UWB爆發(fā)元年，汽車(chē)數(shù)字鑰匙如何更好落地？

那么相較于NFC、藍(lán)牙（BLE）等其他技術(shù)，UWB具備哪些優(yōu)勢(shì)？可用于哪些場(chǎng)景？在上車(chē)過(guò)程中面臨著怎樣的難題？當(dāng)前又有哪些車(chē)規(guī)級(jí)產(chǎn)品方案？在《UWB技術(shù)在汽車(chē)數(shù)字鑰匙的創(chuàng)新實(shí)踐》主題分享中，結(jié)合紐瑞芯UWB芯片的實(shí)踐，陳振騏博士分別做出了解答。

UWB技術(shù)原理與性能優(yōu)勢(shì)

UWB（Ultra Wide Band）即超寬帶技術(shù)，是一種無(wú)線(xiàn)載波通信技術(shù)。UWB通過(guò)發(fā)送和接收具有納秒甚至亞納秒級(jí)的極窄脈沖來(lái)傳輸數(shù)據(jù)，一個(gè)信息比特可映射為數(shù)百個(gè)脈沖，因此其所占的頻譜范圍很寬。

陳振騏博士認(rèn)為，“未來(lái)，UWB技術(shù)將是無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用最廣、前景最好、價(jià)值最高的新技術(shù)?！敝赃@樣說(shuō)，離不開(kāi)UWB的技術(shù)優(yōu)勢(shì)：

首先，由于測(cè)距、雷達(dá)定位以及靈敏度都與信號(hào)帶寬成正比，所以UWB可以實(shí)現(xiàn)高精度、厘米級(jí)定位——與其他室內(nèi)定位技術(shù)相比，UWB最小帶寬可達(dá)500MHZ，要好于BLE、WiFi、5G等常用的通信制式。

其次作為一種時(shí)域短脈沖信號(hào)，與IEEE802.11a、IEEE802.11b和BLE相比，在同等碼速條件下，UWB具有更強(qiáng)的抗干擾性。同時(shí)，由于超寬帶無(wú)線(xiàn)電發(fā)射的是持續(xù)時(shí)間極短且占空比極小的單周期脈沖，多徑信號(hào)在時(shí)間上可分離，因此UWB的抗多徑能力強(qiáng)，可適應(yīng)復(fù)雜的室內(nèi)環(huán)境。

最后，UWB技術(shù)具備天然的安全性。UWB的安全性表現(xiàn)在兩方面：一方面是采用跳時(shí)擴(kuò)頻，接收機(jī)只有已知發(fā)送端擴(kuò)頻碼時(shí)才能解出發(fā)射數(shù)據(jù)；另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低，用傳統(tǒng)的接收機(jī)無(wú)法接收。

綜合來(lái)看，UWB兼具通信、定位、感知等多重優(yōu)勢(shì)，是通感一體的新技術(shù)，而且可實(shí)現(xiàn)豐富的場(chǎng)景應(yīng)用。在智能汽車(chē)領(lǐng)域，UWB的應(yīng)用主要包括數(shù)字鑰匙、活體檢測(cè)、腳踢雷達(dá)、無(wú)線(xiàn)充電、自主代客泊車(chē)（AVP），其中數(shù)字鑰匙是主流應(yīng)用，近年開(kāi)始商用落地。

汽車(chē)數(shù)字鑰匙的技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用挑戰(zhàn)

汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展至今已有百年的歷史，車(chē)鑰匙也經(jīng)歷了四個(gè)發(fā)展階段：

第一階段即機(jī)械鑰匙；第二階段是遙控鑰匙，20世紀(jì)八九十年代利用無(wú)線(xiàn)電信號(hào)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程解鎖或鎖定車(chē)輛；第三階段是21世紀(jì)初，智能鑰匙開(kāi)始流行，可以實(shí)現(xiàn)無(wú)感接入和開(kāi)鎖，定位精度也不錯(cuò)。

