2019年上半年中國無載波通信技術(shù)作用、室內(nèi)定位的應(yīng)用與優(yōu)勢(shì)及無載波通信技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域分析[圖]

    UWB在早期被用來應(yīng)用在近距離高速數(shù)據(jù)傳輸，近年來國外開始利用其亞納秒級(jí)超窄脈沖來做近距離精確室內(nèi)定位。

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

    UWB的出現(xiàn)順應(yīng)了電子行業(yè)發(fā)展的趨勢(shì)。隨著AppleWatch、AirPods等穿戴式設(shè)備的興起，用戶對(duì)于不同設(shè)備之間的互聯(lián)互通要求日益提升。不同于普通計(jì)算機(jī)局域網(wǎng)，個(gè)人局域網(wǎng)中設(shè)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(lán)牙、NFC等是個(gè)人局域網(wǎng)通信的幾種重要方式。基于傳輸速度、距離、耗電量、安全性、價(jià)格或者用戶特殊的需求等方面，這幾種技術(shù)在不同的場合有著各自的優(yōu)勢(shì)。比如：WiFi傳輸距離遠(yuǎn)，價(jià)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(diǎn)；NFC對(duì)數(shù)據(jù)有著較高的安全保護(hù)，因此被用在支付相關(guān)的應(yīng)用，但是傳輸距離較短。相比其他幾種個(gè)人局域網(wǎng)的通信方式，UWB技術(shù)最大的特點(diǎn)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(yīng)用在小范圍、高分辨率的圖像和視頻的無線個(gè)人局域網(wǎng)。

UWB具備最高的無線傳輸速度

數(shù)據(jù)來源：公開資料整理

    一、UWB作用

UWB具備低功耗傳輸數(shù)據(jù)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(shù)的開發(fā)，推出了SpectraPulseUWB無線麥克風(fēng)系統(tǒng)，這款產(chǎn)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(fēng)從未達(dá)到的高度，是公司會(huì)議、審判、政府和商業(yè)活動(dòng)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(gè)子公司Alteros，專注于高級(jí)的技術(shù)解決方案來幫助解決用于現(xiàn)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(chǎn)品，包括麥克風(fēng)、發(fā)射器、接收器、控制器等。GTX產(chǎn)品傳輸每個(gè)脈搏都非常短，持續(xù)時(shí)間只有2.5納秒，因?yàn)檫@意味著系統(tǒng)幾乎總是處于“關(guān)閉”狀態(tài)。系統(tǒng)只有1.2%的時(shí)間處于打開狀態(tài)（即發(fā)送信號(hào)），其余98.8%的時(shí)間處于關(guān)閉狀態(tài)。由于這個(gè)非常短的占空比，GTX24發(fā)射機(jī)信號(hào)對(duì)周圍設(shè)備不可見，既能提高安全性能，同時(shí)更節(jié)能。

    美國計(jì)算機(jī)外設(shè)連接領(lǐng)域領(lǐng)先的廠商IOGEAR，基于UWB技術(shù)發(fā)開了多款無線USB產(chǎn)品，能實(shí)現(xiàn)1080P視頻的高速傳輸。

    UWB滿足了VR/AR對(duì)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(dá)90-130Mbps。傳統(tǒng)的WiFi傳輸速率較低，UWB技術(shù)的高速傳輸性能有望在VR/AR的個(gè)人局域網(wǎng)內(nèi)容傳輸發(fā)揮上巨大作用。

    UWB技術(shù)也可以解決VR/AR的精準(zhǔn)定位和動(dòng)作捕捉，實(shí)現(xiàn)無區(qū)域互動(dòng)、手指操作實(shí)現(xiàn)多種姿勢(shì)隨意轉(zhuǎn)換等功能。

    二、室內(nèi)定位

    空間定位技術(shù)分為室外和室內(nèi)定位技術(shù)。室外定位主要是基于衛(wèi)星定位技術(shù)，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(xiàn)代化建筑規(guī)模越來越大、地下建設(shè)越來越頻繁、工廠安全和高效生產(chǎn)的需求越來越高、以及基于物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)分析的需求，室內(nèi)定位技術(shù)需求越來越來多，而傳統(tǒng)的衛(wèi)星信號(hào)會(huì)受到建筑物的干擾，因此“最后一公里”定位技術(shù)迎來巨大機(jī)遇。多種室內(nèi)定位技術(shù)快速發(fā)展，如藍(lán)牙、wifi、有源RFID、UWB等，商業(yè)級(jí)室內(nèi)定位已經(jīng)進(jìn)入快速發(fā)展期，而消費(fèi)級(jí)定位也已經(jīng)進(jìn)入導(dǎo)入期。

