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。
新一代UWB設計將促進技術普及
(承前文)雖然UWB的採用才剛起步，但它即將迎來大幅度的發展。高通正在將這項技術整合到其最新版本的行動複合晶片FastConnect 7900中，該晶片也支援Wi-Fi 7和藍牙。高通的主要競爭對手聯發科技也可能將UWB技術整合至其產品中。由於這兩家公司幾乎為所有Android手機提供行動晶片，預期UWB技術將像藍牙和近場通訊(NFC)一樣迅速普及。分析師預測，到2028年，50%的新款智慧型手機將會支援UWB功能。
然而，像FastConnect 7900這樣的複合晶片，雖然支援傳統藍牙和Wi-Fi，但並不適合許多物聯網裝置。對於那些不需要Wi-Fi更高的資料傳輸速率或更遠的傳輸範圍，並且需要依靠小電池長時間運作的裝置，可以使用僅提供BLE和UWB功能的晶片。這種晶片可以是單純的通訊晶片，或者是一個整合其他功能的系統單晶片(SoC)。
從頭開始開發這種晶片需要在訊號處理和射頻(RF)類比電路方面擁有專業知識，並且需要具有無線電協定實作和標準相容性方面的相關經驗。IP設計方案有助於加快晶片開發速度，例如Ceva便提供結合BLE和UWB無線電的晶片設計IP，該IP方案同時包含所有必要的韌體。
此外，如圖1所示，一些UWB頻道位於6GHz頻段，該頻段與Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7共用。由於Wi-Fi功率更高，並且可以使用320MHz的頻道，因此Wi-Fi可能會干擾在6GHz頻段運作的UWB無線電，並影響測距功能。為此，Ceva的RivieraWaves UWB設計整合了創新技術，以應對來自最新Wi-Fi無線電的干擾。
圖1 Wi-Fi 6E和Wi-Fi 7頻譜與UWB頻譜重疊，且具有更高的功率譜密度(PSD)
全新應用案例彰顯UWB優勢
由FiRa 2.0規範開啟的消費性UWB應用包括智慧標籤、智慧家庭和室內導航。過去的智慧標籤常常只使用BLE向智慧型手機發送「我在附近」的訊息，手機再將其大致的GPS座標記錄到雲端，或是使用UWB以獲得更高的精準度，但僅限於封閉的單一供應商生態系統。作為聯盟，FiRa制定的規範是多個供應商共同採用的標準。除了尋找鑰匙、行李和其他標籤應用外，FiRa期望其「尋找」規範能夠進一步幫助使用者在人群中找到朋友，並識別共乘服務的司機。
新的智慧家庭自動化使用案例「指向觸發」有望改變使用者與裝置互動的方式。如果僅使用BLE，使用者想要從智慧手表或智慧型手機上開啟或控制裝置，就必須在應用程式中選擇該裝置。然而，若使用UWB，使用者只需要將手表或手機指向裝置就能選定裝置。指向觸發的效果也可以應用於電視遙控器，讓使用者可以點擊、拖曳和圈選螢幕上的項目，相比按鈕操作，提升了使用者體驗，並能實現基於電視的遊戲體驗。
室內導航UWB使用案例特指無追蹤導航。在醫院、機場、購物中心或餐廳等場所，定位步行的人員需要公尺等級的精準度，並評估其方位。雖然智慧型手機配備了GPS接收器，但它們在室內效果不佳，也無法提供方位資訊。場地可以安裝固定的UWB「錨點(Anchor)」來與配備UWB裝置或標籤的人或物進行通訊；FiRa 2.0規範定義了錨點和標籤的角色。
對於追蹤導航，這些錨點會將飛行時間(ToF)和到達角(AoA)資訊發送到中央系統，以便追蹤目標。無追蹤導航將處理過程轉移到智慧型手機等裝置，以增強隱私並簡化固定基礎設施。使用者可以在室內規畫路線，就像使用手機在城鎮中導航一樣，如圖2所示。
圖2 FiRa 2.0實現無追蹤的室內導航，讓使用者能夠輕鬆地在購物中心找到商店，或是在機場找到登機門
UWB未來發展如何？
強化FiRa的開放標準以支援新的UWB應用場景，以及將該無線電技術添加到新一代智慧型手機，將使UWB技術走上普及的道路。除了智慧標籤之外，UWB技術還將被添加到像是電視、電燈等消費性電子產品以及固定錨點之上，以實現室內導航、尋人和尋物，以及指向觸發功能，類似的工業和醫療應用場景也將跟著出現。要加強裝置的UWB功能，晶片製造商需要採用無線電IP，而優質的IP將包含互補的BLE無線電和解決干擾的創新技術。
UWB技術正從少數廠商提供的利基功能轉變為主流技術。隨著越來越多智慧型手機搭載UWB功能，更多物聯網裝置將會整合UWB技術，進一步提升其價值，預期越來越多UWB應用場景將陸續成真。
(本文作者為Ceva UWB產品總監)
FiRa 2.0/行動晶片為普及鋪路 UWB攜手藍牙描繪三大應用(1)
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