本文发表于通过显微镜owaves &射频并经允许在此发表。
你将学习:
- 为什么超宽带正在迅速成为无钥匙车辆进入的技术选择。
- 超宽带技术的基础。
- UWB如何补充蓝牙、低功耗和其他无线标准。
超宽带(UWB)曾经被认为是一种通信技术，但后来却没有成功，直到苹果公司采用了它。超宽频现在已经被植入苹果和三星的高端手机中，其他手机也纷纷效仿，这不仅赋予了超宽频技术品牌的信誉，也为这些平台带来了销量。
改变了什么?最重要的是，它与对无钥匙输入应用程序的安全性的高度关注有关，尤其是我们的车辆。
蓝牙通常用于无钥匙进入，容易受到中间人(MITM)攻击。蓝牙钥匙盒的目的是告诉车辆只有当无钥匙钥匙盒在附近时才打开车门。然而，攻击者可以在你睡觉的时候使用一个中继盒来增强来自你房间里钥匙卡的微弱蓝牙信号，这样就会让汽车误以为钥匙卡就在附近。
相比之下，UWB通过一个被称为“测距”的过程提供了更精确的测量表链距离的方法，可以精确到几厘米，而蓝牙、Wi-Fi和其他技术只能测量几米。此外，它的物理层(PHY)具有强大的安全性，使其免受困扰蓝牙设备的MITM攻击。
超宽频基本面
UWB在大约15年前作为IEEE 802.15.4a标准的一部分首次亮相，但它在市场上没有取得很大的成功。由于其精确的测距和强大的安全性，超宽带最近经历了爆炸式的增长，ABI Research预测，到2025年，超宽带设备的年出货量将接近10亿台。
最新的规范是802.15.4z。它的用例正在由流行的行业团体开发，即FiRa联盟和汽车连接联盟(CCC)，其中CCC主要关注安全数字密钥，而FiRa解决更一般、安全的精确范围和定位应用。
不像大多数无线电标准，在一个相对狭窄的波段上运行，超宽频使用大约500兆赫兹的带宽每个频道。这可以在3.1到10.6 GHz之间，尽管通常UWB的工作频率在6到8.5 GHz之间。它只使用非常低的功率信号，这意味着它的传输低于噪声地板从Wi-Fi，蓝牙和其他标准的角度来看(图1)．因此，UWB可以作为一种未经授权的服务，在不干扰其他通信的情况下，提供从110 kb/s到31.2 Mb/s的低延迟数据传输。
精确的测距是使用短的，2ns脉冲实现的。测量飞行时间(ToF)，如图2，提供了对启动器和响应器设备之间的范围的估计。如果使用多个天线，也可以通过发起者使用到达角(AoA)处理估计出应答器的角度或方向。
UWB、蓝牙、BLE
超宽频和蓝牙都是短距离无线标准，没有许可证，这可能意味着它们的目标市场有很大的重叠。虽然这是事实，但他们确实有互补的优势。超宽带具有更好的现实世界测距精度，而蓝牙低功耗(BLE)消耗更少的功率。
一种流行的方法是两者同时使用:BLE提供了长时间的低功耗使用和不太精确的测距。然后，一旦用户在一个指定的距离内，BLE无缝移交给UWB，以实现安全、精确范围的访问验证。FiRa财团和CCC都采用了这种组合方式。
与此同时，BLE正在努力缩小差距;例如，人们一直在努力改进高精度距离测量(HADM)。这两个标准之间的竞争仍在继续，而且它们都得到了占主导地位的智能手机制造商的支持。但由于超宽带在精确测距方面具有先行者的优势，我们可能会在很长一段时间内看到它。
数字键
我们已经了解了汽车钥匙盒是如何使用超宽带方便地进入你的车的——通过接近汽车打开车门，而不需要你从口袋或包里取出钥匙盒。通过无处不在的智能手机，超宽带技术还可以使这一目标更进一步，消除对物理钥匙或遥控卡的需求。随着超宽带在手机上越来越普遍，蓝牙也越来越普遍，这项技术已经为我们中的许多人所接受。
