超宽带 (UWB) 解释 (以及为什么它在 iPhone 11)
今年的一批iPhone中的新芯片之一是U1；它提供了超宽带(UWB)连接，与物联网(IoT)技术相结合，可以为企业和消费者提供无数新服务。
正如苹果所言，UWB技术提供了 “空间感知”–让你的手机能够识别周围环境和其中的物体。本质上, 一个iPhone 11用户可以将他或她的手机指向另一个和传输文件或照片.
虽然这项技术并不新鲜, 苹果的实施标志着第一次UWB已被用于现代智能手机.
什么是超宽带？
UWB是一种短距离的无线通信协议，与蓝牙或Wi-Fi一样，使用无线电波。但它与蓝牙或Wi-Fi有很大的不同，因为它的工作频率非常高。正如它的名字所表示的那样，它也使用了数GHz的宽频谱。有一种说法是，它就像一个雷达，可以连续扫描整个房间，并像激光束一样精确锁定一个物体，发现它的位置并进行数据通信。
在2000年代初，UWB在军事雷达和秘密通信中得到了有限的应用，并被短暂地用作医疗成像的一种形式，如远程心脏监测系统。它的采用滞后，直到最近商业利益开始探索潜在的用途。
据IDC研究总监Phil Solis称，如今，其主要用途预计是位置发现和设备测距。虽然Wi-Fi和蓝牙都经过了修改，以便更准确地定位其他设备并与之连接，但UWB天生更精确，耗电量更少，而且随着UWB芯片产量的增加，其价格有望降低。
据索利斯介绍，三星、苹果和华为这些全球最大的智能手机制造商都参与了UWB项目，包括芯片和天线生产。不过，苹果是第一个真正在手机中部署它的公司。
三星与小米、恩智浦、索尼、博世等也是FiRa(精细测距)联盟的一员，该联盟正致力于发展UWB生态系统。该生态系统建立在现有的IEE 802.15.4/4x低数据速率无线通信标准之上。
UWB是如何工作的？
UWB发射器的工作原理是在宽频谱频率上发送数十亿个脉冲（UWB以前被称为 “脉冲无线电”）；然后相应的接收器通过监听发射器发送的熟悉的脉冲序列将脉冲转化为数据。脉冲大约每两纳秒发送一次，这有助于UWB实现其实时性。
UWB的功率极低，但高带宽(500MHz)是将主机设备的大量数据中继到约30英尺外的其他设备的理想选择。但与Wi-Fi不同，它并不特别擅长穿墙传输。
"因为它的频率如此之高，所以它的视线非常多，"J. Gold Associates的首席分析师Jack Gold说。“所以，优势在于，因为它有如此宽的带宽，所以它有很多数据能力。如果你要传输一个60GHz的信号，它的宽度是500MHz…然后乘以你能做的任何通道，你说的是非常宽的频带。”
为了增加UWB的范围和接收可靠性，标准中增加了一种MIMO（多输入多输出）、分布式天线系统，可以实现短距离网络。天线可以嵌入到智能手机或其他设备中，如腕带或智能钥匙。
当一部带有UWB的智能手机（如最新的iPhone）靠近另一部UWB设备时，两者就会开始测距，或测量它们的准确距离。测距是通过设备之间的 “飞行时间”（ToF）测量来完成的；这些测量值用于计算挑战/响应数据包的往返时间。
根据FiRa联盟的说法，基于IEEE 802.15.4a标准，UWB可以在200米内用视线确定对等设备的相对位置。该联盟目前正在增加一个安全扩展–在IEEE 802.15.4z中规定–以使其成为 “安全的细程技术”。
根据使用类型，如资产跟踪或设备定位，其中一个UWB设备会计算出另一个支持UWB的物体的精确位置–比如那些掉在沙发垫之间的汽车钥匙或电视遥控器。如果设备运行的是室内导航服务，那么支持UWB的设备必须知道其与固定UWB "锚 "的相对位置，并计算其在区域地图上的位置）。
索利斯表示，凭借精确的测距，UWB在精度和安全性方面都比蓝牙和WiFi有优势，而且这种优势可以用于许多不同的应用。例如，UWB设备可用于像钥匙扣一样解锁汽车，或进入建筑物内的安全区域。或者，支持UWB的智能手机或手表可以通过ATM访问银行账户。
