自從 2019 年主要智慧手機製造商開始將超寬頻 （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標籤）發佈資訊以及關於創新應用（比如在2022年FIFA世界盃上即時追蹤足球位置）的新聞如雨後春筍般湧現。 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一樣成為業內預設的無線標準？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位支付等關鍵任務應用中的潛力，以及它在拓展應用範圍的過程中面臨的挑戰。

UWB 在無鑰匙入車領域的應用

2022年，汽車連接聯盟 （CCC） 宣佈將UWB認定為Bluetooth®低功耗技術的補充技術，用於實現其數位鑰匙規範第3版中所述的安全無鑰匙進入功能。  儘管基於 Bluetooth® 低功耗的遙控鑰匙和應用程式已被普遍接受，但人們仍在擔心可能存在的中繼攻擊問題。 在一個網路熱門視頻中，有人利用帶有 Bluetooth® 中繼裝置的筆記型電腦將一輛特斯拉遠端解鎖並駕車離開;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則是依靠納秒級脈衝實現釐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提供可靠、安全的無鑰匙進入功能。

ABI Research (2022)

UWB 在無線支付領域的應用

隨著智慧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，越來越多的智慧設備（例如智慧手機和智慧手錶）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展;憑藉釐米級的精度，UWB 可確保您僅會為自己選購的貨物支付費用，而不會為旁邊結帳通道內的貨物埋單。

Bluetooth® 和 UWB

儘管UWB能夠為關鍵任務應用帶來無與倫比的精度和安全性，但對於一些基於位置的服務而言，Bluetooth®仍不失為一種實用的選擇。 業內正在為 Bluetooth® SIG 開發新的應用方法（例如先前曾被稱為高精度距離測量 （HADM） 的通道探測 （CHANNEL SOUNDING）），以提高距離測量的精度和安全性。 應用 CHANNEL SOUNDING 方法時，使用者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台 Bluetooth® 設備之間的距離。 與先前用於 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準）不同，CHANNEL SOUNDING 方法對中繼攻擊的敏感性較低，並且可以實現更為出色的米級精度。 儘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體成本。 此外，使用者還可以在 Bluetooth® 通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境中的突變狀況。 使用者可將接收到的數據包與預期的數據包信號進行比較，並將由此計算得出的 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%，當最終確定採用 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即時定位服務 （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位酒店房間鑰匙）領域，UWB 可能會繼續佔據主導地位。

UWB 面臨的挑戰

UWB 500 MHz 及以上的頻寬能夠反向生成獨有的納秒級脈衝，從而能夠實現前所未有的距離測量精度。 然而，這樣的寬頻寬度也提升了設計的複雜性以及設備功耗。 此外，不同於在免許可的 2.4 GHz 頻段內運行的窄帶技術，UWB 會在 FCC 規範第 15 部分中規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，位置和安全應用將繼續依靠一些窄帶無線標準（例如 Bluetooth®）的相關初始發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，我們可能會看到智慧手機和汽車中搭載更多而非更少的無線標準，而 UWB 則很可能成為基於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品質。

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位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於位置的服務的實用選擇，且仍是降低流量方面的關鍵合作物件，但 UWB 將很有可能在以安全為中心的應用領域發揮主要作用。 儘管UWB的應用道路上確實存在一些挑戰，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，並為用戶帶來最佳的綜合性無線體驗。