2023汽车半导体生态峰会 || 驰芯半导体李宇：超宽带感知助力汽车智能化新纪元
以“链启芯程 · 智造未来”为主题的“2023汽车半导体生态峰会暨全球汽车电子博览会”，由广东省工业和信息化厅、深圳市工业和信息化局、中国能源汽车传播集团指导，《中国汽车报》社主办，爱集微承办，于2023年9月26日至27日在深圳福田会议中心隆重召开。
本届峰会坚持行业领袖峰会的高端定位，全面助力产业间深度融合与创新，推动上下游产业链伙伴携手合作，共同构建具有全球竞争力的汽车科技创新新生态。
峰会现场，多领域、多视角开展的20场特色活动，囊括主峰会、技术研讨、项目路演、专业展览、交流盛宴等，汇聚政、产、学、研、用、投等多个产业圈层，围绕全球及中国汽车半导体产业热点展开交流，峰会重点聚焦新技术、新趋势，深入剖析汽车半导体各细分领域的发展机遇和挑战，近百个精彩纷呈的演讲，共同呈现出一幅专业而全面的思维图景。
其中，在9月26日举办的“感知专场”， 长沙驰芯半导体科技有限公司解决方案部总监李宇博士做了题为《超宽带感知助力汽车智能化新纪元》的精彩演讲。以下内容为现场演讲实录：
李宇：首先非常荣幸今天能站在这里跟大家分享超宽带技术在汽车上的应用。
长沙驰芯半导体科技有限公司解决方案部总监 李宇
超宽带也是最近两年才作为汽车钥匙应用被汽车领域的专家所了解，所以我会先从超宽带技术怎么和汽车结缘开始讲起，以及简单介绍一下超宽带技术的基本原理，然后再和大家探讨一下超宽带除了做车钥匙，还能给汽车感知功能提供哪些可能性，最后再分享一下UWB技术演进的方向，因为UWB技术不止是在汽车，它在物联网、手机上都是蓬勃发展的态势，它的协议制定都是比较激进的状态，陆续也有很多组织会推出自己的协议标准。
这个CCC联盟，它是致力于让手机怎么能跟汽车取得联动，最基本的就是一个钥匙，还有就是入车或者车外的其它的功能。这个联盟在2021年7月份在它的第三版协议里面，把UWB技术定义为第三代智能钥匙必备的技术，也就是说第三代的智能车钥匙是一个UWB+BLE+NFC融合的钥匙系统，这个标准里面同时规范了UWB的物理层和安全协议，我们可以根据它的规范开发出一套完整的智能车钥匙的方案。
CCC联盟的创始人包括我们熟知的一些汽车厂商，以及电子产品厂商，比如小米、苹果等等。长沙驰芯半导体也是在2021年的时候加入了CCC联盟。长沙驰芯半导体成立于2020年6月份，总部位于长沙高新区，在上海有子公司，在上海和长沙同时都有研发中心，是一个比较年轻的公司。目前我们就聚焦于一款产品，就是超宽带的芯片。目前我们已经推出了CX310系列的UWB SoC芯片，我们的芯片已经通过了FiRa联盟的认证，并和多种商用终端做了互联互通的测试。
我们这款芯片现在也是国内外UWB芯片里面功耗表现最好的一颗，得到了业内头部客户的认可。我们的性能与国外的竞品保持同样水平的前提下，我们做到了更低的功耗。
什么是超宽带？顾名思义，它的带宽非常宽。现在国际上统一的认定方式是，你的无线通信的带宽大于500MHz的时候，就被叫做超宽带的技术。我们从这个图里也可以清晰看到，它和现在典型用的蓝牙或者是高速通信的Wifi带宽的直观对比。大的带宽带来的就是很短的符号长度，也就是一个500M带宽，它的符号就是2ns。这些是UWB的立身之本，它可以基于它的很短的符号时长，做到厘米级测距的精度。
除此之外，作为一个优秀的通信技术，它的安全性做得也非常好，包括它本身是一个大带宽的信号，采用脉冲技术的通信，不容易像蓝牙或者wifi那样被注入攻击，或者是被中继器放大之后导致接收方误判。UWB里面还包含动态的STS加密的同步序列，它既可以保证多样性，又可以避免互相干扰，因为大家的密钥不同，不会被互相干扰。
