【導(dǎo)讀】翹首已久的UWB新國標(biāo)終于落地了，這一舉措將大大加速UWB生態(tài)的繁榮發(fā)展。相較此前的藍(lán)牙、WiFi等無線通信技術(shù)，在新國標(biāo)的指引下，一個(gè)由中國培育的UWB生態(tài)鏈將逐漸壯大，并引領(lǐng)全球產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)“立足中國，引領(lǐng)世界”的目標(biāo)。
翹首已久的UWB新國標(biāo)終于落地了，這一舉措將大大加速UWB生態(tài)的繁榮發(fā)展。相較此前的藍(lán)牙、WiFi等無線通信技術(shù)，在新國標(biāo)的指引下，一個(gè)由中國培育的UWB生態(tài)鏈將逐漸壯大，并引領(lǐng)全球產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，真正實(shí)現(xiàn)“立足中國，引領(lǐng)世界”的目標(biāo)。
2024年4月29日，國家工業(yè)與信息化部發(fā)布了《超寬帶（UWB）設(shè)備無線電管理暫行規(guī)定》（以下簡稱新版《規(guī)定》），正式確定了超寬帶UWB無線電發(fā)射設(shè)備的射頻技術(shù)要求。隨著新規(guī)的發(fā)布，涉及UWB新技術(shù)與新設(shè)備的中國標(biāo)準(zhǔn)討論終于有了明確方向！新版《規(guī)定》正式開放了7163MHz至8812MHz的頻率范圍用于UWB技術(shù)與設(shè)備的開發(fā)，且信號(hào)帶寬不少于500MHz，主要應(yīng)用于短距離高速無線數(shù)據(jù)通信、定位、測距和感知等領(lǐng)域。
那么，相較以往的UWB國家標(biāo)準(zhǔn)，新版《規(guī)定》進(jìn)行了哪些修改和調(diào)整呢？在標(biāo)準(zhǔn)形成過程中經(jīng)歷了哪些探索？與國外UWB標(biāo)準(zhǔn)相比又有何創(chuàng)新與前瞻之處？本文將對(duì)此進(jìn)行詳細(xì)解讀，為您展示新《規(guī)定》中所蘊(yùn)含的深刻信息（文本約5千字，閱讀時(shí)間約18分鐘）。
解讀提綱：
oUWB國家標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了怎樣的前世今生？
o新版《規(guī)定》到底支持哪些UWB信道？
o新版《規(guī)定》對(duì)UWB技術(shù)是限制？還是鼓勵(lì)？
o新版《規(guī)定》為何旗幟鮮明地支持UWB大帶寬模式？
o為什么說新版《規(guī)定》“立足中國，引領(lǐng)世界”？
解讀一：UWB國家標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)歷了怎樣的前世今生？
眾所周知，無線通信的頻譜資源是一個(gè)國家和地區(qū)最重要的戰(zhàn)略資源之一。而一項(xiàng)國家標(biāo)準(zhǔn)的確定，既要基于現(xiàn)有技術(shù)情況，也要考慮未來的發(fā)展；既要符合國際通行規(guī)則，讓產(chǎn)品或服務(wù)便于參與全球市場的角逐，也要考慮國內(nèi)的特殊情況和需求。
歷經(jīng)多年發(fā)展，UWB超寬帶通信定位技術(shù)已經(jīng)從小眾的工業(yè)應(yīng)用逐漸發(fā)展成為大眾消費(fèi)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化平臺(tái)技術(shù)，涵蓋手機(jī)、汽車、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域。UWB無線通信的允許使用頻段必須同時(shí)滿足兩方面的要求，即UWB技術(shù)行業(yè)發(fā)展需求和國家政府的頻率技術(shù)規(guī)范。
國際學(xué)術(shù)委員會(huì)（例如IEEE 802．15．4標(biāo)準(zhǔn)化工作組）以及各個(gè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)（例如FiRa聯(lián)盟，CCC車聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟，ICCE智慧車聯(lián)產(chǎn)業(yè)生態(tài)聯(lián)盟，ICCOA智能車聯(lián)開放聯(lián)盟等）對(duì)UWB技術(shù)，特別是物理層（PHY）中UWB信號(hào)的頻率范圍都有相應(yīng)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和使用規(guī)范。但最終的發(fā)射頻率范圍需要符合國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。
為了更好地適應(yīng)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)和產(chǎn)業(yè)需求的變化，UWB國家標(biāo)準(zhǔn)先后歷經(jīng)數(shù)次調(diào)整。