    基于醫(yī)療、零售、工業(yè)生產(chǎn)以及自動(dòng)駕駛等行業(yè)的強(qiáng)勁需求，預(yù)測，全球?qū)崟r(shí)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?qū)崟r(shí)定位系統(tǒng)市場規(guī)模及預(yù)測（億美元）

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    室內(nèi)定位技術(shù)多種多樣，按照信號(hào)源劃分，目前技術(shù)相對(duì)成熟有藍(lán)牙、WiFi，以及異軍突起的UWB技術(shù)，此外，部分細(xì)分領(lǐng)域也運(yùn)用ZigBee、RFID等定位技術(shù)。

    WiFi定位開始于2010年前后，首先應(yīng)用于定位標(biāo)簽的人員監(jiān)控。2013年，基于手機(jī)的WiFi探測等應(yīng)用也嶄露頭角。目前，WiFi定位是比較流行的一種室內(nèi)定位技術(shù)，其定位方法是基于信號(hào)強(qiáng)度的傳播模型法等，適用于米級(jí)定位精度的一些場景，如：對(duì)人/車的定位導(dǎo)航，醫(yī)療機(jī)構(gòu)商場、主題公園等。華為、Google、Cisco、Motorola等公司是商業(yè)Wi-Fi米級(jí)定位解決方案的主要參與者。

    藍(lán)牙定位開始于2014年左右，也是首先開始于監(jiān)控定位領(lǐng)域。2017年7月，藍(lán)牙m(xù)esh正式推出，在一年半的時(shí)間里，已經(jīng)有超過105種具有藍(lán)牙m(xù)esh網(wǎng)絡(luò)功能的產(chǎn)品獲得認(rèn)證，其中包含芯片、協(xié)議棧、模組及終端產(chǎn)品供應(yīng)商等。全新藍(lán)牙5.1標(biāo)準(zhǔn)新增了尋向功能，可幫助設(shè)備明確藍(lán)牙信號(hào)的方向，實(shí)現(xiàn)更高精度的定位。藍(lán)牙傳輸不受視距的影響，但對(duì)于復(fù)雜的空間環(huán)境，藍(lán)牙系統(tǒng)的穩(wěn)定性稍差，受噪聲信號(hào)干擾大。另外，藍(lán)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(lán)牙定位技術(shù)的解決方案，但尚沒有大規(guī)模推廣。

    三、UWB優(yōu)勢(shì)

    定位精度高：帶寬決定了信號(hào)距離的分辨能力（成正比關(guān)系）。超寬帶的帶寬很寬，這給超寬帶系統(tǒng)帶來了一個(gè)優(yōu)勢(shì)，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(hào)的寬帶在納秒級(jí)，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(hào)能夠很好地隱蔽在其他類型信號(hào)和環(huán)境噪聲之中，傳統(tǒng)的接收機(jī)無法識(shí)別和接收，必須采用與發(fā)射端一致的擴(kuò)頻碼脈沖序列才能進(jìn)行解調(diào)，系統(tǒng)具有較強(qiáng)的系統(tǒng)安全性。

    系統(tǒng)穩(wěn)定性和抗干擾能力強(qiáng)：從射頻機(jī)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(qiáng)，并且UWB工作的頻段在3GHz-10GHz，相比2.4G頻段的無線定位技術(shù)，外界的干擾信號(hào)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(shí)需要的平均功率很低。特別是在短距離通信應(yīng)用中，UWB發(fā)射機(jī)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(shí)間，而且發(fā)射功率較低，對(duì)人體的電磁波輻射也會(huì)很小。

WiFi和藍(lán)牙、UWB的定位區(qū)別

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    四、應(yīng)用領(lǐng)域

    相比于消費(fèi)級(jí)(ToC)類應(yīng)用，企業(yè)級(jí)(ToB)更注重技術(shù)性能，對(duì)價(jià)格敏感度更低，而UWB定位技術(shù)相對(duì)于其他定位技術(shù)，具備高精度、更高的安全性、低延時(shí)、高傳輸速率、穩(wěn)定性高等指標(biāo)，在企業(yè)級(jí)市場已獲得應(yīng)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(duì)于物資或者人員管理需求比較高的應(yīng)用場景。根據(jù)物聯(lián)傳媒，僅僅一次性建設(shè)成本，中國企業(yè)級(jí)定位市場的潛在需求將會(huì)達(dá)到千億級(jí)別以上，加上后續(xù)的營運(yùn)，市場規(guī)模則更為龐大。

