FiRa 2.0/行動晶片為普及鋪路 UWB攜手藍牙描繪三大應用

2024-06-05
近期FiRa協會發布全新2.0規範,為UWB定義物品定位、室內導航及指向觸發應用場景,同時行動晶片業者開始將UWB納入其中,預期未來UWB在智慧型手機普及率將逐步上升,結合創新應用真正開啟UWB時代。在此過程中,藍牙作為互補技術,也將成為UWB應用發展道路上的助力。

能夠幫忙尋找鑰匙的追蹤器(Tracker-tag)技術已經有了大幅提升,創造出更多應用情境。超寬頻(UWB)經由蘋果(Apple)進一步獲得推廣,並已由FiRa協會(FiRa Consortium)標準化。FiRa 2.0規範定義了UWB技術的應用場景,包含物品定位、室內導航,以及指向觸發。這些案例突顯出,在比較UWB與藍牙時,UWB能提供更精準的距離和方位估計。然而,這兩種技術並非替代關係,而是互補關係。

智慧型手機的普及性和易用性使其為許多UWB應用場景提供了可能性。蘋果是第一個在智慧型手機展現UWB能力的公司,而該技術即將變得更加普及。高通(Qualcomm)已將UWB技術整合至其產品中,為UWB在Android智慧型手機上的普及鋪平道路,使UWB在Android手機中就像在蘋果iPhone中一樣常見。隨著搭載UWB功能的智慧型手機越來越多,使用者基礎不斷擴大,預期UWB技術的應用範疇將持續拓展,實現新的應用場景。

添加UWB功能需要全新的晶片設計。由於UWB和藍牙低功耗(BLE)技術相輔相成,Ceva開發了整合兩項技術的半導體IP,並且更進一步實現UWB與最新Wi-Fi標準共存。相關業者可以將此IP應用於晶片,除了智慧型手機和智慧標籤,更可為其他多樣的應用場景提供支援。

UWB vs藍牙

經過十年的研發,藍牙技術首次在Ericsson T36手機上亮相。自該款初始手機問世以來,藍牙已成為標準配備,很快就因其連接手機與耳機、喇叭,以及連接電腦與鍵盤、滑鼠的功能而廣受歡迎。現在,即使是基本款的汽車也配備了藍牙功能,讓駕駛時可以免持通話。

藍牙低功耗(BLE)技術是在2000年代中期開發出來的,與傳統藍牙使用相同的頻率,並且擁有相同的傳輸範圍,但降低了資料傳輸速率,並進行其他調整以節省電力。BLE十分適合智慧家庭和其他物聯網(IoT)應用,這些應用對資料傳輸速率需求不高,且裝置(例如門鎖或標籤)必須長時間以電池供電,同時還要盡可能降低成本。

與BLE技術開發同步,多家公司也致力於將UWB技術商業化。這些早期的嘗試旨在利用UWB的理論資料傳輸速率,該速率超越了藍牙,甚至超過了當時的Wi-Fi。支持者們將其視為USB的無線替代方案,使電腦無線連接周邊設備,讓消費電子產品可以免除線纜的困擾。然而,令人失望的實際應用性能和標準之爭,讓這些計畫胎死腹中。

2019年,蘋果將UWB技術整合到iPhone 11機型中,使UWB技術再度浮出水面,此外,BMW也將UWB技術應用於2022年的車款。自這些產品推出以來,其他智慧型手機和汽車也陸續加入了UWB功能,而蘋果推出的AirTag更帶動UWB的大規模普及。

智慧型手機、汽車和標籤都採用UWB技術,但並非用於原本設想的高速資料傳輸,而是用於空間感知。這項技術之所以表現出色,是因為其500MHz的寬頻通道和脈衝型調變能夠減輕噪音和多路徑干擾的影響,並有助於估算無線電訊號的傳播時間(ToF)和到達角(AoA)。

藍牙5.1添加了空間感知技術,但這些技術的精度無法與UWB相提並論。實際上,藍牙可以將裝置定位在約一公尺的範圍內,而UWB的精度則能達到公分級別。即將推出的藍牙版本將透過通道探測(Channel Sounding)技術來提高測距精度,該技術根據波形之間的相位差估計距離,有助於將精度提升至10公分,但所需時間比UWB測距更長,因此會產生明顯的延遲。UWB的其他優勢包括強大的安全架構和更快的資料傳輸速率(31Mbps)。雖然UWB比BLE更耗電,但它在測距方面提供更優質的使用者體驗,因為UWB更準確、更快且更安全。

然而,在比較UWB和藍牙時,最好將UWB視為藍牙的補充,而不是問「UWB能否取代藍牙?」裝置可以藉由BLE廣播其存在,並使用該技術在需要時建立UWB連接,以取得UWB更快的資料傳輸速率和更精確的定位功能。基於此原因,智慧型裝置將採用整合UWB和藍牙無線電的晶片。UWB的安全架構也使其成為車輛和家庭智慧門鎖的理想選擇。

FiRa 2.0/行動晶片為普及鋪路 UWB攜手藍牙描繪三大應用(1)

FiRa 2.0/行動晶片為普及鋪路 UWB攜手藍牙描繪三大應用(2)

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