UWB爆发元年，汽车数字钥匙如何更好落地？
近年来，超宽带（UWB）技术在全球范围内得到了显著发展，在智慧出行的时代浪潮下，大量UWB玩家积极参与到UWB的汽车应用实践中，其中数字钥匙应用最为典型，且市场前景广阔。
2023年，吉利极氪、比亚迪腾势D9(配置|询价)、问界、蔚来汽车等纷纷加入UWB数字车钥匙队列，业界称之为“UWB数字钥匙落地元年”。在盖世汽车主办的“2024 汽车数字钥匙技术论坛”上，纽瑞芯科技联合创始人、总经理&首席技术官陈振骐博士则提出：“今年将成为UWB应用爆发的元年。”
那么相较于NFC、蓝牙（BLE）等其他技术，UWB具备哪些优势？可用于哪些场景？在上车过程中面临着怎样的难题？当前又有哪些车规级产品方案？在《UWB技术在汽车数字钥匙的创新实践》主题分享中，结合纽瑞芯UWB芯片的实践，陈振骐博士分别做出了解答。
陈振骐 | 纽瑞芯科技联合创始人、总经理&首席技术官
UWB技术原理与性能优势
UWB（Ultra Wide Band）即超宽带技术，是一种无线载波通信技术。UWB通过发送和接收具有纳秒甚至亚纳秒级的极窄脉冲来传输数据，一个信息比特可映射为数百个脉冲，因此其所占的频谱范围很宽。
图源：纽瑞芯
陈振骐博士认为，“未来，UWB技术将是无线通信技术领域应用最广、前景最好、价值最高的新技术。”之所以这样说，离不开UWB的技术优势：
首先，由于测距、雷达定位以及灵敏度都与信号带宽成正比，所以UWB可以实现高精度、厘米级定位——与其他室内定位技术相比，UWB最小带宽可达500MHZ，要好于BLE、WiFi、5G等常用的通信制式。
其次作为一种时域短脉冲信号，与IEEE802.11a、IEEE802.11b和BLE相比，在同等码速条件下，UWB具有更强的抗干扰性。同时，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，多径信号在时间上可分离，因此UWB的抗多径能力强，可适应复杂的室内环境。
最后，UWB技术具备天然的安全性。UWB的安全性表现在两方面：一方面是采用跳时扩频，接收机只有已知发送端扩频码时才能解出发射数据；另一方面是系统的发射功率谱密度极低，用传统的接收机无法接收。
综合来看，UWB兼具通信、定位、感知等多重优势，是通感一体的新技术，而且可实现丰富的场景应用。在智能汽车领域，UWB的应用主要包括数字钥匙、活体检测、脚踢雷达、无线充电、自主代客泊车（AVP），其中数字钥匙是主流应用，近年开始商用落地。
汽车数字钥匙的技术发展与应用挑战
汽车产业发展至今已有百年的历史，车钥匙也经历了四个发展阶段：
第一阶段即机械钥匙；第二阶段是遥控钥匙，20世纪八九十年代利用无线电信号实现远程解锁或锁定车辆；第三阶段是21世纪初，智能钥匙开始流行，可以实现无感接入和开锁，定位精度也不错。
伴随智能手机的发展，消费者开始进入数字化生活，由于技术局限，智能钥匙无法集成到智能手机中。因此数字钥匙的需求得以显现，行业开始致力于数字钥匙技术的创新与研发。
目前，数字钥匙主要有NFC、BLE、UWB等技术路线。
据陈振骐博士介绍，从数字钥匙的渗透率来看，NFC在CCC2.0装机较多。在新车型上，BLE、UWB等数字钥匙方案正快速上车。
当前，BLE已经成为手机的标配，因此BLE技术的数字钥匙可实现手机的全面支持，但传统BLE在定位精度、安全性等方面尚有差距，所以BLE技术在做星闪升级——星闪可以大幅度提高定位精度。BLE数字钥匙的应用场景通常是一辆车在开阔空间做演示，但由于BLE 2.4G的频段是窄带信号，在人员有遮挡或地下场景中，即便经过星闪提升，依然会出现应用场景覆盖不足，信号容易受干扰，也容易受多径影响。因此，在抗干扰和多径能力上UWB远好于BLE。
而在成本方面，蓝牙成本要低于UWB。从产业链来看，UWB产业上游最关键的为芯片供应商。近年来，国内UWB芯片企业积极加速布局，在国产厂商的不懈努力下，部分企业如纽瑞芯等的车规级UWB芯片已实现量产，打破了国际厂商的垄断，将UWB的成本大幅降低。但由于UWB技术前期投入较高，仍存在一定的差距。
总体来看，目前UWB的市场渗透率相对较低，但处于快速发展的阶段，UWB数字钥匙核心应用场景已覆盖识别区、迎宾区、落锁区和驾驶区。
图源：纽瑞芯
降本增效，纽瑞芯UWB“第二代”数字钥匙方案
对汽车行业而言，“降本增效”依然是主旋律。据统计，此前一套UWB数字钥匙的成本在1000元人民币，现在已降到500元以下。对单车成本而言，实现了较大程度的缩减。具体来看：
第一代数字钥匙方案基本上采用五六个锚点，成本高昂。让UWB技术进入中低端车型是“降本”的有效途径。当前10万-20万元的汽车具备较大的市场份额，而UWB还只应用于30万左右的车型上。
