作者 | 不可說
出品 | 汽車電子與軟件
近年來，在快速發展的電子科技領域中，一個頻繁被提及的技術術語便是UWB（超寬帶）。UWB技術憑借其獨特的優勢，在眾多應用場景中展現出了巨大的潛力，特別是在蘋果公司的產品中得到了顯著體現。例如，蘋果的“隔空投送”功能就巧妙地利用了UWB技術，通過精準定位目標設備，為設備間快速建立無線連接提供了堅實的基礎。值得注意的是，盡管在數據傳輸的過程中UWB并未直接參與，但其出色的定位能力卻極大地提升了用戶體驗的便捷性。
此外，蘋果的AirTag也是UWB技術應用的又一典范。這款小巧的追蹤器利用UWB技術實現了厘米級的定位精度，并具備三維位置跟蹤功能，讓用戶能夠輕松找到遺失的物品，無論是家中的鑰匙還是辦公室的文件夾，都能迅速定位，大大節省了時間和精力。
除了在消費電子領域的廣泛應用，UWB技術在汽車電子領域也逐漸嶄露頭角。其中，UWB鑰匙便是一個典型的例子。這種新型的鑰匙利用UWB技術的高精度定位和低功耗特性，為用戶提供了更加安全、便捷的車輛訪問體驗。與傳統的鑰匙相比，UWB鑰匙不僅更加智能化，還能夠在一定程度上提升車輛的安全性，防止未經授權的訪問。
#02 UWB介紹
簡介
UWB（Ultra Wide Band，超寬帶）技術是一種創新的近距離無線通信技術，它顯著區別于傳統的通信技術。傳統通信通常依賴載波來傳輸數據，而UWB則通過發送和接收納秒甚至亞納秒級的極窄脈沖來實現數據傳輸，每個信息比特可以映射為數百個這樣的脈沖，這種方式大大提升了數據傳輸的效率和獨特性。
特性
在當前的車載近距離無線通信技術領域，藍牙和Wi-Fi已成為常見的選擇。然而，隨著技術的發展和汽車電子系統對數據傳輸速率與定位精度的要求日益提升，引入UWB技術顯得尤為必要。UWB技術的兩大核心優勢——數據傳輸速率可達4~675Mbps，定位精度可達0.1-0.15米，顯著超越了藍牙和Wi-Fi等傳統技術，這兩大特性在汽車電子系統中至關重要，直接關系到車輛內部通信的效率和安全性。
下面具體看下UWB具有哪些特性：
UWB之所以能在車載無線通信方案中占據一席之地，得益于其多方面的卓越性能。首先，UWB具有信道容量大的特點，其帶寬通常在500MHz以上，根據香農公式，信道帶寬越寬，所能容納的信息量就越大，這為高速數據傳輸提供了堅實的基礎。其次，UWB的傳輸速率極高，在10米左右的范圍內，可實現數百Mbit/s至數Gbit/s的數據傳輸速率，這對于需要快速交換大量數據的車載系統而言，無疑是一個巨大的優勢。
此外，UWB的發射功率低，能耗小，對人體的輻射危害幾乎可以忽略不計，這使得它在車載環境中使用時更加安全可靠。同時，UWB信號的多徑分辨率高，對信道衰減不敏感，具有較強的抗衰減能力，能夠在復雜環境中保持穩定的通信質量。
在安全性方面，UWB也表現出色。由于其功率譜密度低于普通的環境噪聲，UWB信號難以被甄別，這為車載通信提供了更高的保密性。再者，UWB窄脈沖具有很強的穿透能力，能夠穿透障礙物并識別障礙物后隱藏的物體，這對于車輛的安全監控和輔助駕駛系統具有重要意義。
UWB的定位精度極高，其距離分辨精度可達到厘米級，這對于實現車輛內部精確的位置感知和定位功能至關重要。所以說，UWB技術在車載近距離無線通信方案中的引入，不僅是對現有技術的補充，更是對未來汽車電子系統發展趨勢的積極響應。
#03 UWB數字鑰匙
汽車數字鑰匙對比
現今，汽車數字鑰匙技術已相當先進，主要存在三種主流方案：NFC（近場通訊）鑰匙、BLE（藍牙低功耗）數字鑰匙以及UWB數字鑰匙。值得注意的是，盡管UWB數字鑰匙以其高精度和高安全性著稱，但它在實際應用中往往也會融合NFC與BLE技術，以實現更全面的功能和更高的用戶便利性。
NFC鑰匙依賴于近場通訊技術，其通信距離僅限于厘米級別。車主只需將配備有NFC功能的卡片或手機貼近車身，即可輕松開啟車輛。這一方案的顯著優勢在于，即便在手機電量耗盡或BLE、UWB技術因故無法工作時，車主依然能夠依靠NFC啟動車輛，確保了緊急情況下的可用性。然而，NFC鑰匙的局限性在于其極短的通信距離，這限制了其功能拓展的可能性，并且相較于BLE方案，NFC的成本通常會稍高一些。特斯拉Model 3等高端車型已經成功應用了NFC鑰匙技術。
UWB數字鑰匙實現方案
