2019年上半年中國無載波通信技術作用、室內定位的應用與優(yōu)勢及無載波通信技術應用領域分析[圖]

    UWB在早期被用來應用在近距離高速數據傳輸，近年來國外開始利用其亞納秒級超窄脈沖來做近距離精確室內定位。

    UWB(UltraWideband)是一種無載波通信技術，利用納秒至微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據。有人稱它為無線電領域的一次革命性進展，認為它將成為未來短距離無線通信的主流技術。

    UWB的出現順應了電子行業(yè)發(fā)展的趨勢。隨著AppleWatch、AirPods等穿戴式設備的興起，用戶對于不同設備之間的互聯(lián)互通要求日益提升。不同于普通計算機局域網，個人局域網中設備之間的差異極大，在傳輸速度、傳輸距離、功耗、安全性等方面有著不同的要求。

    WiFi、藍牙、NFC等是個人局域網通信的幾種重要方式?；趥鬏斔俣取⒕嚯x、耗電量、安全性、價格或者用戶特殊的需求等方面，這幾種技術在不同的場合有著各自的優(yōu)勢。比如：WiFi傳輸距離遠，價格便宜，因此被廣泛被使用，但是WiFi也存在著安全性性能不高、傳輸速率偏慢的缺點；NFC對數據有著較高的安全保護，因此被用在支付相關的應用，但是傳輸距離較短。相比其他幾種個人局域網的通信方式，UWB技術最大的特點是傳輸速率快（110Mb/s）、安全性能高、功耗低，但是傳輸距離有限，因此UWB適合應用在小范圍、高分辨率的圖像和視頻的無線個人局域網。

UWB具備最高的無線傳輸速度

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    一、UWB作用

UWB具備低功耗傳輸數據特性

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    日本著名話筒廠商鐵三角公司從2008年開始就致力于UWB技術的開發(fā)，推出了SpectraPulseUWB無線麥克風系統(tǒng)，這款產品能繞過日益擁擠的射頻環(huán)境，另外，其安全程度是以前商業(yè)無線麥克風從未達到的高度，是公司會議、審判、政府和商業(yè)活動的理想選擇。近些年，隨著市場需求的增加，鐵三角公司又專門成立了一個子公司Alteros，專注于高級的技術解決方案來幫助解決用于現場音頻制作、廣電、體育賽事、劇場等場景下日益變窄的頻譜的一系列問題，其立足的核心就是UWB無線傳輸，Alteros開發(fā)了GTX系列產品，包括麥克風、發(fā)射器、接收器、控制器等。GTX產品傳輸每個脈搏都非常短，持續(xù)時間只有2.5納秒，因為這意味著系統(tǒng)幾乎總是處于“關閉”狀態(tài)。系統(tǒng)只有1.2%的時間處于打開狀態(tài)（即發(fā)送信號），其余98.8%的時間處于關閉狀態(tài)。由于這個非常短的占空比，GTX24發(fā)射機信號對周圍設備不可見，既能提高安全性能，同時更節(jié)能。

    美國計算機外設連接領域領先的廠商IOGEAR，基于UWB技術發(fā)開了多款無線USB產品，能實現1080P視頻的高速傳輸。

    UWB滿足了VR/AR對無線傳輸速度提出的更高要求，4KVR要求20-40Mbps的傳輸速度，8KVR要求高達90-130Mbps。傳統(tǒng)的WiFi傳輸速率較低，UWB技術的高速傳輸性能有望在VR/AR的個人局域網內容傳輸發(fā)揮上巨大作用。

    UWB技術也可以解決VR/AR的精準定位和動作捕捉，實現無區(qū)域互動、手指操作實現多種姿勢隨意轉換等功能。

    二、室內定位

    空間定位技術分為室外和室內定位技術。室外定位主要是基于衛(wèi)星定位技術，主要包括GPS、北斗、伽利略、GLONASS這四大衛(wèi)星定位系統(tǒng)。隨著現代化建筑規(guī)模越來越大、地下建設越來越頻繁、工廠安全和高效生產的需求越來越高、以及基于物聯(lián)網和大數據分析的需求，室內定位技術需求越來越來多，而傳統(tǒng)的衛(wèi)星信號會受到建筑物的干擾，因此“最后一公里”定位技術迎來巨大機遇。多種室內定位技術快速發(fā)展，如藍牙、wifi、有源RFID、UWB等，商業(yè)級室內定位已經進入快速發(fā)展期，而消費級定位也已經進入導入期。

