苹果小米都在推的这项技术,究竟是个什么黑科技?

分类:玩机 作者:孙文聪

1550 0 2020-10-16 17:14

在刚刚过去的苹果秋季新品发布会上,在HomePod mini的使用场景展示中,苹果运用了一种全新的控制交互方案:使用iPhone对准HomePod mini,手机屏幕就自动弹出音乐控制页面。


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而稍早前,另一家智能设备制造厂商小米也公布了类似的技术方案,在官方提供演示视频中可以看到,随着手机指向的不同,分别可以控制不同方位的智能家电设备。颇有一些武侠小说中“一指禅”指哪打哪的味道。



这里两家用到的,就是名为“UWB”的技术。


什么是UWB?


UWB(Ultra Wide Band),即超宽带通信,最主要的特征是相较于现存的窄带通信系统(包括802.11系列和2/3/4和5G中的sub 6G),其拥有较宽的带宽。通常意义上,如果一个无线电系统拥有超过中心频率20%的相对带宽,或者拥有500MHz以上的绝对带宽,我们称之为是UWB无线电系统。



FCC(美国联邦通信委员会)为 UWB 分配了 3.1~10.6 GHz 共 7.5 GHz 频带,还对其辐射功率做出了比 FCC Part15.209 更为严格的限制,将其限定 - 41.3dBm 频带内。由于UWB具有强大的数据传输速率优势,同时受发射功率的限制,在短距离范围内提供高速无线数据传输将是UWB的重要应用领域,如当前WLAN和WPAN的各种应用。



更关键的是,UWB系统所采用的窄脉冲和高频带特性,使得其在定位精度上有天然的优势。通常情况下,在一个定位系统里,距离分辨率与脉冲宽度成正相关:脉冲宽度越窄,距离分辨率越小,可以分辨的两点就越近,精度就越高。


这种差距有多大呢?一般来说,如果WiFi的定位精度是m级,而UWB系统则能够做到cm级。


事实上,在小米公布的名为“一指连”的UWB技术方案中,官方表示其定位精度为cm级,能够达到±3度的角度测量精度。这就让其能够在室内空间实现精准的定位,成为真正的“室内GPS”:当手机指向智能设备,控制卡片就能自动弹出,能够直接进行操控。


利用UWB技术,手机和智能设备不仅可以感知自己的位置,还可以感知周边其它手机或设备的位置。前提是,设备与设备之间都要内置类似苹果的U1芯片这样的专门的UWB芯片。基于这样的能力,智能手机和智能设备制造商们其实就能够开发出更加智能,人性化的应用场景。



典型的例子还是苹果在去年推出的搭载了UWB芯片的iPhone11系列,利用UWB的高精度定位优势,iPhone11能够实现AirDrop(即隔空投送)的辅助,能够精准定位数据传输对象。手机可以选择最近的人来传输数据。


如此一来,iPhone11传输数据的精准性和便捷性大大提高。尤其是在公共场合,之前如果你需要利用AirDrop传照片或者文件给其他人,就需要先进行搜索,然后在列表中找到对应的人的ID,然后进行传输。但现在你只需要将手机对准、靠近你需要传输的对象,手机检测到你们的相对距离之后,自动就会将其排到首位。帮你省去了查找,选择ID的过程。


可开发的类似场景其实还有很多,比如自动开门锁,自动过闸机刷卡,自动智能支付等等,现在很多智能手机具备的便捷功能,以后甚至连掏出手机这个动作都省去了。


最大的优势:空间感知



从根本来看,UWB技术最大的优势其实就是给设备带来了“空间感知”能力。


这有点类似于当年的“智能手机”和“非智能手机”之间的差别。智能手机相较于传统手机,除了更强的性能和更大的屏幕之外,还加入了陀螺仪、压力计、重力传感器、高精度摄像头等等一系列复杂的传感器,并基于这些传感器获取的数据,建立起了智能手机对于环境和态势的感知能力。


