机构预测:2022年全球UWB设备出货量将达到3.17亿

据TSR(Techno Systems Research)发布的报告,预计到2022年,全球UWB市场出货量将超过3.167亿台。到2030年,智能手机将成为UWB的最大应用领域,其次是智能家居、消费标签、汽车、消费可穿戴和RTLS B2B

数据来源:Techno Systems Research

 

什么是UWB?

 

超宽带(Ultra Wide Band,UWB)技术是一种无线载波通信技术,它不采用正弦载波,而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据,因此其所占的频谱范围很宽

UWB技术具有系统复杂度低,发射信号功率谱密度低,对信道衰落不敏感,截获能力低,定位精度高等优点,尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入

 

 

UWB技术的七大特点

 

UWB技术解决了困扰传统无线通信技术多年的有关传播方面的重大难题,具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、截获率低、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点

系统结构简单

当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波,载波的频率和功率在一定范围内变化,利用载波的状态变化来传输信息。而UWB技术则不使用载波,它通过发送纳秒级非正弦波窄脉冲来传输数据信号

UWB系统中的发射器直接用脉冲小型激励天线,不需要传统收发器所需要的上变频,从而不需要功用放大器与混频器。UWB系统允许采用非常低廉的宽带发射器。同时在接收端,UWB系统的接收机也有别于传统的接收机,它不需要中频处理,因此,UWB系统结构的实现比较简单

数据传输快速

民用商品中,一般要求UWB信号的传输范围为10m以内,根据经过修改的信道容量公式,民用商品数据传输速率可达500Mbit/s,UWB技术是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术

UWB技术以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输,并且不单独占用已经拥挤不堪的频率资源,而是共享其他无线技术使用的频带。在军事应用中,UWB技术可以利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传输

功耗低

UWB系统使用间歇的脉冲来发送数据,脉冲持续时间很短,一般在0.20~1.5ns之间,有很低的占空比,系统耗电很低,在高速通信时系统的耗电量仅为几百微瓦至几十毫瓦

民用UWB设备的功率一般是传统移动电话所需功率的1/100左右,是蓝牙设备所需功率的1/20左右。军用的UWB电台耗电也很低。因此,UWB设备在电池寿命和电磁辐射上,与传统无线通信设备相比,有着很大的优势

安全性高

作为通信系统的物理层技术,UWB技术具有天然的安全性能。由于UWB信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内,对于一般通信系统来说,UWB信号相当于白噪声信号,并且在大多数情况下,UWB信号的功率谱密度低于自然的电子噪声的功率谱密度,从电子噪声中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。采用编码对脉冲参数进行伪随机化后,脉冲的检测将更加困难

多径分辨能力强

由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间,多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率,由于超宽带无线电发射的是持续时间极短且占空比极小的单周期脉冲,多径信号在时间上是可分离的。假如多径脉冲要在时间上发生交叠,其多径传输路径长度应小于脉冲宽度与传播速度的乘积

由于脉冲多径信号在时间上不重叠,很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。大量的实验表明,对常规无线电信号多径衰落深达10~30dB的多径环境,对超宽带无线电信号的衰落最多不到5dB

定位精确

冲激脉冲具有很高的定位精度。采用UWB技术,很容易将定位与通信合一,而常规无线电难以做到这一点。UWB技术具有极强的穿透能力,可在室内和地下进行精确定位,而GPS(全球定位系统)只能工作在GPS定位卫星的可视范围之内。与GPS提供绝对地理位置不同,超宽带无线电定位器可以给出相对位置,其定位精度可达厘米级,此外,超宽带无线电定位器在价格上更为便宜

工程简单造价便宜

在工程实现上,UWB技术比其他无线技术要简单得多,可全数字化实现。它只需要以一种数学方式产生脉冲,并对脉冲进行调制,而实现上述过程所需的电路都可以被集成到一个芯片上,设备的成本很低

UWB系统发射和接收的是纳秒级的非正弦波窄脉冲,不需要采用正弦载波而直接进行调制,接收机利用相关器件能直接完成信号检测,这样,收发信机不需要复杂的载频调制解调电路和滤被器,只需要一种数字方式来产生纳秒级的非正弦波窄脉冲。因此,采用UWB技术可以大大降低系统的复杂度,减小收发信机的体积,降低收发信机的功耗,易于数字化和采用软件无线电技术

 

UWB的应用邻域

 

 

据相关报告显示,2020年,疫情和工业4.0趋势推动了对UWB的需求。尤其在中国市场,UWB的出货量很大。据预测,2021年后,UWB市场将在5G配对和UWB AoA锚点的支持下实现强劲增长,从而使UWB技术能够集成到照明、企业Wi-Fi接入点。展望未来,UWB有望出现在公共区域的室内导航应用中

 

相关人士预测,到2030年,用于RTLSB2B应用的UWB市场规模将是2018年的11倍以上,同期复合年均增长率将超过21%

 

智能钥匙

 

报告表示,“智能手机为钥匙”是汽车行业的大趋势。到2021年,预计7%的汽车出货量将支持基于蓝牙或UWB的“智能手机为钥匙”解决方案,而这主要发生在中国

预计2022年将有更多汽车采用CCC推出的UWB数字钥匙系统。UWB LRP解决方案预计将持续到2024年。由于半导体的短缺,尤其是汽车行业,UWB进入系统的采用预计将在2025年至2027年之间加速,到2030年将达到汽车总数的33%以上

 

 

智能家电

来到智能家电中,UWB的应用将受到使用精确定位的相关应用以及与智能手机交互的相关作用力的推动。据报道预测,到2030年,UWB智能家居设备将占智能家居设备总数的31%以上。此外,智能门、门禁和支付也将成为UWB的潜在应用场景。2024年至2026年间可能是UWB门禁应用的起点,2027年晚些时候将可能是UWB支付应用的起点

在报告中,他们还谈到了UWB-IR雷达(6GHz-9GHz)。据介绍,UWB雷达具有识别存在检测的能力,并且在一定距离下能够识别呼吸和生命体征

此外UWB存在检测提高了自动化和节能,例如在笔记本电脑上,只要检测到前面的人,设备就会保持开启状态。在没人的情况下,UWB雷达会识别人离开状态并触发锁定,从而提高安全性和电池寿命

 

UWB的应用场景

 

 

报道中指出,UWB-IR雷达检测功能可应用的场景还包括了恒温器、空调、娱乐和婴儿监视器。在工业领域,则有照明和HVAC自动化,包括酒店、医院、疗养院、办公楼等

此外,在紧急情况下,在集合区域的M2M防撞存在检测、H2M存在检测和防撞(区域外)和病人监控也会是UWB-IR雷达发挥作用的方面

预计到2030年,UWB雷达芯片市场将达到3490万片

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