UWB行业综述

一、UWB技术介绍

(一) UWB发展简史

UWB 是一个既古老又崭新的研究领域,现代意义上的超宽带UWB 数据传输技术,又称脉冲无线电( IR ,Impulse Radio) 技术, 出现于1960年,1964~1987年,Harmuth的著作奠定了UWB收发信机的设计基础;Ross及Robbins的美国专利于1974年发表,是UWB通信方面最早的里程碑式专利,通过Harmuth、Ross和Robbins等先行公司的研究,UWB 技术在70 年代获得了重要的发展,其中多数集中在雷达系统应用中,包括探地雷达系统等。美国国防部在1989 年首次使用了"超带宽"这一术语。为了研究UWB在民用领域使用的可行性,自1998 年起,美国联邦通信委员会( FCC) 对超宽带无线设备对原有窄带无线通信系统的干扰及其相互共容的问题开始广泛征求业界意见。

脉冲UWB技术在1989年被美国国防部确定为超宽带(UWB)技术。直至2002年,FCC批准UWB无线电在严格限制条件下可在公众通信频段3.1GHz~10.6GHz上运行,才有力推进了UWB通信的发展,随之而来的便是各种技术方案围绕国际标准的制定方面展开的激烈的竞争。2007年3月,ISO正式通过了WiMedia联盟提交的MB-OFDM标准,正式成为了UWB技术的第一个国际标准。

中国的UWB研发起步相对较晚。从1999年开始,我国研究者开始关注UWB技术的发展。2001年,国家“863”计划启动了高速UWB实验演示系统的研发项目,经过遴选,由东南大学、清华大学、中国科技大学分别进行研发,各自提出方案,分别于2005年12月和2006年4月完成并通过验收。

2019年9月美国苹果公司发布带有UWB芯片的手机,大大提高了市场对UWB的关注度。

目前已有超过20家厂商开发推出了UWB技术芯片、应用开发平台和相关设备。

(二) 超宽带与窄带和宽带的主要区别

超宽带频带更宽。窄带是指相对带宽(信号带宽与中心频率之比) 小于1% , 相对带宽在1% 到25% 之间的被称为宽带, 相对带宽大于25% , 而且中心频率大于500MHz的被称为超宽带。表1表示这三个概念

表1:三个概念的区别

信号带宽/中心频率
窄带 ≤1%
宽带 %1≤…≤25%
超宽带(UWB) ≥25%或带宽≥500Mbps

(三) UWB技术的特点及优势

当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波,载波的频率和功率在一定范围内变化,从而利用载波的状态变化来传输信息。而UWB则不使用载波,它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。UWB发射器直接用脉冲小型激励天线,不需要传统收发器所需要的上变频,从而不需要功用放大器与混频器,因此,UWB允许采用非常低廉的宽带发射器。同时在接收端,UWB接收机也有别于传统的接收机,不需要中频处理,因此,UWB系统结构的实现比较简单。

在工程实现上,UWB比其它无线技术要简单,可全数字化实现。它只需要以一种数学方式产生脉冲,并对脉冲产生调制,而这些电路都可以被集成到一个芯片上,设备的成本将很低。

民用商品中,一般要求UWB 信号的传输范围为10m以内,再根据经过修改的信道容量公式,其传输速率可达500Mbit/ s,是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术。UWB 以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输,并且不单独占用现在已经拥挤不堪的频率资源,而是共享其他无线技术使用的频带。在军事应用中,可以利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传输。

UWB极大的带宽保证了较低的发射功率。在短距离无线通信应用中,发射机发射的UWB信号功率要低于1mW,这大大延长了电池寿命,保证了较长的系统工作时间,同时对人体的辐射危害也更小。UWB 系统使用间歇的脉冲来发送数据,脉冲持续时间很短,一般在0. 20ns~1. 5ns 之间,有很低的占空因数,系统耗电可以做到很低,在高速通信时系统的耗电量仅为几百μW~几十mW。民用的UWB 设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/ 100 左右,是蓝牙设备所需功率的1/ 20 左右。军用的UWB 电台耗电也很低。

作为通信系统的物理层技术具有天然的安全性能。UWB信号具有超宽频带的特性,使得UWB系统的距离分辨精度是其他系统的成千上百倍。UWB信号的距离分辨能力可达到厘米级,这是其它窄带系统望尘莫及的。由于UWB 信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内,对一般通信系统,UWB 信号相当于白噪声信号,并且大多数情况下,UWB 信号的功率谱密度低于自然的电子噪声,从电子噪声中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。采用编码对脉冲参数进行伪随机化后,脉冲的检测将更加困难。

UWB信号采用持续时间很短的窄脉冲,具有较强的时间和空间分辨率,系统的多径分辨率高,整个系统能够充分利用发射信号 的能量。此外,UWB信号具有良好的抗多径性能,对于信道衰减不敏感,接收机通过分级便可以获得很强的抗衰减能力,在室 内或者建筑物比较密集的场合可以获得良好的定位效果,同时在进行测距、定位、跟踪时也能达到更高的精度。由于脉冲多径信号在时间上不重叠,很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。大量的实验表明,对常规无线电信号多径衰落深达10~ 30 dB 的多径环境, 对超宽带无线电信号的衰落最多不到5 dB。

