加特蘭發布白皮書提出多毫秒方案 UWB技術迎來新進化
近日，加特蘭今年推出的超寬帶(Ultra-Wideband，UWB)SoC芯片——Dubhe CAL110X系列斬獲“中國芯”優秀技術創新產品獎項。就在此前的9月份，加特蘭發布了《IEEE 802.15.4ab標準下多毫秒UWB聯合測距》白皮書(以下簡稱白皮書)，顯示出加特蘭對于UWB技術的深入理解與積累。
隨著多毫秒技術框架的提出，UWB在汽車領域當下的應用體驗有望極大改善，同時也為UWB技術未來的應用開拓了嶄新的想象空間。
不夠準 不夠遠
汽車數字鑰匙體驗仍有潛力
據了解，超寬帶(UWB)為今年來興起的一種短距離無線技術，UWB系統由于其大帶寬，在測距方面的能力非常突出。正因為UWB技術先進的測距能力以及額外的感知和數據通信功能，UWB技術已成為精細測距應用的領先解決方案。回顧UWB技術的早期發展，智能手機領域的集成為推動UWB市場快速增長的關鍵驅動力。出色的測距、感知、安全能力，使UWB技術同樣被汽車行業所重視，目前最為成熟的應用為汽車安全數字鑰匙系統。
“當前汽車數字鑰匙的應用開始逐漸普及。我們觀察到，行業從最初將該項(UWB)技術裝配在高端車型上，逐漸開始向中端車型推廣。這是一個非常重要的技術趨勢。”加特蘭技術市場工程師李文正在接受《中國汽車報》記者采訪時表示，“而且，這一趨勢的演進速度是驚人的。根據一些行業分析，我們預計到2035年，UWB技術在汽車領域的滲透率將接近50%。”
雖然UWB技術已經率先在中高端車型上被采用，且由UWB技術所支撐的無感解鎖、智能泊車等功能成為我國新能源智能網聯汽車產品中廣為被消費者贊譽的特性，但事實上，以數字汽車鑰匙為例，其體驗依然具有較大的提升空間。目前的汽車數字鑰匙依然存在感知距離不夠遠、抗干擾能力相對較弱的問題，帶給消費者的直觀感受就是“罰站”——人已經到車前，未被有效識別，有時需要短暫等待，影響了“無感”體驗。這樣的體驗帶給消費者的體驗并不完美，也客觀反應了當下UWB技術所存在的痛點與挑戰。
“我們歸納汽車數字鑰匙這些問題背后的UWB技術問題，可以總結以下幾點。一是目前的測距距離有限且不穩定。目前部分數字鑰匙與汽車的穩定測距距離甚至僅在10m左右。二是環境適應性不佳，當鑰匙放在口袋內、書包內等位置時，由于阻擋，識別效果會大打折扣；當車輛停放在大型停車場當中，尤其處于地下時，信號的干擾較強。三是測距的精度依然稍顯不足。測距精度的不足，也對汽車數字鑰匙的應用場景的便捷性產生較大的影響。”李文正告訴記者。
多毫秒
加特蘭為UWB發展開出“藥方”
面對未來市場可能性與當下UWB技術痛點之間的鴻溝，加特蘭發布的《IEEE 802.15.4ab標準下多毫秒UWB聯合測距》白皮書無疑是基于自身對于UWB技術、對于通信技術的深厚積累與獨到理解給出的精妙藥方。
“我們將MMS UWB的關鍵技術原理進行精煉，其核心在于將一次瞬時的測距數據包交換，轉換為一段持續多毫秒的信號傳輸與接收過程。這種方式不同于傳統的單次握手，它允許通信雙方在更長的時間窗口內累積信號能量并進行聯合信號處理。”李文正告訴記者，“在這個核心原理下，我們需要關注兩點，第一是分段，第二是CIR累積。”
據介紹，在多毫秒思路框架下，UWB測距信號被分割成多個短的MMS測距片段，即測距序列片段(RSF)和測距完整性片段(RIF)，并在連續的一毫秒時隙內傳輸。這使得設備能夠遵守每毫秒的功率規定，同時提高每個短MMS測距片段的傳輸能量。而通過接收器的CIR累積，能夠有效提高信噪比(SNR)，從而增強靈敏度。
通過MMS 聯合測距，UWB技術表現將獲得兩方面的性能提升。其一是鏈路預算顯著提升，即在符合法規發射功率限制的前提下，累積多個片段的能量，相當于提升了接收信號強度，可帶來10-20dB的鏈路預算增益，從而將有效測距距離大幅延伸。其二則是多徑分辨能力有效增強，即使部分片段因反射或遮擋而受損，通過合并處理所有片段的信道脈沖響應(CIR)，系統能更精準地識別出真實的直接路徑信號，提升復雜環境下的測距穩健性。
積極參與國際標準制定
UWB未來應用想象無限
值得一提的是，基于即將發布的新一代UWB技術標準IEEE802.1.5.4ab，加特蘭不僅僅提出了MMS UWB技術落地的框架，更給出了窄帶輔助MMS UWB(NBA MMS UWB)、UWB驅動型MMS UWB、以BLE輔助MMS為重點的帶外MMS UWB三種典型的MMS UWB的操作模式的技術特點分析，闡釋了不同的產業化、商業化路徑及優勢。
窄帶輔助MMS UWB利用獨立的窄帶(O-QPSK)信道進行會話控制與報告，UWB信道專用于MMS測距，可實現完整的MMS性能增益，窄帶與UWB間有時鐘同步優勢，不過需要額外的窄帶射頻硬件。
UWB驅動型MMS UWB的控制、測距、報告階段全部通過UWB信道完成，系統設計簡單，無需引入額外硬件成本，但控制與報告階段的鏈路預算受限，從而影響MMS UWB的整體增益。
以BLE輔助MMS為重點的帶外MMS UWB則將控制與報告階段卸載到藍牙低功耗(BLE)連接完成，這得以使UWB信道專用于MMS測距，既能實現與NBA MMS相同的全鏈路預算增益，又充分利用了智能手機和車輛中已普及的BLE生態，無需新增硬件成本或面臨新的頻譜政策。
“我們認為BLE的MMS UWB應該具有非常良好的汽車產業應用前景。”基于對通信技術及汽車產業的理解，加特蘭對UWB技術的未來嚴謹路徑做出了果斷的前瞻與預判，李文正表示，“首先，BLE方案能夠充分發揮出MMS帶來整體增益，讓UWB的測距更遠、更穩。在我們的實車測試驗證中，穩定的測距距離直接提升到目前水平的4倍達到400m。其次，BLE的生態已經通過智能手機等消費電子設備實現了廣泛普及，這就讓基于此的MMS UWB水到渠成。同時BLE與UWB形成了在測距上的遠、近雙層測距、相互協同的關系。這些都讓消費者更容易感知到技術的進展與迭代。第三，對于整車OEM而言，BLE方案幾乎沒有額外的硬件成本，也沒有頻譜政策的法規風險，對規模化、商業化而言帶有天然優勢。”
據了解，此次白皮書提出的MMS UWB技術基于正在草擬制定的IEEE 802.15.4ab國際標準所提出。作為中國產業鏈供應鏈企業的代表，加特蘭在這一國際標準的制定中積極參與，做出了自己的貢獻，有多條來自加特蘭的建議被采納接受，同時加特蘭的工程師隊伍中也有多位IEEE 802.15組織投票權成員。這也成為在中國新能源智能網聯汽車不斷發展壯大道路上，為世界汽車工業貢獻中國智慧的最新典范。