    基于醫(yī)療、零售、工業(yè)生產以及自動駕駛等行業(yè)的強勁需求，預測，全球實時定位系統(tǒng)市場規(guī)模將由2018年的31.9億美元，增長到2023年的87.9億美元，市場規(guī)模CAGR為22.5%。

2017-2023年全球實時定位系統(tǒng)市場規(guī)模及預測（億美元）

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    室內定位技術多種多樣，按照信號源劃分，目前技術相對成熟有藍牙、WiFi，以及異軍突起的UWB技術，此外，部分細分領域也運用ZigBee、RFID等定位技術。

    WiFi定位開始于2010年前后，首先應用于定位標簽的人員監(jiān)控。2013年，基于手機的WiFi探測等應用也嶄露頭角。目前，WiFi定位是比較流行的一種室內定位技術，其定位方法是基于信號強度的傳播模型法等，適用于米級定位精度的一些場景，如：對人/車的定位導航，醫(yī)療機構商場、主題公園等。華為、Google、Cisco、Motorola等公司是商業(yè)Wi-Fi米級定位解決方案的主要參與者。

    藍牙定位開始于2014年左右，也是首先開始于監(jiān)控定位領域。2017年7月，藍牙m(xù)esh正式推出，在一年半的時間里，已經有超過105種具有藍牙m(xù)esh網絡功能的產品獲得認證，其中包含芯片、協(xié)議棧、模組及終端產品供應商等。全新藍牙5.1標準新增了尋向功能，可幫助設備明確藍牙信號的方向，實現更高精度的定位。藍牙傳輸不受視距的影響，但對于復雜的空間環(huán)境，藍牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號干擾大。另外，藍牙定位范圍較短，一般只有10m左右，不適合空曠的場合。Nokia推出的HAIP和蘋果公司推出的iBeacon都是基于藍牙定位技術的解決方案，但尚沒有大規(guī)模推廣。

    三、UWB優(yōu)勢

    定位精度高：帶寬決定了信號距離的分辨能力（成正比關系）。超寬帶的帶寬很寬，這給超寬帶系統(tǒng)帶來了一個優(yōu)勢，即它可以在距離分辨能力上高于其他傳統(tǒng)系統(tǒng)，而分辨能力的精度在特定條件下是傳統(tǒng)系統(tǒng)的百倍以上。超寬帶脈沖信號的寬帶在納秒級，定位精確度通常小于幾厘米。

    安全性高：UWB的發(fā)射功率低，信號能夠很好地隱蔽在其他類型信號和環(huán)境噪聲之中，傳統(tǒng)的接收機無法識別和接收，必須采用與發(fā)射端一致的擴頻碼脈沖序列才能進行解調，系統(tǒng)具有較強的系統(tǒng)安全性。

    系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力強：從射頻機制層面來說，UWB發(fā)射的脈沖波抗干擾能力就比連續(xù)的電磁波強，并且UWB工作的頻段在3GHz-10GHz，相比2.4G頻段的無線定位技術，外界的干擾信號也少很多。

    傳輸速率高：信道容量與帶寬成正比，UWB具備較寬的帶寬，具備較高的傳輸速率高。

    功耗較低：超寬帶無線電具有的1GHz以上的射頻帶寬，發(fā)射時需要的平均功率很低。特別是在短距離通信應用中，UWB發(fā)射機的發(fā)射功率普遍低于1mW；較低的發(fā)射功率可以延長系統(tǒng)的工作時間，而且發(fā)射功率較低，對人體的電磁波輻射也會很小。

