苹果蔚来助推的芯片新风口，对话国内全自研UWB芯片创始人
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芯东西
2022-04-11 19:41科技领域创作者
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作者 | 程茜
编辑 | Panken
UWB芯片火得突然，又烧得还不够旺。
3月28日，全球首款UWB数字钥匙在蔚来旗舰轿车ET7正式交付，有这项技术加持，车主无需掏出钥匙，就能解锁车门。这个被苹果带飞的无线通信技术，正将终端应用热潮蔓延至车圈。
蔚来ET7支持UWB智能钥匙、手机UWB/BLE钥匙、NFC卡/手机NFC解锁车门（图源：蔚来）
UWB，全名超宽带通信（Ultra Wide Band），一种短距离无线传输通信技术，从2002年被美国联邦通信委员会（FCC）核准在民用领域开放至今，已经低调发育了约20年。
直到2019年9月，苹果首次将UWB芯片引入其旗舰手机，这个擅长短距离精准定位的“黑科技”，被陆续解锁设备连接、无线支付、找丢失物品、活体检测、取代实体钥匙无感开车门等功能。长期蛰伏于工业级应用的UWB技术，开始在消费类市场初显锋芒。
科技巨头力捧之下，UWB产业收到了前所未有的瞩目，大量资本开始涌入这条赛道，这对耕耘UWB芯片已久的国内企业而言，可谓是突如其来的“惊喜”。但能否接住这些汹涌而至的机遇，就要考验UWB芯片企业此前积蓄的实力。
在愈发激烈的战事中，先进技术是通信芯片老将陈振骐引以为傲的筹码。今年2月，一篇UWB超宽带定位通信收发机芯片论文发表于被誉为“芯片奥林匹克”的国际顶会ISSCC 2022上，成为今年中国大陆及港澳地区唯一入选的工业界论文，其来源正是由陈振骐创办的纽瑞芯公司。
纽瑞芯有关UWB超宽带定位通信芯片设计的论文被ISSCC 2022收录
今年开年，纽瑞芯便连添战果。在成为第一家在ISSCC上发表无线通信全系统芯片成果的中国大陆企业之前，它刚宣布完成2亿元A轮融资，投资方包括国内MEMS龙头歌尔微。截至目前，纽瑞芯已累计完成三轮融资，它为不同应用研发的多款UWB芯片将在今年投入市场。
当UWB芯片产业尚处微时，陈振骐如何带领纽瑞芯团队积攒技术实力与工程经验，在与国内外企业的竞争中建立自身壁垒？他又如何看待UWB芯片产业的未来走势？近日，芯东西与纽瑞芯创始人兼CEO陈振骐博士进行了深入交流。
通过对话陈振骐，我们不仅回顾了UWB芯片“前世今生”的几大关键进阶历程，而且解读了纽瑞芯应对UWB芯片的技术思路和商业策略。
纽瑞芯创始人兼CEO陈振骐
一、清华毕业，高通历练，创业于UWB黎明前
创办纽瑞芯前，陈振骐曾在高通手机射频芯片核心研发团队工作了10年。
陈振骐的本科和硕士均就读于清华大学通信专业，随后前往美国奥本大学进修微电子学博士，毕业后进入高通担任主任工程师，参与手机射频芯片的核心研发工作。这些经历，使得他在通信协议、通信系统、通信算法等领域持续沉淀。
2014年，芯片的战略地位日益凸显，许多中国消费电子产品已走到世界前列，但核心芯片技术仍然非常匮乏，国内集成电路已成为国内第一大进口商品，进口额远超石油。关注到这些现象后，创业的想法开始在陈振骐脑海中成形。
陈振骐和几位同学、朋友一拍即合，将从系统、数字、模拟、射频到市场销售的人才汇集，共同组建了一个拥有一线产业经验的全链条团队。其核心团队以清华背景为主，包括1位IEEE Fellow和9位在美国有过资深行业经验的海归博士。
2016年，陈振骐回到祖国，在深圳注册成立了芯片企业纽瑞芯，主攻UWB芯片。
纽瑞芯的英文名是NewRadio Technologies。其中，NewRadio指的是5G无线空口技术，字面意思为“新无线”，同时蕴含做5G相关技术之意，陈振骐希望，纽瑞芯能在无线通信芯片上抓住机会。
其业务主线UWB芯片擅长厘米级精准定位，能够在短距离内高速传输数据，同时具备功耗低、抗干扰能力强等特征，能够实现各种智能设备的位置、距离、方向感知。
严格来讲，这不算一个新技术。UWB“前世”可追溯至1960年代，美国军方用它来做雷达侦测。