冲激脉冲具有很高的定位精度,采用超宽带无线电通信,很容易将定位与通信合一,而常规无线电难以做到这一点。超宽带无线电具有极强的穿透能力,可在室内和地下进行精确定位,而GPS 定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内; 与GPS 提供绝对地理位置不同,超短脉冲定位器可以给出相对位置, 其定位精度可达厘米级, 此外,超宽带无线电定位器更为便宜。

(四) UWB的三种主要定位模式

TDOA定位

TDOA(Time Difference of Arrival到达时间差)定位是一种利用时间差进行定位的方法。通过测量信号到达监测站的时间,可以确定信号源的距离。利用信号源到各个监测站的距离(以监测站为中心,距离为半径作圆),就能确定信号的位置。但是绝对时间一般比较难测量,通过比较信号到达各个监测站的绝对时间差,就能作出以监测站为焦点,距离差为长轴的双曲线,双曲线的交点就是信号的位置。

TDOA不需要待测目标与基站之间的时钟同步,只需要基站之间时钟同步,同时在各条传播路径环境相似的条件下,测量误差还能部分抵消。TDOA是广泛采用的定位方案。

TOF定位

飞行时间法(Time of flight,TOF)是一种双向测距技术,它通过测量UWB信号在基站与标签之间往返的飞行时间来计算距离。TOF这种定位方式需要基站和标签往返通信,因此就造成了TOF功耗大大提高,续航时间相对较短。

AOA定位

AOA(Angle of Arrival,到达角度)定位一般是基于相位差的方式计算出到达角度,AOA定位通过两直线相交确定位置,不可能有多个交点,避免了定位的模糊性,但是为了测量电磁波的入射角度,接收机必须配备方向性强的天线阵列,由于AOA 涉及到角度分辨率的问题,若单纯AoA 定位,若离基站越远,定位精度就越差。

(五) UWB与几种主要定位方式的比较

当前室内无线定位的技术种类主要有UWB、WIFI、蓝牙、Zigbee以及有源RFID,而UWB技术相比于其他的无线定位技术,在定位精度、 延时以及安全性方面有着比较突出的表现。下面,我们从不同的维度对各种无线定位技术进行对比。

注:资料引自物联智库,未参考蓝牙5.1

二、 中国UWB产业链及市场规模

(一) 产业链概况

UWB技术在实现高精度方面的应用已经有十多年的时间,但是在早期,UWB定位方案的核心元器件采用的是分离电路板方式,并没 有实现标准化的芯片产品,虽然分离电路板可以实现不错的定位性能,但是其产品的功耗、尺寸以及成本居高不下,尤其是分离电路的玩法,客户只能购买整体的方案,其他的技术企业难以参与。 这种模式下的产业链非常的简单,主要有两个环节,第一个就是技术供应商,将会提供从底层分离电路板到标签、基站等硬件产品再 到应用软件的整套方案,另外一个环节就是行业用户,中间还能加一个代理商,虽然减少中间环节之后对于这类企业的利润提升帮助很大, 但是产业环节以及参与者过少,整个产业很难做大。即便如Zebra或者Ubisense这些颇具实力的企业,依然没法对行业进行快速的推动。

分离电路板产业链示意图:

Decawave等公司的UWB定位芯片出现之后,使得UWB最具技术壁垒与核心的环节得以标准化,刺激了大量的企业涌入到UWB定位领域 中进行技术的二次开发,以及市场应用的拓展。

UWB芯片化后的产业链示意图

从产业链价值链条上可以看出,UWB芯片标准化之后,价值链条环节明显增多,每个环节都可以涌入很多玩家,最近几年,国内做UWB定位技术类企业数量也快速的增加。

以下是对当前国内UWB定位技术企业的数量估算:

2014-2020年国内UWB定位技术企业数量走势图(单位:家)

数据来源:物联传媒

(二) UWB产业链上中下游简介

1、产业链上游

在UWB定位产业中,芯片供应商与分离元器件方案 商以及定位周边电子元器件的供应商处于产业链的上游。 目前在国内UWB定位芯片市场上,Decawave一家独大, 在2019年初,国内的创业公司成都精位科技有限公司也正式发布了其UWB定位芯片。 分离电路方式在国内也有一些企业与科研机构在做, 企业方面比较知名就是四川中电昆辰科技有限公司,成都精位科技有限公司在芯片发布前也是采用自己搭建的分离电路方案。而目前的UWB行业,仅仅是芯片降价还是远远不够的,周围电路的成本相比于其他无线定位技术产品而言也会高很多,随着UWB技术产品的成熟,会有更多的电子元器件企业进入这一领域,硬件成本下降是一个必 然的趋势。

2、产业链中游

UWB的产业中游目前是整个产业的主力,,主要包括UWB模块厂商,UWB 基站与标签硬件供应商,UWB的综合技术供应商以及具有开发能力的系统集成商。

这个环节是一个承上启下的关键环节,一方面在技术层面,要实现将UWB从芯片完善成产品与方案,另一方面, 在市场拓展层面,需要对接客户的具体需求,因此,需要深入到各个应用领域对需求进行深度的理解。

