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              一文解讀國產UWB芯片級解決方案的機遇

              2020-04-15 09:37 物聯傳媒
              關鍵詞:UWB芯片物聯網

              導讀:物聯傳媒線上沙龍第四期有啥亮點,小編在這給你總結了!

              十幾年前,曾有研究機構預言:2013年之后,UWB將從消費電子應用領域消失。如今看來,UWB非但沒有完全消失于該領域,其發展速度反而有增無減。

              雖說UWB技術在消費類應用中,不及工業類應用來得成熟,但是隨著去年蘋果在其手機中植入UWB技術,再次將UWB的熱度拉到了最高點。

              值此UWB熱度被拉到最高點之際,物聯傳媒邀請了深圳市紐瑞芯科技有限公司創始合伙人/CEO陳振騏做了一期以“UWB消費類應用即將爆發,國產UWB芯片級解決方案有哪些機遇”的線上沙龍分享,以下內容整理自本期線上沙龍直播,總共分為五部分內容。

              一、UWB傳統行業應用情況介紹 

              二、立足手機市場,UWB在消費類電子市場的應用爆發趨勢顯現 

              三、UWB行業協會及IEEE技術標準深入了解 

              四、新標準、新應用下的UWB芯片設計技術挑戰 

              五、結語

              01、UWB傳統行業應用情況介紹

              在傳統行業應用中,技術方案多采用帶基站和終端節點的模式,需要定位基站的配合。該模式的特點是需要節點布網,大部分應用需要集中計算,因此極大的限制UWB規模化應用擴展。

              該模式下更適用于封閉空間的場景中應用,如大型工廠/井下定位/地下車庫/特殊行業(監獄/大船/大艦)等。

              由于UWB傳統行業用戶多采用Anchor-Tag模式,雖然一定程度上限制了UWB規模化的發展,但是未來5年內,企業級應用市場的用戶體量仍將實現百萬級增長。同時,中國UWB企業級應用市場出貨量在接下來三年預計分別能達到450萬片、850萬片及1200萬片。總體上,整個UWB企業級市場體量將實現逐漸上升的景象。

              02、立足手機市場,UWB在消費類電子市場的應用爆發趨勢顯現

              首先,來看看目前手機市場的情況如何?

              據了解,2019年iPhone 11銷量約為4000萬部,亦即UWB芯片的銷量有4000萬片,這幾乎達到了前些年行業UWB芯片的銷量總和。而今年,根據有關機構預測iphone的銷量可達2億部左右,部分會帶UWB芯片,可見消費級UWB芯片的市場規模是十分巨大的。隨著UWB滲透率的快速增長,雖然目前國產芯片很難進入蘋果手機,不過,三星、國內頭部客戶如華米OV,及國內其他ODM及二線廠商的UWB需求市場預測也將非常廣闊,UWB可能甚至將成為未來手機的標配

              可以說,手機消費類電子的應用市場是UWB技術應用一個全新的增長點。在該應用場景下,能夠以手機為核心進行感知測距,避開了傳統行業中的節點布網的模式,可實現手機物聯網遙控、智能開鎖/車庫控制與安全支付等功能。這給了UWB技術帶來了很大的應用空間,潛在應用前景巨大。

              從圖片中可以看出全球智能手機出貨量的增長并不會出現較大的變化,但是UWB在手機應用方面會有較大的增長。相比傳統行業應用,這將是一個巨大的藍海市場,以手機為核心衍生出的周邊UWB設備/標簽將是手機數量的數倍,乃至數十倍的體量。

              其次,再來看看目前為止UWB在手機消費類應用中最為成熟的兩大案例:

              案例一

              在該案例中,使用原有的解決方案很容易出現安全方面的問題,如非車主可通過無線中繼器在車主不知情的情況下將車門打開,從而導致車主財物受到不同程度的損害。UWB作為一種厘米級定位精確度的技術,可根據需求限定開車門的距離范圍。

              UWB之所以能夠解決該痛點的原因在于:1.基于UWB定位技術的特點是稍微延遲都可能產生巨大的差距而無法開車門,所謂失之毫厘差之千里;2.加強數據安全加密的措施。

              基于此,未來通過手機開車、開車門、開車庫、通過手機認證讓朋友開鎖都將變得更加安全。

              案例二

              由于UWB具有無需貼近設備、安全認證方面的優勢,在某種程度上可視為擁有了二維碼以及NFC兩種技術方案的優勢。

              03、UWB行業協會及IEEE技術標準深入了解

              目前,在全球范圍內,最知名的四大標準組織分別為:美國電子工程協會、歐洲電信標準協會、UWB聯盟以及FiRa會社。

              關于美國電子工程協會:

              2000年左右,UWB技術開始應用于民用領域。最初是802.15.3協議推動,早起由于該協議中存在兩個不同的技術方向,最終沒有定稿導致協議流產。后來,將技術平移至802.15.4標準中,從而獲得了新生,并實現了較快的發展。