接下来了解一下超宽带的感知能力。我把它分成主动感知和被动感知两种方式。主动感知，比如说拿到一个超宽带设备，你要感知我的距离、方位，同时我要携带一个超宽带的设备，我们两个都有超宽带设备的时候，可以互相做一个精准的测距，这个测距最常规的就是可以做到厘米级的，现在wifi、蓝牙、5G基站也有一些定位，但是它们的定位最多是做到分米级的，它本身是一个通信技术，要做到分米级，也是要有很大代价的。同时还有一个精准的测向功能，它和现在典型技术的原理是一样的，但是不同的是我们的符号非常短，测向也是我们找到第一条直射的径，这个符号非常短的话，它和其它多径的干扰就非常容易在时间上分派，我们就不用设计多余的天线，通过复杂的算法把我想要的方向找到。而是直接从时域上就能找到来向。
在被动感知方面，我们叫被动感知，通常也是大家理解的雷达，UWB的被动感知分成两种，一种是单站雷达，我们常规认知的一个设备自发自收，能够感知到天线辐射范围的回波，这是单站雷达。多站雷达就是得益于UWB，它的雷达在算法原理实现上不依赖于发射信号和接收信号完全的时钟同步。我的两个设备在进行UWB通信的过程中，同时会有其它方向的波，其它波照到这个位置，然后反射到对端设备的接收机上，同样也是一个雷达。所以基于这种思考，我们可以做成一个雷达的网络，每个雷达既是多站雷达里面的节点，又是一个独立的单站雷达，这就给UWB感知提供了很多的想象空间。
看看UWB上车的初衷，它是作为第三代智能车钥匙，现在已经经过了两年的发展，有不少车型都有上车成功的案例。我这里给出了两种比较典型的布局，分别是采用了5锚点和4锚点的方式，倒也不是说谁优谁劣，而是根据不同的车型，以及达到对钥匙感知的效果来设定的方案。就像前面说的，我们今天聊的不是主要讲这个钥匙的功能，而是讲UWB上车后，接下来UWB还能提供什么。
这是一个地下车库的场景，我们到一个很大的商场地下停车场，找车位很麻烦，离开商场的时候再找自己的车也非常麻烦。UWB有一种定位方式叫做下行TDoA，可能大家对这个比较陌生，实际上它的原理是跟卫星定位系统是一模一样的，而且它可以做到厘米级定位。在这样的场景下，如果说基础设施完善以后，不止可以解决找车位难、找车难的问题，甚至可以不需要将车亲自开到车位、亲自把车取出来，因为我们有厘米级的场景内的定位，可以规避很多问题，还会基于前面各位专家介绍的驾驶辅助的功能，在车库里面可以解决自动停车、车辆自动出来等候你的过程，这是非常容易实现的。
还有一个应用方向，我把它叫CAR ID，如果我们把汽车当成一个智能终端来看，现在能成为CAR ID的功能有哪些呢？第一个是车牌，我们到一个停车场，或者是到单位，他要看你的车牌是不是在这里登记过的，或者说我登记之后豁免收费，车牌可能会受环境、雨雪天气的影响，摄像头照得不太准，还有就是这个摄像头的设备完全取决于对方，你没法保证它的质量，导致可能很多时候没办法很顺利识别。现在还有一种比较成熟的方案是ETC，相信大家都用过ETC的功能，在高速收费的场景比较好用。但是它也存在很多问题，一个是它的系统过于复杂，这里我展示了一个标准ETC系统所需要的部件，要想推广到一些更加民用、更加实用的日常场景里面也是非常困难的。
对比了这两者，UWB可以做到精准的感知，包括收费、进停车场、车位锁，到了我的车位旁边，车位锁自动解开，我离开之后，它自动抬起来，没有人占我的车位。还有充电桩收费，我的车辆信息传递给你了，离开之后自动扣费。所以作为CAR ID来说，如果真正被一些基础设施开发起来，会有很多的应用场景。
（见PPT）这是一个比较沉重的话题，几乎每隔一段时间就会有这样的新闻，就是小孩被遗忘在车里，没有及时发现而造成不幸。欧洲NCAP在2018年就规定要实现儿童在车内的检测功能，相信这种环境下，中国的NCAP也会很快加入到这个要求。基于UWB技术被动感知的功能，它在车内也是一个非常好的CPD的技术。它应用在两个场景，一个是儿童或者宠物在车内动，我能检查到。他睡着了或者晕厥了，我也能探测出来。我们基于多普勒雷达的功能探测到他在动，然后开发一个基于呼吸检测、生命检测的毫米级微弱扰动检测的能力，也可以实现这个功能。UWB雷达还有一个好处，它的穿透性相比一些现在的技术（典型的就是视觉和毫米波），它的载频通常是8Ghz，穿透性要好很多，而且它的回波探测能力也可以非常容易检测到生命信号。还有就是功耗的问题，因为这是一个停车的雷达，我的车24小时都要开着这个雷达，所以功耗非常重要，我们做过实车的测试，我们的平均功耗可以做到10毫瓦以下，是SoC芯片的平均功耗。