陈振骐博士表示，针对上述方案，首先要减少锚点数量，将5-6个锚点减少到1-2个。理论上，单AOA锚点方案可实现单锚点对全车身、全场景的定位，但也会带来诸多问题。例如，在车内放置单个锚点，A、B、C柱后期都会产生阴影区，造成多个阴影区域的定位困难，同时当车外出现遮挡场景时，也会出现遮挡场景定位困难的问题。
车内单AoA锚点方案 | 图源：纽瑞芯
如果再增加一个锚点，实现车内双AoA锚点，可以很好的解决车身A、B、C柱的遮挡。但车内双AoA锚点方案依然存在锚点放置位置受限、遮挡场景定位相对困难的问题。同时UWB测距在遮挡场景下，很大程度上可以形成有效测距，但测角一旦遮挡，角度信息基本不可用，而且高端车客户还青睐于金属贴膜，如果做车内锚点，就不能贴好的金属膜。
车内双AoA锚点方案 | 图源：纽瑞芯
因此，纽瑞芯提出了“第二代”数字钥匙方案。该方案可以充分发挥UWB的作用，在传统数字钥匙方案的“4+1”/“4+2”的每个锚点上增加测角功能，提升用户体验。
据陈振骐博士介绍：“在之前的场景中，每个锚点只有测距，而且只有2个乃至3个锚点才能形成稳定定位。现在我们加上角度信息，在不减少锚点数量的前提下，即便处于遮挡情况，一个锚点也能形成稳定定位，从而大幅度提升定位精度和遮挡能力，还可以解决车窗和信号遮挡问题。”
同时，他还提到：“除了芯片成本的降低，还可以通过在数字钥匙方案上实现更多功能来达到降本的目标。”
首先增加角度信息后，将“4+2”换成“4+1”，同时增加灵活的布局。在测距场景下，通过三角定位，基本上在车辆四个角上加UWB锚点，加上测角后就可以实现十字布局。特斯拉就是典型的多锚点布局，利用定位测距信号，与NFC、蓝牙形成复用，从而减少锚点数量。
其次除数字钥匙外，UWB增加了更多功能，包括定位、雷达、通信、支付功能等。如此一来，可以在一个系统内实现多系统的综合功能，实现更普惠的降本。同时可提高场景体验，让更多车辆搭载UWB系统，实现与手机的联通。
全面过测，ursamajor“大熊座”系列加速UWB技术上车
纽瑞芯致力于成为无线通信芯片领域的领导者，目前，公司的产品全力集中于UWB方向，并高度重视芯片的技术过测——目前已经有5款芯片FiRa过测，通过FiRa2.0，HPRF，1-to-many等模式测项。是全球通过FiRa联盟认证的UWB芯片数量最多的。
同时纽瑞芯是全球第一家UWB SiP全系统（含SoC和RFFE芯片及SiP封装设计）自主设计及产品化的企业。尤其值得关注的是纽瑞芯 ursamajor“大熊座”系列高性能、高集成、低功耗UWB SoC/SiP芯片产品，可广泛适用于智能手机、智能汽车、智能家居、穿戴设备等多种场景和产品应用。
同时相关产品实现了全生态、全模式的支持——符合FiRa、CCC联盟协议、兼容IEEE 802.15.4z以及IEEE 802.15.4-2020协议、符合China/FCC/ETSI/JPN UWB无线电标准，并实现了CH1~CH15全通道覆盖，也符合工信部最新的UWB标准。
陈振骐博士表示，在产品性能上，纽瑞芯UWB芯片实现了业界最大带宽1.3GHz和4GSpS的最高采样率。在低成本、低功耗的芯片上，实现了高性能的测距定位、雷达感知和高速数传功能。并且，纽瑞芯科技首创UWB超低功耗唤醒接收机WUR，产品具备优异的抗多径能力。
在重要性能参数方面，对比主流欧美芯片，纽瑞芯科技的第二代工规级产品在测距精度上达到了0.5厘米以下，车规第一代产品在1度1厘米左右；测距在芯片满功率的情况下可达到300米以上；测角范围可实现全空间的测角；首径动态可实现大于40dB的扩展动态，雷达灵敏度达到了-133dBm。
具体来看，纽瑞芯科技的ursamajor“大熊座”包括ursamajor800、ursamajor700、ursamajor600三个系列。
图源：纽瑞芯
其中ursamajor700系列是完全独立设计的车规产品，专业应用于汽车电子的多种UWB应用场景。
ursamajor700系列包括NRT 81750和NRT 81730两款芯片，均具备高安全和低功耗的特性。
图源：纽瑞芯
NRT81750已于2023年11月通过了AEC-Q100资质认证，成为全球首款获得Fira认证的车规级UWB芯片，也是中国第一款车规级UWB芯片，并于2023年12月实现了量产。
展望未来，预计到2026年，UWB汽车在汽车总出货量中的占比将达到15%；到2030年，将达到40%。陈振骐博士坦言，目前，纽瑞芯已经与30多家Tier1厂商达成合作，并与国内10多家整车厂搭建了业务联系。未来，个性化设置、车辆共享、共享汽车、车队管理等更多应用场景将会基于UWB数字钥匙进行拓展，纽瑞芯将始终致力于提供高性能的UWB定位芯片，全力支持数字汽车钥匙、CPD呼吸检测雷达、脚踢雷达等功能应用，协助产业伙伴进一步打通智慧出行生态。
（本文来自于盖世汽车Gasgoo）