"这本质上将是另一种安全检查，"Solis说。“或者，你的手机成为你的借记卡。而且也许苹果已经想到了NFC被用于[Apple]Pay，而UWB成为另一个检查。”
UWB也可以成为挫败中继或中间人攻击的另一种方式，在这种情况下，坏人会监控一个区域，比如停车场，试图拦截然后存储两个设备之间的认证信息，比如钥匙扣和汽车。UWB设备的信号会忽略一个区域内的所有其他设备。
UWB可能的用途是什么？
苹果公司为UWB与信标（称为iBeacon）的使用申请了专利，小型电池供电的传感器可以附着在物体上，并广播信号，然后启用UWB设备可以用来估计两个物体之间的距离，低至几厘米的位置服务。因此，举例来说，一个机场或商场如果配备了信标网络，就可以监控行人在建筑物内的行进情况，并实时提供目的地的指示。
苹果只是在9月发布的iPhone 11和iOS 13.1的公告中顺便提到了UWB，并表示AirDrop将通过 "方向感知建议 "变得更好。基本上，UWB可以让设备用户知道周围有谁，并针对他们通过AirDrop传输文件。
"这正是他们想要做的事情，"Gold说。“他们在说，你的朋友在你左边三度，而这个女人琼就在你身后。不要给琼送任何东西，只管给你的朋友送去。”
在这方面，Gold说，UWB可以成为手机之间短距离传输数据的更安全的方法，因为它知道另一个支持UWB的设备的确切位置。
UWB在iPhone 11中会有什么作用？
苹果开发的U1芯片可以让三款iPhone 11都能使用AirDrop文件传输服务传输数据，传输距离与蓝牙类似。
虽然AirDrop可以使用蓝牙和Wi-Fi操作，但苹果开发的U1芯片可以实现特定性。换句话说，iPhone 11用户可以将手机指向另一部iPhone 11，只有它才会出现在文件传输中，而不是一个可能的文件接收者列表。
未来，预计苹果会将iPhone启用为一种汽车钥匙扣。
FiRa联盟认为，UWB将改变整个物联网和汽车行业的连接体验，业务发展副总裁Debra Spitler表示。
FiRa最初关注的是三类主要用例。(1)免提门禁；(2)基于位置的服务；(3)设备对设备(点对点)应用。这些类别的用例则跨越了六个用例领域，包括智能家居和企业、智能城市和移动性、智能交通、消费者使用、智能零售以及工业4.0和医疗保健。
UWB FiRa苹果
FiRa Consortium
"UWB最初是作为一种多媒体数据的高数据率通信技术推出的。要将UWB确立为一种新的’测距技术’，需要建立一个全新的生态系统。"FiRa通过电子邮件表示。
UWB将何去何从？
FiRa联盟成员坚信，UWB安全精细测距的成功取决于一个可互操作的、整体的、互联的生态系统。这将需要。
多个设备之间的互操作性，并需要合规性和认证程序。
与其他行业组织如IEEE、Wi-Fi联盟、汽车连接联盟（CCC）等紧密合作。FiRa联盟将专注于利用6-9GHz频谱的UWB用例。
我们吸引的成员公司将带来广泛的生态系统知识、在目标市场垂直领域的领导地位、广泛的技术和系统专业知识，以及在其他与UWB相关的联盟中的强大存在和经验。
引入一个新的名称，FiRa，以帮助克服UWB作为一个 "旧的通信技术 "的刻板印象，而强调UWB的转变作为一个安全的精细测距和传感技术。
强大的市场推广和教育，让人们了解使用UWB技术的好处。
"我们得看看它的实际效果如何，有多少人想要它，又有多少服务能真正与它绑定。"Gold说。“而且，你真的想要在手机上装一个迷你雷达吗？我认为这就是可能阻碍它发展的原因。”
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