可用于AR/VR的UWB通信定位芯片技术解析

2023-05-17

在探讨AR与VR应用的交互体验优化之道时,深圳市纽瑞芯科技公司在聚焦元宇宙发展的第十三届松山湖中国IC创新高峰会议上,提出了其专为增强现实及虚拟现实领域设计的一款UWB通信定位芯片,并深入解析了该技术如何重塑沉浸式体验。

纽瑞芯公司市场销售副总裁张海昆在演讲中强调了UWB技术天然具备的高精度测距特性,在结合多通道与多天线系统后,能够实现更为精准的角度测量,从而提供三维空间中的精确定位。UWB技术凭借其强大的多级抗干扰能力及优秀的环境适应性,确保了即使是在复杂环境中也能保持稳定、准确的定位性能,并且,其安全性高,成为室内定位的理想解决方案。

此外,UWB技术不仅限于测距与测角的功能,还涵盖了雷达感知功能以及高速低延迟的数据传输能力,这些基本的技术特性构成了UWB在ARVR领域广泛应用的基础。通过这些特性,UWB芯片显著提升了空间感知互动的体验质量,为用户带来了更为流畅、逼真的沉浸式感受。

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由上图直观对比揭示,在室内定位领域中,UWB测距精确度理论上可达厘米级别,而在实际工程应用中则能够实现亚米级精度,其覆盖范围远达百米以上。这种技术特别适合于高精准性、密集场景以及高频次定位需求。

早在三十年前,UWB通信便在科研及产业领域崭露头角。2002年2月,美国联邦通信委员会正式批准UWB技术进入民用市场,并为其定义了新的范畴:拥有相对带宽超过20%或-10dB带宽超出500MHz的无线电信号。UWB通过使用纳秒至微微秒级的非正弦窄脉冲进行数据传输,利用在较宽频谱上发送极低功率信号的方式,在约十米范围内实现了高达数百兆比特每秒至数十亿比特每秒的数据传输速度。

UWB技术以其卓越的抗干扰性能、高速传输速率、超宽带宽以及低能耗特性,在包括室内通信、高速无线网络、家庭联网、无绳电话系统、安全监控、精准定位与雷达应用等多元场景中展现出了广泛的应用前景。其优势在于能够提供高密度数据传输,同时确保了信号的稳定性和可靠性。

在现有31.2兆赫兹的数传能力基础上,我们公司已成功扩展至124.8兆赫兹,这一提升为实现短距离内音频、视频及低延迟数据传输提供了更为高效、保真的方案。UWB技术在8G频段下信号干扰极小的特点,使其成为车内、室内与办公场所的理想选择。

通过部署UWB作为定位系统的关键节点,并结合其雷达功能的启用,我们不仅能够实现空间感知的精确度提升,还进一步增强了环境交互能力,提供了一种高效、安全且可靠的解决方案。

"该方案成功实现了对高性能雷达效果的支持,同时巧妙地控制了额外成本的增长幅度,无疑是一套优美的解决方案。追溯至20年前,UWB技术更多聚焦于高速数据传输领域,并逐步拓展至雷达功能的应用;近年来,室内定位场景逐渐成为UWB技术的热门使用范畴。这一转变的关键节点在于两个具有里程碑意义的事件:其一,即FiRa联盟的正式成立;其二,则是苹果将UWB芯片引入至iPhone11系列,这不仅为UWB技术在消费电子领域的广泛应用铺平了道路,也标志着UWB技术发展进程中的重要一步。"

继苹果在其一系列手机产品中持续采用UWB芯片之后,这一先进科技逐渐得到普及与扩展。紧随其后的是三星、小米和谷歌等科技巨头,在他们的可穿戴设备及智能家居解决方案中相继集成UWB技术及其功能。在汽车领域,宝马引领潮流,并且已经成功实现了UWB数字车钥匙方案的实施,从而推动了该领域的快速发展。

UWB技术在这几年内持续进步与完善,尽管在此过程中面临着技术和实践上的挑战。最近,魅族在智能手机上引入UWB芯片,而一些汽车品牌也采用了UWB作为智能车钥匙的技术应用,这标志着UWB技术在各领域深入融合的进程已显著加速。这一系列发展不仅展示了UWB技术的潜力和实用性,同时也体现了其在现代科技产品中的重要地位及广泛适用性。