除了不需要携带单独的钥匙或钥匙卡的便利之外，为我们的手机添加“数字钥匙”功能也带来了新的机遇。您可以将您的朋友或家人认证为值得信任的用户，即使您外出度假，也可以让他们访问您的汽车。租车和拼车等商业企业也可以从远程用户认证中受益，从而创建新的服务或商业模式。
更多的超宽频应用
高安全性的无钥匙进入我们的汽车、住宅和酒店房间是一个关键的应用，但这一技术还能在哪里发挥作用呢?工业实时定位系统(RTLS)代表了一种可能性，UWB的厘米精度补充了许多其他RTLS机制。室内导航是另一项应用——在当地超市使用手机获得厘米级的精度，这对广告商和消费者都是一个吸引人的用例。
除了导航和像苹果的AirTag这样的“寻找我的东西”应用程序之外，超宽带的精确测距所带来的空间感知也为用户与他们的设备进行交互创造了新的机会。想象一下，如果你能简单地将你的手机对准一个设备来控制它，而不是像蓝牙设备那样费力地搜索-选择-配对过程。
另一个用例是，当你在房子里四处走动时，无论是你的耳机还是每个房间的扬声器，设备之间的音乐无缝切换。除此之外，基于脉冲的超宽带技术正在手势/呈现雷达应用中获得越来越多的兴趣，这是领先的笔记本电脑制造商正在探索的。
另一个有前途的应用是移动支付:NXP已经与NTT Docomo和索尼合作，演示了基于uwb的移动支付系统。虽然近场通信(NFC)在苹果支付(Apple Pay)等当前的点击支付方式中很流行，但它也有其弱点和局限性。这可能是苹果如此热衷于超宽带的另一个原因，因为它认为支付是推动其未来收入增长的服务之一。而且你可以打赌，如果苹果公司采用超宽带非接触式支付方式，那么其他所有使用手机支付的公司很快就会改变。
超宽频的一个未被证明的优势是它的低延迟，这意味着它可以在音频应用中找到一个自然的家，这些应用对延迟很重要，比如游戏和虚拟现实。它还可以用于超高质量的音频流，可能还可以用于智能音箱。
补充技术
如上所述，UWB和BLE正开始侵入彼此的空间，音频就是一个典型的例子。这对终端用户来说是件好事，因为竞争将推动创新和成本节约。但对于oem和产品制造商来说呢?
最安全的方法是计划UWB和BLE，包括这两个选项。UWB在一些应用中具有引人注目的优势，而BLE在其他领域已经建立并提供了关键的优势。毫无疑问，你会听到很多建议，这两种解决方案是互补的，应该一起使用。
由于这个原因，公司喜欢切瓦目前，该公司的RivieraWaves蓝牙和Wi-Fi IP产品组合已经增加支持超宽频．这为客户提供了灵活性，使他们的产品路线图能够经得起未来的考验，并涵盖他们决定采取的任何道路。由于单一供应商可以提供多种无线技术，集成速度更快、更容易，因此降低了开发风险和上市时间。
rivierwavesuwb平台由一个功率优化的硬件PHY和一个灵活的、低延迟的硬件和软件MAC层组成。mac层软件可以部署在CEVA DSP设备上，配合其他的连接负载或模式，如测向、定位、雷达等。另外，它也可以作为商用Arm和RISC-V mcu上的独立超宽带MAC。灵活的无线电接口使rivierwavesuwb平台可以部署客户自己的射频技术，或CEVA合作伙伴的射频解决方案。
结论
超宽带已经存在了十多年，但在安全远程访问和其他应用的推动下，它终于找到了立足之处。它能够精确地确定范围到几厘米以内，这使得它成为无钥匙汽车接入技术的首选。
主要智能手机厂商和苹果公司对超宽带的广泛采用，可能会推动超宽带成为真正的主流。目前，oem和产品设计师可以通过支持多种技术(比如UWB和BLE)来将风险降至最低，这样他们就可以对任何市场变化或新的杀手级应用做出快速反应。CEVA等供应商提供了灵活的平台，可以提供所需的多功能性，使其在实践中负担得起。
