自从 2019 年主要智能手机制造商开始将超宽带 (UWB) 确立为下一代室内定位无线标准以来，UWB 的应用已变得越来越普遍。也正是从那时开始，大量的相关产品（比如能够协助寻找遗落钥匙的 UWB 标签）发布信息以及关于创新应用（比如在 2022 年 FIFA 世界杯上实时追踪足球位置）的新闻如雨后春笋般涌现。然而我们仍然面临着一个问题：UWB 的风靡到底是一时炒作的结果，还是会像 Wi-Fi 一样成为业内默认的无线标准？那我们就带着这个问题来探讨一下 UWB 技术在无钥匙入车和数字支付等关键任务应用中的潜力，以及它在拓展应用范围的过程中面临的挑战。

UWB 在无钥匙入车领域的应用

2022 年，汽车连接联盟 (CCC) 宣布将 UWB 认定为 Bluetooth^® 低功耗技术的补充技术，用于实现其数字钥匙规范第 3 版中所述的安全无钥匙进入功能。  尽管基于 Bluetooth^® 低功耗的遥控钥匙和应用程序已被普遍接受，但人们仍在担心可能存在的中继攻击问题。在一个网络热门视频中，有人利用带有 Bluetooth^® 中继装置的笔记本电脑将一辆特斯拉远程解锁并驾车离开；视频中解释说，这种安全漏洞可能会对任何搭载了 Bluetooth^® 低功耗技术的无钥匙进入车辆造成影响。而 UWB 则是依靠纳秒级脉冲实现厘米级精度的距离测量，能够确保信号来自实际存在的合法信号源，而非来自经过增强的中继信号。UWB 的出现有效提升了设备的安全性，从而能够与 Bluetooth^® 低功耗技术一道为日益关注安全性能的汽车行业提供可靠、安全的无钥匙进入功能。

ABI Research (2022)

UWB 在无线支付领域的应用

随着智能手机配售率的不断上升，人们也开始考虑将 UWB 用作近场通信 (NFC) 的替代或补充技术。如今非接触式支付已经日益为大众所接受，越来越多的智能设备（例如智能手机和智能手表）开始搭载 NFC 技术，且该技术在智能手机中的配售率已超过了 50%。在过去 3 年中，新冠病毒的出现使得人们亟需尽量避免接触实体现金和信用卡，因此从客观上加快了非接触式支付（包括 NFC 和二维码支付）的推广速度。UWB 可为支付行业带来革命性的变化：消费者无需取出信用卡、钥匙或是手机即可支付购货费用或是解锁车门；这一变化将进一步推动非接触式支付的发展；凭借厘米级的精度，UWB 可确保您仅会为自己选购的货物支付费用，而不会为旁边结账通道内的货物埋单。

Bluetooth^® 和 UWB

尽管 UWB 能够为关键任务应用带来无与伦比的精度和安全性，但对于一些基于位置的服务而言，Bluetooth^® 仍不失为一种实用的选择。业内正在为 Bluetooth^® SIG 开发新的应用方法（例如先前曾被称为高精度距离测量 (HADM) 的信道探测 (CHANNEL SOUNDING)），以提高距离测量的精度和安全性。应用 CHANNEL SOUNDING 方法时，用户可利用两个或更多频率的 Bluetooth^® 信号，根据所观察到的信号的相对相位差来计算两台 Bluetooth^® 设备之间的距离。与先前用于 Bluetooth^® 距离测量的接收信号强度指示器 (RSSI) 方法（该方法需依靠接收信号的相对功率水平）不同，CHANNEL SOUNDING 方法对中继攻击的敏感性较低，并且可以实现更为出色的米级精度。尽管此种精度之前已能够通过多个天线进行三角测量来实现，但是 CHANNEL SOUNDING 方法的单天线实现方式能够在此基础上有效降低硬件成本。此外，用户还可以在 Bluetooth^® 信道探测过程中使用一个名为标准化攻击检测器 (NAD) 的指标来识别和量化射频环境中的突变状况。用户可将接收到的数据包与预期的数据包信号进行比较，并将由此计算得出的 NAD 度量值视为存在攻击者的概率。假设 CHANNEL SOUNDING 在智能手机中的配售率为 100%，当最终确定采用 CHANNEL SOUNDING 方法时，该方法可能会启用大量需要在数米内进行距离测量的实时定位服务 (RTLS)，例如室内导航、资产与人员跟踪等。然而在精度和安全性要求更高的关键任务应用（例如非接触式支付、无钥匙汽车进入和数字酒店房间钥匙）领域，UWB 可能会继续占据主导地位。

UWB 面临的挑战

UWB 500 MHz 及以上的带宽能够反向生成独有的纳秒级脉冲，从而能够实现前所未有的距离测量精度。然而，这样的宽带宽度也提升了设计的复杂性以及设备功耗。此外，不同于在免许可的 2.4 GHz 频段内运行的窄带技术，UWB 会在 FCC 规范第 15 部分中规定的许可频段内运行，因此 UWB 会在辐射限制方面受到更多的管制。为了应对这些挑战，位置和安全应用将继续依靠一些窄带无线标准（例如 Bluetooth^®）的相关初始发现和同步功能来降低通信负荷，同时保留 UWB 的关键任务测距用途。不同的无线标准之间不应在竞争中趋同，而是必须相互协作，从而面向特定的用例提供最佳的用户体验。换句话说，我们可能会看到智能手机和汽车中搭载更多而非更少的无线标准，而 UWB 则很可能成为基于位置的高精度安全通信的主要来源。因此，UWB 设备最需要注重的将会是精度质量。

结语

UWB 技术具有无与伦比的精度和安全性，很可能为无钥匙入车和数字支付等关键任务应用带来革命性的变化。虽然 Bluetooth^® 等其他无线标准仍是一些基于位置的服务的实用选择，且仍是降低流量方面的关键合作对象，但 UWB 将很有可能在以安全为中心的应用领域发挥主要作用。尽管 UWB 的应用道路上确实存在一些挑战，但相信人们最终可以在其他无线标准的辅助下克服这些难题，并为用户带来最佳的综合性无线体验。