中國企業(yè)級(jí)UWB市場規(guī)模預(yù)測

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    2018年中國UWB企業(yè)級(jí)應(yīng)用市場規(guī)模為10.9億元，預(yù)計(jì)2020年，中國UWB定位企業(yè)級(jí)應(yīng)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(jí)UWB定位應(yīng)用市場細(xì)分領(lǐng)域占比

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2016-2022年中國UWB定位企業(yè)級(jí)應(yīng)用市場及增速（億元）

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    五、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)應(yīng)用

    2019年6月，中國工業(yè)和信息化部正式向中國移動(dòng)、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(nèi)正式邁進(jìn)5G時(shí)代。相比可打電話的2G、能夠上網(wǎng)的3G、滿足移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)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(gè)特點(diǎn)是增強(qiáng)移動(dòng)寬帶和低時(shí)延/高可靠，這將助推機(jī)器進(jìn)入萬物互聯(lián)的時(shí)代，即物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，而位置信息能為智慧家庭、零售、制造、醫(yī)療、機(jī)器人等行業(yè)提供十分準(zhǔn)確的位置信息數(shù)據(jù)，是物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代的重要基礎(chǔ)。室內(nèi)定位技術(shù)作為物聯(lián)網(wǎng)感知網(wǎng)絡(luò)的底層基礎(chǔ)，自然能夠獲得更大的市場機(jī)遇。

    UWB定位技術(shù)擁有高精度、高安全性、高抗干擾能力等特點(diǎn)，這些優(yōu)秀的特質(zhì)使得UWB在消費(fèi)市場具備極大的應(yīng)用潛質(zhì)，總結(jié)起來UWB的應(yīng)用當(dāng)前主要集中在三個(gè)場景：智慧門禁，定位服務(wù)和設(shè)備間聯(lián)通服務(wù)。

UWB技術(shù)應(yīng)用的三個(gè)場景

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    智慧門禁：UWB測量的實(shí)時(shí)精確度意味著支持UWB的系統(tǒng)可以高度確定地知道設(shè)備的精確位置以及設(shè)備是靜止的還是朝向或遠(yuǎn)離給定對(duì)象移動(dòng)。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(dòng)，并且可以知道用戶在門口的內(nèi)側(cè)或外側(cè)，受驗(yàn)證安全憑據(jù)，并讓授權(quán)的個(gè)人通過入口，而無需出示憑據(jù)。與藍(lán)牙BLE和近場通信（NFC）等其他連接技術(shù)相結(jié)合，UWB可以嵌入在手機(jī)、徽章和其他可穿戴設(shè)備中工作，甚至可以在設(shè)備關(guān)閉或處于睡眠模式時(shí)鎖定或解鎖門。

    定位服務(wù)：UWB提供非常精確的定位，即使在擁擠的大型場館（如：機(jī)場、購物中心或多層停車庫）中，也能給用戶提供準(zhǔn)確的導(dǎo)航，還支持有針對(duì)性的數(shù)字營銷活動(dòng)和步行流量數(shù)據(jù)。零售商可以提供定制服務(wù)，政府機(jī)構(gòu)可以定制通知，娛樂場所可以提供個(gè)性化推薦。

    設(shè)備間聯(lián)通服務(wù)：基于到達(dá)角（AOA）技術(shù)，兩個(gè)UWB設(shè)備可以共享相對(duì)的測距和定位數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)彼此精確定位。這使得兩個(gè)有手機(jī)的人能夠精確地定位對(duì)方，父母和兒童或?qū)櫸锉３衷谝欢ň嚯x范圍內(nèi)，搭車的顧客可以在車輛的海洋中找到他們的司機(jī)。在智能家庭中，當(dāng)用戶進(jìn)入房間時(shí)，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以自動(dòng)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)開燈、設(shè)置溫度，播放音樂等等功能，電視可以根據(jù)沙發(fā)上的觀眾選擇播放的節(jié)目。

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