以下文章來(lái)源于半導(dǎo)體行業(yè)觀察 ，作者李飛
近日，蘋(píng)果發(fā)布了其用于定位的 Airtag。Airtag 的發(fā)布一點(diǎn)都不讓人意外，事實(shí)上在蘋(píng)果之前發(fā)布的 iOS 系統(tǒng)更新中，早已經(jīng)預(yù)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(píng)果公布的消息，Airtag 上的芯片至少會(huì)包括：（1）藍(lán)牙，（2）加速度計(jì)，（3）UWB（自研 U1 芯片），（4）NFC，（5）揚(yáng)聲器以及用于控制的 MCU。Airtag 預(yù)期電池使用時(shí)間可達(dá)一年以上，我們認(rèn)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(rèn)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(píng)果設(shè)備（如 iPhone）處于同一個(gè)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(lán)牙和 iPhone 進(jìn)行交互。Airtag 會(huì)定期用藍(lán)牙和 iPhone 進(jìn)行通信，用以獲取當(dāng)前的 GPS 地理位置。Airtag 上的加速度計(jì)則可以根據(jù) Airtag 有沒(méi)有移動(dòng)來(lái)進(jìn)一步降低 Airtag 和 iPhone 之間的藍(lán)牙交互頻率，例如當(dāng) Airtag 一直沒(méi)有被移動(dòng)則降低藍(lán)牙通信頻次來(lái)省電。
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當(dāng)用戶需要做精確定位時(shí)，使用 UWB。UWB 可以實(shí)現(xiàn)亞米級(jí)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(dāng) Airtag 和用戶 iPhone 距離較遠(yuǎn)時(shí)（即藍(lán)牙無(wú)法連接時(shí)），iPhone 將顯示 Airtag 上次成功連接時(shí)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(lán)牙與附近的其他 iPhone 連接，從而用戶可以使用 Find My 網(wǎng)絡(luò)來(lái)通過(guò)其他 iPhone 來(lái)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(shí)，可以通過(guò) NFC 去掃描 Airtag 并將信息提供給蘋(píng)果。
Airtag 背后的差異化技術(shù)：UWB
蘋(píng)果的 Airtag 的系統(tǒng)設(shè)計(jì)非常巧妙，它使用了多種技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)不同顆粒度的定位，同時(shí)也加入了多種省電技巧以延長(zhǎng)電池使用時(shí)間。然而，Airtag 與其他基于藍(lán)牙定位的 tag 最大的區(qū)別就在于使用了 UWB 技術(shù)實(shí)現(xiàn)精確定位，從而提供了差異化的用戶體驗(yàn)。
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(guò)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(hào)功率分配在很寬的頻譜段中（常常超過(guò) 1GHz），而在每一個(gè)頻點(diǎn)的功率都很小，從而避免對(duì)其他無(wú)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(wú)需擔(dān)心每個(gè)地區(qū)的頻譜分配，而正是因?yàn)?UWB 的信號(hào)帶寬很大，因此得名“超寬帶”。
在時(shí)域，UWB 信號(hào)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(duì)應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)傳輸率有不同需求的場(chǎng)景。UWB 的脈沖信號(hào)形式和脈沖雷達(dá)很像，這也是 UWB 可以用來(lái)做定位的原因——其原理和雷達(dá)一脈相承。UWB 定位的一大優(yōu)勢(shì)是其精確度高。與藍(lán)牙或 WiFi 等基于射頻信號(hào)強(qiáng)度來(lái)做定位的方法相比，UWB 計(jì)算距離使用的原理是飛行時(shí)間（ToF），即發(fā)送端發(fā)射一個(gè)信號(hào)，接收端在收到這個(gè)信號(hào)之后經(jīng)過(guò)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(hào)的時(shí)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(shí)現(xiàn)亞米級(jí)別的距離精度。
此外，UWB 配合天線陣列設(shè)計(jì)，也可以實(shí)現(xiàn)高指向性的信號(hào)傳輸。我們認(rèn)為 Airtag 中也用了類似的設(shè)計(jì)，即使用 UWB 加天線陣列實(shí)現(xiàn)高精度指向性定位，從而可以實(shí)現(xiàn)目前 Airtag 使用體驗(yàn)中提到了定位 Airtag 的具體方位和距離。
