超寬頻（UWB）無線技術雖已存在多年，但其商業應用直到最近才迎來激增。 這主要得益於智能手機中UWB技術的普及，以及對精確距離測量和安全訪問需求的增加。

UWB利用僅幾納秒寬的短脈衝進行飛行時間（ToF）測量，通過準確測量信號在兩個UWB啟用設備（如鑰匙扣或智能手機）與UWB啟用資產（如汽車）之間的傳輸時間，來確定它們之間的距離。 這種方法具有高度的安全性，因為與依賴信號強度來計算距離相比，時間更難被篡改或複製。 此外，UWB數據包中的加擾時間戳序列（STS）字段進一步增強了安全性。 通過使用AES-128加密對時間戳序列進行加密，只有發送方和接收方才能使用共用密鑰解碼數據包，這使得未經授權的設備更難攔截和操縱信號。 這為UWB通信增加了額外的安全層，確保只有合法的授權密鑰才能訪問受保護的資產。 這使得UWB成為安全測距應用和即時定位系統的理想選擇，包括汽車、酒店房間的數位無鑰匙訪問以及免提支付。

UWB的性能在很大程度上取決於設備中使用的半導體、天線設計以及校準的品質。 這意味著在設計驗證、校準和製造過程中進行嚴格的測試至關重要，以防止可能導致昂貴產品故障和召回的缺陷。

UWB標準正在迅速發展，標準化機構和行業聯盟正取得重大進展。 UWB作為精細測距技術重新得到確立，IEEE一直在增強UWB的測距和安全功能，這對於其在消費者和工業領域的採用至關重要。FiRa聯盟正在擴大UWB生態系統在消費者應用中的應用範圍，而汽車連接聯盟（CCC）正在推動包含UWB的新數位金鑰規範，以實現車輛訪問。

這一活躍的發展態勢正推動UWB在個人和商業應用中的廣泛應用，要求開發者和測試供應商持續關注、不懈努力。

三大標準和聯盟團體引領前行

IEEE的802.15工作組致力於UWB技術的研發與標準化，肩負起制定MAC和PHY標準以及修訂標準以進一步提升性能的重任。

作為對「精細測距」技術的堅定承諾，FiRa聯盟正著手制定標準和認證計劃，以確保UWB設備的互操作性和可靠性，同時構建並推動一個健康的UWB生態系統發展。 FiRa 2.0技術規範引入了更多配置檔，詳細闡述了UWB通信在各種用例中的高層功能，旨在拓寬其應用範圍。

FiRa還與CCC緊密合作，共同成立了聯合UWB MAC PHY工作組（JUMPWG），專注於開發和維護CCC數位密鑰中使用的UWB技術規範。

IEEE 802.15.4ab推動的增強功能

IEEE UWB標準的新修正案802.15.4ab目前正處於草案階段，它基於現有的IEEE 802.15.4z修正案進行拓展。 預計於2025年發佈的802.15.4ab修正案，旨在增強遠距離精確測距的性能。 它將能夠精確鎖定標記物體或個人的位置，使得在擁擠場所尋找朋友或遠距離識別遺失物品成為可能。

802.15.4ab中擬採用的兩項技術實現了測距擴展。 第一項技術稱為窄帶輔助（NBA）。 顧名思義，它允許UWB設備在交換UWB測距資訊之前，將頻率和時序同步等任務委託給窄頻信號（與UWB的500MHz寬頻寬相對）。 窄帶信號在比UWB更低的頻率上運行，且允許更高的發射功率，從而擴展了測距範圍。 此外，由於其窄頻寬，其傳輸本身對雜訊的敏感度較低。 這改善了UWB設備之間的同步，即使在更遠的距離上，NBA也能擴展UWB設備的初始同步範圍。

另一項技術稱為多毫秒（MMS）。 在當前實現中，UWB測距是通過雙向測距（DS-TWR）中的三個數據包（ping-pong-ping）完成的。 然而，在MMS實現中，每個UWB數據包可以劃分為多達16個較短的片段。 每個傳輸片段的功率都得到了提升，但並未違反任何監管規範。 接收UWB設備從這些片段中獲取聚合資訊，從而得到比原始UWB數據包更高的綜合能量。 這種增加的能量使UWB設備能夠實現更遠的測距。

這些進步將提高操作效率，使UWB設備能夠在不違反監管排放限制的情況下增加距離，並符合FCC、ETSI和其他監管規則的第15部分要求。

802.15.4ab中的其他關鍵改進包括新的數據速率和感應支援。 UWB設備將根據環境雜訊水準動態調整數據速率，例如在嘈雜環境中降低速率以提高通信穩健性。 另一方面，更高的數據速率為新的UWB應用打開了大門，如耳機與智慧手機之間的音訊傳輸。 感應或雷達功能也被標準化，以支援存在檢測和環境映射等應用。

