自從 2019 年主要智能手機制造商開始將超寬帶 (UWB) 確立為下一代室內定位無線標準以來，UWB 的應用已變得越來越普遍。也正是從那時開始，大量的相關產品（比如能夠協助尋找遺落鑰匙的 UWB 標簽）發(fā)布信息以及關于創(chuàng)新應用（比如在 2022 年 FIFA 世界杯上實時追蹤足球位置）的新聞如雨后春筍般涌現。然而我們仍然面臨著一個問題：UWB 的風靡到底是一時炒作的結果，還是會像 Wi-Fi 一樣成為業(yè)內默認的無線標準？那我們就帶著這個問題來探討一下 UWB 技術在無鑰匙入車和數字支付等關鍵任務應用中的潛力，以及它在拓展應用范圍的過程中面臨的挑戰(zhàn)。

UWB 在無鑰匙入車領域的應用

2022年，汽車連接聯盟 (CCC) 宣布將 UWB 認定為 Bluetooth低功耗技術的補充技術，用于實現其數字鑰匙規(guī)范第3版中所述的安全無鑰匙進入功能。盡管基于 Bluetooth低功耗的遙控鑰匙和應用程序已被普遍接受，但人們仍在擔心可能存在的中繼攻擊問題。在一個網絡熱門視頻中，有人利用帶有Bluetooth中繼裝置的筆記本電腦將一輛特斯拉遠程解鎖并駕車離開；視頻中解釋說，這種安全漏洞可能會對任何搭載了Bluetooth低功耗技術的無鑰匙進入車輛造成影響。而 UWB 則是依靠納秒級脈沖實現厘米級精度的距離測量，能夠確保信號來自實際存在的合法信號源，而非來自經過增強的中繼信號。UWB 的出現有效提升了設備的安全性，從而能夠與Bluetooth低功耗技術一道為日益關注安全性能的汽車行業(yè)提供可靠、安全的無鑰匙進入功能。

ABI Research（2022 年）

UWB 在無線支付領域的應用

隨著智能手機配售率的不斷上升，人們也開始考慮將 UWB 用作近場通信 (NFC) 的替代或補充技術。如今非接觸式支付已經日益為大眾所接受，越來越多的智能設備（例如智能手機和智能手表）開始搭載 NFC 技術，且該技術在智能手機中的配售率已超過了 50%。在過去 3 年中，新冠病毒的出現使得人們亟需盡量避免接觸實體現金和信用卡，因此從客觀上加快了非接觸式支付（包括 NFC 和二維碼支付）的推廣速度。UWB 可為支付行業(yè)帶來革命性的變化：消費者無需取出信用卡、鑰匙或是手機即可支付購貨費用或是解鎖車門；這一變化將進一步推動非接觸式支付的發(fā)展；憑借厘米級的精度，UWB 可確保您僅會為自己選購的貨物支付費用，而不會為旁邊結賬通道內的貨物埋單。

Bluetooth和 UWB

盡管 UWB 能夠為關鍵任務應用帶來無與倫比的精度和安全性，但對于一些基于位置的服務而言，Bluetooth仍不失為一種實用的選擇。業(yè)內正在為 BluetoothSIG 開發(fā)新的應用方法（例如先前曾被稱為高精度距離測量 (HADM) 的信道探測 (CHANNEL SOUNDING)），以提高距離測量的精度和安全性。應用 CHANNEL SOUNDING 方法時，用戶可利用兩個或更多頻率的 Bluetooth信號，根據所觀察到的信號的相對相位差來計算兩臺 Bluetooth設備之間的距離。與先前用于 Bluetooth距離測量的接收信號強度指示器 (RSSI) 方法（該方法需依靠接收信號的相對功率水平）不同，CHANNEL SOUNDING 方法對中繼攻擊的敏感性較低，并且可以實現更為出色的米級精度。盡管此種精度之前已能夠通過多個天線進行三角測量來實現，但是 CHANNEL SOUNDING 方法的單天線實現方式能夠在此基礎上有效降低硬件成本。此外，用戶還可以在 Bluetooth信道探測過程中使用一個名為標準化攻擊檢測器 (NAD) 的指標來識別和量化射頻環(huán)境中的突變狀況。用戶可將接收到的數據包與預期的數據包信號進行比較，并將由此計算得出的 NAD 度量值視為存在攻擊者的概率。假設 CHANNEL SOUNDING 在智能手機中的配售率為 100%，當最終確定采用 CHANNEL SOUNDING 方法時，該方法可能會啟用大量需要在數米內進行距離測量的實時定位服務 (RTLS)，例如室內導航、資產與人員跟蹤等。然而在精度和安全性要求更高的關鍵任務應用（例如非接觸式支付、無鑰匙汽車進入和數字酒店房間鑰匙）領域，UWB 可能會繼續(xù)占據主導地位。

UWB 面臨的挑戰(zhàn)

UWB 500 MHz 及以上的帶寬能夠反向生成獨有的納秒級脈沖，從而能夠實現前所未有的距離測量精度。然而，這樣的寬帶寬度也提升了設計的復雜性以及設備功耗。此外，不同于在免許可的 2.4 GHz 頻段內運行的窄帶技術，UWB 會在 FCC 規(guī)范第 15 部分中規(guī)定的許可頻段內運行，因此 UWB 會在輻射限制方面受到更多的管制。為了應對這些挑戰(zhàn)，位置和安全應用將繼續(xù)依靠一些窄帶無線標準（例如 Bluetooth）的相關初始發(fā)現和同步功能來降低通信負荷，同時保留 UWB 的關鍵任務測距用途。不同的無線標準之間不應在競爭中趨同，而是必須相互協作，從而面向特定的用例提供最佳的用戶體驗。換句話說，我們可能會看到智能手機和汽車中搭載更多而非更少的無線標準，而 UWB 則很可能成為基于位置的高精度安全通信的主要來源。因此，UWB 設備最需要注重的將會是精度質量。

結

語

UWB 技術具有無與倫比的精度和安全性，很可能為無鑰匙入車和數字支付等關鍵任務應用帶來革命性的變化。雖然 Bluetooth等其他無線標準仍是一些基于位置的服務的實用選擇，且仍是降低流量方面的關鍵合作對象，但 UWB 將很有可能在以安全為中心的應用領域發(fā)揮主要作用。盡管 UWB 的應用道路上確實存在一些挑戰(zhàn)，但相信人們最終可以在其他無線標準的輔助下克服這些難題，并為用戶帶來最佳的綜合性無線體驗。

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