2000年初，美国UWB技术产品和服务提供商Time Domain的短脉冲制式UWB芯片实现了3m以内1Gbps速率传输，这在当时非常具有前沿性。但后来关于UWB的协议、标准流产，长期没有达成统一。早期十年，有一些小公司在进行UWB芯片研发，但成果鲜见。
2010年左右，爱尔兰UWB芯片供应商Decawave的DW1000走向量产，成为当时市场上唯一真正实现规模量产的UWB芯片，不过其量产规模并不是很大。
DW1000芯片
由于与USB、Wi-Fi等其他短距离传输技术相比在成熟度、成本方面缺乏优势，UWB一直没能获得较高的市场接受度。UWB前期更多被用在煤矿、隧道、化工厂、养老院等工业场景，用于高精度定位，以确保佩戴者的安全。
在陈振骐创业初期，UWB仍是一个名不见经传的技术赛道。消费级市场的潜能尚未打开，国内企业又与国际龙头在关键技术上存在差距，UWB芯片赛道上的创业公司们直面实现技术突破、填补人才空缺、获得客户认可等多道难关。
转折点出现在2019年9月，苹果在其旗舰手机iPhone 11中，首次装进一颗神秘的U1芯片，称其能显著提升空间感知能力，让短距离内的设备能被精准定位。该功能的幕后技术便是UWB。
2019年9月，苹果发布搭载UWB芯片的iPhone 11
“UWB行业之前是暗流涌动，iPhone 11才将这把火正式引燃。”陈振骐回忆说。
彼时，纽瑞芯已经走到了成立的第四年。2019年底，其全自研的UWB大熊座（UMAJ）SoC芯片成功流片，成为国内第一款收发机全集成并兼容最新IEEE 802.15.4z UWB行业标准的系统芯片。
继苹果后，三星、小米、OPPO等消费电子品牌纷纷跟上，令UWB在手机和物联网（IoT）设备领域小火一把。随即在2021年4月，苹果甩出了酝酿三年之久的“防丢神器”AirTag追踪器，将UWB的热度推至新高峰；同年5月，谷歌宣布安卓12也加入了基于UWB的数字车钥匙功能。
国内外主流车厂亦纷纷基于UWB技术实现“数字钥匙”。UWB能从物理底层上防止攻击，具有极高的安全性，已进入国际车规芯片领域，它也是实现智能泊车、位置监控等应用的基础技术。
根据市场调研公司ABI Research的数据，2020年全球内置UWB的产品出货量为1.43亿部，2021年超2亿部，到2026年预计将增长到13亿部。
2020年-2026年全球内置UWB产品年出货量预测（数据来源市场调研公司ABI Research）
消费级UWB应用的大幕就此拉开，UWB芯片终于不再是一条默默无闻的小众芯片赛道。
这个行业的发展进程随之加快：2019年8月，UWB标准组织FiRa联盟成立；2020年1月，苹果供应商Qorvo被曝斥资4亿美收购UWB芯片供应商Decawave；2020年7月，全球技术组织车联网联盟宣布其CCC数字密钥（Digital Key）3.0版规范定稿……越来越多的标志性事件陆续发生。
部分FiRa联盟成员截图（图片来源为FiRa官网）
面对庞大的潜在市场，国产UWB芯片企业正蓄势待发，纽瑞芯也开始崭露头角。
二、芯片算法两手抓，多款UWB芯片今年上市
创业初期，陈振骐和他的团队就确立了“全自研”的发展道路。“你的关键性技术能达到什么样的高度，也就决定了你能做什么样的东西。”陈振骐说。
相比UWB芯片，蓝牙芯片、Wi-Fi芯片这两个更常见的短距离无线通信系统芯片，技术发展更加成熟，UWB则仍然处于发展的早期阶段。
UWB、Wi-Fi、蓝牙技术基础信息对比
在陈振骐看来，三者之中，蓝牙芯片的技术难度较低，UWB和Wi-Fi6、Wi-Fi7的技术难度相当。UWB芯片最小带宽为500MHz，最高带宽可达1.1GHz~1.3GHz，其带宽和频段都比蓝牙和Wi-Fi高，随之也会带来很多技术挑战。
他相信，坚持全面、正向的自主研发，才能更贴近市场，快速找到产品的市场价值。
对此，纽瑞芯从产品定义、最新需求出发，将芯片与算法两手抓，一方面从前端封装、射频放大器（PA）、模拟基带到数字信号处理的各个集成电路（IC）模块都进行IP化，另一方面从全系统角度研发多类算法，与硬件优化相辅相成。
“我们做的所有芯片都是全自研IP。”陈振骐说，因受IP限制小，纽瑞芯在代工选择上更为灵活，能与代工厂建立深度技术合作，并依据新的技术方向快速优化产品，由此提升其市场接受度。