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UWB的潜力及其广泛应用前景,引发了广泛的关注与期待。随着科技领域的不断演进和突破,特别是在物联网、定位服务、数据传输等多个关键领域中的深入应用,UWB技术正逐渐崭露头角,展现出其革命性的效能与优势。

通过提供高速率的数据传输能力以及厘米级的精准定位精度,UWB在智能家居、智能制造、医疗健康、物流追踪等众多场景中展现出巨大潜力。随着关键技术的不断成熟和成本的有效控制,UWB的应用范围有望实现爆炸式增长。

展望未来,随着行业标准的进一步完善与全球范围内技术普及率的提升,UWB技术的应用生态将迎来全面爆发。这不仅将推动多个产业领域的技术创新与升级,还将为用户带来更加高效、便捷且智能的生活体验和工作环境。因此,UWB的技术发展及应用前景十分光明,其未来的潜力值得高度关注与期待。

张海昆深入洞察了UWB技术的初始阶段时,公司对其未来的深刻思考不仅局限于最初的定位场景,而是放眼于更广泛的市场潜力。他明确指出了手机行业的领头羊——苹果及其同行们,以及一众汽车厂商将会在智能手机与智能汽车领域双轮驱动下,对UWB技术产生巨大推动力。

纽瑞芯坚信,在智能家居、增强现实、虚拟现实、智能穿戴设备和无感支付等应用领域,UWB技术的热度将持续攀升。目前,已有多个项目在推进过程中,进一步证实了这一趋势。在讨论AR与VR的核心组件时,张海昆强调了计算、光学以及传感器的重要性,并指出了纽瑞芯在模拟计算方面所做的工作,旨在通过减少数字计算过程中的时间损耗和提升性能,同时降低系统功耗。

UWB不仅是一个独立的传感器,它与其他传感器协同作用,在空间感知与数据传输方面提供关键支持。借助于UWB技术,AR与VR应用能实现更高精度、更安全的数据交互以及低延迟的数据传输效果。在具体的场景应用中,如各节点之间形成良好的基于空间感知的互动,用户体验和交互体验将得到显著增强。

张海昆指出,UWB作为技术组件,在提升整体产业体验方面扮演着关键角色。特别是在需要精准位置感知的领域,UWB能够提供不可或缺的支持,确保在智能家居、AR、VR、智能穿戴等应用场景中实现无缝连接与高效沟通。

当前系统融合了摄像头与光学元件,其准确度达到了极高的水平。然而,仍存在视觉上的局限性,特别是在光线昏暗的环境中或有盲区的情况下。在这些挑战面前,超宽带技术成为了一种卓越的辅助手段,有效提升了空间定位的感知能力,并成功规避了陀螺仪加速度计可能引发的累积误差。

对于固定环境内的应用,纽瑞芯的UWB解决方案能够实现室内空间的全面构建,通过与外部锚点的配合使用,使得对精确位置的感知达到了前所未有的水平。这一技术特性不仅使AR体验更加逼真且流畅,还能让设备间的智能交互更为精准和高效。

综上所述,UWB技术在增强AR、VR体验方面发挥着关键作用,不仅提升了空间感知的准确度与实时性,还促进了不同设备之间的协同与互动,为用户带来前所未有的沉浸式体验。

纽瑞芯公司的UWB定位芯片,作为先进无线通信技术的杰出代表,其设计与性能均达到了行业领先水平。这款芯片专为实现超精准、低功耗的UWB定位解决方案而优化,融合了最前沿的技术理念和深厚的工程创新。它不仅提供了卓越的位置感知能力,还显著提升了设备间的协同效率与用户体验。纽瑞芯UWB定位芯片在物联网应用中展现出了无可比拟的优势,其应用场景广泛,包括但不限于智能物流、精准农业、室内导航等多个领域。通过利用这一技术,各行业能够实现更高效、更安全的操作流程,从而推动业务的创新发展。