最近几年,国内市场已经有数百家各式各样的UWB企业,绝大多数都是进入该环节,国内目前比较知名的方 案企业有清研讯科、中电昆辰、精位科技、恒高科技、全迹科技、润安科技、红点定位、南京沃旭、唐恩科技、郑州联睿、杭州品铂、暚光科技等。

相对来说,UWB的技术进入门槛会比其他的无线定位技术的门槛要偏高一些,所以,进入到UWB这个环节的 企业玩家主要有这么几类

第一类:传统业务就是做其他定位技术类的企业,比如说早期做蓝牙、WiFi、Zigbee、GNSS等定位的企业, 他们的基础积累优势比较明显,包括技术层面的优势以及客户与渠道资源方面的优势。UWB作为一项高精度定位技 术,能够填补厘米级应用的市场空白,因此,很多传统定位类企业都纷纷涌入到UWB领域中,进行市场开拓。

第二类:高校与科研机构的成果转化,UWB高精度定位技术因为研发的技术门槛高,研发的周期也比较长,因此在早期,国内的高校与科研机构是该技术研发的主力军之一,而随着科研成果的成熟以及UWB市场逐渐的发展,很多科研机构与高校的UWB团队开始独立成市场化运作的企业。

第三类:创业者,这类企业因看好UWB的成长性以及未来潜力,并且在当前市场环境下也有很不错的市场回报率, 所以选择UWB定位为创业方向。

第四类:主营业务非定位类的成熟企业,选择UWB技术完善公司业务体系的企业,这类企业原本有成熟的技 术产品体系,但因为市场拓展的需要,需要引入UWB业务完善自己的产品与方案,以便更好的满足用户的需求,尤 以大企业居多。

3、产业链下游

UWB产业链的下游指的是UWB技术方案的最终用户,目前UWB定位技术的应用主要集中在G、B端,包括政府机构、国企、私企等。因为UWB定位的方案建设成本投入也会比较大,政府机构与资金雄厚的大企业是当前UWB应用的主力军。 UWB定位的目标可以分为人和物对人员的定位,是在某些特定场合下的一种管理手段。因为在一些特殊场景下,需要对人员的运动轨迹进行实时的监管以达到身份识别、险情监控、过程透 明的目的。而在室内环境中,要实现轨迹管理,不仅需要很高的精度,还需要延时低以及系统容量大等技术指标。因此,UWB在这方面的应用前景得天独厚。 对于物体的定位,主要是对移移动物体实现精细化的管理,以达到提成生产效 率或者进行精准资产管理的目的。

用户选择使用UWB技术的主要动因是:

第一个,为精准化的管理措施提供技术支撑,应用领域包括司法监狱里面对受限人员的轨迹管理、医院里面对于出生婴儿的监护、养老院里面老人的看护、贵重资产的定位管理、电子围栏等。

第二个是降低安全事故风险,保障人员财产安全,相应的应用领域包括核电站、隧道矿井、化工厂等高危环境下的险情预警与援救等。

第三个是提升经济效益,相应的应用领域有仓储物流、离散制造过程中对于人员与设备的实时定位管理、精准营销等。

第四个是提供精准的寻向导航能力,应用领域包括会展场景、博物馆、封闭园区的自动驾驶等。

(三)国内UWB定位企业级应用市场简析

1、行业的市场规模

(1)市场规模数据一(引自物联传媒)

2016-2022年中国UWB定位企业级应用市场体量及市场增长率预估(单位:亿元)

以上数据由:物联传媒与国内20余家UWB定位一线企业进行了深入的交流,结合当前的市场出货量、行业的价格水平、商业模式等 综合因素,对当前与未来的市场进行一个预估。

(2)市场规模数据二(引自东方证券)

每一个场景是市场空间都是巨大的,根据东方证券的研究,国内各类UWB场景的一次性建设市场就超过了1000亿(国内UWB定位市场整体规模约为1280多亿;另外,其他采用租赁形式按年收费的,对应场景每年也会产生数十亿的市场,比如会展大约每年30亿、社区矫正大约每年15亿等)。

2、2019年中国UWB定位企业级应用市场细分领域分布

3、行业的价格分析

在当前UWB企业级定位市场中,项目制的市场环境的特性是方案有很多定制化的内容,报价方式是对整体方案进行打包报价,很多项目中,还有一些应用软件的开发,因而报价会有很高的灵活性,无法像手机、PC、智能音箱等消费电子产品一样进行标准化的报价。

UWB核心产品价格分析

数据来源:物联传媒2019年调研

4、中国UWB定位企业级应用市场的出货量分析

UWB当前To B类的应用场景中,出货量未大规模爆发。2018年,国内UWB企业级应用市场出货量为百万级,随着新的芯片玩家进入,未来几年,在企业级应用市场,UWB将会保持着超高的发展速度,预计在2022年将会超过千万级的量,达到1200万片左右

2018-2022年中国UWB企业级应用市场芯片出货量预估(单位:万)

数据来源:物联传媒2019年调研

 

(四) 国内UWB市场商业模式与竞争力分析

根据物联媒传的调研,目前国内UWB应用市场上主要有这么几种商业模式:

模式一:卖标准化的模块

目前,有些UWB企业的玩法是选择卖标准化的UWB模块,他们的客户群体是做基站标签成品企业以及具有开发能力的系统集成商。

这种模式的优缺点有:

优点: 1. 减少公司的研发投入以及成本投入,比较适用于初创团队。 2. 标准化的产品比较方便进行市场拓展,比如说可以通过线上的销售渠道进行推广,客户进行小批量试点之后进行大规模采购。

缺点: 1 .模块化产品的利润率会比较低,尤其是当量越来越大之后,利润空间会压缩的更低。 2 .与应用客户脱节,会造成产品与市场需求的契合度不高,长久之后产品的竞争力会降低。 3 .市场门槛比较低,容易陷入红海化竞争。

模式二:卖“基站+标签

市场上也有部分企业以卖硬件(基站+标签)为主,几乎不供应应用软件。这类企业主要的销售模式是通过渠道商进行销售,这种模式的优缺点为:

优点: 1 .有利于公司集中优势资源,进行硬件产品的开发,因为应用软件需要更多的资源投入,并且往往意味着需要直接面对客户,对于 小企业来说,精力不够。 2 .市场拓展阻力相对较小,往往能抱住一些“大腿”用户,就能迅速拓展市场。

缺点: 1 .难以形成自己的品牌,容易沦为大企业或大集成商的代工厂。 2. 目前的硬件利润比较高,盈利能力尚可,未来硬件利润压缩之后,难以进行服务增值业务。

模式三:卖“基站+标签+应用软件

这种模式是当前国内UWB定位企业第一梯队里面最受欢迎的玩法。因为对于很多用户来说,希望技术供应商能够供应整体化的解决方案。即便是走渠道商的形式,也有很多客户需要技术企业提供整体软硬件的技术能力支撑。

优点: 1 .综合方案的利润空间会比较高。 2 .市场门槛比较高,所以企业的竞争力会更高。 3 .抵御降价风险的能力更高,因为硬件往往只是一部分内容,未来硬件降价后,可以通过软件服务进行商业增值。

缺点: 1. 需要公司进行的投入会很大,包括综合研发成本,市场推出成本,销售成本等等,对于初创团队来说并不容易。 2 .面临大公司进入竞争的风险,未来大公司进入UWB定位后会与这类企业进行直接的竞争。

模式四:卖“基站+标签+应用软件+其他的方案

还有很多企业业务会比较多,除了UWB定位业务之后,还有其他的业务,比如说定位方面会涉及蓝牙、GNSS、惯导,非定位方面 技术会涉到无线传输、RFID等业务,此外,还些企业能够在完整UWB定位方案基础上,做更大的集成,从而直接面对客户。综合来说, 这类公司往往是在其他领域有多年的积累,UWB技术能够与原有技术产品形成很好的互补,因此在向客户输出方案的时候,能够提供更 大的集成。

优点: 1.综合门槛最高,相应的议价能力以及利润水平也更高。 2. 方案的灵活性更高,能够满足不同层次的用户需求。

缺点: 1 .产品线过长,投入的精力与成本会很大。 2.标准化难度最大,到一定规模之后,发展就会受限。

 

三、国际UWB行业概况

UWB 技术首先由美国军方应用,2000 年之后逐渐开始应用于民用市场。近年,Decawave等公司不断进行市场培育,UWB行业得到了较快发展。

根据 market&market 的调查数据显示,未来五年全球室内定位市场复合增长率将达到 42.0%, 市场规模预计从 2017 年的 71.1亿美元扩大到 2022 年的409.9 亿美元。

2019年随着苹果高调入局UWB,UWB行业巨头抱团,生态系统逐步成熟。

不仅仅苹果积极准备应用 UWB 技术,三星、索尼、博世、恩智浦等巨头抱团组建 FiRa (find ranging 前两个字母) 联盟,有望快速建立完整的生态系统。UWB 技术虽然具备较多优势,但是该项技术 2016 年才兴起,仍处于导入期。因此产业链仍不成熟,建设成本相对较高,技术标准尚未统一, 生态系统不够完善。制定规范的行业标准和认证是确保一个行业快速无缝衔接的基础, 从而确保建 立跨芯片组、设备和基础设施服务的 UWB 生态系统。为了快速推动这个行业的发展,2019 年, 恩智浦、三星、Sony、博世(Bosch)、ASSA ABLOY、HID Global 组建了 FiRa 联盟,旨在利用 UWB 技术推动用户无缝体验,索尼、LitePoint、电信技术协会(TTA)也已加入 FiRa 组织。FiRa 联盟也在积极推动和汽车等其他行业参与者合作开发和定义技术。

FiRa 联盟聚集各大行业巨头

四、 UWB行业主要参与企业

Decawave

Decawave是中国大陆区域应用最广泛的UWB芯片提供商,在中国建立了较为完备的UWB应用生态。其提供低成本的芯片出售,零售价格在几美元。型号为DW1000的芯片,符合IEEE 802.15.4-2011 UWB标准协议(在理想条件下,最大可测量范围为300m)。应用于政府大楼、高货值仓库、超级市场、大型制造车间、医院、敬老院、幼儿园、酒店、大型餐馆、娱乐场所、监狱、住宅小区、物流公司、博物馆、科研机构、实验室等人员和重要物资的定位监控。

