【每日话题】UWB与蓝牙，只有小朋友才做选择

1万 · 2024-7-15 11:03

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在信息的交流与传输上，人类从史前文明就开始了关于信息传输的尝试, 语言是最原始的方式，“结绳记事”是人类为摆脱时空限制，对信息记录进行传输的尝试，一般通过酋长或者巫师来制定一定的结绳规则，包括绳子粗细、绳结方式、绳结大小以及距离等来表达不同的讯息，进行信息的记录与传输。

而商周时期烽火台的出现，则解决了那时候关于信息远距离快速传输的问题，在尽可能短的时间内完成简单信息远距离传输的需求。

19世纪末，当代信息通信领域技术的出现就像是当今这个时代跨越时空距离对于远古时代的一种回应。

无线通信技术的出现，人类实现在没有线的情况下进行语音和数据传输，目前无线通信技术已经成为人类社会中最为重要的通信方式之一。无线数据的传输上涌现出许多种无线传输技术，包括蓝牙、UWB、WiFi、PCS、GPS、NFC等技术。

无线数据传输技术工作频率分布图（图源:wliko.tech）

棋逢对手
无线通讯技术中的短距离无线通信技术在市场上的选手众多，在近年终端产品中关于位置服务的技术功能上都支持蓝牙、UWB和NFC等技术。本文将就定位服务方面，了解蓝牙与UWB技术之间的不同。

蓝牙技术（Bluetooth）是一种低功耗、低成本的短距离无线通信技术，是实现移动电话和其他配件间进行跨设备无线通信连接，在数据传输的工作频段上全球通用的，解决互不兼容的移动电子设备的连接。

简单的说，蓝牙技术是一种利用低功率无线电（2.4-2.485GHz）在各种设备间（距离一般为10米）彼此进行数据传输的技术。

最初蓝牙设备主要是应用在蓝牙音频领域上，爱立信T39mc是世界上最早的一部内置蓝牙，配备蓝牙耳机的手机。

蓝牙通过二十多年的发展，从蓝牙1.0到蓝牙5.4完成了十多个版本的更新迭代。从经典蓝牙(BT)发展到低功耗蓝牙（BLT），最明显的是在数据的传输速率以及传输距离上都有了极大的提升，传输距离的限制从最初的10米内距离，实现现在的300米内。

自2010年蓝牙4.0推出低功耗蓝牙（BLE）性能面世后，与经典蓝牙适用于长时间的音频传输的不同，功能上在配对传输、功耗成本、定位和安全性等性能不断成熟。市场上出现关于经典蓝牙和低功耗蓝牙单模、双模的三种连接类型。根据蓝牙技术联盟的披露，未来单经典蓝牙模式存在增长不足的问题，将以单低功耗蓝牙模式为主。

蓝牙技术除了蓝牙音频领域，在位置服务、数据传输、设备网络的产品上也有着亮眼的成果。

随着市场对于定位技术的需求，从蓝牙4.0开始通过RSSI定位原理来支持定位服务功能。蓝牙定位技术经历从RSSI定位机制到结合Wi-Fi实现室内定位，再到AoA与AoD的定位方法，实现目前可以达到厘米级的定位服务。

RSSI定位原理是利用RSSI信号衰减与距离的相关计算终端位置，其定位精度一般为3-5米，延迟大概3秒，因为其复杂环境对信号的影响较大，所以最大传输距离为10米内；到蓝牙5.0是结合Wi-Fi技术加入室内定位辅助功能实现精度距离小于1米内的室内定位服务；与RSSI不同，AoA与AoD是利用信号在天线阵列中的相位差换算方向信息实现定位。

随着蓝牙技术的更新和众多蓝牙产品面世，正式走入蓝牙物联网，其技术主要为设备功耗、数据传输、位置服务、设备网络不断演进，在医疗健康、商超零售、仓储物流、智能照明等应用场景上得到应用。

医疗健康场景上主要集中在智能可穿戴设备，许多设备都是依靠蓝牙技术进行无线连接和数据交换，如：智能手环、智能项链等，在实现短距离通信的的同时，低功耗的性能大大延长了可穿戴设备的待机及运行时间。

蓝牙技术在定位应用场景上有着成熟的生态系统和广泛的普及。与UWB相比，蓝牙技术低成本、低功耗和生态系统的成熟的特点，是最强有力的竞争力。几乎所有移动端都搭载了蓝牙芯片以及蓝牙模组，以蓝牙网关、蓝牙基站为代表的中间设备。

