以下文章來源于半導體行業(yè)觀察 ，作者李飛
近日，蘋果發(fā)布了其用于定位的 Airtag。Airtag 的發(fā)布一點都不讓人意外，事實上在蘋果之前發(fā)布的 iOS 系統(tǒng)更新中，早已經(jīng)預示了 Airtag 的出現(xiàn)，而如今的正式發(fā)布則讓我們看到了其具體的硬件形態(tài)。
根據(jù)蘋果公布的消息，Airtag 上的芯片至少會包括：（1）藍牙，（2）加速度計，（3）UWB（自研 U1 芯片），（4）NFC，（5）揚聲器以及用于控制的 MCU。Airtag 預期電池使用時間可達一年以上，我們認為這是整體系統(tǒng)優(yōu)化的結(jié)果。根據(jù) Airtag 目前公布的信息，我們認為 Airtag 的工作方式如下：
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在常規(guī)情況下，Airtag 和用戶的其他蘋果設備（如 iPhone）處于同一個地理位置（例如都在用戶的家中）。在這種情況下，Airtag 主要使用藍牙和 iPhone 進行交互。Airtag 會定期用藍牙和 iPhone 進行通信，用以獲取當前的 GPS 地理位置。Airtag 上的加速度計則可以根據(jù) Airtag 有沒有移動來進一步降低 Airtag 和 iPhone 之間的藍牙交互頻率，例如當 Airtag 一直沒有被移動則降低藍牙通信頻次來省電。
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當用戶需要做精確定位時，使用 UWB。UWB 可以實現(xiàn)亞米級別的定位精度，從而幫助用戶找到 Airtag 的精確位置。
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當 Airtag 和用戶 iPhone 距離較遠時（即藍牙無法連接時），iPhone 將顯示 Airtag 上次成功連接時的地理位置在地圖上，用戶可以根據(jù)該位置去尋找 Airtag。此外，在 Airtag 被人移走的情況下，Airtag 還可以使用藍牙與附近的其他 iPhone 連接，從而用戶可以使用 Find My 網(wǎng)絡來通過其他 iPhone 來定位 Airtag 的地理位置。
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最后，其他人發(fā)現(xiàn)遺失的 Airtag 時，可以通過 NFC 去掃描 Airtag 并將信息提供給蘋果。
Airtag 背后的差異化技術(shù)：UWB
蘋果的 Airtag 的系統(tǒng)設計非常巧妙，它使用了多種技術(shù)來實現(xiàn)不同顆粒度的定位，同時也加入了多種省電技巧以延長電池使用時間。然而，Airtag 與其他基于藍牙定位的 tag 最大的區(qū)別就在于使用了 UWB 技術(shù)實現(xiàn)精確定位，從而提供了差異化的用戶體驗。
Airtag 背后的 UWB（超寬帶）技術(shù)并非全新的黑科技，而是已經(jīng)經(jīng)過了接近二十年的發(fā)展。與傳統(tǒng)射頻系統(tǒng)不同，UWB 將自己的信號功率分配在很寬的頻譜段中（常常超過 1GHz），而在每一個頻點的功率都很小，從而避免對其他無線協(xié)議的干擾。這樣做的好處是 UWB 可以在全球不同的地區(qū)都能普適地工作，而無需擔心每個地區(qū)的頻譜分配，而正是因為 UWB 的信號帶寬很大，因此得名“超寬帶”。
在時域，UWB 信號的形式則是短脈沖，根據(jù)脈沖的發(fā)射頻率可以分為低頻率脈沖（LRP）和高頻率脈沖（HRP）兩種，分別對應對數(shù)據(jù)傳輸率有不同需求的場景。UWB 的脈沖信號形式和脈沖雷達很像，這也是 UWB 可以用來做定位的原因——其原理和雷達一脈相承。UWB 定位的一大優(yōu)勢是其精確度高。與藍牙或 WiFi 等基于射頻信號強度來做定位的方法相比，UWB 計算距離使用的原理是飛行時間（ToF），即發(fā)送端發(fā)射一個信號，接收端在收到這個信號之后經(jīng)過協(xié)議定義的延遲后再發(fā)回給發(fā)送端，這樣發(fā)送端只要比較發(fā)送和接受信號的時間差并乘以光速就能獲得發(fā)送端與接收端之間的距離，從而可以實現(xiàn)亞米級別的距離精度。
