UWB爆發(fā)元年 汽車數字鑰匙如何更好落地？

　　近年來，超寬帶(UWB)技術在全球范圍內得到了顯著發(fā)展，在智慧出行的時代浪潮下，大量UWB玩家積極參與到UWB的汽車應用實踐中，其中數字鑰匙應用最為典型，且市場前景廣闊。

　　2023年，吉利極氪、比亞迪騰勢D9、問界、蔚來汽車等紛紛加入UWB數字車鑰匙隊列，業(yè)界稱之為“UWB數字鑰匙落地元年”。在蓋世汽車主辦的“2024 汽車數字鑰匙技術論壇”上，紐瑞芯科技聯(lián)合創(chuàng)始人、總經理&首席技術官陳振騏博士則提出：“今年將成為UWB應用爆發(fā)的元年?！?/P>

　　那么相較于NFC、藍牙（BLE）等其他技術，UWB具備哪些優(yōu)勢？可用于哪些場景？在上車過程中面臨著怎樣的難題？當前又有哪些車規(guī)級產品方案？在《UWB技術在汽車數字鑰匙的創(chuàng)新實踐》主題分享中，結合紐瑞芯UWB芯片的實踐，陳振騏博士分別做出了解答。

　　UWB技術原理與性能優(yōu)勢

　　UWB（Ultra Wide Band）即超寬帶技術，是一種無線載波通信技術。UWB通過發(fā)送和接收具有納秒甚至亞納秒級的極窄脈沖來傳輸數據，一個信息比特可映射為數百個脈沖，因此其所占的頻譜范圍很寬。

　　陳振騏博士認為，“未來，UWB技術將是無線通信技術領域應用最廣、前景最好、價值最高的新技術。”之所以這樣說，離不開UWB的技術優(yōu)勢：

　　首先，由于測距、雷達定位以及靈敏度都與信號帶寬成正比，所以UWB可以實現(xiàn)高精度、厘米級定位——與其他室內定位技術相比，UWB最小帶寬可達500MHZ，要好于BLE、WiFi、5G等常用的通信制式。

　　其次作為一種時域短脈沖信號，與IEEE802.11a、IEEE802.11b和BLE相比，在同等碼速條件下，UWB具有更強的抗干擾性。同時，由于超寬帶無線電發(fā)射的是持續(xù)時間極短且占空比極小的單周期脈沖，多徑信號在時間上可分離，因此UWB的抗多徑能力強，可適應復雜的室內環(huán)境。

　　最后，UWB技術具備天然的安全性。UWB的安全性表現(xiàn)在兩方面：一方面是采用跳時擴頻，接收機只有已知發(fā)送端擴頻碼時才能解出發(fā)射數據；另一方面是系統(tǒng)的發(fā)射功率譜密度極低，用傳統(tǒng)的接收機無法接收。

　　綜合來看，UWB兼具通信、定位、感知等多重優(yōu)勢，是通感一體的新技術，而且可實現(xiàn)豐富的場景應用。在智能汽車領域，UWB的應用主要包括數字鑰匙、活體檢測、腳踢雷達、無線充電、自主代客泊車（AVP），其中數字鑰匙是主流應用，近年開始商用落地。

　　汽車數字鑰匙的技術發(fā)展與應用挑戰(zhàn)

　　汽車產業(yè)發(fā)展至今已有百年的歷史，車鑰匙也經歷了四個發(fā)展階段：

　　第一階段即機械鑰匙；第二階段是遙控鑰匙，20世紀八九十年代利用無線電信號實現(xiàn)遠程解鎖或鎖定車輛；第三階段是21世紀初，智能鑰匙開始流行，可以實現(xiàn)無感接入和開鎖，定位精度也不錯。

　　伴隨智能手機的發(fā)展，消費者開始進入數字化生活，由于技術局限，智能鑰匙無法集成到智能手機中。因此數字鑰匙的需求得以顯現(xiàn)，行業(yè)開始致力于數字鑰匙技術的創(chuàng)新與研發(fā)。

