|行业资讯|UWB 厘米级定位技术的应用猜想
人们常说：“苹果公司根本就不需要作消费者调研。”这是对苹果公司坚持颠覆式的技术创新从而引领消费者需求最好的褒奖。2021 年 4 月，苹果的 AirTag 正式发布，内置苹果自研的 U1 芯片，通过超宽带精准定位技术（UWB）技术实现高精度的定位追踪，尤其是室内环境的定位，售价 229 元起。
图一、苹果 AirTag 产品介绍（来源：苹果官网）
熟悉苹果产品的朋友应该早有了解，2019 年苹果将 UWB 技术通过 U1 芯片内置到了 iPhone11 系列手机中，当时的发布会上，苹果营销主管 Phil Schiller 对于 U1 芯片的描述是“利用 UWB 技术实现了空间感知”，能够精确定位其他同样配备 U1 芯片的苹果设备。
正是 U1 芯片的发布，苹果将 UWB 技术带入了公众视野。随后 2020 年，三星和小米均发布了基于 UWB 技术的解决方案。
图二、小米“一指连”展示（来源：小米官网）
AirTag 再次掀起了 UWB 技术关注热点，很多业内人士认为 AirTag 有望成为下一个影响 IoT（物联网）行业的颠覆性产品。
然而，距发布新品至今 3 个多月时间，我们似乎发现 AirTag 并没有像之前 TWS 耳机那样成为爆品，身边购买 Airtag 的寥寥无几。而三星、小米等大厂推出的 UWB 方案，也尚未真正进入到我们的日常生活。
为何苹果等大厂的带货能力神奇不再？UWB 技术究竟有何魅力？在哪些场景具有应用刚需？UWB 的商业化终局将在何方？本文将探讨 UWB 从技术走向成熟商业化之路。
UWB 是一种无线载波通信技术，利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，该窄脉冲在频域上很宽，所以叫超宽带。因为 UWB 时域信号脉冲较窄，所以在时间、空间上有较大分辨力，比较容易抵抗室内信号传输常见的多径效应的影响，因此测距和定位精度较高。
图三、UWB 是一种无线载波通信技术
UWB 的定位原理和卫星定位很相似，通过布置已知坐标的定位基站，需要定位的人或物携带定位标签，标签按照一定的频率发送脉冲，不断和已知位置的基站进行测距，软件系统通过算法就能定出标签的位置，精度能高达 10cm 左右。
图四、UWB 的定位原理
早期 UWB 的技术研究主要用来解决短距离、高速率的传输问题，但因为相关的标准推动工作缓慢，导致短距离高速率通信市场已经被 Wi-Fi 所占领。在短距离通信市场不如意的 UWB 技术，在高精度定位领域被市场发现了它的价值。
以下是几种主流的定位技术比较，UWB 定位精度高、可传输数据、安全性高，但和 Wi-Fi、蓝牙、RFID 等相比，在定位基站和定位标签的价格上有 10 倍以上的价格差距，导致整体的建设和使用成本居高不下。
表一、主流定位技术比较（来源：公开资料整理）
UWB 的产业链中（如下图所示），最为核心的产品便是 UWB 芯片。除苹果外，全球仅有 Decawve 一家（2020 年 4 亿美金卖给 Qorvo)稳定供货。2018 年，Decewave 营收 3 亿人民币，净利约 1 亿人民币。虽然另一芯片设计巨头 NXP 也开始涉足 UWB 芯片领域，但以当前竞争格局来看，芯片端看不到降价的趋势，UWB 和基站的价格仍将保持高位。
图五、UWB 产业链（来源：物联传媒）
图六、UWB 硬件价格现状和走势（来源：物联传媒）
对于现阶段 UWB 技术的商业化进程，我们认为，由 UWB 的室内定位和高精度定位产生的价值，可以覆盖其高昂的成本，因此能够率先在刚需性特别强的场景中落地，比如在煤矿和畜牧领域中应用。
华为在 2020 年宣布了全国首座 5G 智慧煤矿项目的落地，煤矿也一时间也成为了香饽饽，容亿投资的企业——科达自控也是华为在智慧煤矿方案中的重要合伙作伴。
要打造一座智慧矿山，涉及的方面有很多，比如矿区的视频监控、自动化设备以及定位系统，而煤矿对于人员的安全有强管理需求，人员定位系统一直是智慧煤矿重要的一环。