张海昆强调,纽瑞芯科技成立于二零一六年十二月,其雄心壮志在于引领无线通信芯片领域的发展,矢志成为该领域的主导力量。公司拥有一支由国际顶尖芯片企业精英构成的核心团队,他们在手机核心芯片与汽车电子技术领域积累了世界一流的实践经验。

纽瑞芯始终坚持自主创新的开发路径,以提供涵盖智能手机、汽车电子设备、智能家居及穿戴装置乃至物联网等领域的核心无线通信解决方案以及高精度的空间感知定位技术为己任。特别在UWB技术方面,张海昆提及纽瑞芯科技作为全球首屈一指的企业,在业界率先实现了将UWB系统级芯片与视频前端模块全系统的整合,打造出一体化的系统芯片产品。

他表示:“依托我们独特的多通道整体架构芯片设计,纽瑞芯成功实现了前所未有的高精度三维立体定位能力。同时,这一方案还能够提供高质量的雷达感知反馈以及低延时的数据传输,确保了系统的实时响应与高效运作。尤为值得一提的是,纽瑞芯科技是全球首批遵循IEEE 802.15.4z协议标准并推出全系统UWB芯片的企业。”

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鉴于其对UWB技术的深入认知,我们前瞻性地进行了产品战略规划,将大熊座UWB芯片细分为三个专业系列:首推的800系列,充分利用了芯片架构中的多通道特性,以实现极高的角度测量和距离定位精度。这一系列主要应用于智能手机上的增强现实与虚拟现实设备中。

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第二款产品隶属于700系列,精心遵循严格的汽车行业标准和工艺流程制造而成,其最终目标是为了确保在汽车领域中的应用,如数字车钥匙等,能够实现最高级别的稳定性和可靠性,从而提供一款专为智能化用车环境设计的高级UWB系列产品。

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在追求极致性能与能效融合的路上,第六百系列以微信公众号为灵感来源,精心雕琢了芯片设计,旨在显著提升性价比,使之成为更加精简、灵活的解决方案,专为物联网领域量身定制。

于松山湖论坛上展示的是八百系列中的佼佼者——NRT81880。这款芯片由纽瑞芯研发,严格遵循IEEE 802.15.4 / 4z协议标准及FiRa联盟规范,内嵌一个高性能的ARM CortexTM-M4F微处理器单元,不仅支持先进的UWB三维度相位差到达和方位角算法,还集成了UWB雷达功能。通过这些技术整合与优化,NRT81880展现出其在物联网应用中的卓越性能潜力,成为提升系统效率、增强用户体验的关键元件。

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这款芯片集成了UWB技术与先进通信功能,采用了一种专为高效能而设计的1T3R架构。此配置旨在提升高精度的空间定位和实时距离测量能力,并增强AoA检测效能。其应用领域广泛,包括但不限于智能手机、消费电子产品以及工业自动化等多个场景。

相较于国际主流厂商同类UWB芯片产品,纽瑞芯显著提升了性能指标:测距精确度从3-10厘米优化至仅1厘米级别;测角精度亦大幅提升,从3-10度跃升至精准的1度;同时,测角范围拓展至正负90度,实现了近乎全方位覆盖;在最大测距方面,从过去的30-50米扩展至超出百米之外。此外,在数据传输速率上,纽瑞芯通过技术革新,将原有的31.2Mbps和27.2Mbps提升至高达124.8Mbps,这不仅确保了高速的数据流通,更实现了小于1毫秒的超低延迟通信体验,大幅提升了整体性能与用户体验。

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展望UWB技术的未来前景,他提出了数项精辟见解。首先,提升测距与测角的精确度和覆盖广度,尤其是高精度三维定位,是推动应用体验跃升的关键所在。其次,优化定位及物联网领域的基础设施构建,将多种定位技术融合互补,以进一步增强用户体验,充分挖掘雷达感知能力的潜力,并拓宽应用场景。

同时,加速实现高速低延迟的数据传输技术突破,预示着UWB即将迎来新的爆发增长点。他坚信纽瑞芯将以最优质的产品与深厚本土半导体情怀并举,携手产业同仁共同推进UWB行业的繁荣发展,同时也将不遗余力地推动增强现实和虚拟现实领域向前迈进!

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