由于UWB芯片市场尚不成熟，应用场景还不够清晰，工业与消费市场的不同应用需求千差万别。因此，纽瑞芯在整个芯片设计过程中都坚持“算法先行”，也就是从应用端出发设计产品，通过算法指导芯片硬件设计和优化的方向。
为了提升UWB芯片的性能，纽瑞芯采取了创新抗多径算法、海量用户快速定位算法，其自研算法还可以支持多频段动态切换。
多径效应示意图
多径效应是无线通信的一大难题，即无线信号在不同路径的传播时，到达接收端的信号存在时间差，会造成相互干扰，致使原来的信号失真。
在应对多径效应方面，UWB因其调制方式和信号值，在室内测距时比蓝牙、Wi-Fi等技术更加稳定，但仍面临技术挑战。在出国前，陈振骐就已进行相关技术研究，基于在多径信道模型上的技术积累和算法优化，扩展芯片的功能和优势。
此外，陈振骐也在无线通信领域探索新的市场和技术机会，包括完成多项高价值关键核心技术研发储备，以及在5G、6G、卫星通信和毫米波通信等方向上布局新技术研发。
过去一年里，纽瑞芯的整体团队规模比去年扩充了50%以上，其中研发团队占比超60%。
“纽瑞芯是一家科技公司在做UWB芯片产品，而不是一家做UWB芯片的公司。”陈振骐强调说。
目前，纽瑞芯已形成以UWB定位通信系统芯片和智能天线调谐芯片为主的业务体系，提供包括天线调谐器、5G/B5G收发器、数据转换器和IoT SoC在内的全套高性能IC产品，并打造了通讯芯片所需高端关键射频及模拟混合IP的全自研技术平台NRTP（NewRadio-Technical-Platform）。
大熊座芯片概念图
其核心产品大熊座系列UWB定位通信系统芯片，集成了全套底层软硬件解决方案，可实现多路收发，兼容最新IEEE 802.15.4z，支持FiRa、CCC等国际标准，已与市场上主流的UWB设备实现互联互通及应用兼容。
UWB技术主要应用于四大产业领域：工业互联网等垂直行业、物联网、智能汽车、智能手机。
现阶段，大熊座芯片重点应用在智能手机和智能汽车两大领域，同时覆盖寻物定位、移动支付、设备互连、室内导航、AR/VR、工业互联网等应用需求。纽瑞芯为不同应用场景研发的NRT81600系列及NRT81800系列多款芯片已于2021年完成试量产，将在今年投入市场。
大熊座芯片应用布局
“今年，是纽瑞芯UWB芯片量产出货、商业落地的关键时期。”陈振骐说。
三、与国际领先芯片跨代竞争，助推行业标准制定
当前，UWB芯片行业的发展处于早期阶段，国内芯片发展相较海外略有滞后，在陈振骐看来，这种“滞后”的差距其实并不大。
纽瑞芯采取的产品策略是与国外芯片跨代竞争，即现在设计的产品对标国际领先UWB芯片公司的下一代产品。
由于UWB芯片产业相对前沿，国外龙头企业和国内UWB芯片企业基本都是从企业比较熟悉且有把握的市场切入。不过，国际龙头企业在市场渠道等方面的前期积累已经形成规模化，这也是国内UWB芯片创企与龙头企业存在的客观差距。
据陈振骐分享，目前，国内企业很多是在已有的场景或芯片产品上做局部工作，然后在一些特定场景、应用上，针对特定的客户展开尝试。
他相信UWB未来会成为5G智能手机、汽车及各种智能设备的标配技术。
诚然，智能手机、IoT设备的出货量极其可观，汽车对UWB芯片的需求快速增长，无论是身份验证、无感开锁，还是寻物定位、资产追踪，都给了UWB发挥优势的庞大市场空间。不过就目前而言，UWB芯片的落地还未全面铺开，相关基础设施、行业标准、生态建设都亟待进一步完善。
因此，除了技术创新外，陈振骐也带领纽瑞芯推进UWB在应用、协议上的进步。
他谈道，纽瑞芯虽然不做终端产品，但会通过一些应用型专利，来探索UWB芯片不断扩展的应用场景。例如2021年5月，纽瑞芯“用嵌UWB模块的手机直接遥控UWB设备的方法与装置”发明专利获得国家知识产权局的授权。这对于智能手机及关联IoT设备UWB芯片的国产化有积极意义。
嵌有UWB模块和AR模块的智能手机跟UWB智能设备位置关系图
陈振骐相信，只有在协议上形成一致的标准，才能将UWB发展成一个在未来有爆发力、有大应用场景的技术。为此，他也在积极推进UWB芯片标准的起草工作。
结语：初火之后，UWB芯片距离爆发还有多远？