2020 年，国家煤矿安监局组织全国安标委编制的《煤矿井下人员定位系统通用技术条件（征求意见稿）》，里面有一条指标为：“煤矿井下人员精确定位系统最大静态定位误差应不大于 0.3m”。在市场上主流的无线定位技术中，能达到这个精度的也就只有 UWB。在此之前，UWB 也已经进入煤矿领域，但受制于成本，并没有大规模推广。随着国家强标的制定，UWB 方案有望实现快速渗透。
目前全国有一定规模的煤矿大概有 4000 座左右，平均每座煤矿 UWB 的基站需求是 100 个左右，由此可以预估煤矿基站总需求是 40 万左右，煤矿矿工人数总体约 450 万人左右，按 1 人 1 个标签，UWB 标签的需求量约 450 万个。
UWB 在畜牧领域中更有想象力。以最为典型的生猪养殖业举例，自 2018 年以来，非洲猪瘟爆发，重创生猪生产，直接经济损失高达数十亿元，直到 2021 年中才有所缓解，养猪业对于生猪状态的科学管理有强烈需求。
现有的技术手段是通过 RFID 技术实现生猪识别，通过在生猪身上安装电子标签，根据电子标签唯一的 ID 码与生猪进行一对一匹配，并且可以随时随地对动物进行跟踪与管理。
但 RFID 技术无法实现双向通信，只有当动物进入 RFID 阅读器识别范围内，或者饲养人员手持终端阅读器靠近动物时候，阅读器才能识别动物的相关信息。
也正是因为 RFID 识别的天然不足，几年前“猪脸识别”技术也一度走红，研究人员希望通过“猪脸识别”技术，操作者只需要举起手机，对着某头猪扫一扫，就能得到猪的编号、猪的父母、品系等信息。
猪脸识别固然能采集到猪的图形信息，但是对于猪身体状态和位置信息，却没办法进行精准的定位。我们设想这样的一个场景——如果在一个规模化养猪厂中（一般 1 万头以上）有零星几只爆发猪瘟，如何能够在第一时间将其找到并隔离？现有的技术中，UWB 技术是最有效的手段。UWB+ 温度传感器做成标签，取代 RIFD 标签植入猪的耳部或者颈，能够实时对猪的状态进行监控，并且能迅速对瘟猪进行定位。
业内人士估计，猪脸识别的成本在每头猪 50 元左右，而传统的 RFID 猪耳标签仅需约 1.5-2 元。当 UWB+ 温度传感器标签成本下降到 20 元以内时，该方案有望实现快速渗透。当前我国的生猪存栏量 3.5 亿头/年，肉牛存栏量接近 1 亿头/年，对于 UWB 的应用来说，畜牧业是非常巨大的潜力市场。
UWB 在上述两个领域的应用都是将其在室内和高精度定位的优势发挥到了极致，并且有政策和需求的强驱动。
我们再回到 AirTag 这款产品，有一些测评报告显示 AirTag 的防丢失功能并不万能，比如在水中等复杂环境下，往往有信号丢失的情况。如何提高 AirTag 的定位精度？仅仅找到简单物体的功能是否有很强的刚需性？229 元一个的售价又有多少人能接受？可能这些问题都是大部分消费者望而却步的原因所在。
对于 UWB 技术的商业化的终局，我们认为，UWB 技术的商业化最终要着眼于个人消费领域。
一、随着 UWB 在行业应用中的带动，芯片、便签、基站的价格不断下降，基站布点数不断增加，类似 AirTag 这类型的标签类产品下降到 50 元以内，消费者的接受程度才会增加。另一方面，UWB 除了手机和标签这样的载体外，还可以和其他载体做深度融合，比如说 UWB 与服务型机器人进行结合，在较为复杂的室内环境中，锁定物体的位置之后，还能将物体取过来，将找东西的价值进一步放大，这样想来，或许就更能激发消费者的购买欲望。
二、UWB 在数据传输上的应用也不容忽视。上文中也提到，UWB 诞生初期便被作为一种短距离高速无线传输通信技术，能在 50 米左右的范围内实现数百 Mbit／s 至数 Gbit／s 的数据传输速率，并具有数据安全性强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势。UWB 的出现补齐了日益复杂的个人局域网通信需求。随着 Apple Watch、AirPods 等穿戴式设备，AR、VR 以及短视频社交的兴起，用户对于不同设备之间的互联互通需求日益提升。而不同于计算机局域网，个人局域网中设备之间的差异极大，在传输速度、传输距离、功耗、安全性方面有着不同的要求，UWB 技术有望在个人局域网通信上获得新生。
本文来源：半导体行业观察
本篇文章来源于微信公众号: Qorvo半导体
