超寬帶（UWB）及其意義【解釋】

從三星新發布的 Note 20 Ultra 到 Apple 的最新產品：iPhone 11 系列（去年發布），我們開始看到超寬帶（UWB）技術進入智能手機，製造商（儘管有幾個，目前）開始在他們的頂級產品上實施它。 就 Apple 而言，該公司聲稱從 UWB 中受益最多的是 AirDrop，而對於三星來說，它是 Nearby Share（谷歌相當於 AirDrop），該技術有望改善無線內容共享的體驗。 但究竟什麼是超寬帶技術，它是如何工作的，它的一些應用是什麼？ 在這個解釋器中對這些以及更多的答案。

什麼是超寬帶 (UWB)？

UWB 是一種空間感知技術，可幫助智能手機有效地定位附近的設備以建立連接和傳輸內容。 從本質上講，它是一種旨在用於短距離並使用無線電技術來定位附近的設備並與之通信的協議。 為此，該技術利用大部分無線電頻譜來利用非常低功率和高帶寬的無線電波在設備之間交換數據和信息。 事實上，超寬帶這個名稱來自於該協議對具有較高帶寬（500 MHz）的相對較寬的頻率範圍（3.1 至 10.6 GHz）的依賴。

儘管是 Apple 在 2019 年首次在其 iPhone 11 系列（使用 U1 芯片）的智能手機上實現了 UWB，但該技術已經存在了幾十年。 總的來說，最初受到限制，美國軍方是唯一擁有使用該技術權利的機構。 最終，幾年後，在 2002 年，聯邦通信委員會 (FCC) 授權未經許可使用 UWB（在 3.1 到 10.6 GHz 之間的頻率範圍內），該技術開始在電信、雷達、成像、和類似的領域。

談到該技術在智能手機和其他應用中的實現，UWB 可用於幫助設備在較小的物理空間中發現附近的設備/對象，以便更準確地定位（或與之通信）它們。 在 Apple 的 iPhone 11 系列中，該技術使用 U1 芯片，這有助於設備精確檢測附近可以通過 AirDrop 接受內容的其他設備。 因此，使設備之間的發現和通信變得快速而輕鬆，並為用戶提供了簡單地指向設備以發現和傳輸內容的能力。

與 Apple 一樣，隨著新發布的 Note 20 Ultra，三星遵循同樣的原則，並在此基礎上構建該技術，以改善使用 Nearby Share 的體驗——谷歌的本地內置無線內容共享實用程序——通過使設備發現和通信快速、準確和方便。

超寬帶 (UWB) 技術如何工作？

為了能夠發現設備並與之通信，超寬帶技術涉及使用發射器和接收器。 該過程通常涉及一個 UWB 發射器，該發射器利用大頻譜的無線電波並利用具有高帶寬（和非常低功率）的波在一個區域內以小的周期性時間間隔發送脈衝。 當這發生時，另一端的接收器捕獲這些脈衝並將它們轉換為數據以根據需要執行進一步的操作。 此外，根據使用 UWB 技術的用例場景，可以相應地對其進行修改和使用。

當兩個智能手機（配備 UWB）之間發生類似的通信時，測距是使用飛行時間 (ToF) 測量來完成的，這在 RADAR（無線電檢測和測距）中使用。 簡而言之，ToF 是脈衝穿過兩點之間的距離所需的時間。 由於與 UWB 一起使用的無線電波功率非常低（和高帶寬：500 MHz），因此更容易以更快的速度傳輸大量脈衝。 因此，考慮到更好的實時定位精度。

儘管所使用的波的高帶寬在短距離中繼數據方面很有用，並且它的高頻率有助於保存大量數據，但對於構成許多障礙物（如牆壁）的相當大的物理空間來說，情況並非如此。 由於與同樣使用無線電波的 Wi-Fi 不同，UWB 無法有效地將信號穿透牆壁，因此需要清晰的視線 (LOS) 才能更好地進行通信和發現。 此外，在某些情況下，需要外部天線系統來擴大範圍，進而擴大接收。

超寬帶 (UWB) 與藍牙和 Wi-Fi 有何不同？

無論您談論的是哪種無線電技術，無論是 UWB、Wi-Fi 還是藍牙，它們中的每一種都可以用於實時定位系統。 這意味著這些無線技術確實提供了幫助定位對像或發現其附近的其他設備的能力。 因此，可以根據系統的要求和應用在系統中使用——儘管它們的功效在很大程度上是它們的區別。

Wi-Fi 是用於連接的最常見和廣泛採用的無線網絡協議之一。 它主要用於網絡和互聯網訪問。 不同版本的 Wi-Fi 提供不同的範圍和速度，其中 2.4GHz 和 5GHz 是主要使用的頻段。 與 UWB 不同的是，Wi-Fi 使用窄頻帶，傳輸速率要低得多，這是它相對於 UWB 的最大缺點之一。 此外，由於波段具有高吸收率，因此它們需要清晰的 LOS 以提供更好的連接性。 用於確定連接質量的關鍵指標通常是其信號強度，這在互聯網連接的情況下有效，但在可發現性方面則不然。 這正是限制 Wi-Fi 成為發現和定位附近物體的首選協議的原因。

與 Wi-Fi 非常相似，藍牙也依賴於窄頻帶中的波，因此無法提供其競爭對手 UWB 廣播脈衝的功效。 同樣，在發現附近物體時，藍牙使用信號強度作為確定信號質量的指標，正如我們已經提到的，這並不是識別附近物體準確位置的最有效方法。 因此，與 Wi-Fi 一樣，藍牙在發現附近的物體和設備方面也落後於 UWB。

超寬帶（UWB）有哪些應用？

由於該技術能夠準確地發現附近的設備並以快速、輕鬆的方式無線傳輸內容，因此有許多 UWB 可以證明是有益的用例場景。 而且，在某些情況下，甚至比目前使用的協議更好。

除了智能手機，該技術有助於內容共享或幫助確定/定位附近的其他設備，UWB 還可用於增強現實 (AR)、導航、移動支付、車輛訪問、室內導航、資產跟踪、汽車行業、醫療應用和各種其他用途。

超寬帶 (UWB) 技術對未來有何影響？

正如我們在最新的三星產品 Galaxy Note 20 Ultra 中看到的那樣，該公司正在設備上實施 UWB，以通過 Nearby Share 提供更好的功能。 當然，這只是該公司目前強調的利用 UWB 技術的一種應用。 可能還有許多其他用例場景可以使用。 同樣，Apple 在其 iPhone 11 系列中採用相同的產品也可以為其他應用程序利用準確的位置數據打開可能性，以便在開發人員完全訪問 U1 芯片並開始時提供更好的功能（甚至是新功能）利用它的力量。

同樣，我們也可以看到資產追踪公司使用 UWB 來讓用戶準確追踪他們的財物並更好地控制他們的財物。 更不用說應用部分的一些用例場景，例如醫療領域：它可以提供更好的成像、患者跟踪和對自主手術的更好控制； 汽車行業：可以更好地檢測附近的物體，提高自動駕駛體驗，同時保證安全； 超寬帶的應用前景和使用範圍非常廣泛，我們希望在未來幾年在不同行業看到更好的發展。