早在2008年12月，工信部頒布了《超寬帶（UWB）技術(shù)頻率使用規(guī)定》【1】。然而，當(dāng)時(shí)UWB技術(shù)主要局限于工業(yè)級(jí)應(yīng)用，其定位測距和感知功能尚未標(biāo)準(zhǔn)化。
近年來，隨著UWB等無線電技術(shù)的發(fā)展，上述規(guī)定已經(jīng)不能完全適應(yīng)技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和管理需求。因此，2023年1月，工信部發(fā)布了《超寬帶（UWB）設(shè)備無線電管理規(guī)定（征求意見稿）》【2】，對(duì)UWB、發(fā)射功率以及限值等多個(gè)參數(shù)進(jìn)行了調(diào)整。其中最為顯著的變化是將UWB允許工作頻率限制在7235MHz至8750MHz之間。
圖1 UWB無線電發(fā)射設(shè)備射頻技術(shù)國家標(biāo)準(zhǔn)演進(jìn)歷程與參數(shù)對(duì)比
2023年8月，工信部向世界貿(mào)易組織（WTO）發(fā)布了《超寬帶（UWB）設(shè)備無線電管理規(guī)定》的技術(shù)性貿(mào)易壁壘通報(bào)【3】，更廣泛地調(diào)研與征集國內(nèi)外有關(guān)UWB技術(shù)管理的意見與反饋。這一版本在2023年1月版的征求意見稿的基礎(chǔ)上，適當(dāng)放寬了對(duì)UWB工作頻率的限制，修改后的允許工作頻率為7163MHz至8812MHz之間。然而，該版本引入了一個(gè)新的限制條件，即UWB信號(hào)帶寬（－10dB帶寬）不應(yīng)超過650MHz。
經(jīng)過長達(dá)一年多的意見征集與斟酌，2024年4月，工信部發(fā)布了最終版本的《超寬帶（UWB）設(shè)備無線電管理暫行規(guī)定》【4】，明確刪除了早前版本中關(guān)于信號(hào)帶寬650MHz上限的描述。同時(shí)，UWB允許使用頻率范圍維持在7163MHz至8812MHz之間。新版《規(guī)定》還明確了生效時(shí)限，即從2025年8月1日起，UWB設(shè)備需遵守新版《規(guī)定》。圖1展示了UWB無線電發(fā)射設(shè)備國家標(biāo)準(zhǔn)的演進(jìn)歷程，并對(duì)一些關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行了對(duì)比，其中紅色背景數(shù)據(jù)為較前一版本修改過的內(nèi)容。
解讀二：新版《規(guī)定》到底支持哪些UWB信道？
UWB作為一種無線通信技術(shù)，其信道定義通常采用IEEE 802．15．4協(xié)議對(duì)UWB技術(shù)物理層的定義。根據(jù)這一定義，UWB信道通常包括信道1到信道15，覆蓋的中心頻率范圍大致從約3．5GHz到約9．5GHz。每個(gè)UWB信道的信號(hào)帶寬不盡相同，大多數(shù)信道的信號(hào)帶寬約為500MHz，而信道4、信道7、信道11和信道15則屬于大帶寬模式，分別支持1331MHz、1082MHz、1331MHz和1355MHz的帶寬。新版《規(guī)定》明確支持使用信道8、9、10和11，其中信道11是帶寬為1331MHz的大帶寬模式。
圖2展示了UWB國家標(biāo)準(zhǔn)在各個(gè)階段對(duì)UWB信道的支持情況。2008年版的規(guī)定原則上可以支持從信道5到信道11的7個(gè)信道，但由于當(dāng)時(shí)UWB技術(shù)與設(shè)備尚未普及，實(shí)際上沒有太多產(chǎn)品使用這些頻段。在某些工業(yè)應(yīng)用中，例如煤礦巷道內(nèi)的人員設(shè)備監(jiān)測等，通信定位往往在相對(duì)封閉的特殊區(qū)域進(jìn)行，這些場景多使用信道2，且發(fā)射功率限值并未完全符合當(dāng)時(shí)的管理規(guī)定。
圖2 UWB國家標(biāo)準(zhǔn)支持信道情況及演進(jìn)歷程
新版《規(guī)定》對(duì)UWB信道的支持進(jìn)行了篩選，在滿足發(fā)射功率譜密度限制的情況下，支持8、9、10和11這4個(gè)UWB信道。值得注意的是，在新版《規(guī)定》的制定過程中，對(duì)是否支持大帶寬模式（信道11）進(jìn)行了多次探討，也是標(biāo)準(zhǔn)迭代過程中的關(guān)鍵焦點(diǎn)。從表中可以看出，2023年8月WTO征求意見稿中增加了650MHz的UWB帶寬上限這一限制，禁止了信道11在中國的使用。然而，2024年新版《規(guī)定》一錘定音，最終明確支持信道11的大帶寬模式。
圖3則描述了新版《規(guī)定》的UWB發(fā)射功率譜密度限值與IEEE 802．15．4協(xié)議族定義的UWB信道功率譜掩膜的對(duì)比。從圖中可以看出，新版《規(guī)定》完全支持了信道8、9、10和11在UWB帶內(nèi)（－10dB帶寬）的頻譜使用，但在發(fā)射帶外對(duì)發(fā)射功率譜密度進(jìn)行了相對(duì)更嚴(yán)格的限制。這也提出了更高的射頻技術(shù)要求，適用于即將進(jìn)入中國市場的UWB設(shè)備。