伴隨智能手機(jī)的發(fā)展，消費(fèi)者開(kāi)始進(jìn)入數(shù)字化生活，由于技術(shù)局限，智能鑰匙無(wú)法集成到智能手機(jī)中。因此數(shù)字鑰匙的需求得以顯現(xiàn)，行業(yè)開(kāi)始致力于數(shù)字鑰匙技術(shù)的創(chuàng)新與研發(fā)。

目前，數(shù)字鑰匙主要有NFC、BLE、UWB等技術(shù)路線(xiàn)。

據(jù)陳振騏博士介紹，從數(shù)字鑰匙的滲透率來(lái)看，NFC在CCC2.0裝機(jī)較多。在新車(chē)型上，BLE、UWB等數(shù)字鑰匙方案正快速上車(chē)。

當(dāng)前，BLE已經(jīng)成為手機(jī)的標(biāo)配，因此BLE技術(shù)的數(shù)字鑰匙可實(shí)現(xiàn)手機(jī)的全面支持，但傳統(tǒng)BLE在定位精度、安全性等方面尚有差距，所以BLE技術(shù)在做星閃升級(jí)——星閃可以大幅度提高定位精度。BLE數(shù)字鑰匙的應(yīng)用場(chǎng)景通常是一輛車(chē)在開(kāi)闊空間做演示，但由于BLE 2.4G的頻段是窄帶信號(hào)，在人員有遮擋或地下場(chǎng)景中，即便經(jīng)過(guò)星閃提升，依然會(huì)出現(xiàn)應(yīng)用場(chǎng)景覆蓋不足，信號(hào)容易受干擾，也容易受多徑影響。因此，在抗干擾和多徑能力上UWB遠(yuǎn)好于BLE。

而在成本方面，藍(lán)牙成本要低于UWB。從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，UWB產(chǎn)業(yè)上游最關(guān)鍵的為芯片供應(yīng)商。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)UWB芯片企業(yè)積極加速布局，在國(guó)產(chǎn)廠(chǎng)商的不懈努力下，部分企業(yè)如紐瑞芯等的車(chē)規(guī)級(jí)UWB芯片已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)，打破了國(guó)際廠(chǎng)商的壟斷，將UWB的成本大幅降低。但由于UWB技術(shù)前期投入較高，仍存在一定的差距。

總體來(lái)看，目前UWB的市場(chǎng)滲透率相對(duì)較低，但處于快速發(fā)展的階段，UWB數(shù)字鑰匙核心應(yīng)用場(chǎng)景已覆蓋識(shí)別區(qū)、迎賓區(qū)、落鎖區(qū)和駕駛區(qū)。

降本增效，紐瑞芯UWB“第二代”數(shù)字鑰匙方案

對(duì)汽車(chē)行業(yè)而言，“降本增效”依然是主旋律。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此前一套UWB數(shù)字鑰匙的成本在1000元人民幣，現(xiàn)在已降到500元以下。對(duì)單車(chē)成本而言，實(shí)現(xiàn)了較大程度的縮減。具體來(lái)看：

第一代數(shù)字鑰匙方案基本上采用五六個(gè)錨點(diǎn)，成本高昂。讓UWB技術(shù)進(jìn)入中低端車(chē)型是“降本”的有效途徑。當(dāng)前10萬(wàn)-20萬(wàn)元的汽車(chē)具備較大的市場(chǎng)份額，而UWB還只應(yīng)用于30萬(wàn)左右的車(chē)型上。

陳振騏博士表示，針對(duì)上述方案，首先要減少錨點(diǎn)數(shù)量，將5-6個(gè)錨點(diǎn)減少到1-2個(gè)。理論上，單AOA錨點(diǎn)方案可實(shí)現(xiàn)單錨點(diǎn)對(duì)全車(chē)身、全場(chǎng)景的定位，但也會(huì)帶來(lái)諸多問(wèn)題。例如，在車(chē)內(nèi)放置單個(gè)錨點(diǎn)，A、B、C柱后期都會(huì)產(chǎn)生陰影區(qū)，造成多個(gè)陰影區(qū)域的定位困難，同時(shí)當(dāng)車(chē)外出現(xiàn)遮擋場(chǎng)景時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)遮擋場(chǎng)景定位困難的問(wèn)題。