随着手机与汽车巨头接连推出现象级产品，以及关键芯片国产替代的呼声持续走高，国内UWB芯片产业经历了一波“小高潮”。但迄今为止，这一赛道的应用只能说是初具规模，距离真正的大规模爆发，仍稍欠火候。
现有UWB芯片创企们，不仅要从国际芯片巨头已然构筑的市场与生态优势中寻找突围之径，还需面临来自更多新入局者的竞争。
前路仍需摸着石头过河。背靠全自研关键技术，陈振骐希望纽瑞芯在未来抓住UWB的市场机遇，快速优化产品研发，提高自家芯片的性价比，在无线通信芯片领域达到世界一流水平。
重磅！中国自主研发（杭州易百德）首颗UWB芯片+展视宝专家学者共聚探索跨界创新
中国自主研发首颗UWB芯片+展视宝 专家学者共聚一堂探索跨界创新
恒沙云 2020-09-02 1
中国自主研发
首颗UWB芯片+展视宝
专家学者共聚一堂探索跨界创新
合影
2020.08.29
2020年8月29日，广州恒沙数字科技有限公司在中大科技园组织召开了UWB与智慧安防、智能电网、室内定位服务应用研讨交流会。与会嘉宾涵盖了通信、电力、数字档案、智慧安防、人工智能等领域。有国内首颗UWB芯片的研发团队、中国安防专家、南方电力专家团队、阿里巴巴资深架构师、数字档案专家、中大学者、武汉大学博士等共十余人。
中国安防认证中心副主任刘剑锋先生发表讲话
交流会上，中国安防认证中心刘剑锋先生发表了讲话。杭州易百德微电子有限公司董事长王守业先生，代表国内首颗UWB芯片的研发团队，介绍了UWB芯片技术原理以及国内外最新动态。恒沙科技黄志青女士介绍了恒沙展视宝软件平台，恒沙团队现场演示了展视宝作为可编辑的三维交互系统与芯片相结合的实际应用效果，反响热烈。当看到展视宝软件系统在UWB芯片带动下跑起来那一刻，现场嘉宾都高兴得站起来了！
杭州易百德微电子有限公司董事长王守业先生
介绍UWB技术原理和广泛的应用前景
杭州易百德微电子有限公司早于2015年获得了首轮投资，历时4年研发出了中国首颗UWB芯片。恒沙科技深耕三维仿真交互领域多年，不断自主创新，有多项技术积累。双方经过将近一年的努力，共同创造了今天这个令人振奋的成果。
藉着这个交流会，易百德与恒沙科技共同宣布了双方的战略合作。与会嘉宾共同探讨了该项创新成果的广阔应用前景，纷纷提出了各自领域对位置+三维可视化+XR的刚需，表示了今后各方将紧密合作，努力推进该项创新成果的应用发展。
恒沙科技黄志青女士介绍恒沙展视宝
讲述了“快速建模+双向交互”的三维引擎概念
现场演示芯片驱动展视宝软件实时展示人员移动轨迹的效果
嘉宾热烈讨论，共商合作
感谢各位专家、学者的鼎力支持，研讨会成功召开，成果丰硕。期待UWB技术在更多的应用场景落地，期待更多跨界创新，努力为社会发展创造价值。
参考文献--
UWB定位系统，看这一篇就够了！
发布时间：2022-06-29作者来源：金航标浏览：1344
位置信息是人类活动中的基础信息之一，人类的生产、生活离不开各种尺度表达的位置，如国家、城市、街道、建筑、房间等等。各种位置信息处理首先要解决的就是定位问题，这一问题困扰了人类几千年，直到GPS系统出现才得到解决。
随着GPS系统以及相关的电子地图、高性能CPU、大容量存储器、彩色液晶等技术的成熟，卫星导航可以做到在10米的尺度上进行定位，人类随时可以知道自己身处何方，抛弃纸质地图，再也不会迷路。
随着GPS等各种卫星定位系统使用日渐成熟，其固有缺陷也逐渐显露，这其中最受到诟病的，就是定位精度和室内应用问题。
定位精度差：卫星定位的动态精度很高，两辆车间隔2米并排行驶，轨迹是两条相距2米的平行线绝不会相交。但是如果车停下来，情况就完全不一样了，卫星定位静态的10米精度是一种90%的概率精度：观测100次，有90次位置落在真实位置为圆心、直径10米的圆内，剩余10次位置是不保证的。实测差300、500米是经常发生的事情，静止不动观测一天看到的是直径一公里的一团乱麻，个别点跑到几公里以外。
这就可以很好解释，为什么卫星定位在汽车导航领域发展迅猛，而在找人寻物等目标几乎不动的应用中几乎全军覆没。
不能室内定位：GPS信号从几万公里高的卫星发射下来，到达地面已经非常微弱很难穿透地面建筑，因而卫星定位不能用于室内，这是卫星定位系统的另一大短板。在室外定位已经获得成熟应用的情况下，人们更是迫切希望能够解决室内定位问题，毕竟在现代社会，人类80%以上的活动都是在室内进行的。
