手機/汽車雙引擎帶動 UWB定位捲土重來

作者: 郭勤毅
2025 年 09 月 01 日

與一般無線射頻技術不同,超寬頻(UWB)技術是使用低功率、極大波段頻寬來收發無線電波的技術,具有能實現高精度測距、測向的特點,也可以用來傳輸資料。這項特性使UWB技術曾一度往資料傳輸應用發展,但由於標準化進程不順利,歷經多年波折後,才重新鎖定感測應用。

UWB技術早於1960年代便已有應用,但多為特殊應用,如地雷探測、考古遺跡探勘,或救災時的生命探測等。一直到2002年美國聯邦通訊委員會(FCC)解除管制(圖1),允許UWB一般性商用,各界才積極投入UWB技術與市場。

圖1 美國FCC允許的室內UWB頻譜範圍 資料來源:SPARK Microsystems
圖1 美國FCC允許的室內UWB頻譜範圍 資料來源:SPARK Microsystems

 

由於UWB收發多在10至50公尺內且因頻寬大而有高資料傳輸率潛力,故初期的應用設想為無線個人區域網路(WPAN),如英特爾(Intel)曾力推的WUSB,就是想讓這項技術成為無線版的USB介面,提升個人電腦(PC)的使用體驗。但UWB僅為底層技術,仍需要進一步標準化,應用市場才能成長。而這也成為UWB應用發展上所遇到的第一個挫敗。

當時,針對UWB應用,業界出現兩個技術陣營。一派是力主低功耗的DS-UWB,另一派是力主高傳輸率的MBOA。兩派均期望自己主張的技術提案能納入正規IEEE標準,並期望另一方放棄主張,經數年拉拔仍僵持不下,最終兩陣營分別在2006年、2007年解散,業界對UWB的興趣也就此快速退燒。

不過仍有部份新創晶片商試圖推行不需要共通標準的特定應用,例如愛爾蘭的Decawave,其開發的UWB晶片主要用於產業應用,廠房產線的生產品精確定位等,而非資料傳輸的通訊應用。

iPhone 11讓UWB重迎曙光 各類應用紛紛興起

蘋果(Apple)於2019年推出iPhone 11時,其內部搭載的U1晶片就是一顆UWB收發器,可用於追蹤定位尋找器物,也用於協助無線資訊資訊,或用於Apple Watch的解鎖(運用其精密定位特性)等。

由於全球智慧型手機的年出貨量高達10多億支,加上蘋果已首開風氣之先,故UWB在智慧型手機上的應用,受到許多晶片業者的關注。另外,在沒有兩陣營角力的情況下,UWB在IEEE的標準化逐步到位,如2007年底定的IEEE 802.15.4a,以及2020年頒布的IEEE 802.15.4z,也讓有意發展UWB晶片的業者,有了可依循的方向,成為重新推動市場的助力。

此外,隨自駕車、車用電子的興起,UWB在車用領域也有發揮空間,例如UWB可發揮與超音波倒車雷達類似的近接感測功能,也可以利用其精密定位能力,實現無線車鑰匙(圖2)。也有業者發展出偵測車內是否有兒童的應用,其概念類似於UWB未開放商用前的災難現場生命偵測。

圖2 以UWB短距精密定位特性來實現汽車電子鑰匙,或直接用手機內UWB晶片來實現(圖片來源:Huf Group)
圖2 以UWB短距精密定位特性來實現汽車電子鑰匙,或直接用手機內UWB晶片來實現 資料來源:Huf Group

 

這些應用不只可以整合在汽車上,在非車用領域,如掃地機器人、無人搬運車(AMR/AGV),也需要更精準的室內測距測向定位;幼兒或長者的居家看護偵測,手勢偵測(取代家電遙控器)等,或其他定位服務(LBS)等,也都有UWB可以發揮的空間。至此,UWB技術與其發展前景,再度受到市場看好。

UWB晶片商及動向

UWB商機再現,讓晶片商積極進入市場。除了蘋果外,南韓三星(Samsung)、美國Qorvo、荷蘭恩智浦(NXP)、德國英飛凌(Infineon)、法國SPARK Microsystems、中國的瀚巍微電子、紐瑞芯科技等,也都是重要的UWB晶片供應商。

三星的UWB晶片為Exynos Connect U100,除了自家手機使用外,也對其他手機品牌與汽車電子業者供貨;Qorvo則是在2020年收購Decawave而得到UWB晶片產品線,除手機、車用,也持續耕耘原有的工業物聯網(IIoT)應用市場。

恩智浦則有Trimension系列晶片,一樣訴求於手機用、車用、工業用,且該公司於2015年收購飛思卡爾(Freescale),亦對其UWB技術發展帶來助益;英飛凌則是在2023年收購3db Access,其UWB晶片技術同樣鎖定手機、汽車與工業應用。SPARK的SR系列晶片,以個人低功耗高傳輸率的消費性應用為主,但也部份鎖定IoT或工業應用。

中國瀚巍微電子的MK8000晶片未有明確應用範疇,紐瑞芯則有ursamajor大熊座晶片,主攻手機、車用、家居、穿戴等應用市場。

但也有部份晶片業者已減少活動或淡出UWB市場,如原屬於DS-UWB一方的美國Pulse~LINK。美國Humatics在2016年輾轉取得UWB晶片商Time Domain(編按:5D Robotics收購Time Domain,而後Humatics收購5D Robotics)後,則未見其UWB晶片產品線更新。但Humatics仍為製造業、運輸業提供精準定位服務方案,推測其仍保有精準定位相關軟體與演算法。美國Alereon官網上仍有AL5100、AL5350B晶片相關資訊,但已屬過往MBOA陣營的產品,而非後續的IEEE 802.15.4a/z正式標準,故其應用範疇有限。

雖有多家晶片商可提供UWB解決方案,然就技術歷練與業務通路廣泛而言,多認為恩智浦、Qorvo較具優勢。恩智浦一直有廣泛的手機、車用、工業通路,Qorvo則因Decawave的長年技術累積與市場經營有其優勢。

三星由於自身也有手機業務,故其UWB晶片要銷售給其他手機廠商的難度較高,在車用領域推廣較為可行。其他UWB晶片商則可能以蘋果、三星以外的手機業者為主要目標,畢竟車用與工業市場需要較多歷練與長時間耕耘。

產業聯盟與技術標準

在標準化方面,近年來UWB晶片除了必須符合IEEE 802.15.4a/f/z等技術標準,以確保其互通性外,客戶也會檢視晶片商是否為FiRa的UWB產業聯盟成員。若是主攻車用無線鑰匙應用,則必須符合汽車連線聯盟(CCC)所訂的標準。

另外,由於IEEE標準持續推進,晶片業者是否對正在研擬中的新標準IEEE P802.15.4ab有所準備,也是客戶在評估晶片供應商時的重點。更重要的是,UWB本質上的定位精細度、測度距離、資料傳輸率等特性表現,也必須滿足應用需求。

定位能力或成UWB後續發展重點

英特爾想以UWB技術為基礎,打造出無線版USB,為PC應用加值的企圖未能成功。但在蘋果帶動、其他手機商陸續跟進的情況下,未來UWB的應用市場,將有很大的發展空間。在手機之外,工業領域的定位應用,車用電子應用及其他潛在應用,也為UWB的發展添加柴火。從目前的應用發展態勢來看,UWB雖然可以用來傳輸資料,但定位能力才是其核心優勢所在。未來晶片供應商的UWB技術投資,應該會以提升定位能力作為重心。

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