2023汽車半導體生態峰會 || 馳芯半導體李宇：超寬帶感知助力汽車智能化新紀元
以“鏈啟芯程 · 智造未來”為主題的“2023汽車半導體生態峰會暨全球汽車電子博覽會”，由廣東省工業和信息化廳、深圳市工業和信息化局、中國能源汽車傳播集團指導，《中國汽車報》社主辦，愛集微承辦，于2023年9月26日至27日在深圳福田會議中心隆重召開。
本屆峰會堅持行業領袖峰會的高端定位，全面助力產業間深度融合與創新，推動上下游產業鏈伙伴攜手合作，共同構建具有全球競爭力的汽車科技創新新生態。
峰會現場，多領域、多視角開展的20場特色活動，囊括主峰會、技術研討、項目路演、專業展覽、交流盛宴等，匯聚政、產、學、研、用、投等多個產業圈層，圍繞全球及中國汽車半導體產業熱點展開交流，峰會重點聚焦新技術、新趨勢，深入剖析汽車半導體各細分領域的發展機遇和挑戰，近百個精彩紛呈的演講，共同呈現出一幅專業而全面的思維圖景。
其中，在9月26日舉辦的“感知專場”， 長沙馳芯半導體科技有限公司解決方案部總監李宇博士做了題為《超寬帶感知助力汽車智能化新紀元》的精彩演講。以下內容為現場演講實錄：
李宇：首先非常榮幸今天能站在這里跟大家分享超寬帶技術在汽車上的應用。
長沙馳芯半導體科技有限公司解決方案部總監 李宇
超寬帶也是最近兩年才作為汽車鑰匙應用被汽車領域的專家所了解，所以我會先從超寬帶技術怎么和汽車結緣開始講起，以及簡單介紹一下超寬帶技術的基本原理，然后再和大家探討一下超寬帶除了做車鑰匙，還能給汽車感知功能提供哪些可能性，最后再分享一下UWB技術演進的方向，因為UWB技術不止是在汽車，它在物聯網、手機上都是蓬勃發展的態勢，它的協議制定都是比較激進的狀態，陸續也有很多組織會推出自己的協議標準。
這個CCC聯盟，它是致力于讓手機怎么能跟汽車取得聯動，最基本的就是一個鑰匙，還有就是入車或者車外的其它的功能。這個聯盟在2021年7月份在它的第三版協議里面，把UWB技術定義為第三代智能鑰匙必備的技術，也就是說第三代的智能車鑰匙是一個UWB+BLE+NFC融合的鑰匙系統，這個標準里面同時規范了UWB的物理層和安全協議，我們可以根據它的規范開發出一套完整的智能車鑰匙的方案。
CCC聯盟的創始人包括我們熟知的一些汽車廠商，以及電子產品廠商，比如小米、蘋果等等。長沙馳芯半導體也是在2021年的時候加入了CCC聯盟。長沙馳芯半導體成立于2020年6月份，總部位于長沙高新區，在上海有子公司，在上海和長沙同時都有研發中心，是一個比較年輕的公司。目前我們就聚焦于一款產品，就是超寬帶的芯片。目前我們已經推出了CX310系列的UWB SoC芯片，我們的芯片已經通過了FiRa聯盟的認證，并和多種商用終端做了互聯互通的測試。
我們這款芯片現在也是國內外UWB芯片里面功耗表現最好的一顆，得到了業內頭部客戶的認可。我們的性能與國外的競品保持同樣水平的前提下，我們做到了更低的功耗。
什么是超寬帶？顧名思義，它的帶寬非常寬。現在國際上統一的認定方式是，你的無線通信的帶寬大于500MHz的時候，就被叫做超寬帶的技術。我們從這個圖里也可以清晰看到，它和現在典型用的藍牙或者是高速通信的Wifi帶寬的直觀對比。大的帶寬帶來的就是很短的符號長度，也就是一個500M帶寬，它的符號就是2ns。這些是UWB的立身之本，它可以基于它的很短的符號時長，做到厘米級測距的精度。
除此之外，作為一個優秀的通信技術，它的安全性做得也非常好，包括它本身是一個大帶寬的信號，采用脈沖技術的通信，不容易像藍牙或者wifi那樣被注入攻擊，或者是被中繼器放大之后導致接收方誤判。UWB里面還包含動態的STS加密的同步序列，它既可以保證多樣性，又可以避免互相干擾，因為大家的密鑰不同，不會被互相干擾。