以上两个短板决定了，卫星定位发展30年，只催生了一个硕果仅存的汽车导航应用，手机导航得以普及靠的是手机基站、WiFi等各种定位方式的辅助、融合，儿童手表则是靠着打电话勉强存活下来。
高精度、室内定位问题，就这么迫切地摆到了位置服务工程师们的面前，每一个位置服务行业工程师，都感觉到了肩上沉甸甸的使命。
随着UWB超宽带技术的出现及芯片价格不断下降，工程师们眼中，看到了一丝曙光，构建一个类似GPS/北斗、室内室外都可以定位、精度达到厘米级的高精度定位系统，终于可以提上议事日程了！
构建HPGPS
HPGPS，全称High Precision Ground Position System，高精度地面定位系统，是在地面上布设的一个三维高精度定位系统，其工作原理与GPS类似，只不过把卫星从天上搬到了地面，并使用UWB技术进行三维高精度定位。
HPGPS的拓扑结构如下图所示：
HPGPS由布放在地面上的锚点（基站）构成，基站按按蜂窝状布放其中副基站布放在地面，主基站布放在空中（树上、楼上、电线杆上）6个基站构成一个蜂窝小区，对该小区内的标签提供定位服务。
HPGPS需要解决的几个重大问题
一、TDOA定位方式及其优越性
目前实际运行的UWB系统，大都采用TOA定位，这种方式测量的是真实的物理距离，一般需要来回测量两次甚至多次才能得到真实的距离，标签和基站都必须既要发射又要接收，一来耗电大大增加，同时由于双向发射接收，为了防止信号碰撞就要严格限制标签数目。TOA定位既耗电标签容量也有限，因此它的科研、实验室意义远大于实用意义，一般仅用于用户数量有限的工业应用。
另外一种UWB定位方式是TDOA，它是通过测量标签与几个基站的距离差来解算标签位置的。根据信号流向，TDOA又可分为上行TDOA和下行TDOA两种方式。
上行TDOA：标签发射信号，周围的基站接收、汇总后，将时间戳信息交给定位引擎算出标签到几个基站的信号到达时间差，进而算出标签的位置。
上行TDOA标签只发射不接收，位置解算在基站或平台进行，标签不需要关心自己的位置，发射完成后标签立即进入休眠省电状态，最大限度节约电量，这种方式下一个纽扣电池可以轻松工作数年。
由于标签之间没有同步只能随机发射，标签信号会发生碰撞，因此上行TDOA的标签数目也是受限的。
UWB上行TDOA系统中，标签不知道自己的位置而云端知道，是位置服务中典型的监控应用，标签一次发射即可定位，功耗极低可以用纽扣电池工作，解决了卫星定位一直未能解决的功耗问题，缺点是容量有限，多用于仓储管理、人员管理、门禁管理等场合，可以通过分区、分片的方式复用信道，增加标签容量。
下行TDOA：下行TDOA信号从基站发出，标签只做单向接收，这种方式工作原理与GPS几乎一模一样，故我们也将这种方式称为“准GPS”方式。
这种工作方式下，基站以设定的顺序、间隔广播自己的信息，包括日期、时间、坐标、配置、健康状态等，标签收到若干基站的信息并联合解算，就可以算出自己的位置信息。由于基站只是单向广播，基站的耗电也比TOA方式要低的多。
这种方式实际上就是地面版的GPS，标签解算出自己位置后可进一步用于导航等应用，也可以像现有的GPS系统一样，通过通信链路将位置信息送到远程监控中心，实现上行TDOA一样的监控功能，由于是基站单向广播，下行TDOA的突出优点是标签容量可以做到无限大，是位置服务中典型的导航应用。
标签要接收UWB信息还要解算位置，因此耗电远大于上行TDOA而与现有GPS持平，这种方式如果要做监控还需要通信链路将算出的位置信息发送至远端。下行TDOA最典型的应用就是手机导航，以及各种学生卡、老人卡、员工卡应用，这些卡一来都配备了可以待机几天的可充电锂电池，还基本都内置了4G通信模块用于传输位置信息。
总的来说，上行TDOA标签可以实现纽扣电池供电，下行TDOA可以做到标签容量无限大，这两点TOA都无法做到，同时，TDOA一侧只发射另一侧只接收的信号流向使得整个系统结构及工程实施变得异常简单，因此UWB未来的发展方向一定是TDOA，尤其是用户数不受限制的准GPS模式的下行TDOA。