Decawave在中国深圳设立有面向中国区的办事处。

Decawave 4亿美金卖给 Qorvo。

Qorvo( 威讯联合半导体)是RFMD与TriQuint公布合并后的新公司名,Qorvo股票以“QRVO”代码在纳斯达克全交易。

北卡罗来纳州格林斯伯勒和俄勒冈州希尔斯伯勒,2014年9月18日 -- RF Micro Devices, Inc.(纳斯达克代码:RFMD)和TriQuint半导体公司(纳斯达克代码:TQNT)日前宣布,两家公司以平等地位合并后的控股公司将起名为Qorvo, Inc.。另外双方还将公布新的Qorvo标识和股票代码,并在完成合并后立即开始使用。

名称Qorvo(发音kor-vo)传达的信息是,并后的公司将具备提供核心技术和创新的能力,使客户能够更快推出其下一代设计。

Decawave的UWB技术会应用到苹果的UWB技术上面

Qorvo目前是一家生产RF半导体的公司,为苹果提供iPhone所用的芯片 ,其三分之一的年收入来自苹果公司。苹果宣布将其用于AirDrop,但预计它将使iPhone也能够确定设备的方向和运动。据推测,UWB和U1芯片也可能为传闻中的Apple Car提供无钥匙访问特性。U1芯片已经引起了一些争议,但苹果公司目前在系统上的实现是使用位置数据。也就是说,以后Decawave的UWB技术会应用到苹果的UWB技术上面。

NXP

恩智浦是全球领先的汽车电子及人工智能物联网节点处理芯片公司.恩智浦提供了从边缘计算到网关,到云端的完整物联网解决方案。主要将UWB应用在了汽车电子领域。

恩智浦NCJ29D5  UWB芯片提供精确、安全、实时的定位功能,目前该技术是其他无线技术(如Wi-Fi、蓝牙和GPS)无法比拟的。这项技术旨在让装有UWB的汽车、手机和其他智能设备具备空间感知能力,使汽车能够准确定位用户的所在位置,从而使智能手机首次实现与最先进的遥控钥匙同等的便利性。用户能够打开车门并启动汽车,无需将手机从口袋或包里拿出,或者通过智能手机实现安全遥控停车。新型UWB集成电路还可通过中继攻击功能最大程度防止汽车被盗。

SAMSUNG

早在2006年的CeBIT2006展览上便展示过UWB原型手机。

近年来,三星推出基于UWB技术的CA750系列无线显示器,与Staccato公司在UWB技术领域进行商务合作,申请了不少的UWB相关专利。三星申请的UWB相关专利有数几十项之多,最早的专利从2003就开始申请,并且最近几年,公开的UWB专利数量比早期更加的密集。长期的技术积累肯定会在其产品中体现出来,相信在不久之后,三星将会在其手机中也会加入UWB技术。

英国Ubisense

Ubisense成立于2003年1月,来自剑桥大学的工程师队伍,Ubisense UWB的显著特点是精确可靠的实时定位,有源射频标签适用于室内/户外环境且高精度,可达到15厘米,基座设施可互相替换,具备高可靠性(两个感应器跟踪三维定位),为客户端提供成熟的软件平台。应用范围包括物流、工业、危险环境、医疗保健、军事等。

Ubisense公司早在Decawave之前就已研发了UWB芯片,但因其态度较为封闭,导致其UWB应用生态未能如期建立,据业内人士介绍,目前已面临经营困难。

美国Zebra

Zebra Technologies为美国大学生橄榄球Senior Bowl比赛提供有源UWB标签、读卡器以及Zebra软件。Zebra软件读取数据后,将计算诸如每个球员跑步的速度,其他球员与该球员的距离,以及抛球的速度和旋转度、高度、距离等信息。然后,这些数据将转发给Senior Bowl的管理软件,通过社交媒体向粉丝和媒体展示。这些信息不仅可以用来识别球员的优缺点,还可以判断球员是否疲劳。

美国Time domain

公司的PLUS超频带UWB及时定位系统由标签、阅读器、同步分配面板、天线和定位软件组成。2009年底,Time Domain公司就推出欧式系统,中心频率为7.3Hz。欧式系统中用户可以动态地改变标签的发射频率(1~10Hz)和操作模式(活跃或者待机)。

日本最大电信运营商NTT+恩智浦+索尼

2020年1月,恩智浦半导体宣布,NTT DOCOMO, INC.和索尼影像产品及解决方案公司(以下简称“索尼”)将在移动支付动态演示中使用恩智浦超宽带(UWB)解决方案,展示安全便捷的无感支付和基于精准定位的的独特营销服务。

3db accesss

3db Access AG(PTX)是一家2013年在瑞士苏黎世成立的公司,提供准确和安全的超宽带(UWB)定位解决方案,以能够访问车辆、楼宇、追踪标签、IoT设备和移动支付等应用。公司产品有3DB6830UWB芯片,该芯片支持IEEE 802.15.4z LRP。

2020 年 2 月 17 日, 全球领先的半导体解决方案供应商瑞萨电子株式会社(TSE:6723)与专注于安全超宽带(UWB)低功耗芯片的无晶圆厂半导体公司3db Access AG今日共同宣布,瑞萨将获得3db UWB的技术许可,双方共同合作为互联智能家居、物联网(IoT)、工业4.0,以及移动计算和车联网应用带来一流的安全访问解决方案。此次合作将结合双方在性能、尺寸缩减、超低功耗和安全性方面的领先技术,为全球市场提供突破性的多接收器UWB解决方案。

