UWB是在射频领域存在有些时间了的"灰姑娘"技术-看似从来没有收到无线俱乐部的一个正面的邀请,过去几十年中从来没有全速前进过.
然而蓝牙,WiFi,GPS和4G对手机的年轻人用户是出名的,甚至当讨论UWB这个缩写字的时候，行业专家可以给你一个奇怪的表情。
这个技术在1901年就有了，当Marconi用了火花隙射频发射机通过大西洋来发送Morse代码数据，所以这个技术并不新奇。目前的UWB使用了没有许可的频段在3-8Ghz之间,所以原理上讲,提供了一个很好的增加密集频谱来操作。不确定的就是到底该怎么运用它。
不同的用户案例都尝试过了，都没有发现任何的真实市场需求。广域网(WAN),高速WiFi,超快"非接触"数据传输所有都成为了应用。一些的半导体供应商(Staccato 圣地亚哥,Alereon 德州,Wisair以色列和其它)都加入此技术领域并寄予期望。
或许可能产品应用的多样性就是其中的一个问题,因为UWB不是一个标准,更多的只是一个无线传输而已。实际上,UWB是在更宽频带的一个技术用来传输信息；原理上在适当的环境下,可以和其它用户分享频谱。更精密的术语，FCC和国际电信联盟无线电通信组(ITU-R)目前定义UWB作为一个天线传输,发射信号带宽超过500Mhz以下或者20%的部分带宽。
最近又有了新一波的UWB兴趣,但这次的应用是在精密的距离测量和室内定位.真的很乐观，这次UWB找到了自己的一个细分市场。
当然,在错误的开始之后,存在相当程度的质疑,但是有好的理由这是此技术正确的使用场景。从开始讲，GPS的无处不在意味着定位方案很多,此概念被充分接受了，很多的软件和系统已经开发出来了。但是GPS有些时候不能提供足够的精度,当然在建筑内会停止工作。
还有其他的室内定位方案-比如使用蓝牙向标(beacon),或者WiFi接入点-但是老实讲,这些都不是很好地工作。这些方案是基于信号强度,而且太多因素可以导致信号强度变化50%甚至更多(比如手机的位置朝向)。相反,UWB定位是基于飞行时间(ToF)测量,在非常窄的脉冲,所以能够达到高的精度,且不受信号强度的影响。结果就是UWB的精度可以达到10cm,在测量范围50米内。而基于信号强度的方法努力达到精度大于+/-1米,在更短的测量范围。
这个方法的另外一个优势就是在安全领域-另外一个当下火热的话题。很多汽车有无钥匙进入系统,有效地通过钥匙的信号强度来检测接近程度。Boris Danev和其同事已经证明(在一个实际的实验,不是理论的)这些系统能够用现有的电子线路,通过一个"中继攻击"非常容易被黑客攻击。一个UWB的系统是能够抵抗这类攻击的,飞行时间的距离测量方法时非常难易捏造。同样地也适用于其他的无线进入系统。
这些概念比较有趣,但是为了执行方案,可行的技术是必要的。有幸地是有数个供应商在提供这个产品。在芯片层面,最高级的是爱尔兰供应商Decawave,其已经有了首款芯片在市场上,叫做DW1000,这个公司正在研发下一代芯片。但是,也有另外的供应商比如Bespoon和3DB技术也紧跟其后,更大的芯片供应商正在密切关注这个市场,一旦看见市场粘性的迹象形成就会进入。
可是,芯片自己不是完全足够的。客户需要一个完整的可工作的方案,且RF设计要求产生一个宽带传送,在一个广的频谱范围是非同寻常的。这个RF模块专家Insight SIP提供这个方案,提供一个完整功能的,认证了的模块，集成了天线，基于Decawave的芯片,当其它家的硅片成熟之后也会提供对应的模块。
Insight公司已经在UWB技术领域专研了数年,特别在处理富有挑战的天线问题,在如此宽的频带。UWB频谱分立成两个用于行业规定(无趣地命名3-5Ghz为”低频带”和5-8Ghz为高频带)。不是所有的国家地区允许使用两个频带,所以,任何的方案用于全球市场必须足够灵活应对不同的需求来使用任何一频段。
Insight公司开发了一系列的创新的微型天线直接嵌入在RF器件的上面,成为一个系统级封装(SiP)的模块。结合天线和电子到一个单一封装,使得UWB的应用变得像安装一个QFN芯片到PCB上面那么简单。
有些公司已经在开始尝试这个技术了,在汽车行业,仓库和资产管理。安全技术供应商Gemalto,在领导一个大的欧洲项目,使用技术综合安全数据交换达到准确的定位。
貌似还有少许的质疑到底哪个市场用得到这个技术-问题是市场到底有多大。芯片供应商最想进入的市场肯定是手机,这个可能还有很长的路要走,但是能够精确地安全地定位手机可能会形成一些有趣的用户场景-比如支付,或者通过一个机场安检口,但肯定是没有将手机拿出你的口袋。过去的历史证明假如一个无线技术证明有用的话,就会很快移植到手机当中。
在短期中,会是一个独立的方案来启动市场。无论如何,UWB回来了,带一个新的角色和新的活力,这个无线技术是本10年的下个五年需要关注的。
Insight公司研发了一个非常小的集成的SiP,包含了UWB,蓝牙和一个ARM Cortex M4处理器,加上UWB和蓝牙的天线在一个小的封装,尺寸只有9*19*1.5mm.
图1:ISP151001模块带了UWB收发器, 蓝牙和ARM Cortex M4处理器,内置天线尺寸是9*19*1.5mm
这个模块是基于Decawave的DW1000收发器芯片和Nordic的nRF52芯片.不带蓝牙功能的小尺寸的模块也有,尺寸是9*15*1.5mm.
ISP151001的外形如图2,比Decawave的参考设计的基于PCB的模块小了43%的尺寸,50%更薄,且只包含了收发器,天线和晶振.
图2:ISP151001 UWB带蓝牙模块的尺寸是9*19*1.5mm
完整方案的小尺寸,感谢非常密集的SiP装配在一个高端的SiP衬底上面.把这个结合到一个专利的IC天线设计,集成到封装作为金属屏蔽.图3显示了一个天线位置的模块外形.
图3:ISP151001模块的天线
此模块的应用领域:
1, 精密RTLS实时定位系统,用于医疗,消费,工业电子(查找难寻物体
2, 精密距离测量(UwB自动地图测绘;VR头盔;
3, 室内定位(体育篮球;
4, 安全靠近检测(汽车钥匙;
5, 医疗传感器(人员定位;
6, 运动 & 健身传感器
7, 尺寸要求严格的BLE从设备
8, UWB高级OOR传感器(自动跟踪无人机;
9, 个人用户界面产品
10,其它
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