当你使用智能手机玩赛车游戏的时候,倾斜手机,手机中的陀螺仪就能够感知到倾斜角度,然后游戏中的车子就能实现转向。使用手机的GPS,你也可以导航、打车、点外卖,这些能力其实就是智能手机真正“智能”的地方。



同样的道理,UWB其实也在定位、控制技术上相较于当前的方案,显得更“聪明”。尤其是在当前比较普及的智能家居领域,往往需要智能手机这样的核心中枢设备作为整个IOT网络的控制中枢。要做到中心设备和其他设备之间的连接和控制,目前普遍的方案无非三种:蓝牙、NFC以及WiFi。


但以上三种技术并不具备空间感知能力。对于设备来说,它们只有信号强弱,而没有位置和距离的概念(这种说法并不准确,严格意义上应该是没有精确距离的概念)。


拿当前国内的米家生态举例:如果我们要使用手机控制家里的某款智能设备,通常的办法有两种:语音唤醒小爱同学,或者是打开米家APP找到这款设备,然后进行操作。


而在UWB技术方案的辅助下,这样的操作就变得更为便捷。就如同小米之前演示的那样,如果你需要操控电视,你就对准电视;想要操控风扇,就对准风扇。手机会根据你指向的设备不同,而自动弹出相应的控制面板,直接就能够进行功能操控。


可别小看了这种便利性的提升。事实上,近些年基于AI语音技术以及AioT能力的智能音箱等设备之所以能够在智能设备中硬生生开辟一片市场空间。语音交互的便利性优势功不可没。而语音交互的准确性和便利性,和UWB相比又有一定的劣势。


未来广泛的应用前景



短期来看,UWB技术应该会在智能手机行业铺开。今年苹果发布的新品,如iPhone12系列,HomePod mini,Apple Watch 6等都加入了UWB技术的支持。三星全新的Note20系列也加入了UWB技术(不过貌似三星还暂时并没有做针对性的功能和场景应用开发?)。两家巨头的示范效应,对于技术的普及有着不小的推动作用。


至于国内的巨头们,目前虽然还没有相关的产品发布,但正如前面所说,小米其实已经公布了自家的UWB技术,距离真正面向消费市场的产品出现可能并不会遥远。小米热衷于这项技术的原因很简单,因为其拥有行业TOP级的米家智能生态,其对于UWB技术所带来的场景体验的改善有着比较迫切的需求。


而和小米情况类似的,还有另一家巨头华为,其同样拥有庞大且完善的IoT智能生态。就近两年华为对于所谓的“1+8+N”全场景智慧生态的重视程度来看,其也有理由去推动UWB技术普及和场景探索。甚至可以猜测,后续的Mate40系列有可能就会搭载UWB技术。


除了智能手机行业之外,汽车领域UWB技术也有广泛的应用前景。苹果在iOS14中推出CarKey功能,用iPhone或Apple Watch 就可以实现解锁车辆、启动引擎,还能把它分享给最多5个用户,共享你的用车权限。而作为主用户,你可以通过iPhone来控制其他用户的使用权限,比如限制其最高车速、发动机功率、音响系统音量等等。目前这套方案的合作车商是BMW,这其中就使用了超宽带UWB技术。



而在自动驾驶领域,利用超宽带UWB技术高精度的室内定位特性,也能够为当前的自动驾驶技术提供更加精准的辅助。比如借助UWB技术,能够在光线,GPS信号较弱的车库、隧道等场景,实现更加精准的辅助驾驶、自动泊车等功能。


基于UWB技术的在未来的全面普及,我们大致可以畅想一下未来的真正的iOT智慧生活:下班之后,人到车库车门自动打开,回家的路上汽车全程自动驾驶。到家之后,智能门锁感应到位置自动打开。回家之后,家里的空调、电视、窗帘、热水器等智能设备自动打开,整个过程你都无须干预和设备。这才是更加便利,智能的智慧生活。


因为你家的设备已经“知道”:主人已经回来了。



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