如果再增加一個(gè)錨點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)車(chē)內(nèi)雙AoA錨點(diǎn)，可以很好的解決車(chē)身A、B、C柱的遮擋。但車(chē)內(nèi)雙AoA錨點(diǎn)方案依然存在錨點(diǎn)放置位置受限、遮擋場(chǎng)景定位相對(duì)困難的問(wèn)題。同時(shí)UWB測(cè)距在遮擋場(chǎng)景下，很大程度上可以形成有效測(cè)距，但測(cè)角一旦遮擋，角度信息基本不可用，而且高端車(chē)客戶(hù)還青睞于金屬貼膜，如果做車(chē)內(nèi)錨點(diǎn)，就不能貼好的金屬膜。

因此，紐瑞芯提出了“第二代”數(shù)字鑰匙方案。該方案可以充分發(fā)揮UWB的作用，在傳統(tǒng)數(shù)字鑰匙方案的“4+1”/“4+2”的每個(gè)錨點(diǎn)上增加測(cè)角功能，提升用戶(hù)體驗(yàn)。

據(jù)陳振騏博士介紹：“在之前的場(chǎng)景中，每個(gè)錨點(diǎn)只有測(cè)距，而且只有2個(gè)乃至3個(gè)錨點(diǎn)才能形成穩(wěn)定定位。現(xiàn)在我們加上角度信息，在不減少錨點(diǎn)數(shù)量的前提下，即便處于遮擋情況，一個(gè)錨點(diǎn)也能形成穩(wěn)定定位，從而大幅度提升定位精度和遮擋能力，還可以解決車(chē)窗和信號(hào)遮擋問(wèn)題?！?/p>

同時(shí)，他還提到：“除了芯片成本的降低，還可以通過(guò)在數(shù)字鑰匙方案上實(shí)現(xiàn)更多功能來(lái)達(dá)到降本的目標(biāo)?！?/p>

首先增加角度信息后，將“4+2”換成“4+1”，同時(shí)增加靈活的布局。在測(cè)距場(chǎng)景下，通過(guò)三角定位，基本上在車(chē)輛四個(gè)角上加UWB錨點(diǎn)，加上測(cè)角后就可以實(shí)現(xiàn)十字布局。特斯拉就是典型的多錨點(diǎn)布局，利用定位測(cè)距信號(hào)，與NFC、藍(lán)牙形成復(fù)用，從而減少錨點(diǎn)數(shù)量。

其次除數(shù)字鑰匙外，UWB增加了更多功能，包括定位、雷達(dá)、通信、支付功能等。如此一來(lái)，可以在一個(gè)系統(tǒng)內(nèi)實(shí)現(xiàn)多系統(tǒng)的綜合功能，實(shí)現(xiàn)更普惠的降本。同時(shí)可提高場(chǎng)景體驗(yàn)，讓更多車(chē)輛搭載UWB系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)與手機(jī)的聯(lián)通。

全面過(guò)測(cè)，ursamajor“大熊座”系列加速UWB技術(shù)上車(chē)

紐瑞芯致力于成為無(wú)線(xiàn)通信芯片領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者，目前，公司的產(chǎn)品全力集中于UWB方向，并高度重視芯片的技術(shù)過(guò)測(cè)——目前已經(jīng)有5款芯片F(xiàn)iRa過(guò)測(cè)，通過(guò)FiRa2.0,HPRF，1-to-many等模式測(cè)項(xiàng)。是全球通過(guò)FiRa聯(lián)盟認(rèn)證的UWB芯片數(shù)量最多的。