融合了UWB、BLE和NFC三種技術，以實現高效、安全的車輛訪問與控制。整個流程設計得既精密又實用，確保了從遠程到近距離的不同階段，用戶都能順暢地與車輛進行交互。
首先，在遠離車輛時，BLE藍牙因其低功耗且廣泛兼容的特性被用作首選通信手段。它默認保持開啟狀態，負責完成初步的身份認證、必要的數據交互以及車輛的粗略定位。這一步驟確保了用戶身份的有效驗證，并為后續的精確操作奠定了基礎。
隨著用戶逐漸靠近車輛（進入十幾米的范圍內），系統無縫切換至UWB技術。UWB以其高精度、低延遲的特點，通過布置在車輛周圍的錨點進行實時測距和精確定位。這一轉變不僅提升了定位的精確性，還為用戶提供了更加流暢和即時的車輛接入體驗。
NFC技術則扮演著雙重角色：一方面，在車輛制造或配置階段，NFC用于安全地將秘鑰信息注入到鑰匙設備中，確保了整個系統的安全性；另一方面，NFC作為應急備用方案，在BLE和UWB因故無法正常工作（例如，手機和鑰匙電量耗盡）時，用戶仍可通過NFC刷開車門并啟動車輛，從而保證了系統的可靠性和應急處理能力。
硬件配置上需要UWB模塊、BLE模塊以及NFC模塊。這些模塊的協同工作能夠為用戶提供高效、安全的交互體驗。
首先，UWB模塊作為系統中的核心組件，其布局策略至關重要。通常有兩種布局方案可供選擇：
- 車內4個UWB模塊布局：這種方案將UWB模塊分別安裝在車內B柱的兩側以及前后擋風玻璃的中上位置。這樣的布局設計能夠確保在車輛內部形成全面的覆蓋，從而精確判斷乘員的位置信息，對于提升車內乘員安全監測等功能具有重要意義。然而，這種布局在車輛外部遠距離時的性能可能會受到一定影響，因為UWB信號在穿透車身金屬結構時會遭遇衰減。
- 車外4個+車內1個UWB模塊布局：此方案在車外前后保險杠的兩側以及車內中控位置分別安裝UWB模塊。這種布局方式顯著增強了車外UWB的性能，因為信號無需穿透車身即可直接傳輸，從而覆蓋了更廣泛的區域，提高了車輛外部的定位精度和響應速度。但相應地，車內對于乘員位置的感知能力會相對減弱，因為車內只有一個UWB模塊提供數據。
除了UWB模塊外，系統還需要至少一個BLE模塊來支持遠距離的通信與身份認證。BLE模塊的低功耗特性使其能夠長時間保持工作狀態，確保用戶即使在遠離車輛時也能順利進行信息交互。
此外，NFC模塊作為系統的安全備份和近距離交互手段，通常需要配備兩個。一個NFC模塊可以用于車輛出廠時的秘鑰注入，確保整個系統的安全性；另一個則作為應急備用，當BLE和UWB模塊因故無法正常工作時，用戶可以通過NFC刷開車門并啟動車輛，從而保證了系統的可靠性和靈活性。
#04 UWB在車載領域的其他應用
UWB雷達無需依賴UWB標簽的存在即可運作。UWB雷達的工作原理更接近于我們在飛機和汽車上常見的各類雷達系統。具體來說，UWB雷達系統通過在車輛內部精心布置的UWB錨點發射出UWB脈沖信號。這些信號在遇到障礙物后會反射回來，形成回波，系統隨后接收這些回波。通過對回波中的擾動進行精密分析，UWB雷達能夠判斷其附近是否存在物體或人。
關鍵的一點是，UWB雷達技術能夠與數字車鑰匙系統共存。這一特性使得我們可以重復使用原本為數字鑰匙功能配置的UWB錨點硬件，從而提高了硬件資源的利用效率，降低了整體系統的成本。
UWB雷達在探測能力上的優勢尤為突出，它能夠檢測到包括嬰幼兒呼吸在內的細微動作（UWB 雷達的多普勒效應）。這一特點使得UWB雷達能夠支持車內活體檢測功能，為車內兒童檢測功能的開發提供了強有力的技術支撐。在實際應用中，這一功能對于提高行車安全性、預防兒童被遺忘在車內等危險情況具有重要意義。
此外，UWB雷達在檢測精度方面也表現出色。它能夠以優于1bpm（每分鐘呼吸次數，Breath Per Minute）的分辨率提供更加精確的檢測數據。這種高精度的檢測能力使得UWB雷達在監測生命體征、實現精準控制等方面具有廣泛的應用前景。
UWB雷達還可以用于尾門腳踢感應功能。借助其精準的檢測能力，尾門腳踢感應功能能夠準確識別用戶的動作意圖，實現尾門的自動開啟或關閉，同時大大降低了誤觸發的可能性，提升了用戶體驗。
#05 小 結
UWB技術在可以實現高精度定位與測距、提升安全性、升級智能化體驗、帶動產業鏈發展，因此，UWB技術在汽車電子通信技術領域具有巨大的應用潛力和市場前景。