WiFi和藍牙、UWB的定位區(qū)別

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    四、應用領域

    相比于消費級(ToC)類應用，企業(yè)級(ToB)更注重技術性能，對價格敏感度更低，而UWB定位技術相對于其他定位技術，具備高精度、更高的安全性、低延時、高傳輸速率、穩(wěn)定性高等指標，在企業(yè)級市場已獲得應用，主要包括司法監(jiān)獄、醫(yī)院、礦井、化工廠、工廠與倉庫等對于物資或者人員管理需求比較高的應用場景。根據物聯(lián)傳媒，僅僅一次性建設成本，中國企業(yè)級定位市場的潛在需求將會達到千億級別以上，加上后續(xù)的營運，市場規(guī)模則更為龐大。

中國企業(yè)級UWB市場規(guī)模預測

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    2018年中國UWB企業(yè)級應用市場規(guī)模為10.9億元，預計2020年，中國UWB定位企業(yè)級應用市場規(guī)模為121.1億元，未來4年CAGR為83%。

2019年中國企業(yè)級UWB定位應用市場細分領域占比

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2016-2022年中國UWB定位企業(yè)級應用市場及增速（億元）

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    五、物聯(lián)網技術應用

    2019年6月，中國工業(yè)和信息化部正式向中國移動、中國聯(lián)通、中國電信和中國廣電發(fā)布了四張5G商用牌照，這意味著國內正式邁進5G時代。相比可打電話的2G、能夠上網的3G、滿足移動互聯(lián)網用戶需求的4G相比，逐步可以商用的5G在多重性能上更勝一籌。5G最大的兩個特點是增強移動寬帶和低時延/高可靠，這將助推機器進入萬物互聯(lián)的時代，即物聯(lián)網時代，而位置信息能為智慧家庭、零售、制造、醫(yī)療、機器人等行業(yè)提供十分準確的位置信息數據，是物聯(lián)網時代的重要基礎。室內定位技術作為物聯(lián)網感知網絡的底層基礎，自然能夠獲得更大的市場機遇。

    UWB定位技術擁有高精度、高安全性、高抗干擾能力等特點，這些優(yōu)秀的特質使得UWB在消費市場具備極大的應用潛質，總結起來UWB的應用當前主要集中在三個場景：智慧門禁，定位服務和設備間聯(lián)通服務。

UWB技術應用的三個場景

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    智慧門禁：UWB測量的實時精確度意味著支持UWB的系統(tǒng)可以高度確定地知道設備的精確位置以及設備是靜止的還是朝向或遠離給定對象移動。例如：啟用UWB的系統(tǒng)可以感知用戶是否正朝著鎖著的門移動，并且可以知道用戶在門口的內側或外側，受驗證安全憑據，并讓授權的個人通過入口，而無需出示憑據。與藍牙BLE和近場通信（NFC）等其他連接技術相結合，UWB可以嵌入在手機、徽章和其他可穿戴設備中工作，甚至可以在設備關閉或處于睡眠模式時鎖定或解鎖門。

    定位服務：UWB提供非常精確的定位，即使在擁擠的大型場館（如：機場、購物中心或多層停車庫）中，也能給用戶提供準確的導航，還支持有針對性的數字營銷活動和步行流量數據。零售商可以提供定制服務，政府機構可以定制通知，娛樂場所可以提供個性化推薦。

    設備間聯(lián)通服務：基于到達角（AOA）技術，兩個UWB設備可以共享相對的測距和定位數據，從而實現彼此精確定位。這使得兩個有手機的人能夠精確地定位對方，父母和兒童或寵物保持在一定距離范圍內，搭車的顧客可以在車輛的海洋中找到他們的司機。在智能家庭中，當用戶進入房間時，聯(lián)網設備可以自動響應實現開燈、設置溫度，播放音樂等等功能，電視可以根據沙發(fā)上的觀眾選擇播放的節(jié)目。

    相關報告：智研咨詢發(fā)布的《2020-2026年中國無載波通信技術行業(yè)競爭格局及銷售渠道分析報告》