              IEEE 802.15.4定義了低速率無線個域網(LR-WPAN)的協議,其中UWB相關的內容由IEEE 802.15TG4z工作組維護。

              TG4z工作組包含了NXP、蘋果、Decawave、三星等國際知名企業,負責增強型HRP及LRP物理層及MAC層相關測距技術的研究,預計今年6月份發布穩定版本的標準。且新智能手機和消費類電子應用必須與4z協議兼容。

              關于歐洲電信標準協會:

              歐洲電信標準協會 TG UWB工作組籌建于2017年,該工作組包含了博世、Decawave、高通、Ubisense等國際知名企業,研究和開發針對短測距設備的ETSI無線電標準,該標準可用于通信、網絡和傳感器等應用中,預計今年6月份發布最終技術規范。

              關于UWB聯盟:

              該聯盟成立于2018年12月,是一個全球性的非盈利組織,旨在將UWB技術建立成為一個開放的行業標準,其主要訂立傳輸層和網絡層標準,預計今年Q4發布相關標準。

              從上圖可以看出,該聯盟涵蓋了從芯片、模組、解決方案到應用較為完整的產業鏈企業,而其中應用又以汽車、手機、Tag/穿戴、機器人為主。

              關于FiRa會社:

              從以上兩圖看來,該會社主要推動UWB設備的互操作性以建立良好的UWB生態系統,該會社以測距為核心,最終將訂立相關標準。

              結合UWB聯盟以及FiRa會社的成員來看,前文所提的UWB在手機消費類電子市場的應用顯示出了爆發的趨勢,從兩者的應用廠商成分或可見端倪。

              04、新標準、新應用下的UWB芯片設計技術挑戰

              關于HRP與LRP

              目前,無論是HRP還是LRP,兩種協議均已被IEEE 802.15所采納,只是兩種協議背后有不同的公司驅動、推進。

              在本次沙龍分享過程中,陳博士提出相關建議:行業用戶不應該通過芯片來選邊站,因為雙模式共存的方式成本代價并不大。但是雙模式共存也存在一定的挑戰,其挑戰在于(以HRP兼容LRP的角度看):

              LRP對功放的設計有較高的要求,瞬時功率有10dB以上的增加,該差距實際上已屬于一個完全不一樣的設計門檻;

              需要一個很好的集成功放的設計來實現芯片面積與效率的最優化;

              基于低功耗設計需求,功放可隨時進行開關,在大功率、瞬時功率之間的切換時需保證穩定度;

              兩種協議基于不同的調制方式,需要支持不同的帶寬、脈沖寬度的信號,需要有更精確的時域控制、更窄的時間精度;多種調制方式在數字和基帶上也需要靈活的支持,因此需要利用軟件無線電的設計思路進行設計。

              關于LB與HB

              此前,中國無委會發布過一個標準,其對UWB LB功耗有很低的功率限制,功率譜密度遠低于FCC的限制,達到-70dBm/MHz,這意味著低頻段在公開的空間中無法使用。針對此,陳博士提出建議,手機等應用可都集中在6.5G以上的高頻段。陳博士提到,UWB芯片設計廠商,除了Decawave之前行業用戶壟斷產品都是在LB,后面新出的芯片(包括Decawave新出的)都集中在HB。

              基于該點也面臨著一些設計上的挑戰,如:

              實現低功耗寬頻段鎖相環,覆蓋6.5G~10G的范圍;

              面積占比如何實現最優化;

              快速啟動及快速鎖定的實現需要較高的技術積累。

              在芯片設計過程中,其挑戰并不僅僅只是存在于以上所提到的兩個方面,事實上,如何實現標準測距與增強測距同時支持、各類定位算法、安全測距以及數據加密等方面均存在不同的挑戰,如:

              更復雜的收發機結構實現復雜多樣的調制方式;

              AES-128硬件加速;

              較大規模的專用數字電路實現多種編碼方式和底層MAC功能

              較高性能的CPU實現更復雜的MAC功能和上層協議

              自有的抗多徑高靈敏度接收信號時間測量算法,兼容多種測距方案;

              如何讓外部器件最少化,以降低成本等。

              05、結 語

              隨著去年蘋果在其手機中植入UWB技術,再次將UWB消費類市場應用引爆。

              正如前文所提,UWB在消費類電子市場的應用爆發的趨勢顯現,對于國內UWB芯片廠商來說,各方面也都發出了良好的信號,預示著機遇的存在:

              首先,在這次市場爆發中,中國或將成為爆發的主場,且在芯片領域,近年來國產替代一直是主旋律。

              其次,從當前UWB發展進展來看,UWB芯片的研發和國外大廠存在的差距僅為半代到一代,這在整個芯片發展歷史上或許算得上是最緊跟國際進展的了,且目前歐美芯片大廠入場的還不多,競爭相對較小。

              當然了,在各標準協議還未定稿的情況下,也要求入場的企業對技術協議有較好的把握,同時還要有敏銳的市場洞察力以滿足相應市場需求。

              注:本文僅對部分重點進行了整理,欲觀看沙龍直播全程視頻請點識別下方圖片上的二維碼進行回看。

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