可用于AR/VR的UWB通信定位芯片技术解析

在AR、VR应用中，需要外部各节点和头戴设备、手持设备各节点实现基于空间感知的互动，如果定位不好则会影响体验，在5月12日召开的聚焦元宇宙的第十三届松山湖中国 IC 创新高峰论坛上，深圳市纽瑞芯科技推介了一款可用于AR/VR的UWB通信定位芯片，并分析了它如何改善ARVR体验。深圳市纽瑞芯科技有限公司市场销售副总裁张海昆在发言时指出UWB天然具备高测距精度能力，辅以多通道、多天线实现高精度的测角度，加上三角定位能力，可以实现整个定位的技术。同时UWB又具备一些抗多级能力强，可以适应非常复杂环境的能力，而且天然安全性好。所以已经成为室内定位最佳基础方案。除了测距、测角技术之外，UWB还支持雷达感知功能和高速低延时数传的能力，这是UWB基本技术能力。

从上图简单对比看在室内定位场景下，UWB测距精度，理论上达到厘米级，工程应用上实现亚米级，覆盖距离超过100米，非常适合高精度、高密度、高频度定位的场景。其实UWB（UltraWideband）超宽带通信并不是一种新技术，早在30年前就在产学研中走热，2002年2月，FCC批准UWB技术进入民用领域，并对UWB进行了重新定义，规定UWB信号为相对带宽大于20%或-10dB带宽大于500MHz的无线电信号。UWB利用纳秒至微微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbps至数Gbps的数据传输速率。

UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势，主要应用于室内通信、高速无线LAN、家庭网络、无绳电话、安全检测、位置测定、雷达等领域。“业界现在把UWB数传能力放到31.2兆，在此基础上，我们公司把数传能力进一步拓展到124.8兆，短距离实现高保真的音频、视频、低延时数据传输一个非常好的方案。”他指出，“UWB在8G频段信号干扰非常少，非常适合在车内、室内、办公场所，当我们已经布置用UWB作为定位空间感知的点的情况下，我们使用一些方式开通它的雷达功能。

既可以实现高性能雷达效果，同时也没有增加额外特别多的成本，是一个非常好的方案。”他表示20年前，UWB定位在高速数传，后来也有人做雷达功能，现在大家使用UWB更多场景是室内定位。得益于2019年两个标志性事件，一个是FiRa联盟的成立，还有苹果把UWB的芯片放到iPhone11手机上，拉开了UWB在消费及应用的序幕。

“之后苹果在一系列的手机里都继续使用UWB芯片。在苹果之后，包括三星，包括小米，包括谷歌，在他们都把手机可穿戴、智能家居的产品上，陆续放入UWB的芯片和UWB的功能。”他指出，“目前在汽车领域，以宝马领头的一系列车厂、主机厂一直在推，而且已经在落地UWB数字车钥匙的方案。所以UWB这几年一直快速演进，虽然技术上不断磨合和成熟过程中。今年最近落地的案例中，就包括魅族在智能手机里放入UWB，以及一些汽车采用UWB车钥匙。 ”

|UWB是否会爆发？

张海昆指出，其实在做UWB之初，公司对产业进行了深入思考，除了之前定位场景之外，我们看到手机，以苹果为首的手机厂商，以及一系列的汽车厂商，一定会带动UWB在智能手机和智能汽车双机驱动，有这两个轨道的驱动，最终会带动UWB在物联网和IOT市场上得到更大的爆发。他表示纽瑞芯认为接下来UWB在智能家居，AR、VR、智能穿戴、无感支付场景上应用走热，目前有一系列客户的项目在展开。他认为AR、VR应用中最大的核心是三个组件，第一个跟计算相关，纽瑞芯用模拟计算方式省掉数字计算，把里面处理的时间降低、减少，提升整个系统功耗和系统的性能。第二个组件是各种光学组件；第三个就是传感器。、“UWB是一系列传感器之一，跟其他的传感器做配合，也跟光学组件做配合，在空间位置感知上，甚至传输方面，实现帮助AR、VR进一步提高精准度、安全性和实现低延迟的传输效果。”他指出，“如果考虑AR、VR的具体场景，大家可以看到如果外部的各节点跟头戴的设备、手持设备各节点形成非常好的基于空间感知的互动，使用体验效果和互动效果都可以得到极大增强，这是基于空间感知、位置感知、UWB带来的效果。”他指出UWB作为传感器，作为一个组件，有几个方面可以帮助产业提升体验。例如头戴设备和手持设备之间需要精准的位置感知。