五、 UWB应用场景介绍

1、 FIRA应用场景参考。

FIRA列举三种通用应用方式,包括“非接触访问控制、基于定位的服务、点对点应用”

六个大的应用领域,及一些具体的应用场景,包括:

2、 监狱

方案:
使用uwb室内定位技术,采取为犯人穿戴UWB手环的形式,能够实时获取人员精确位置,精度最高可到10cm,同时具有电子围栏的功能,在关键出入口及周界布置禁入边界,在押人员靠近或非法进入即主动告警,降低监管执法的风险。变被动监管为主动监管,达到事前预防、事中管控、事后查证管理新思路。

监狱人员定位系统支持全天候点名,对犯人进行24小时位置监控和自动跟踪,随时掌握每个犯人的位置及活动轨迹、全监狱人员的位置分布,使监管工作智能化,提升立体防控能力,快速响应突发事件。

市场规模:

全国共计713座监狱、按平均每所监狱智慧化投入规模3000万计算,约214亿市场空间;按每家犯人定位投入金额占比10%算,约21.4亿。

3、社矫

方案:

内网+定制手机(内置UWB模块)+UWB手环,UWB手环通过UWB信号穿透性强、抗干扰特点,与手机建立联系。人员区域定位主要通过手机GPS实现。

市场规模

社矫人员约80万人,未来长期有望达到与监狱服刑人员1:1的比例(170万人),按照深圳1500元人均年费模式类比,即社矫人员市场12亿元。

4、工业4.0

智慧工厂

智能制造、汽车装配、电力能源、钢铁冶金等行业中对物资监控、人员管理、智能巡检、安全预警等

方案

市场规模

50000家企业,每家40万,有200亿市场规模

5、养老院\医院

方案

老人和病人由于生活自理能力差,且自我判断和保护能力不足,容易迷失方向,遇到危险时也很难实现自救和求助。养老院和疗养院服务人员有限,可能无法及时顾及到每个老人或病人,相关人员的安全问题给管理者带来了不少难度。

医院/养老院人员定位系统,使用uwb室内定位技术,采取为老人/病人佩戴标签卡的形式,能够实时获取人员精确位置,精度最高可到10cm,通过人员实时定位的现代化信息智能监管系统,能够及时处理应急情况,为他们的生命健康安全和日常生活提供有力保障。

医院/养老院人员定位系统实现了统一规范化的医护人员管理平台和病人监管平台,及时响应救援,保障病人、新生儿的人身安全,也增强了对医护人员行为的监管,形成良好的巡查习惯,减少医疗事故的发生。

具体应用可包括:实时定位与人员分布、静态/动态电子围栏、视频联动、寻医导航、静止监测(对老人或病人实施静止监测、防止意外发生)、历史轨迹储存和回放等。

市场规模:

目前全国有三级医院2000家,养老院15000家,按照每家三级医院300万、养老院50万的规模,市场规模位135亿。

6、智能楼宇

智能楼宇人员定位解决方案,采用 LocalSense 无线脉冲专利技术,通过在楼内布设有限数量 LocalSense 微基站,实时精确地定位人员佩戴的 LocalSense 微标签位置,零延时地将人员的位置信息准确地将反映到展厅控制中心,以进行人员实时位置定位、人员轨迹分析、多媒体联动等。精度达到10厘米级,提升楼宇人员行为分析科学性,提供高科技的智慧楼宇管理。应用场景:楼宇人员定位、手持平板定位追踪、访客及权限人员禁区划定。定位精度:典型10厘米,一般遮挡30厘米,特种应用5厘米。

7、石油化工

方案

随着经济发展和化工市场规模的扩大,竞争日益激烈,石油化工生产车间面积广阔,生产工人数量多,环境复杂,生产区域需要严格控制进出权限,存在难以进行有效管理和不便实施全方位风险管控的难题。

使用uwb室内定位技术,采取佩戴标签卡的形式,能够实时获取人员精确位置,精度最高可到10cm,集风险管控、视频联动、历史轨迹回放、人员管理、电子围栏、各种行为监控、应急救援等功能为一体。

化工厂人员定位系统帮助实现了化工精细化安全管理和生产过程管控,进一步提高生产效率,维护生产秩序的安全,同时也实现了化工企业安全管理和生产效率的提高。

系统功能可包括:实时定位与人员分布、静态/动态电子围栏、视频联动、智能考勤和工时统计、行为监测、智能巡检等。

市场规模

目前有25000家石油化工企业,按照每家40万算,大概有100亿市场规模

8、展厅\展馆
方案

随着经济与科技的高速发展,国内逐渐开始举行越来越多的各个行业的展会,但展厅面积大、展品多、人流量大,提供高效便利的服务,是展方急需解决的问题。

展馆/展厅定位导航系统,使用uwb室内定位技术,采取佩戴标签卡的形式,能够实时获取人员精确位置,精度最高可到10cm,为参展观众提供精确导航,提供热力图显示,统计区域人数,进行人流分析,方便对安保人员进行调度,让展方了解参展人员感兴趣产品,为后期提升展会质量工作提供明确方向。