TDOA上述优点是将观测参数由实际的距离转化为距离差得到的，在TOA方式下，3个基站可以得到3个不相关的观测值就可以进行2维定位，而TDOA两两相减得到的距离差只能得到2个不相关的观测值，因此同样维度定位TDOA需要多布一个基站才能实现，在基站成本数万元一个的时候这是一个非常不利的劣势；另外，距离差使得位置解算变得复杂，距离差比实际距离要小而且与实际距离的相关性被抵消，因而距离分辨力相应变差同时更容易受到噪声影响。很长时间以来，基站成本、TDOA算法成为制约TDOA大规模实施的关键因素。
二、TDOA算法
由于测量过程都会引入噪声，会导致位置解算出现偏离甚至无解的情况，比如对隧道里相距10米的A、B两个基站连线上的标签进行一维TOA定位，由于噪声的影响，测得标签距A端6米B端5米，符合这个结果的点实际上是不存在的，实际位置在距离A端5-6米区间中是最合理的，此时需要引入数理统计方法，按照一定的估值逻辑及噪声模型，选（估）一个最合理（概率最大）的值比如距离A端5.5米作为最终结果，这个结果与真实位置的误差最大也就是0.5米。
TOA方式下观测值就是真实的物理距离，观测量与实际值是完全相关的，相隔很远的点对应的测距结果也一定会差别很大，由于噪声一般比信号要小很多，叠加噪声以后的测距值解算出的待选位置区间与真实位置不会偏离太远，比如上例待选区间不过1米。这意味着TOA的解算结果受噪声影响不大，估值精度容易保证，这也是目前大多数UWB系统都采用了TOA定位的原因之一。
TDOA定位面临的情况要恶劣的多，TDOA测量的是标签与几个基站的距离差，比起距离来差值往往会变小而且与实际的距离不再相关，物理上相距很远的几个点，他们与基站的距离差却有可能非常接近，反过来说，叠加噪声以后的观测结果，解算以后会发现貌似合理的若干待选点，却东一个西一个差了十万八千里，那到底该选（估）哪个点呢？
因此TDOA算法存在很大的估值风险，增加估值准确性成了TDOA算法的核心目标，不同的噪声统计模型及估值逻辑，估值的准确程度存在天壤之别，算法不好最终表现结果就是漂移、突跳。
除了在算法上下功夫以外，还可以通过增加物理约束缩小待选估值区间，最简单的例子就是标签前一秒还在30米的位置，下一秒绝不可能跑到100米以外的位置。更高级的物理约束可以引入陀螺仪，将TDOA运算给出的几个待选点与陀螺仪运行轨迹进行比对，陀螺仪的物理特性决定了一方面它不可能偏的太远，另一方面它也不可能一点都不偏，那么最接近陀螺仪轨迹的待选位置就应该是真实位置。除了提高精度，陀螺仪的轨迹是连续的，可用于在UWB定位间隔期间提供位置插值，插值的相对精度可以达到毫米级。这些物理约束最终都将变成算法的一部分。
目前已经发展出若干TDOA算法，对各种环境噪声模型的研究也在进行中，某些优秀算法实测效果已经与TOA不相上下，随着TDOA应用需求增强，对TDOA算法的研究炙手可热，各种更先进的算法不断涌现，对算力、内存等等指标需求不断优化，TDOA大规模推广应用最大的障碍已经不复存在。
三、基站的时间同步
不论是上行或下行TDOA，为了测量各基站之间的时间差值，所有基站必须有一个统一的时间基准或称时间同步。对上行TDOA来说，各接收基站同步以后，才能互相比对收到信号的时间戳算出时间差值；对下行TDOA，排队顺序广播信息的基站，其广播时刻相对基准时刻T0的延时必须是确定的，并将此信息[敏感词]到广播信息中，这样标签收到信息后，才能准确扣除延时，得到该基站信号相对基准时刻T0的到达时间，并进一步算出各基站之间的信号到达时间差用于解算位置。
光在1nS走过的距离是30厘米，为了达到10厘米的定位精度，基站时间同步的误差必须要小于nS级，而基站相互之间的距离达到了100米以上，基站之间仅仅无线电信号飞行时间就超过300nS，无线同步看起来难度不小。
为了便于外部进行时间同步，UWB芯片采用了对一个始终运行的循环计数器进行瞬间锁定捕获的方式得到时间戳，DW1000更是提供了硬件的同步输入引脚，可以直接将循环计数器拨零。早期的定位系统采用了拉线的方式，将各基站同步引脚连在一起，把所有基站的循环计数器一起拨零实现同步，此时要弥补拉线长度引起的额外时延，某些系统采用了光纤传送同步信号。有线同步是各种同步手段中精度[敏感词]的，但是由于要布线施工成本过高，很快便被各种无线同步方式取代。