接下來了解一下超寬帶的感知能力。我把它分成主動感知和被動感知兩種方式。主動感知，比如說拿到一個超寬帶設備，你要感知我的距離、方位，同時我要攜帶一個超寬帶的設備，我們兩個都有超寬帶設備的時候，可以互相做一個精準的測距，這個測距最常規的就是可以做到厘米級的，現在wifi、藍牙、5G基站也有一些定位，但是它們的定位最多是做到分米級的，它本身是一個通信技術，要做到分米級，也是要有很大代價的。同時還有一個精準的測向功能，它和現在典型技術的原理是一樣的，但是不同的是我們的符號非常短，測向也是我們找到第一條直射的徑，這個符號非常短的話，它和其它多徑的干擾就非常容易在時間上分派，我們就不用設計多余的天線，通過復雜的算法把我想要的方向找到。而是直接從時域上就能找到來向。
在被動感知方面，我們叫被動感知，通常也是大家理解的雷達，UWB的被動感知分成兩種，一種是單站雷達，我們常規認知的一個設備自發自收，能夠感知到天線輻射范圍的回波，這是單站雷達。多站雷達就是得益于UWB，它的雷達在算法原理實現上不依賴于發射信號和接收信號完全的時鐘同步。我的兩個設備在進行UWB通信的過程中，同時會有其它方向的波，其它波照到這個位置，然后反射到對端設備的接收機上，同樣也是一個雷達。所以基于這種思考，我們可以做成一個雷達的網絡，每個雷達既是多站雷達里面的節點，又是一個獨立的單站雷達，這就給UWB感知提供了很多的想象空間。
看看UWB上車的初衷，它是作為第三代智能車鑰匙，現在已經經過了兩年的發展，有不少車型都有上車成功的案例。我這里給出了兩種比較典型的布局，分別是采用了5錨點和4錨點的方式，倒也不是說誰優誰劣，而是根據不同的車型，以及達到對鑰匙感知的效果來設定的方案。就像前面說的，我們今天聊的不是主要講這個鑰匙的功能，而是講UWB上車后，接下來UWB還能提供什么。
這是一個地下車庫的場景，我們到一個很大的商場地下停車場，找車位很麻煩，離開商場的時候再找自己的車也非常麻煩。UWB有一種定位方式叫做下行TDoA，可能大家對這個比較陌生，實際上它的原理是跟衛星定位系統是一模一樣的，而且它可以做到厘米級定位。在這樣的場景下，如果說基礎設施完善以后，不止可以解決找車位難、找車難的問題，甚至可以不需要將車親自開到車位、親自把車取出來，因為我們有厘米級的場景內的定位，可以規避很多問題，還會基于前面各位專家介紹的駕駛輔助的功能，在車庫里面可以解決自動停車、車輛自動出來等候你的過程，這是非常容易實現的。
還有一個應用方向，我把它叫CAR ID，如果我們把汽車當成一個智能終端來看，現在能成為CAR ID的功能有哪些呢？第一個是車牌，我們到一個停車場，或者是到單位，他要看你的車牌是不是在這里登記過的，或者說我登記之后豁免收費，車牌可能會受環境、雨雪天氣的影響，攝像頭照得不太準，還有就是這個攝像頭的設備完全取決于對方，你沒法保證它的質量，導致可能很多時候沒辦法很順利識別。現在還有一種比較成熟的方案是ETC，相信大家都用過ETC的功能，在高速收費的場景比較好用。但是它也存在很多問題，一個是它的系統過于復雜，這里我展示了一個標準ETC系統所需要的部件，要想推廣到一些更加民用、更加實用的日常場景里面也是非常困難的。
對比了這兩者，UWB可以做到精準的感知，包括收費、進停車場、車位鎖，到了我的車位旁邊，車位鎖自動解開，我離開之后，它自動抬起來，沒有人占我的車位。還有充電樁收費，我的車輛信息傳遞給你了，離開之后自動扣費。所以作為CAR ID來說，如果真正被一些基礎設施開發起來，會有很多的應用場景。
（見PPT）這是一個比較沉重的話題，幾乎每隔一段時間就會有這樣的新聞，就是小孩被遺忘在車里，沒有及時發現而造成不幸。歐洲NCAP在2018年就規定要實現兒童在車內的檢測功能，相信這種環境下，中國的NCAP也會很快加入到這個要求。基于UWB技術被動感知的功能，它在車內也是一個非常好的CPD的技術。它應用在兩個場景，一個是兒童或者寵物在車內動，我能檢查到。他睡著了或者暈厥了，我也能探測出來。我們基于多普勒雷達的功能探測到他在動，然后開發一個基于呼吸檢測、生命檢測的毫米級微弱擾動檢測的能力，也可以實現這個功能。UWB雷達還有一個好處，它的穿透性相比一些現在的技術（典型的就是視覺和毫米波），它的載頻通常是8Ghz，穿透性要好很多，而且它的回波探測能力也可以非常容易檢測到生命信號。還有就是功耗的問題，因為這是一個停車的雷達，我的車24小時都要開著這個雷達，所以功耗非常重要，我們做過實車的測試，我們的平均功耗可以做到10毫瓦以下，是SoC芯片的平均功耗。