展馆/展厅定位导航系统为参展人员提供展品位置导航功能以及相关展品信息推送功能,并对观展人员进行统计,为展方提供可靠的人员行走分析等功能,提高展厅的效率和科技含量等。

系统功能:实时定位与人员分布、静态/动态电子围栏、视频联动、智能导览、聚众监测、历史轨迹储存和回放等。

市场规模

6000场展览一年,每场费用50万,市场规模30亿每年

9、博物馆
方案

博物馆的基本功能是对文物的宣传、教育和研究。由于讲解员配备人数有限,不能逐一满足观众的讲解需求。如何为观众提供更多一流的服务、如何为博物馆的管理工作带来便捷成为了目前需要解决的问题。

博物馆室内定位系统,使用uwb室内定位技术,采取佩戴标签卡的形式,能够实时获取人员精确位置,精度最高可到10cm,通过室内定位技术在参观游览方面进行改善: 利用观众自带移动终端(如手机),将展品信息以及整个展馆的参观线路全部加载到观众的手机上,观众可自行安排参观行程,在参观过程中,系统会自动将观众周边的展品信息推送给手机。

博物馆室内定位系统解决了博物馆关于长期存有藏品的保护与展示之间的矛盾,同时还带动博物馆的其他业务的信息化管理,提高了工作效率,为博物馆的规范化、标准化、数字化管理发挥了积极作用。

系统功能:实时定位与人员分布、静态/动态电子围栏、视频联动、智能导览、聚众监测、历史轨迹储存和回放等。

市场规模

5200家,每家30万,15.6亿

10、电厂

我国是世界上水电站规模最大的国家,始终把安全作为第一责任、第一工作,全面推动安全管理工作的标准化和规范化。电力能源行业的管理具有极高安全要求。

电厂/变电站人员定位系统,使用uwb室内定位技术,采取佩戴标签卡的形式,能够实时获取人员精确位置,精度最高可到10cm,集风险管控、人员管理、电子围栏、巡检过程实时显示、应急救援等功能为一体。

电厂/变电站人员定位系统为电力能源行业实现了安全生产可控制、安全建设可控制和日常人员管理可控制和全面落实安全生产责任,确保实现安全生产的工作目标。

系统功能:实时定位与人员分布、静态/动态电子围栏、视频联动、智能巡检、行为监测、历史轨迹储存和回放、SDK二次开发包等。

市场规模

1300家,每家400万,市场规模52亿。

11、矿井

随着城市建设进程的加快,针对隧道及城市地铁建设的运营管理相对复杂、环境恶劣、事故频发的状况,安全生产与安全管理成为了工程建设中的重点,施工过程中迫切需要能够保障施工人员安全的管理系统。

矿井人员定位系统,使用uwb室内定位技术,采取在隧道内部署定位基站、为施工人员佩戴标签的方式,能够实时获取人员的精确位置,精度最高可到10cm,有效提升对于作业人员的管理效率,同时保障人员的安全。

矿井人员定位系统支持全天候考勤,对施工人员进行实时自动跟踪,随时掌握每个员工在隧道的位置及活动轨迹、全隧道人员的位置分布。最重要的是,当遇到隧道突发事故,可以迅速找到被困人员可靠的位置信息,提高抢险救灾、安全救护的效率。

系统功能:实时定位与人员分布、静态/动态电子围栏、视频联动、智能巡检、行为监测、历史轨迹储存和回放、SDK二次开发包等。

市场规模

3800处,每处50万,市场规模19亿。

12、仓储物流

清研讯科仓储物流高精度定位系统解决方案面向制造业、电商业、第三方等各类型物流在港口码头、仓库的作业场景,提供面向集团、工厂管理、仓库管理等层面的关键应用,满足不同层次的管理需求。清研讯科将自主研发的UWB定位产品与仓储物流管理思想有机结合,弥补了位置大数据在仓储物流中的空白。结合RFID、条码等信息,使得周转过程中的每一个元素都可以被感知和被追踪,结合不断优化的大数据分析平台进行分析,使企业的物流能力进一步优化和提高。

13、智能港口

港机远控与自动化

唐恩科技与知名港机商和大型港口集团合作,在已有的多个自动化辅助系统基础上,选用稳定的网络平台、引入智能视频处理技术(联合国内领先的人工智能和视频处理团队),开发了集装箱港口机械的多环节自动化辅助系统,形成远程、自动化操控的解决方案。根据客户的需要,本方案可以分级部署:从最简单的远控、到远控加安全系统、再到最复杂的自动化远控,用户可以根据实际需要进行选择,也可后期添加各子系统。

港口作业安全保护

目前港口企业已经部署了一些系统解决生产作业中的安全问题,但仍未有统一的、性价比高、稳定可靠的解决方案。唐恩科技在自主研发的识别和定位产品基础上,结合目前最新的、成熟的软硬件技术,经过近5年的研发优化,推出港口设备作业安全的新一代解决方案。