而诞生于20世纪60年代的UWB（超宽带）技术，其工作频谱从3.1到10.6 GHz，与其他无线数据传输方式不同，是一种基于非正弦波窄脉冲传输数据的无载波通信技术，其信号安全性能高，很难被其他信号所干扰。

UWB技术最初时仅用于军事定位用途，在2002年才开始用于民用无线通信，通过ToF（到达时间）、TDoA（到达时间差）和AoA/DoA（出发角与到达角）三种定位模式，其定位精准度可达到10厘米“厘米级别”，覆盖范围可覆盖在10-200米之间，还同时拥有时延低的特点。

UWB技术凭借厘米级别的精准测距能力及其安全性，在联网资产跟踪中有着亮眼的表现，Apple在2021年发布的AirTag就采用了UWB技术扩展了Apple生态系统中的 “查找”功能，通过UWB进行手机与物品之间的连接感应，进行精准查找。

在应对恶劣环境中对于人员定位管理上，UWB技术被广泛应用于医院、工厂以及地下矿井隧道的工作环境中，在医疗环境中，通过UWB定位系统对医护人员和病患进行位置的监测，提高医疗救助率；在工厂对于材料、设备等移动物品进行定位管理；对于地下矿井工作者，UWB定位技术保障了人员工作时生命的安全。

在汽车行业领域，目前市面上存在着各种形式的无钥匙技术，UWB技术在汽车行业也进行着尝试，例如，宝马、奔驰、蔚来、比亚迪等平台都在致力于UWB数字钥匙的研发应用。宝马在其一些较新的车型，iX中已有使用UWB进行无钥匙进入的技术，UWB数字钥匙将在未来汽车行业被广泛应用。

UWB技术发展经历十多年的时间发展一直没有实现标准化，所以随着UWB技术向大规模商用过渡，为了全面发展UWB可互操作、通用和互联的生态系统，FiRa（Fine Ranging）联盟于2019年8月成立。

UWB其最主要的吸引力在于它极高的位置和方向精度，可以精确定位物体的位置，误差仅有几个厘米，达到厘米级别的精准距离，定位精准度上大大高于蓝牙技术。在UWB技术拥有高精度定位功能的情况下，低功耗蓝牙（BLE）凭借其在待机和连接状态下都能保持较低的功耗性能，是蓝牙技术的绝对优势。

各凭本事
蓝牙技术与UWB作为短距离通信技术上两种广泛应用的技术，都各自展示了技术的优势，在不断的较量中也都在扩大其应用场景。

FiRa联盟最新发布的FiRa 2.0针对FiRa物理层(PHY)和媒体访问控制层（MAC），支持下行到达时间差（DL-TDoA）测距规范、动态加扰数据帧、通过单向测距（OWR）提高到达角（AoA）测量精度、竞争式测距和物理层的安全配置的技术规范，将UWB扩展到消费市场和工业市场，包括：厘米级精度的个人室内导航、寻物/寻人和工厂中的资产追踪，以及智能遥控的应用，但关于阵列天线布局的增加仍是个问题。

随着市场对高精准度定位服务的需求日益成长，蓝牙技术广泛地应用在医疗健康、商超零售、仓储物流等各场景上，对蓝牙技术上的延迟、数据传输、高精度定位等方面有着期待。

虽然定位在蓝牙技术上只是一条分支线，但是蓝牙在高精度定位方面，更新出现了一种新型的蓝牙定位模式-蓝牙信道探测（CS）在未来将会成为低功耗蓝牙的新发展方向。蓝牙技术联盟表示将在下半年进行将推出蓝牙信道探测技术，蓝牙信道探测（CS）是一项通过分析不同频率的射频信号相位变化提升测距精度的机制，不需要增加阵列天线，只需通过单天线就可实现设备之间的安全、高精度精准测距。

结语
两种无线通讯技术在传输距离、传输速率、功耗、系统成本、稳定程度和安全性能的对比下，给市场的需求选择带来多样的可能性。

关于两种技术之间的选择，这从不都不是个单选题。随着UWB与蓝牙技术的不断进步，以及应用场景的不断扩展，两者之间的融合越来越多，两种技术的集成模式将成为主流，继续在无线通信的领域发挥重要作用。