UWB助力智能汽车技术释放无限潜力
发布于2024-03-29
引言
随着科技的发展，汽车行业也在逐步向智能化迈进。从自动移动机器人 (AMR)、自动导引车 (AGV)、完全自动驾驶汽车、由精确物流算法控制的车队车辆，到具有高级驾驶员安全和安保功能的简单消费型车辆，这些新型汽车电子产品的运用，有望提高车辆通行效率、安全性和易用性。然而，却会增加电子设备的复杂性，以及受到电子威胁和依赖无线服务的可能性，进而导致无法满足汽车应用的可靠性要求。这时，UWB作为一种既可靠、抗干扰能力强，又能提供极其精确的定位/位置跟踪功能的无线标准便应运而生。UWB虽然是一项尚未被广泛运用的新技术，但采用UWB技术的汽车应用将具有非常广阔的前景。
本文将探讨用于先进汽车应用的UWB技术，以及有助于开发和集成到汽车平台的UWB解决方案。
UWB的应用场景
作为一种安全增强功能，UWB技术的早期应用取得了巨大的成功。在汽车行业，UWB技术已被应用于数字钥匙系统，允许车主将智能手机当作车钥匙，并增加了数字安全性。UWB具有可进行实时定位和位置跟踪的厘米级精度，抗噪和抗干扰能力极强的雷达通信和距离算法，以及固有的安全性，可以说是数字钥匙的理想选择。
此外，UWB技术还具有经济高效且高度节能的特性。我们可以在一个紧凑的平台上同时提供高达27Mbps的UWB通信速率和距离/位置测量功能，使用纽扣电池即可运行数年而无需更换。对于很多汽车应用来说，UWB技术较之蓝牙、Wi-Fi®、GPS、RFID和蜂窝网络更具优势。因为与UWB不同，上述无线通信和定位/位置跟踪技术更易受到噪声干扰和网络拥塞的影响，且通常需要大量的电力和额外的基础设施才能运行。
UWB只需要在平台上安装UWB兼容芯片组，即可实现直接的点对点通信和位置/距离跟踪。与苹果AirTag一样，只需两台UWB设备就能实时掌握UWB标签的确切位置、方向和状态。这些功能同样可用于其他车联万物 (V2X) 应用，如自动并线/泊车、行人检测、汽车定位、自动驾驶车辆互联互通等。
UWB的应用现状
如今，许多旗舰智能手机和智能手表都采用了UWB技术，越来越多的消费型汽车制造商也已经或正在将该技术用于数字钥匙和占用检测技术。此外，我们还可以在其他应用中看到UWB的身影，例如超精确室内定位/导航、零售和工业空间资产跟踪、消费型设备“查找我的”应用程序以及基于位置的照明/音频体验。
UWB的未来发展
上文所述只是UWB的初步应用，还有广阔的潜力空间有待我们去挖掘。如正在开发的车对车通信，此应用将实现更安全、更低延迟的自动车队车辆协调和完全自动驾驶的消费型车辆协调。此外，UWB技术还非常适合用于接近探测，以推进智能停车、行人和自行车防撞，以及与汽车传感器（即胎压监测系统、乘员检测系统和其他安全功能）进行无线车载通信等功能的发展。
UWB设计注意事项
与其他无线解决方案一样，在开发UWB设备的过程中也需要考虑一些设计问题。UWB基于IEEE 802.15.4a和802.15.4z标准，并经FCC授权在3.1GHz至10.6GHz范围内使用。FCC还规定了UWB发射的功率谱密度 (PSD) 要在-41.3dBm/MHz以下，国际电信联盟和其他频谱监管机构也发布了类似的规定。
在设计UWB设备时，还需考虑天线位置、外壳、能源管理以及与窄带设备共存等问题。在高PSD窄带发射器占主导的频率范围内，可能需要设计带阻滤波器来减少干扰。
使用Qorvo开发板加速UWB设计
虽然UWB技术对一些设计人员来说是全新的陌生技术，但已有成熟的开发解决方案、芯片组和支持材料可帮助开发人员推出UWB解决方案，并快速推向市场。Qorvo提供了各种开发板和模块，帮助设计人员加快UWB原型开发、概念验证和解决方案设计。例如，Qorvo的Arduino兼容屏蔽板得到了众多微控制器 (MCU) 制造商的广泛支持，可用于开发UWB RTLS系统。Qorvo还提供了UWB模块开发套件和完整的UWB开发板，其中包括构建可扩展UWB RTLS网络解决方案所需的硬件和软件（图1）。
图1：Qorvo DWM1001-DEV模块开发板让设计人员无需设计任何硬件或编写一行代码，即可组装和评估RTLS系统（包括锚点、标签和网关）
（图源：贸泽电子）
结语
UWB技术有望重构联网和自动驾驶车辆的通信和定位/距离跟踪功能。通过一个高度安全且灵活的无线信道，UWB可以实现更高的精度、实时定位和低延迟通信，从而挖掘出更多潜在应用。此外，由于UWB具有较高的可靠性，因此可用更具成本效益的无线解决方案取代很多互联通信系统，同时减轻车辆重量并降低电子路由的复杂性。
作者简介
信息交流服务部负责人：Jean-Jacques DeLisle
JJean-Jacques (JJ) DeLisle就读于罗切斯特理工学院 (RIT)，并获得了电气工程学士学位和硕士学位。在学习期间，JJ从事射频/微波研究，为大学杂志撰稿，并且是RIT第一个即兴喜剧团的成员。在拿到学位之前，JJ就担任了Synaptics公司的集成电路布局和自动化测试设计工程师。经过6年开发和鉴定内置同轴天线和无线传感器技术的原创性研究，JJ在提交了多篇技术论文并获得一项美国专利后离开了RIT。
为了进一步发展他的事业，JJ和妻子Aalyia搬到了纽约市。在这里，他担任了《Microwaves & RF》（微波与射频）杂志的技术工程编辑。在此期间，JJ学会了如何将他的射频工程技能以及技术写作热情结合起来。
在JJ职业生涯的下一个阶段，他看到业界对有技术能力的作家和客观的行业专家有很大的需求，于是转而创办了自己的公司RFEMX。在朝着这个目标前进的同时，JJ扩大了自己公司的业务范围和愿景，开始从事信息交换服务 (IXS) 业务。
供应商简介
Qorvo提供创新的半导体解决方案，是一家出色的连接和电源解决方案供应商。作为射频和电源领域的知名供应商，Qorvo拥有出色的产品和技术、系统级的专业知识，并具有全球制造能力，能够快速应对客户的复杂技术挑战。Qorvo为全球市场各种高增长领域服务，包括消费电子、智能家居/物联网、汽车、电动汽车、电池供电设备、网络基础设施、医疗保健以及航空航天/国防。