14、新零售

方案

15、移动支付

利用UWB短距离传输速率高的特性,加密算法可以更加复杂,采集特征点更多。

16、机器人

商用服务机器人、工业AGV机器人定位导航、特种机器人与编组无人机

17、自动驾驶

室内停车场定位停车、码头自动驾驶应用等

18、体育娱乐

智能足球

体育娱乐定位解决方案采用精位科技自主研发的位RU高精度定位系统,通过在足球场、篮球场、游泳馆等运动场所内布设基站,覆盖场地范围,对运动员、足球、篮球等进行实时精确定位,系统精度高达厘米级。系统可实现定位高速运动目标、实时数据收集、赛后数据分析管理等功能,为体育训练提供数据支撑。

19、VR方向

超大面积多人VR,单系统支持1000平米,系统之间可拼接,可支持10人同时体验;系统不惧遮挡,室内、室外、强光场景均可使用;比红外相机方案场地利用率高20%

六、巨头企业最新关注的UWB应用

(来自恩智浦总裁Roger的专访)

USB技术可更精确的定位手机,钥匙或跟踪标签的确切位置,帮助找到丢失的狗或自动解锁汽车。

UWB通过测量超短无线电脉冲在设备之间传输所需的时间来计算精确位置(类似于ToF),这项技术非常适合Apple的跟踪器标签。但是,UWB还有更多作用,他可以为您的房屋,汽车和其他设备带来新的智能互联。尽管现在它的作用有限,但是UWB最终会实现一部手机或一个腕表实时登陆各种安全设备,并在远离他们之后随时注销。

支持该技术的行业组织UWB联盟的执行董事Harrington表示,苹果公司注意到UWB的技术优势,这对于UWB发展本身来讲是个好消息。

Harrington表示:“苹果将改变UWB游戏规则,更多人会对UWB技术产生浓厚兴趣。”

UWB到底都有哪些好处?

基于卫星的GPS可以让你在旷野中快速定位,但是想更精准或者是室内、写字楼、隧道等区域中,GPS无法发挥作用,UWB则没有这些障碍。

UWB可以切换Netflix的配置文件,可以与智能音箱进行个人化设置,也可以进入办公室时就唤醒笔记本电脑,又或者实现汽车或家门的智能识别——汽车接收器会识别你的手机并且唤醒汽车,而当你远离汽车时,则会自动为汽车上锁。UWB可以实现智能家居、自动打开音箱、自动灯光照明等各类应用。

Reger表示,基于蓝牙的位置感应至少需要两秒才能准确定位位置,但UWB的速度要快一千倍。

支持者说,UWB将增加更多便利。传统的密钥卡在远程解锁汽车方面存在安全问题:犯罪分子可以使用模仿汽车和钥匙通信的中继攻击来窃取车辆。UWB对这类问题有加密保护,并且他的传输及确认速度足够快,很难被破解。

Apple希望UWB能帮助您找到您的狗,控制您的恒温器并解锁您的前门。

当然,准确定位的能力也有一些弊端,主要是隐私安全,尤其是当你不希望其他人或者商家准确了解到你的行踪。但随着今天隐私法案的推动,手机OEM们可能不会让设备在未经许可的情况下跟踪位置等隐私信息。

七、 两个重要的UWB联盟

(一) FIRA联盟

由HID Global,恩智浦,三星,博世,索尼,LitePoint和TTA等组建了FiRa联盟, FiRa联盟(fine ranging)通过制定标准和认证,从而确保建立跨芯片组、设备和基础设施服务的互操作UWB生态系统。旨在利用超宽带(UWB)技术推动用户无缝体验。

创始会员:恩智浦、博世、三星、HID、Decawave、Allegion、Assa Abloy 7家公司。
国内手机厂商会员:小米(第二级)、OPPO(第二级)
UWB应用企业:清研讯科为第二级(Contributor Members 年费万美元)
中电昆辰为第四级(Adopter Members(年费1.5万美元或0.5万美元)资料引自:https://www.firaconsortium.org/about/members

(二) UWB联盟

UWB联盟是一个全球性的非营利组织,致力于将UWB技术作为一个开放标准行业来共同建立。它有助于促进大规模部署,保护全球数以百万计的已安装设备免受无线电技术的侵蚀。UWB联盟目前由创始成员组成,包括Decawave、现代、起亚、斑马、Alteros、Novelda和Ubisense、小米、oppo等。
这一联盟将通过端到端、与供应商无关的互操作性计划推动增长,这些计划将为跨多个行业的物联网和工业4.0应用程序提供准确的位置、导航、跟踪、安全、成像、传感和通信。
UWB联盟的使命是成为致力于将超宽带(UWB)技术确立为一个重要的开放标准行业的设计师和制造商的代言人。
随着全球数百万设备的安装,UWB保证保护和共存与其他无线电技术。UWB联盟寻求通过端到端和供应商不可知的互操作性计划来促进增长。
UWB联盟与成员合作,主持、协调和促进基于当前和新兴标准(如IEEE 802.15.4z)的端到端供应商互操作性,我们的使命是:
将超宽带(UWB)技术确立为一个重要的开放标准行业推广802.15.4和其他基于标准的超宽带技术通过多个行业用例定义和建议互操作性概要文件定义互操作性的测试方法建立关系,提供推荐的测试设施UWB联盟提倡UWB技术和用例:推动显示物联网和工业4.0超宽带价值的垂直市场,在整个UWB价值链上构建全球生态系统。
UWB论坛
UWB论坛的主要支持者是摩托罗拉和Freescale。

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