UWB爆發元年，汽車數字鑰匙如何更好落地？
近年來，超寬帶（UWB）技術在全球範圍內得到了顯著發展，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爲典型，且市場前景廣闊。
2023年，吉利極氪、比亞迪騰勢D9(配置|詢價)、問界、蔚來汽車等紛紛加入UWB數字車鑰匙隊列，業界稱之爲“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，紐瑞芯科技聯合創始人、總經理&首席技術官陳振騏博士則提出：“今年將成爲UWB應用爆發的元年。”
那么相較於NFC、藍牙（BLE）等其他技術，UWB具備哪些優勢？可用於哪些場景？在上車過程中面臨着怎樣的難題？當前又有哪些車規級產品方案？在《UWB技術在汽車數字鑰匙的創新實踐》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。
陳振騏 | 紐瑞芯科技聯合創始人、總經理&首席技術官
UWB技術原理與性能優勢
UWB（Ultra Wide Band）即超寬帶技術，是一種無线載波通信技術。UWB通過發送和接收具有納秒甚至亞納秒級的極窄脈衝來傳輸數據，一個信息比特可映射爲數百個脈衝，因此其所佔的頻譜範圍很寬。
圖源：紐瑞芯
陳振騏博士認爲，“未來，UWB技術將是無线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，離不开UWB的技術優勢：
首先，由於測距、雷達定位以及靈敏度都與信號帶寬成正比，所以UWB可以實現高精度、釐米級定位——與其他室內定位技術相比，UWB最小帶寬可達500MHZ，要好於BLE、WiFi、5G等常用的通信制式。
其次作爲一種時域短脈衝信號，與IEEE802.11a、IEEE802.11b和BLE相比，在同等碼速條件下，UWB具有更強的抗幹擾性。同時，由於超寬帶無线電發射的是持續時間極短且佔空比極小的單周期脈衝，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境。
最後，UWB技術具備天然的安全性。UWB的安全性表現在兩方面：一方面是採用跳時擴頻，接收機只有已知發送端擴頻碼時才能解出發射數據；另一方面是系統的發射功率譜密度極低，用傳統的接收機無法接收。
綜合來看，UWB兼具通信、定位、感知等多重優勢，是通感一體的新技術，而且可實現豐富的場景應用。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、無线充電、自主代客泊車（AVP），其中數字鑰匙是主流應用，近年开始商用落地。
汽車數字鑰匙的技術發展與應用挑战
汽車產業發展至今已有百年的歷史，車鑰匙也經歷了四個發展階段：
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线電信號實現遠程解鎖或鎖定車輛；第三階段是21世紀初，智能鑰匙开始流行，可以實現無感接入和开鎖，定位精度也不錯。
伴隨智能手機的發展，消費者开始進入數字化生活，由於技術局限，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，行業开始致力於數字鑰匙技術的創新與研發。
目前，數字鑰匙主要有NFC、BLE、UWB等技術路线。
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已經成爲手機的標配，因此BLE技術的數字鑰匙可實現手機的全面支持，但傳統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开闊空間做演示，但由於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，依然會出現應用場景覆蓋不足，信號容易受幹擾，也容易受多徑影響。因此，在抗幹擾和多徑能力上UWB遠好於BLE。
而在成本方面，藍牙成本要低於UWB。從產業鏈來看，UWB產業上遊最關鍵的爲芯片供應商。近年來，國內UWB芯片企業積極加速布局，在國產廠商的不懈努力下，部分企業如紐瑞芯等的車規級UWB芯片已實現量產，打破了國際廠商的壟斷，將UWB的成本大幅降低。但由於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，但處於快速發展的階段，UWB數字鑰匙核心應用場景已覆蓋識別區、迎賓區、落鎖區和駕駛區。
圖源：紐瑞芯
降本增效，紐瑞芯UWB“第二代”數字鑰匙方案
對汽車行業而言，“降本增效”依然是主旋律。據統計，此前一套UWB數字鑰匙的成本在1000元人民幣，現在已降到500元以下。對單車成本而言，實現了較大程度的縮減。具體來看：
第一代數字鑰匙方案基本上採用五六個錨點，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還只應用於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柱後期都會產生陰影區，造成多個陰影區域的定位困難，同時當車外出現遮擋場景時，也會出現遮擋場景定位困難的問題。
車內單AoA錨點方案 | 圖源：紐瑞芯
如果再增加一個錨點，實現車內雙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於金屬貼膜，如果做車內錨點，就不能貼好的金屬膜。
車內雙AoA錨點方案 | 圖源：紐瑞芯
因此，紐瑞芯提出了“第二代”數字鑰匙方案。該方案可以充分發揮UWB的作用，在傳統數字鑰匙方案的“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個錨點才能形成穩定定位。現在我們加上角度信息，在不減少錨點數量的前提下，即便處於遮擋情況，一個錨點也能形成穩定定位，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。”
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更多功能來達到降本的目標。”
首先增加角度信息後，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，加上測角後就可以實現十字布局。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，可以在一個系統內實現多系統的綜合功能，實現更普惠的降本。同時可提高場景體驗，讓更多車輛搭載UWB系統，實現與手機的聯通。
全面過測，ursamajor“大熊座”系列加速UWB技術上車
紐瑞芯致力於成爲無线通信芯片領域的領導者，目前，公司的產品全力集中於UWB方向，並高度重視芯片的技術過測——目前已經有5款芯片FiRa過測，通過FiRa2.0，HPRF，1-to-many等模式測項。是全球通過FiRa聯盟認證的UWB芯片數量最多的。
同時紐瑞芯是全球第一家UWB SiP全系統（含SoC和RFFE芯片及SiP封裝設計）自主設計及產品化的企業。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，可廣泛適用於智能手機、智能汽車、智能家居、穿戴設備等多種場景和產品應用。
同時相關產品實現了全生態、全模式的支持——符合FiRa、CCC聯盟協議、兼容IEEE 802.15.4z以及IEEE 802.15.4-2020協議、符合China/FCC/ETSI/JPN UWB無线電標准，並實現了CH1~CH15全通道覆蓋，也符合工信部最新的UWB標准。
陳振騏博士表示，在產品性能上，紐瑞芯UWB芯片實現了業界最大帶寬1.3GHz和4GSpS的最高採樣率。在低成本、低功耗的芯片上，實現了高性能的測距定位、雷達感知和高速數傳功能。並且，紐瑞芯科技首創UWB超低功耗喚醒接收機WUR，產品具備優異的抗多徑能力。
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級產品在測距精度上達到了0.5釐米以下，車規第一代產品在1度1釐米左右；測距在芯片滿功率的情況下可達到300米以上；測角範圍可實現全空間的測角；首徑動態可實現大於40dB的擴展動態，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。
圖源：紐瑞芯
其中ursamajor700系列是完全獨立設計的車規產品，專業應用於汽車電子的多種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。
圖源：紐瑞芯
NRT81750已於2023年11月通過了AEC-Q100資質認證，成爲全球首款獲得Fira認證的車規級UWB芯片，也是中國第一款車規級UWB芯片，並於2023年12月實現了量產。
展望未來，預計到2026年，UWB汽車在汽車總出貨量中的佔比將達到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，並與國內10多家整車廠搭建了業務聯系。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於UWB數字鑰匙進行拓展，紐瑞芯將始終致力於提供高性能的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，協助產業夥伴進一步打通智慧出行生態。
（本文來自於蓋世汽車Gasgoo）
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