各基站时间戳计数器都是以同样的频率循环计数，只要知道对方计数器的值或者说对方与自己的计数器差值（校准值）是多少，将此校准值扣除就能得到准确的信号到达时间即完成了同步。计数器拨零并不是必须的，EB1003芯片已经不再设置同步输入引脚，而其他误差诸如基站之间传输时间、固定延迟、天线延迟等等都是固定的可以预先测出并扣除。
因此无线同步需要建立通信链路传递计数器值，通信链路可以是WiFi、蓝牙，或者UWB自身；除了上面提到的[敏感词]误差需要校准扣除，各基站计数器时钟源不同还存在钟差，同步后经过一段时间，计数器值又会逐渐错开，此时如果还用原来的校准值就会产生误差，因此每隔一段时间要重新同步一次以获得新的校准值。经过计算，采用20ppm晶振每500mS进行一次同步，即可将时间戳误差控制在30厘米以内。也就是说，外部通信链路只要不超过0.5秒传递一次计数器值就能维持两边计数器同步误差小于30厘米，同步难度因循环计数器机制大大降低。
附带科普一下，GPS由于卫星高高在上，星间通信几乎不可能也就无法完成星间同步，所以GPS把昂贵的原子钟搬到了卫星上，[敏感词]同步由地面控制完成对原子钟拨零，而后靠原子钟的极高精度，可以让卫星上各自独立的类似UWB时间戳计数器的计数值，保持数小时乃至数天都不会偏差太远，原子钟的精度越高，需要地面进行拨零同步的间隔就可以越长。
四、 工程实施造价
前面三个问题研究目前均已得到比较理想的结果，构建地面大规模覆盖的UWB定位系统已不存在技术上的障碍。随着国产芯片登场，UWB芯片价格降到10元以下，基站、标签成本大幅度下降，阻碍UWB大规模应用的最后一个门槛--过高的工程造价，也将不复存在，因此，构建服务全社会、室内室外通吃、高精度位置服务基础设施HPGPS，已到了提上议事日程的时候了。
HPGPS的工作原理
HPGPS工作模式就是前面提到的 “准GPS” 模式，其原理与GPS完全一样，遍布地面的UWB基站，按一定顺序、间隔不断广播自己的基站信息，信息内包含了基站日期、时间、经纬度、高程、同步修正值等信息，标签接收周围几个基站广播的信息，并根据收到的信息内容、信息到达时间，即可解算出自己的坐标。
标签将以UWB定位模块方式提供，甚至连通信协议也将使用GPS模块中广泛采用的NMEA-0183以兼容现有的卫星定位系统，只是经纬度数据将[敏感词]到小数点后面5-8位，现在的各种GPS定位设备可以把UWB定位模块当作GPS定位模块直接代换使用。
HPGPS的战略意义
HPGPS系统构建完成后，标签只需简单地接收基站信号，即可以解算出自己的[敏感词]经纬度及高程，精度达到厘米级，同时应用于室外、室内，HPGPS将在厘米级尺度上实现整个社会位置信息的电子化，并通过UWB标签完成机读识别。
厘米级的位置信息将成为最重要的社会公共基础服务设施之一，各种基于高精度位置的应用将会源源不断被开发出来，一个新的时代，就此拉开帷幕。
HPGPS的建立
万事开头难，HPGPS听起来非常美好但是如何起步却是每个人都关心的问题。
得益于国产芯片的支持，UWB用户端成本可望降到与现有GPS、2.4G等系统持平的程度，基站成本可望降到百元水平，构建HPGPS最后一个实施成本的障碍已被破解，受此消息鼓励，目前已经有若干重要客户一起发力开始行动，成规模成建制开始布设、构建自己的HPGPS实验小区，UWB将改写它在人们心目中高成本、高门槛、黑科技的冷傲形象，取而代之的是一个服务于全社会、为人们带来全新体验的巨大、增量蓝海市场。
随着HPGPS各实验小区试运营的启动，相信会有越来越多的企业、行业加入HPGPS阵营，各种UWB应用将转移到统一的公共HPGPS平台开展，位置服务行业将在HPGPS平台上，奏响崭新华章。
HPGPS的重要客户
手机导航
HPGPS将终结目前手机公司对UWB雾里看花的局面。
HPGPS未建立之前，手机UWB始终解决不了装了给谁用的问题，苹果给出了以手机为中心对Airtag进行定位的极坐标系答案，事实证明这是一个十分无奈的鸡肋方案：首先这种方案实在找不出痛点应用，现在成了一个高级玩具；其次这种方案需要两个梳指天线测量角度，面积大且精度要求很高，塞进空间极其有限的手机里难度极高，以至于目前除了苹果没有第二家公司能够量产出来。此外，这种工作方式因不具有普适性，软件、操作系统无法互联互通。