UWB 與下一代智能設(shè)備
我們認(rèn)為，UWB 將成為下一代智能設(shè)備交互的關(guān)鍵協(xié)議。
首先，隨著未來(lái)智能設(shè)備的進(jìn)一步普及，智能設(shè)備之間的互動(dòng)也不僅僅局限于數(shù)據(jù)互聯(lián)。在下一代智能設(shè)備的交互中，智能設(shè)備之間的物理位置將會(huì)成為重要的互動(dòng)要素。蘋(píng)果的 Airtag 就是基于智能設(shè)備之間物理位置互動(dòng)的一個(gè)極佳案例，我們認(rèn)為 Airtag 除了將會(huì)催生各類相似功能競(jìng)品之外，也將促進(jìn)智能設(shè)備之間基于物理位置的互動(dòng)設(shè)計(jì)。舉例來(lái)說(shuō)，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(shè)備之間的類似互動(dòng)也預(yù)計(jì)將在未來(lái)幾年內(nèi)出現(xiàn)，例如掃地機(jī)器人與空氣凈化器之間基于位置的互動(dòng)等等。而且，隨著 AR 和 VR 技術(shù)的進(jìn)一步普及，這類基于精確定位的互動(dòng)將會(huì)變得越來(lái)越重要，例如基于用戶在超市購(gòu)物區(qū)域的位置來(lái)推送相應(yīng)廣告等，而在這些基于物理位置的互動(dòng)中，UWB 將成為最有競(jìng)爭(zhēng)力的核心技術(shù)。
從芯片技術(shù)上來(lái)看，UWB 的芯片端的設(shè)計(jì)門(mén)檻并不算高。UWB 的無(wú)線收發(fā)部分主要是脈沖收發(fā)，其設(shè)計(jì)復(fù)雜度遠(yuǎn)低于 4G、5G 等蜂窩網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線通信部分。目前，Qorvo 等廠商都能供貨 UWB 模組，未來(lái)隨著 UWB 在智能設(shè)備中獲得越來(lái)越多的應(yīng)用，預(yù)計(jì)中國(guó)芯片供貨商將會(huì)崛起。
最后，我們來(lái)分析一下基于 UWB 技術(shù)做物理位置用戶體驗(yàn)的市場(chǎng)格局：究竟會(huì)是類似藍(lán)牙的開(kāi)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(huì)是生態(tài)內(nèi)互動(dòng)？我們更傾向于后者，即生態(tài)內(nèi)互動(dòng)。我們認(rèn)為，UWB 提供的設(shè)備間基于物理位置的互動(dòng)用戶體驗(yàn)中，每個(gè)設(shè)備的特性非常重要，必須仔細(xì)根據(jù)每個(gè)設(shè)備的功能來(lái)設(shè)計(jì)互動(dòng)才能實(shí)現(xiàn)較好的用戶體驗(yàn)，這也就更傾向于生態(tài)內(nèi)互動(dòng)，而非開(kāi)放生態(tài)。
基于此，我們預(yù)計(jì)中國(guó)智能設(shè)備行業(yè)將會(huì)成為使用 UWB 的重要力量，我們認(rèn)為許多基于 UWB 的新用戶體驗(yàn)也將會(huì)由中國(guó)的廠商首先提出。如前所述，UWB 將會(huì)成為智能設(shè)備之間互動(dòng)的重要技術(shù)，同時(shí)我們也認(rèn)為 UWB 做設(shè)備交互將會(huì)主要出現(xiàn)在同一智能設(shè)備生態(tài)內(nèi)部，例如蘋(píng)果的 Airtag 只能在蘋(píng)果生態(tài)中使用，而并不能和安卓設(shè)備互動(dòng)（除了 NFC 掃碼報(bào)告撿到的 Airtag 之外）。因此，擁有較為完整智能設(shè)備生態(tài)的公司將會(huì)更傾向于使用 UWB 做生態(tài)內(nèi)產(chǎn)品之間的互動(dòng)，而小米、華為等目前擁有全球領(lǐng)先智能設(shè)備生態(tài)的中國(guó)公司也將與蘋(píng)果一起引領(lǐng)基于 UWB 用戶新體驗(yàn)的潮流。由于 UWB 芯片設(shè)計(jì)復(fù)雜度并不高，而更考驗(yàn)功力的其實(shí)是用戶體驗(yàn)和系統(tǒng)算法設(shè)計(jì)，因此我們認(rèn)為華為、小米等中國(guó)公司很有可能在未來(lái)會(huì)有自研 UWB 芯片計(jì)劃，通過(guò)自研的 UWB 芯片搭配獨(dú)特的算法來(lái)提供具有差異化的用戶體驗(yàn)。這樣一來(lái)，就會(huì)形成“擁有智能設(shè)備生態(tài)的公司需要基于 UWB 的用戶體驗(yàn) -> 擁有智能設(shè)備的公司自研 UWB 技術(shù)提供差異化用戶體驗(yàn) -> 擁有智能設(shè)備生態(tài)的公司迭代催生下一代基于 UWB 用戶體驗(yàn)”的循環(huán)，從而讓智能設(shè)備生態(tài)類公司成為基于 UWB 技術(shù)的物理交互用戶體驗(yàn)的主要推動(dòng)力。有趣的是，目前全球智能設(shè)備生態(tài)積累最深的蘋(píng)果、小米和華為都有自己的汽車(chē)計(jì)劃，而 UWB 又恰恰是下一代無(wú)線車(chē)鑰匙的主流技術(shù)。因此，我們認(rèn)為這些公司將進(jìn)一步將汽車(chē)納入其 UWB 技術(shù)的應(yīng)用范圍內(nèi)，同時(shí)我們預(yù)期在未來(lái)也將會(huì)看到越來(lái)越多 UWB 技術(shù)進(jìn)入消費(fèi)者的視野。
來(lái)源： Qorvo半導(dǎo)體