如果你的車比較大，場景比較復雜，你也可以采用兩錨點的方式，這時候你得到的不是兩個雷達，而是三個雷達。就像我剛才說的，UWB雷達具有多站雷達的功能，兩個錨點不僅可以獨立作為一個雷達，對車輛的不同部分進行探測，還可以互相之間組成一個雙站雷達，這樣就可以拿到非常多的信息，保證對車內的探測不留任何死角。
這是我們實際測試的結果，對一個呼吸信號進行檢測，可以看到是一個明顯的周期信號，上面有一些毛刺，這是在比較逼仄的環境下測的，可以看出很好的檢測結果。
接下來跟大家探討一下UWB上車以后還能提供的一些人和車之間交互的新體驗和功能，我把它分成了兩類，一類是Key in hand，就是我手里拿著鑰匙，這時候我就可以定義非常多的場景，首先我的車和鑰匙之間可以做一個非常精準的定位，我可以在車外畫一個三角形、畫一個對號、錯號，我定義一個車門落鎖、后備廂開啟，這些都可以使定，它對動作識別非常準確，如果鑰匙在你手上的時候。還有一個是Key in pocket，這時候你不用操縱鑰匙，你可以通過身體的動作，來進行車輛的操控。比如說鑰匙在兜里，我走到車后，車輛探測到我在它后面，同時UWB有近場的功能，比如我定義一個腳踢來回的動作，根據多普勒的速度和距離來定義這么一個模式，它就自動開啟后備廂，這個可靠性也比當前市面上的方案效果更好，它的功耗也是很低的，是幾毫瓦級別的功耗。
接下來分享一下UWB后續的演進，以及我們即將推出的一些新的功能。第一個是NBA-MMS技術，直白一點來講，UWB現在是有一個限制，在中國是限制了UWB的平均發射功率不能超過-41.3DBM/MHz，現在的協議標準定義了全新的物理層結構，把相應的內容做分時的發送，在分時的過程中其他的內容也可以進行通信，這樣就不會降低我的系統容量，但是可以大大提高鏈路預算。右邊這張圖展示的就是當鏈路預算每增加6dB，測距距離會增加一倍，這個技術是非常實用的，我們下一代的芯片也把這個技術加進去，也是一個重大的優化。
還有一個是Frequency stitching技術，也就是頻譜拼接的技術，它主要是改變一些物理層、射頻、數字信號處理的方式，在UWB的帶寬不增加的情況下，比如說現在是一個500M帶寬的UWB芯片，可以通過頻譜拼接技術、信號處理的算法，在接收端把若干個500M帶寬的信號組合成一個1G以上的帶寬信號，這樣帶來的好處是，因為UWB的雷達距離分辨率和角度分辨率都是直接和信號帶寬相關的，如果我們做到1G以上的帶寬，這時候距離分辨率就會進一步降低，現在典型的帶寬距離分辨率是7.5厘米，如果做到1G以上，可以縮短到3.5厘米的距離分辨率，并且在角度上也有一些改善。
在我們拿到這些新的技術以及結合當前的UWB技術，還能干什么？剛才講的場景都是在車停止或者是要駐車過程中的應用，當有了更遠的通信距離、更精確的雷達探測，而且我們有更好的抗多用戶、抗互干擾，以及8G的載頻，電磁波在空氣中傳輸，在10G以下的時候沒有什么影響，當載頻大于10G以上，雨水、霧天的影響非常顯著，它的穿透性幾乎不會受雨雪天氣的影響。我們認為UWB技術以后在車路協同是一個非常有潛力的應用。具體來講，現在的V2X典型的一個技術是CV2X，具體來說就是路面的基礎設施或者是車輛之間會交換一些信號，比如說我的車是不是在等紅燈，或者紅綠燈把這個信息傳遞給你，我還有多長時間走完，這是一個信息。如果加上UWB技術，我們不止傳遞這些精準的信息，精準的測距可以把我距離當前的路牌有多少米，我距離前車多少米，都可以實時更新這個結果，這就是一個主動感知的能力。相比于被動感知，它一個實實在在的東西，不需要做估計，不需要通過經驗統計，它就是真實的結果，我相信這樣會為我們未來的交通提供更安全的保障，也提供更多的可能性。
最后謝謝大家的聆聽，如果大家對UWB感興趣，或者對UWB芯片感興趣，或者對馳芯的UWB芯片感興趣，都歡迎與我聯系。