目前手机公司对UWB还是观望，主要原因一是回答不了UWB到底给谁用的问题，二来苹果的UWB方案其他手机公司并不认可。
HPGPS建立后，手机UWB只需一个普通的皮法天线或陶瓷天线即可进行定位，任何一个手机方案公司都可以轻松完成设计，HPGPS输出数据就是标准的GPS经纬度，安卓、IOS操作系统中GPS信息早已成为标配，且经纬度信息精度都支持到了小数点后面十几位，手机底层软件只需把UWB解算结果对接到操作系统的GPS接口，再安装一个百度、高德、谷歌的高精度地图软件，就能进行厘米级三维定位、导航，手机UWB导航、导游、导医、导购成为新热点，高达厘米级定位精度将打开一个无法想象的增量市场，困扰手机公司多年的UWB到底怎么进手机的问题有了明确答案就此尘埃落定。
学生卡、老人卡
这也是GPS时代位置服务存活下来却一直半死不活的一个行业，积累了庞大的客户群却因GPS短板一直都在进一退二的尴尬境地中挣扎，由于在认知、技术、客户等方面的优势，HPGPS将率先在这些行业攻城略地。
HPGPS将解决多年以来学生卡存在的诸多问题，达到学校、家长、学生、移动公司共赢的和谐局面，老人卡助力解决老人防走失、生病、跌倒等诸多社会问题。这些都是过亿的2C市场应用，更是UWB的拿手好戏，但是没有HPGPS实施起来困难重重。
物流、快递、外卖、送餐
由于没有高精度机读位置信息，快递业喊了20年的无人机送快递始终只能停留在纸上。
HPGPS解决了最重要的机读位置信息，且精度达到厘米级，所有环节的信息需求全部实现了机读自动完成，操作全部闭环，以“无人机送快递”为代表的物流业自动化最后一公里问题圆满解决，这将给各大快递、物流、外卖、送餐企业带来一场颠覆。
人类的各种自动机器智能化水平已经武装到牙齿，却同样苦于没有位置信息而举步维艰，HPGPS的建立将使这些自动机器睁开眼睛，机器全面替代人工劳动、服务将踏上一个新的台阶。
防疫抗疫
借助HPGPS室内室外全覆盖的高精度定功能，有望建立全新体系，常态化、智能化、自动化监控管理人员行程、密接、时空交错等问题，空间精度可以[敏感词]到厘米时间可以[敏感词]到秒，精准管理人员接触、大幅减小疫情对社会生活的影响。
除了对人员活动、接触的监控管理，有了HPGPS就可以启用各种无人机、无人车实施物资自动、精准发放，解决疫情情况下的物资保供难题。
写在最后
从2013年第一颗UWB单芯片DW1000问世到今天，UWB磕磕绊绊走过近10个年头，国内最早从事UWB应用的江苏唐恩科技更是从2006年就开始与Ubisense合作，并于2008年引入Ubisense的S7000系统，应用于军事训练、电力安全、离散制造、展览分析等多个领域，国内高精度室内定位应用就此萌芽、发展。然而时至今日，整个UWB行业还是没能走出监狱、电厂的2B小圈子模式。
随着UWB在公众中认知度增强，UWB初创公司如雨后春笋成立，这对整个行业是一个巨大的利好，然而UWB到底是怎么回事、UWB到底能做什么、UWB到底该在哪个方向发力却依然是众多创业者的困惑。UWB芯片价格高高在上成了整个行业挥之不去的痛，这把高悬的达摩克里斯剑不仅在精神上束缚了众多开拓者的想象力，也在现实中严重制约、阻碍了创业者的创造力，比如本文提到的HPGPS，在现有的生态下就是一个遥不可及的梦。
国产芯片的出现打破了这一僵局，位置服务业想做却又不能做、不敢做的各种天量应用现在都有了实施的可能，而构建统一的地面高精度位置服务基础设施，更是众多位置服务从业者心中最宏大的梦想。以前苦于没有技术，UWB出现后又望芯片兴叹，这一切都随着国产芯片的登场、背书迎刃而解，伴随几个重量级客户闻风而动联合起来迈出关键一脚，UWB芯片-用户-应用的良性互动已经破冰，HPGPS已经破土动工。随着HPGPS的不断完善，各种2C的UWB应用有了基础平台，UWB应用已经开始迈入快车道。
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