UWB数字钥匙

2021年1月9日晚，在NIO DAY发布会上，蔚来正式发布了其首款轿车ET7。发布会上宣称：ET7配备了全球首款UWB数字钥匙，能实现厘米级高精定位。

2021年CES展会上宝马（BMW）宣布：将为旗下 2022 款车型引入“增强版数字车钥匙”（Digital Key Plus）功能的消息。该数字车钥匙基于苹果力推的超宽带（UWB）技术。车主无需从口袋或包中掏出实体钥匙，即可轻松解锁和启动车辆。

近年来，UWB技术受到越来越多的关注，并成为通信、定位技术的一个热点；越来越多的主机厂和Tire1宣称自己配置了UWB数字钥匙，究竟什么是UWB技术？用了UWB技术的数字钥匙相比蓝牙钥匙、NFC钥匙优点在哪里？它又能为用户带来怎样的体验呢？

一、 UWB技术

UWB是Ultra Wide-Band缩写，UWB技术中文名为超宽带无线通信技术，它来源于很久之前的脉冲通信技术，是一种无载波通信技术，UWB不使用载波，而是使用短的能量脉冲序列，并通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围内。

2002年，FCC（Federal Communications Commission，美国联邦通信委员会）批准UWB无线电在严格限制条件下可在公众通信频段3.1GHz~10.6GHz上运行，共7.5GHz的频带；辐射功率方面，限定了远低于BLE/WiFi的级别，-41.3dBm；而频谱方面，UWB比BLE/WiFi的宽多了。此举有力推进了UWB通信的发展，随之而来的便是各种技术方案围绕国际标准的制定方面展开的激烈的竞争。

二、 UWB基本测距原理

TOF：Time Of Flight飞行时间测距法，主要利用信号在两个异步收发机（Transceiver）之间飞行时间来测量节点间的距离。双向飞行时间法（TW-TOF, two way-time of flight）每个模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳 。模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，模块B在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被模块A在自己的时间戳Ta2时刻接收。有次可以计算出脉冲信号在两个模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离S。

但是单纯的TOF算法有一个比较严格的约束：发送设备和接收设备必须始终同步。这是一个比较棘手的问题，但是一种Double-sided Two-way Ranging的算法巧妙的避开了这个问题，它即利用了TOF测距的优良特点，同时又极大的去除了TOF的同步问题，从而为TOF的实用化扫清了道路。

上面就是Double-sided Two-way Ranging算法的实际模型和计算飞行时间的公式，可以看到它在计算飞行时间时仅仅需要分别来自上面和下面定位设备的时间信息，而不需要两部设备时间同步。

三、 UWB定位原理

众所周知，蓝牙定位技术用的是：AoA（Angle-of-Arrival：到达角度测距）原理；而UWB定位核心原理是ToA(Time of Arrival，到达时间测距)，就是已知信号传输速度情况下，通过传输时间得到距离。

目前定位算法中比较成熟的有：TOA（到达时间）、TDOA（到达时间差）、AOA（到达角度或称为DOA估计）定位技术和这三种技术的混合技术。

TOA通过分别测量移动终端与三个或更多基站之间信号的传播时间来定位。它采用了圆周定位。假如己知移动终端到基站i的直线距离尺Ri， 那么由几何原理可知，移动终端的位置一定在以基站i的位置为圆心，Ri为半径 的圆周上。即若移动终端的位置(X0，Y0)，基站位置为(Xi，Yi)，则两者满足如下图示关系：

然而事情都具有两面性：TOA定位对传播中产生的误差比较敏感，这些误差来自于传播中的反射、 多径传播、非视距传播和噪声等干扰，会造成各圆无法相交或相交处不是一个点而是一个区域。同时TOA定位要求移动终端和基站之间在时间上要准确同步，1ns的同步误差将会给定位带来大约0．3米的不确定性。纳秒级的同步精度在 许多通信系统中是达不到的。因此，实际中很少使用单纯的TOA定位。这里不再详述，感兴趣的可以自行查阅TDoA，TWR，PDoA 等技术介绍。

四、 UWB数字钥匙

汽车钥匙经历了机械钥匙、芯片钥匙、遥控钥匙、无钥匙进入系统、数字钥匙等发展历程。

数字钥匙是指通过精准的蓝牙定位、NFC、UWB等不同近场通信技术和更加安全的钥匙管理，将智能手机、NFC智能卡、智能手表和智能手环等可穿戴设备变成车钥匙，从而实现无钥匙进入和启动、为他人远程钥匙授权、个性化的车辆设置等舒适方便的用车体验。

UWB数字钥匙主要是利用UWB的厘米级精准测距能力，通过车辆布置多个锚点，与合法的手持钥匙或手机相结合，实现车辆近距离精确空间感知。利用车辆空间感知，车辆自主判断并控制车辆，实现智能控制。如：如无感解闭锁、主动迎宾、一键启动、个性化设置、共享汽车、车队管理、试乘试驾、快递到车、自动泊车、车内活体检测等。

UWB数字钥匙是全新的无钥匙进入系统，在接近车辆时，根据距离车辆会自动首先开启迎宾灯，然后随着距离的接近，会自动调整座椅位置等，然后靠近车门时，则自动解锁；当远离车辆时，也能够自动根据位置变化来自动锁车。解决车辆电子钥匙中继攻击的安全漏洞。

UWB钥匙的优点在于，它是一项具有近距离精确空间感知能力的技术；准确性高，感应智能手机位置的准确性约为现有产品的 5 倍。

五、 总结

未来，UWB技术将与蓝牙、Wi-Fi形成优势互补，以满足用户在不同场景下的无线连接需求。三星、苹果、华为等科技巨头的争相介入，UWB技术未来或将在智能家居技术、增强现实、移动支付、无钥匙进入汽车甚至室内导航中广泛应用，行业生态将得到快速发展，进一步打开市场空间。

点击下方二维码关注IND4汽车人职聘公众号

了解最新汽车行业招聘信息