一些技術的真正實用價值，有時需要多年以后才能得到體現(xiàn)。

  UWB技術就屬于這類的代表。雖然UWB自60年代就已經(jīng)運用在軍事領域，但直到2003年美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)才發(fā)布商用化標準。曾經(jīng)UWB被認定會成為“短距離無線傳輸”領域的主流技術，但最終沒有“卷”過WiFi和BLE藍牙技術。

  在消費級市場領域遇冷10多年后，隨著技術標準的不斷完善，還有蘋果、小米等消費電子大廠加持，UWB重新回到了大家的視野中。憑借自身的技術特性，自2020年來UWB更是在汽車領域獲得寶馬、蔚來等主機廠的青睞。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。相信UWB技術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。與其它通信技術體制不同，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)傳輸速率可以達到幾百兆比特每秒以上。

  圖片來源網(wǎng)絡，可以看到UWB的超大頻譜范圍

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

  抗干擾能力強：UWB采用短脈沖信號在2ns級別，信號的時間非常短，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，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，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)飛行時間，可以精準測量信號的到達時間，提供更準確的距離和位置信息。UWB技術的距離分辨能力強于其它傳統(tǒng)技術路徑，特別在復雜環(huán)境下其位置精度可比WiFi和藍牙高兩個數(shù)量級。

  共存性強：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

  IEEE在2020年8月發(fā)布了IEE 802.15.4z 2020 UWB行業(yè)標準，從底層的PHY和MAC層定義了UWB的服務和協(xié)議標準。該標準在UWB底層加入了一系列的安全機制，包括安全時間戳等。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(藍牙)+NFC的互聯(lián)方案。3.0規(guī)范的推出，相當于宣告了UWB技術車端運用時代的正式開啟。

  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，實現(xiàn)了車輛進入與啟動功能，但基本沒有位置感知的能力。同時，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)字鑰匙的使用體驗較差，同時功能拓展?jié)摿Σ桓摺?

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

  第三代數(shù)字鑰匙是UWB、BLE、NFC三種無線通信技術相結(jié)合的產(chǎn)品。UWB技術使得第三代數(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。

  BLE藍牙作為低功耗的通信技術，在方案中是默認常開的，用于鑰匙與車端的遠距離感知、鑒權與交互等通信功能。在藍牙完成通信鑒權后將開啟UWB。

  UWB在方案中的主要作用是完成車端和鑰匙端的測距。

  NFC主要負責出廠時的秘鑰注入，以及在BLE、UWB同時失效時(例如，手機和鑰匙同時沒電)作為備用預案，確?？梢杂肗FC刷開車門并啟動車輛。

  圖片來源：清研智行

  車端架構中，與UWB相關的設備為UWB錨點與解算單元(中控)。其中UWB錨點包含了UWB射頻和天線模組，實現(xiàn)鑰匙與車身的測距功能。解算單元里內(nèi)置了BLE藍牙模組，實現(xiàn)與鑰匙端的通信;解算單元同時負責接收UWB錨點信息，解算出鑰匙與車身的相對位置關系，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)，從而進一步實現(xiàn)基于位置的應用層服務。

  目前，關于UWB數(shù)字鑰匙運用還有一個瓶頸，就是手機對UWB的支持能力?，F(xiàn)在市面上，主要是蘋果、小米、三星手機支持UWB功能，距離手機端全面普及可能還需要2-3年的時間。因此在UWB數(shù)字鑰匙的車端架構，也需要考慮到不支持UWB功能手機的需求。

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

  圖片來源：清研智行

  “車外4+車內(nèi)1”構型中，車外的UWB錨點一般布置在前后保險杠的兩側(cè)，車內(nèi)錨點布置在中控位置。此種構型的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UWB錨點，因此只能實現(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”構型，是在車內(nèi)的座艙區(qū)安裝4個UWB錨點，一般安裝位置是在B柱兩端和前后擋風玻璃的中上位置。相較于第一種構型，車內(nèi)4個UWB錨點能夠?qū)崿F(xiàn)車內(nèi)二維定位，可以準確判斷乘員是坐在左右哪個位置上。但此構型在外部較遠距離的性能不如前者構型。

  UWB的車端運用拓展

  UWB技術的引入為人車互動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)域的人機交互更加精細，對車外場景進行細分化的應用。

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

  圖片來源：清研智行

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

  圖片來源：清研智行

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

  UWB可以在停車場、換電站等場端進行布置，能夠大幅提升在此類場景中的車輛定位精度。這一運用將可能大幅推進AVP的規(guī)?；\用?，F(xiàn)在已經(jīng)有多家主機廠在這個領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錨點構型時，無需額外增加成本即可進行功能拓展。UWB硬件可以輕易拓展出UWB雷達功能，精準識別腳踢動作，實現(xiàn)智能尾門功能。

  圖片來源：清研智行

  UWB技術優(yōu)秀的動態(tài)感知能力，可以運用多普勒原理探測到細微的動作變化，從而感知生命體征。目前的車內(nèi)生命感知更多是運用攝像頭進行識別，在隱私越來越受重視的今天，運用UWB技術可以很好的規(guī)避這類風險。

  關于清研智行

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

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

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