FiRa 2.0帶來的超寬頻（UWB）創新

FiRa技術規範由FiRa聯盟開發，旨在確保不同製造商的超寬頻（UWB）晶元組、設備和裝備之間的互操作性，從而促進一個健康且強大的UWB生態系統發展。 去年秋天，FiRa 2.0技術規範橫空出世。 其中包括更多的安全測試用例，使得通過FiRa認證的設備都經過了嚴格的測試，以提升UWB設備的安全性，防止駭客攻擊。 此外，FiRa 2.0技術規範還解鎖了新用例，有望改變個人和公共空間中的交互方式，提升安全性和用戶參與度。 該規範聚焦的三大新用例為：

• 未跟蹤室內導航：在現有室內導航基礎上，憑藉其釐米級的精度以及從錨定設備到用戶設備（如智慧手機）的資訊傳輸方式，實現了升級。 用戶設備通過接收建築內錨定設備發出的UWB信號來計算自身位置，非常適合在大型室內場所如商場和機場中進行導航，同時保護使用者的位置隱私。
• 尋人/物：在人群密集的場合（如節日慶典）或密集環境（如停車場）中，該用例顯著提升了定位人和物體的能力，其位置定位精度超越了傳統GPS。
• 指向與觸發：利用UWB精確的角度測量能力，使用者只需用智慧手機或智慧手錶指向UWB啟用設備（如家用電器或娛樂系統），即可對其進行控制。

CCC及其數位鑰匙正利用UWB技術

數位鑰匙由CCC開發，旨在使行動裝置能夠跨不同汽車製造商、鑰匙扣和智慧設備安全地認證和共用車輛數位鑰匙。 CCC採用UWB、藍牙低功耗（以及近場通信NFC作為低電量情況下的備份）作為其數位鑰匙3.0免提、位置感知無鑰匙進入的無線標準。 這使得駕駛員可以無線安全地解鎖和啟動車輛。

Source: Connected Car Consortium; Mobile Device Architecture

超寬帶（UWB）技術正透過其精確之測距精準度及內建編碼，使數位鑰匙3.0之安全性更上一層樓。FiRa正與汽車連接聯盟（CCC）攜手合作，共襄盛舉，推動全新之數位鑰匙認證，此番合作對於超寬帶技術之成熟發展至關重要，將促使汽車製造商與晶片組供應商緊密協作。此項預計於今年稍晚時發布之新認證計畫，將更進一步鞏固兩大聯盟間之合作關係。同時，超寬帶晶片組及模組製造商、一級供應商以及汽車製造商均可利用類似嚴格之互操作性認證計畫，確保各裝置間能無縫協同作業。

測試與UWB

過去，測試成本對UWB技術產生了顯著影響。 許多設備製造商在生產過程中僅依賴通過/不通過測試。 然而，隨著UWB在汽車、安全、智能手機和家庭娛樂等越來越多樣化的領域得到應用，人們越來越重視參數測試。

受客戶對高品質期望的驅動，這種方法允許早期發現製造缺陷和偏差。 鑒於退貨和維修帶來的巨大成本，確保UWB性能無瑕現在比以往任何時候都更加重要。

這些關鍵任務設備即使在大量生產過程中也需要進行徹底測試。 飛行時間（ToF）是UWB設備最關鍵的測試之一，因為它是UWB的獨特、差異化功能。 為避免降低ToF測量精度，必須對每個UWB設備進行校準，以最小化ToF誤差，從而補償前端元件、天線或UWB半導體本身存在的延遲或誤差。 此外，設備的發射功率必須準確校準，以確保符合區域監管限制。 為了準確校準和驗證UWB設備的射頻性能，測試設置必須使用準確且可重複的測試設備進行仔細校準。 這確保了設置中存在的外部路徑損耗和延遲偏移被精確消除。

UWB正在成熟併產生影響

UWB技術已成為無線通信領域的創新驅動力，推動了位置跟蹤、精確距離測量和增強安全性方面的顯著進步。 它在從汽車到消費電子產品的多個行業中日益普及，凸顯了其革命性改變個人和商業應用的潛力。

展望未來，UWB有望成為一項基礎性技術，改變我們與周圍世界的互動方式。 隨著UWB技術的不斷發展和標準的日益完善，嚴格的測試將是確保UWB啟用設備可靠性能的關鍵。