此外，UWB 配合天線陣列設計，也可以實現(xiàn)高指向性的信號傳輸。我們認為 Airtag 中也用了類似的設計，即使用 UWB 加天線陣列實現(xiàn)高精度指向性定位，從而可以實現(xiàn)目前 Airtag 使用體驗中提到了定位 Airtag 的具體方位和距離。
UWB 與下一代智能設備
我們認為，UWB 將成為下一代智能設備交互的關(guān)鍵協(xié)議。
首先，隨著未來智能設備的進一步普及，智能設備之間的互動也不僅僅局限于數(shù)據(jù)互聯(lián)。在下一代智能設備的交互中，智能設備之間的物理位置將會成為重要的互動要素。蘋果的 Airtag 就是基于智能設備之間物理位置互動的一個極佳案例，我們認為 Airtag 除了將會催生各類相似功能競品之外，也將促進智能設備之間基于物理位置的互動設計。舉例來說，小米已經(jīng)在之前推出了基于 UWB 技術(shù)的指向性投屏技術(shù)（一指連）。除此之外，許多智能設備之間的類似互動也預計將在未來幾年內(nèi)出現(xiàn)，例如掃地機器人與空氣凈化器之間基于位置的互動等等。而且，隨著 AR 和 VR 技術(shù)的進一步普及，這類基于精確定位的互動將會變得越來越重要，例如基于用戶在超市購物區(qū)域的位置來推送相應廣告等，而在這些基于物理位置的互動中，UWB 將成為最有競爭力的核心技術(shù)。
從芯片技術(shù)上來看，UWB 的芯片端的設計門檻并不算高。UWB 的無線收發(fā)部分主要是脈沖收發(fā)，其設計復雜度遠低于 4G、5G 等蜂窩網(wǎng)絡的無線通信部分。目前，Qorvo 等廠商都能供貨 UWB 模組，未來隨著 UWB 在智能設備中獲得越來越多的應用，預計中國芯片供貨商將會崛起。
最后，我們來分析一下基于 UWB 技術(shù)做物理位置用戶體驗的市場格局：究竟會是類似藍牙的開放式生態(tài)（即不同公司推出的產(chǎn)品可以使用 UWB 技術(shù)互相感知物理位置），還是會是生態(tài)內(nèi)互動？我們更傾向于后者，即生態(tài)內(nèi)互動。我們認為，UWB 提供的設備間基于物理位置的互動用戶體驗中，每個設備的特性非常重要，必須仔細根據(jù)每個設備的功能來設計互動才能實現(xiàn)較好的用戶體驗，這也就更傾向于生態(tài)內(nèi)互動，而非開放生態(tài)。
基于此，我們預計中國智能設備行業(yè)將會成為使用 UWB 的重要力量，我們認為許多基于 UWB 的新用戶體驗也將會由中國的廠商首先提出。如前所述，UWB 將會成為智能設備之間互動的重要技術(shù)，同時我們也認為 UWB 做設備交互將會主要出現(xiàn)在同一智能設備生態(tài)內(nèi)部，例如蘋果的 Airtag 只能在蘋果生態(tài)中使用，而并不能和安卓設備互動（除了 NFC 掃碼報告撿到的 Airtag 之外）。因此，擁有較為完整智能設備生態(tài)的公司將會更傾向于使用 UWB 做生態(tài)內(nèi)產(chǎn)品之間的互動，而小米、華為等目前擁有全球領(lǐng)先智能設備生態(tài)的中國公司也將與蘋果一起引領(lǐng)基于 UWB 用戶新體驗的潮流。由于 UWB 芯片設計復雜度并不高，而更考驗功力的其實是用戶體驗和系統(tǒng)算法設計，因此我們認為華為、小米等中國公司很有可能在未來會有自研 UWB 芯片計劃，通過自研的 UWB 芯片搭配獨特的算法來提供具有差異化的用戶體驗。這樣一來，就會形成“擁有智能設備生態(tài)的公司需要基于 UWB 的用戶體驗 -> 擁有智能設備的公司自研 UWB 技術(shù)提供差異化用戶體驗 -> 擁有智能設備生態(tài)的公司迭代催生下一代基于 UWB 用戶體驗”的循環(huán)，從而讓智能設備生態(tài)類公司成為基于 UWB 技術(shù)的物理交互用戶體驗的主要推動力。有趣的是，目前全球智能設備生態(tài)積累最深的蘋果、小米和華為都有自己的汽車計劃，而 UWB 又恰恰是下一代無線車鑰匙的主流技術(shù)。因此，我們認為這些公司將進一步將汽車納入其 UWB 技術(shù)的應用范圍內(nèi)，同時我們預期在未來也將會看到越來越多 UWB 技術(shù)進入消費者的視野。
來源： Qorvo半導體