　　目前，數字鑰匙主要有NFC、BLE、UWB等技術路線。

　　據陳振騏博士介紹，從數字鑰匙的滲透率來看，NFC在CCC2.0裝機較多。在新車型上，BLE、UWB等數字鑰匙方案正快速上車。

　　當前，BLE已經成為手機的標配，因此BLE技術的數字鑰匙可實現(xiàn)手機的全面支持，但傳統(tǒng)BLE在定位精度、安全性等方面尚有差距，所以BLE技術在做星閃升級——星閃可以大幅度提高定位精度。BLE數字鑰匙的應用場景通常是一輛車在開闊空間做演示，但由于BLE 2.4G的頻段是窄帶信號，在人員有遮擋或地下場景中，即便經過星閃提升，依然會出現(xiàn)應用場景覆蓋不足，信號容易受干擾，也容易受多徑影響。因此，在抗干擾和多徑能力上UWB遠好于BLE。

　　而在成本方面，藍牙成本要低于UWB。從產業(yè)鏈來看，UWB產業(yè)上游最關鍵的為芯片供應商。近年來，國內UWB芯片企業(yè)積極加速布局，在國產廠商的不懈努力下，部分企業(yè)如紐瑞芯等的車規(guī)級UWB芯片已實現(xiàn)量產，打破了國際廠商的壟斷，將UWB的成本大幅降低。但由于UWB技術前期投入較高，仍存在一定的差距。

　　總體來看，目前UWB的市場滲透率相對較低，但處于快速發(fā)展的階段，UWB數字鑰匙核心應用場景已覆蓋識別區(qū)、迎賓區(qū)、落鎖區(qū)和駕駛區(qū)。

　　降本增效，紐瑞芯UWB“第二代”數字鑰匙方案

　　對汽車行業(yè)而言，“降本增效”依然是主旋律。據統(tǒng)計，此前一套UWB數字鑰匙的成本在1000元人民幣，現(xiàn)在已降到500元以下。對單車成本而言，實現(xiàn)了較大程度的縮減。具體來看：

　　第一代數字鑰匙方案基本上采用五六個錨點，成本高昂。讓UWB技術進入中低端車型是“降本”的有效途徑。當前10萬-20萬元的汽車具備較大的市場份額，而UWB還只應用于30萬左右的車型上。

　　陳振騏博士表示，針對上述方案，首先要減少錨點數量，將5-6個錨點減少到1-2個。理論上，單AOA錨點方案可實現(xiàn)單錨點對全車身、全場景的定位，但也會帶來諸多問題。例如，在車內放置單個錨點，A、B、C柱后期都會產生陰影區(qū)，造成多個陰影區(qū)域的定位困難，同時當車外出現(xiàn)遮擋場景時，也會出現(xiàn)遮擋場景定位困難的問題。

　　如果再增加一個錨點，實現(xiàn)車內雙AoA錨點，可以很好的解決車身A、B、C柱的遮擋。但車內雙AoA錨點方案依然存在錨點放置位置受限、遮擋場景定位相對困難的問題。同時UWB測距在遮擋場景下，很大程度上可以形成有效測距，但測角一旦遮擋，角度信息基本不可用，而且高端車客戶還青睞于金屬貼膜，如果做車內錨點，就不能貼好的金屬膜。

　　因此，紐瑞芯提出了“第二代”數字鑰匙方案。該方案可以充分發(fā)揮UWB的作用，在傳統(tǒng)數字鑰匙方案的“4+1”/“4+2”的每個錨點上增加測角功能，提升用戶體驗。

　　據陳振騏博士介紹：“在之前的場景中，每個錨點只有測距，而且只有2個乃至3個錨點才能形成穩(wěn)定定位。現(xiàn)在我們加上角度信息，在不減少錨點數量的前提下，即便處于遮擋情況，一個錨點也能形成穩(wěn)定定位，從而大幅度提升定位精度和遮擋能力，還可以解決車窗和信號遮擋問題?！?/P>

　　同時，他還提到：“除了芯片成本的降低，還可以通過在數字鑰匙方案上實現(xiàn)更多功能來達到降本的目標。”