目前基于摄像头和光学组件，这里面精度是非常高的。但是依然存在视觉的盲区，依然存在灯光昏暗的情况下，这时候UWB作为非常好的技术，辅助实现空间位置的感知，并且避免陀螺仪加速传感器造成的累积误差。如果是固定空间，纽瑞芯的UWB可以实现室内整个空间的构建，结合外部的锚点，使得我们对精确位置的精确感知，可以和AR做很好的叠加。另外设备和设备之间基于空间感知，也可以做非常好的智能互动，这都是UWB帮助AR、VR提升体验的特点。

|纽瑞芯 UWB定位芯片介绍

张海昆表示纽瑞芯科技是2016年12月份成立的，致力于成为无线通信芯片领域的领导者，核心团队来自美国顶级芯片公司，在手机核心芯片和汽车芯片技术上有世界水平经验。坚持自主正向研发，为智能手机、汽车电子、智能家居/穿戴设备、物联网等提供核心无线通信及高精度空间感知定位技术。他指出UWB是纽瑞芯非常重要的产品线，纽瑞芯也是全球第一家把UWB SOC和视频前端能够全系统打通，做成全系统芯片的公司，“结合我们多通道，整体芯片架构，我们实现了真正超高精度，能够实现三维全立体的测角和定位，同时实现高质量的雷达感知和高速低延时的输传。我们是全球第一个发表符合IEEE802.15.4z协议的全系统UWB芯片。”他指出。

他表示基于对UWB的理解，我们较早做了产品规划，把大熊座UWB芯片划分为三个系列：第一个800系列充分利用芯片多通道的架构，实现高精度的测角、测距、定位，主要利用智能手机AR、VR的设备。

第二个是700系列，按照车规流程、车规工艺生产，最后是车规的认证，目的是为了汽车数字车钥匙或其他使用，打造最高稳定性、可靠的UWB系列的产品。

第三个600系列是结合微信号低功耗设计理念，进一步提升提升芯片的性价比，使芯片更简洁应用，主要应用在IOT领域。他在松山湖论坛推介的是800系列中的一颗--NRT81880，据他介绍，纽瑞芯NRT81880符合IEEE 802.15.4 / 4z协议标准以及FiRa联盟规范，集成了一个带有高性能ARM CortexTM-M4F处理器的MCU，支持UWB 3D PDoA和AoA算法，以及UWB雷达功能。

该芯片支持UWB安全高速通信，采用 1T3R 架构，有利于高精度和实时测距以及 AoA 检测。可以广泛用于智能手机、消费电子和工业应用。与主流欧美厂商的UWB芯片对比，纽瑞芯把测距精度从之前3-10厘米提高到了 1厘米；测角精度从3-10度提高到1度；把测角范围从正负60度提升到正负90度，基本实现180度全覆盖；测距距离从30-50米拉升到100米以外；数据传输率从31.2Mbps和27.2Mbps基础上，增加到124.8Mbps，实现小于1ms的低延时传输。

对于UWB未来发展，他提出了几点看法：提升测距测角精度和覆盖范围，跨越应用体验阈值高精度3D 3D-PDoA ，优化定位和IoT应用基础架构多种定位技术融合互补，增强体验发挥雷达感知功能，拓展应用场景高速低延时数据传输，下一个爆发点最后他表示纽瑞芯会用最好的产品，加上国产半导体的情怀，跟产业界同仁们一起助推UWB产业发展，同时助力AR、VR产业的发展！

编辑：黄飞