如果你的车比较大，场景比较复杂，你也可以采用两锚点的方式，这时候你得到的不是两个雷达，而是三个雷达。就像我刚才说的，UWB雷达具有多站雷达的功能，两个锚点不仅可以独立作为一个雷达，对车辆的不同部分进行探测，还可以互相之间组成一个双站雷达，这样就可以拿到非常多的信息，保证对车内的探测不留任何死角。
这是我们实际测试的结果，对一个呼吸信号进行检测，可以看到是一个明显的周期信号，上面有一些毛刺，这是在比较逼仄的环境下测的，可以看出很好的检测结果。
接下来跟大家探讨一下UWB上车以后还能提供的一些人和车之间交互的新体验和功能，我把它分成了两类，一类是Key in hand，就是我手里拿着钥匙，这时候我就可以定义非常多的场景，首先我的车和钥匙之间可以做一个非常精准的定位，我可以在车外画一个三角形、画一个对号、错号，我定义一个车门落锁、后备厢开启，这些都可以使定，它对动作识别非常准确，如果钥匙在你手上的时候。还有一个是Key in pocket，这时候你不用操纵钥匙，你可以通过身体的动作，来进行车辆的操控。比如说钥匙在兜里，我走到车后，车辆探测到我在它后面，同时UWB有近场的功能，比如我定义一个脚踢来回的动作，根据多普勒的速度和距离来定义这么一个模式，它就自动开启后备厢，这个可靠性也比当前市面上的方案效果更好，它的功耗也是很低的，是几毫瓦级别的功耗。
接下来分享一下UWB后续的演进，以及我们即将推出的一些新的功能。第一个是NBA-MMS技术，直白一点来讲，UWB现在是有一个限制，在中国是限制了UWB的平均发射功率不能超过-41.3DBM/MHz，现在的协议标准定义了全新的物理层结构，把相应的内容做分时的发送，在分时的过程中其他的内容也可以进行通信，这样就不会降低我的系统容量，但是可以大大提高链路预算。右边这张图展示的就是当链路预算每增加6dB，测距距离会增加一倍，这个技术是非常实用的，我们下一代的芯片也把这个技术加进去，也是一个重大的优化。
还有一个是Frequency stitching技术，也就是频谱拼接的技术，它主要是改变一些物理层、射频、数字信号处理的方式，在UWB的带宽不增加的情况下，比如说现在是一个500M带宽的UWB芯片，可以通过频谱拼接技术、信号处理的算法，在接收端把若干个500M带宽的信号组合成一个1G以上的带宽信号，这样带来的好处是，因为UWB的雷达距离分辨率和角度分辨率都是直接和信号带宽相关的，如果我们做到1G以上的带宽，这时候距离分辨率就会进一步降低，现在典型的带宽距离分辨率是7.5厘米，如果做到1G以上，可以缩短到3.5厘米的距离分辨率，并且在角度上也有一些改善。
在我们拿到这些新的技术以及结合当前的UWB技术，还能干什么？刚才讲的场景都是在车停止或者是要驻车过程中的应用，当有了更远的通信距离、更精确的雷达探测，而且我们有更好的抗多用户、抗互干扰，以及8G的载频，电磁波在空气中传输，在10G以下的时候没有什么影响，当载频大于10G以上，雨水、雾天的影响非常显著，它的穿透性几乎不会受雨雪天气的影响。我们认为UWB技术以后在车路协同是一个非常有潜力的应用。具体来讲，现在的V2X典型的一个技术是CV2X，具体来说就是路面的基础设施或者是车辆之间会交换一些信号，比如说我的车是不是在等红灯，或者红绿灯把这个信息传递给你，我还有多长时间走完，这是一个信息。如果加上UWB技术，我们不止传递这些精准的信息，精准的测距可以把我距离当前的路牌有多少米，我距离前车多少米，都可以实时更新这个结果，这就是一个主动感知的能力。相比于被动感知，它一个实实在在的东西，不需要做估计，不需要通过经验统计，它就是真实的结果，我相信这样会为我们未来的交通提供更安全的保障，也提供更多的可能性。
最后谢谢大家的聆听，如果大家对UWB感兴趣，或者对UWB芯片感兴趣，或者对驰芯的UWB芯片感兴趣，都欢迎与我联系。
