車端架構(gòu)中，與UWB相關(guān)的設(shè)備為UWB錨點(diǎn)與解算單元(中控)。其中UWB錨點(diǎn)包含了UWB射頻和天線模組，實(shí)現(xiàn)鑰匙與車身的測距功能。解算單元里內(nèi)置了BLE藍(lán)牙模組，實(shí)現(xiàn)與鑰匙端的通信;解算單元同時(shí)負(fù)責(zé)接收UWB錨點(diǎn)信息，解算出鑰匙與車身的相對位置關(guān)系，然后將位置信息再傳輸?shù)杰噧?nèi)其它的控制器(例如：BCM與DCU)，從而進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)基于位置的應(yīng)用層服務(wù)。

  目前，關(guān)于UWB數(shù)字鑰匙運(yùn)用還有一個(gè)瓶頸，就是手機(jī)對UWB的支持能力?，F(xiàn)在市面上，主要是蘋果、小米、三星手機(jī)支持UWB功能，距離手機(jī)端全面普及可能還需要2-3年的時(shí)間。因此在UWB數(shù)字鑰匙的車端架構(gòu)，也需要考慮到不支持UWB功能手機(jī)的需求。

  UWB數(shù)字鑰匙的車端架構(gòu)可以根據(jù)不同的需求側(cè)重點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。不同的UWB錨點(diǎn)數(shù)量與安裝構(gòu)型會使最終呈現(xiàn)效果有明顯差異。目前主機(jī)廠主要采用的構(gòu)型是“車外4+車內(nèi)1”構(gòu)型與“車外0+車內(nèi)4“構(gòu)型。

  圖片來源：清研智行

  “車外4+車內(nèi)1”構(gòu)型中，車外的UWB錨點(diǎn)一般布置在前后保險(xiǎn)杠的兩側(cè)，車內(nèi)錨點(diǎn)布置在中控位置。此種構(gòu)型的UWB車外性能是最好的，覆蓋范圍也最佳，精度在各范圍內(nèi)的均衡性也較優(yōu)。但由于車內(nèi)只有一個(gè)UWB錨點(diǎn)，因此只能實(shí)現(xiàn)0維至1維的定位，也就是存在性感知(是否存在)和單一線性位置定位(前后座)。

  圖片來源：清研智行

  “車外0+車內(nèi)4”構(gòu)型，是在車內(nèi)的座艙區(qū)安裝4個(gè)UWB錨點(diǎn)，一般安裝位置是在B柱兩端和前后擋風(fēng)玻璃的中上位置。相較于第一種構(gòu)型，車內(nèi)4個(gè)UWB錨點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)車內(nèi)二維定位，可以準(zhǔn)確判斷乘員是坐在左右哪個(gè)位置上。但此構(gòu)型在外部較遠(yuǎn)距離的性能不如前者構(gòu)型。

  UWB的車端運(yùn)用拓展

  UWB技術(shù)的引入為人車互動(dòng)帶來更多的想象空間。

  基于UWB的數(shù)字鑰匙可以讓人在車外區(qū)域的人機(jī)交互更加精細(xì)，對車外場景進(jìn)行細(xì)分化的應(yīng)用。

  例如，清研智行的UWB數(shù)字鑰匙方案就對用戶進(jìn)入車輛啟動(dòng)場景進(jìn)行了三層劃分。當(dāng)用戶攜帶鑰匙進(jìn)入車輛20米范圍內(nèi)，車輛便通過藍(lán)牙信號進(jìn)行識別并開啟UWB精準(zhǔn)定位。

  圖片來源：清研智行

  當(dāng)走進(jìn)3-10米范圍時(shí)，用戶進(jìn)入“迎賓區(qū)”，將觸發(fā)車輛迎賓功能并自動(dòng)開啟車燈。在用戶距1-3米區(qū)域時(shí)進(jìn)入“識別區(qū)”，車輛將自動(dòng)解鎖同時(shí)伴隨轉(zhuǎn)向燈閃爍、短鳴笛等自定義提示。用戶進(jìn)入車輛后只需按一鍵啟動(dòng)按鈕便可啟動(dòng)愛車。

  圖片來源：清研智行

  UWB除了在車輛進(jìn)入這種常規(guī)場景應(yīng)用外，還可以在AVP自主泊車、充換電站自動(dòng)入庫、腳踢雷達(dá)、車內(nèi)活體感知等一系列領(lǐng)域大展拳腳。

  UWB可以在停車場、換電站等場端進(jìn)行布置，能夠大幅提升在此類場景中的車輛定位精度。這一運(yùn)用將可能大幅推進(jìn)AVP的規(guī)?；\(yùn)用?，F(xiàn)在已經(jīng)有多家主機(jī)廠在這個(gè)領(lǐng)域與清研智行展開合作。

  圖片來源：清研智行

  基于UWB優(yōu)秀的測距、測向能力，在車輛采用車外UWB錨點(diǎn)構(gòu)型時(shí)，無需額外增加成本即可進(jìn)行功能拓展。UWB硬件可以輕易拓展出UWB雷達(dá)功能，精準(zhǔn)識別腳踢動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)智能尾門功能。

  圖片來源：清研智行

  UWB技術(shù)優(yōu)秀的動(dòng)態(tài)感知能力，可以運(yùn)用多普勒原理探測到細(xì)微的動(dòng)作變化，從而感知生命體征。目前的車內(nèi)生命感知更多是運(yùn)用攝像頭進(jìn)行識別，在隱私越來越受重視的今天，運(yùn)用UWB技術(shù)可以很好的規(guī)避這類風(fēng)險(xiǎn)。

  關(guān)于清研智行

  清研智行專注于智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域的位置服務(wù), 基于UWB技術(shù)多年沉淀，提供數(shù)字鑰匙、車內(nèi)雷達(dá)、智能位置等多項(xiàng)技術(shù)。

  作為全球UWB聯(lián)盟唯一的中國UWB解決方案商、全球FIRA聯(lián)盟十大投票權(quán)會員之一、CCC全球汽車可連接協(xié)會成員，也是 UWB車用技術(shù)的倡導(dǎo)者和技術(shù)引領(lǐng)者，清研智行將全力投入，服務(wù)Tier1和OEM，致力于讓汽車生活更美好。

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