同時(shí)紐瑞芯是全球第一家UWB SiP全系統(tǒng)(含SoC和RFFE芯片及SiP封裝設(shè)計(jì))自主設(shè)計(jì)及產(chǎn)品化的企業(yè)。尤其值得關(guān)注的是紐瑞芯 ursamajor“大熊座”系列高性能、高集成、低功耗UWB SoC/SiP芯片產(chǎn)品，可廣泛適用于智能手機(jī)、智能汽車(chē)、智能家居、穿戴設(shè)備等多種場(chǎng)景和產(chǎn)品應(yīng)用。

同時(shí)相關(guān)產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了全生態(tài)、全模式的支持——符合FiRa、CCC聯(lián)盟協(xié)議、兼容IEEE 802.15.4z以及IEEE 802.15.4-2020協(xié)議、符合China/FCC/ETSI/JPN UWB無(wú)線(xiàn)電標(biāo)準(zhǔn)，并實(shí)現(xiàn)了CH1~CH15全通道覆蓋，也符合工信部最新的UWB標(biāo)準(zhǔn)。

陳振騏博士表示，在產(chǎn)品性能上，紐瑞芯UWB芯片實(shí)現(xiàn)了業(yè)界最大帶寬1.3GHz和4GSpS的最高采樣率。在低成本、低功耗的芯片上，實(shí)現(xiàn)了高性能的測(cè)距定位、雷達(dá)感知和高速數(shù)傳功能。并且，紐瑞芯科技首創(chuàng)UWB超低功耗喚醒接收機(jī)WUR，產(chǎn)品具備優(yōu)異的抗多徑能力。

在重要性能參數(shù)方面，對(duì)比主流歐美芯片，紐瑞芯科技的第二代工規(guī)級(jí)產(chǎn)品在測(cè)距精度上達(dá)到了0.5厘米以下，車(chē)規(guī)第一代產(chǎn)品在1度1厘米左右；測(cè)距在芯片滿(mǎn)功率的情況下可達(dá)到300米以上；測(cè)角范圍可實(shí)現(xiàn)全空間的測(cè)角；首徑動(dòng)態(tài)可實(shí)現(xiàn)大于40dB的擴(kuò)展動(dòng)態(tài)，雷達(dá)靈敏度達(dá)到了-133dBm。

具體來(lái)看，紐瑞芯科技的ursamajor“大熊座”包括ursamajor800、ursamajor700、ursamajor600三個(gè)系列。

其中ursamajor700系列是完全獨(dú)立設(shè)計(jì)的車(chē)規(guī)產(chǎn)品，專(zhuān)業(yè)應(yīng)用于汽車(chē)電子的多種UWB應(yīng)用場(chǎng)景。

ursamajor700系列包括NRT 81750和NRT 81730兩款芯片，均具備高安全和低功耗的特性。

NRT81750已于2023年11月通過(guò)了AEC-Q100資質(zhì)認(rèn)證，成為全球首款獲得Fira認(rèn)證的車(chē)規(guī)級(jí)UWB芯片，也是中國(guó)第一款車(chē)規(guī)級(jí)UWB芯片，并于2023年12月實(shí)現(xiàn)了量產(chǎn)。

展望未來(lái)，預(yù)計(jì)到2026年，UWB汽車(chē)在汽車(chē)總出貨量中的占比將達(dá)到15%；到2030年，將達(dá)到40%。陳振騏博士坦言，目前，紐瑞芯已經(jīng)與30多家Tier1廠(chǎng)商達(dá)成合作，并與國(guó)內(nèi)10多家整車(chē)廠(chǎng)搭建了業(yè)務(wù)聯(lián)系。未來(lái)，個(gè)性化設(shè)置、車(chē)輛共享、共享汽車(chē)、車(chē)隊(duì)管理等更多應(yīng)用場(chǎng)景將會(huì)基于UWB數(shù)字鑰匙進(jìn)行拓展，紐瑞芯將始終致力于提供高性能的UWB定位芯片，全力支持?jǐn)?shù)字汽車(chē)鑰匙、CPD呼吸檢測(cè)雷達(dá)、腳踢雷達(dá)等功能應(yīng)用，協(xié)助產(chǎn)業(yè)伙伴進(jìn)一步打通智慧出行生態(tài)。