　　首先增加角度信息后，將“4+2”換成“4+1”，同時增加靈活的布局。在測距場景下，通過三角定位，基本上在車輛四個角上加UWB錨點，加上測角后就可以實現(xiàn)十字布局。特斯拉就是典型的多錨點布局，利用定位測距信號，與NFC、藍牙形成復用，從而減少錨點數量。

　　其次除數字鑰匙外，UWB增加了更多功能，包括定位、雷達、通信、支付功能等。如此一來，可以在一個系統(tǒng)內實現(xiàn)多系統(tǒng)的綜合功能，實現(xiàn)更普惠的降本。同時可提高場景體驗，讓更多車輛搭載UWB系統(tǒng)，實現(xiàn)與手機的聯(lián)通。

　　全面過測，ursamajor“大熊座”系列加速UWB技術上車

　　紐瑞芯致力于成為無線通信芯片領域的領導者，目前，公司的產品全力集中于UWB方向，并高度重視芯片的技術過測——目前已經有5款芯片F(xiàn)iRa過測，通過FiRa2.0,HPRF，1-to-many等模式測項。是全球通過FiRa聯(lián)盟認證的UWB芯片數量最多的。

　　同時紐瑞芯是全球第一家UWB SiP全系統(tǒng)(含SoC和RFFE芯片及SiP封裝設計)自主設計及產品化的企業(yè)。尤其值得關注的是紐瑞芯 ursamajor“大熊座”系列高性能、高集成、低功耗UWB SoC/SiP芯片產品，可廣泛適用于智能手機、智能汽車、智能家居、穿戴設備等多種場景和產品應用。

　　同時相關產品實現(xiàn)了全生態(tài)、全模式的支持——符合FiRa、CCC聯(lián)盟協(xié)議、兼容IEEE 802.15.4z以及IEEE 802.15.4-2020協(xié)議、符合China/FCC/ETSI/JPN UWB無線電標準，并實現(xiàn)了CH1~CH15全通道覆蓋，也符合工信部最新的UWB標準。

　　陳振騏博士表示，在產品性能上，紐瑞芯UWB芯片實現(xiàn)了業(yè)界最大帶寬1.3GHz和4GSpS的最高采樣率。在低成本、低功耗的芯片上，實現(xiàn)了高性能的測距定位、雷達感知和高速數傳功能。并且，紐瑞芯科技首創(chuàng)UWB超低功耗喚醒接收機WUR，產品具備優(yōu)異的抗多徑能力。

　　在重要性能參數方面，對比主流歐美芯片，紐瑞芯科技的第二代工規(guī)級產品在測距精度上達到了0.5厘米以下，車規(guī)第一代產品在1度1厘米左右；測距在芯片滿功率的情況下可達到300米以上；測角范圍可實現(xiàn)全空間的測角；首徑動態(tài)可實現(xiàn)大于40dB的擴展動態(tài)，雷達靈敏度達到了-133dBm。

　　具體來看，紐瑞芯科技的ursamajor“大熊座”包括ursamajor800、ursamajor700、ursamajor600三個系列。

　　其中ursamajor700系列是完全獨立設計的車規(guī)產品，專業(yè)應用于汽車電子的多種UWB應用場景。

　　ursamajor700系列包括NRT 81750和NRT 81730兩款芯片，均具備高安全和低功耗的特性。

　　NRT81750已于2023年11月通過了AEC-Q100資質認證，成為全球首款獲得Fira認證的車規(guī)級UWB芯片，也是中國第一款車規(guī)級UWB芯片，并于2023年12月實現(xiàn)了量產。

　　展望未來，預計到2026年，UWB汽車在汽車總出貨量中的占比將達到15%；到2030年，將達到40%。陳振騏博士坦言，目前，紐瑞芯已經與30多家Tier1廠商達成合作，并與國內10多家整車廠搭建了業(yè)務聯(lián)系。未來，個性化設置、車輛共享、共享汽車、車隊管理等更多應用場景將會基于UWB數字鑰匙進行拓展，紐瑞芯將始終致力于提供高性能的UWB定位芯片，全力支持數字汽車鑰匙、CPD呼吸檢測雷達、腳踢雷達等功能應用，協(xié)助產業(yè)伙伴進一步打通智慧出行生態(tài)。