圖3 新版《規(guī)定》UWB發(fā)射功率譜密度限值與IEEE 802．15．4協(xié)議族定義的UWB信道功率譜掩膜對(duì)比
解讀三：新版《規(guī)定》對(duì)UWB技術(shù)是限制？還是鼓勵(lì)？
目前，業(yè)內(nèi)對(duì)工信部發(fā)布的新版《規(guī)定》存在一些誤解的聲音，認(rèn)為新的國家標(biāo)準(zhǔn)限制了UWB技術(shù)的使用范圍，從而阻礙了其發(fā)展。產(chǎn)生這種誤解的部分原因在于，目前市場上一些UWB設(shè)備或產(chǎn)品僅支持信道5（中心頻率約6．5GHz），因此在2025年8月之后可能無法在中國市場上合規(guī)銷售，從而引發(fā)了對(duì)新版《規(guī)定》的質(zhì)疑。
事實(shí)上，明確劃分并高效利用珍貴的頻譜資源，是對(duì)技術(shù)和市場負(fù)責(zé)的舉措。隨著5G／6G技術(shù)的不斷發(fā)展，中頻段的頻譜資源已成為5G／6G系統(tǒng)中稀缺的“黃金資源”。我國在《中華人民共和國無線電頻率劃分規(guī)定》（2023年版）中首次將6425～7125MHz頻段劃分用于5G／6G系統(tǒng)。由于新引入的5G／6G系統(tǒng)與現(xiàn)有UWB設(shè)備之間難以實(shí)現(xiàn)同頻兼容，因此需要對(duì)UWB設(shè)備的使用頻率進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整，以便更好地協(xié)調(diào)5G／6G和UWB等相關(guān)無線電應(yīng)用的發(fā)展。
另一方面，盡管新版《規(guī)定》相較2008年的版本，在表面上看似減少了對(duì)UWB信道的支持，但目前市場上絕大多數(shù)UWB產(chǎn)品和設(shè)備只支持信道5或信道9，并沒有充分利用其他UWB可用信道頻率。對(duì)于新版《規(guī)定》明確支持的信道8、10和11，目前市場上尚缺乏相關(guān)的產(chǎn)品和應(yīng)用來充分利用這些頻段。因此，新版《規(guī)定》著眼于后續(xù)發(fā)展的需求，為UWB技術(shù)的升級(jí)和應(yīng)用推廣提供了廣闊的市場空間，同時(shí)也為相關(guān)政策提供了有力的依據(jù)。對(duì)于中國廣大應(yīng)用方案商和芯片廠商而言是重大利好，意味著新的機(jī)會(huì)和藍(lán)海市場。
解讀四：新版《規(guī)定》為何旗幟鮮明地支持UWB大帶寬模式？
在新版《規(guī)定》出臺(tái)過程中，UWB頻率使用范圍的更新始終是業(yè)界關(guān)注的焦點(diǎn)問題。最終版的《規(guī)定》相比于2023年1月征求意見稿，適當(dāng)放寬了頻率使用范圍，并且去掉了2023年8月WTO征求意見稿中對(duì)650MHz帶寬的上限限制。在最終發(fā)布的新版管理規(guī)定中，保留了信道11這個(gè)大帶寬模式選項(xiàng)，從多個(gè)方面考慮，這樣的選擇具有積極意義。
1． 1．大帶寬模式可以帶來顯著的性能提升
理論研究表明，增加UWB信號(hào)帶寬能夠顯著提高測距精度。UWB技術(shù)的測距原理基于測量脈沖信號(hào)的飛行時(shí)間。較窄的脈沖信號(hào)有利于精確測量信號(hào)之間的時(shí)間信息，而這意味著更大的信號(hào)帶寬（圖4）。
實(shí)際測試顯示，使用大帶寬模式（如信道11）可以將定位精度從大于3厘米提升到1厘米以內(nèi)。這種顯著提升完全符合國家信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展需求，并得到了多家知名頭部客戶的認(rèn)可，在多個(gè)新產(chǎn)品和新場景中得到廣泛應(yīng)用。除了測距定位，UWB技術(shù)的另一個(gè)主要應(yīng)用是雷達(dá)感知功能。目前，這項(xiàng)功能已經(jīng)在以汽車電子為代表的應(yīng)用場景中呈現(xiàn)爆發(fā)式增長。增大UWB信號(hào)帶寬可以顯著提升其雷達(dá)感知功能。當(dāng)UWB脈沖具有更大的帶寬時(shí)，其脈沖寬度會(huì)更窄。雷達(dá)工作時(shí)，發(fā)射波泄漏與物體反射回波在時(shí)間上的重疊變少，因此可以提高脈沖的時(shí)間分辨能力，從而減小了雷達(dá)盲區(qū)。另一方面，使用大帶寬模式可以提高雷達(dá)的抗干擾能力， 因?yàn)閁WB雷達(dá)發(fā)射脈沖寬度變小，則發(fā)射持續(xù)時(shí)間變短，可以有效降低碰撞的概率。無論是測距定位還是雷達(dá)功能，大帶寬模式都能夠提高系統(tǒng)的信噪比。根據(jù)新版《規(guī)定》，UWB發(fā)射時(shí)的等效全向輻射功率譜密度為－41dBm／MHz。隨著帶寬增大，單位時(shí)間內(nèi)允許的發(fā)射信號(hào)總能量也相應(yīng)提高。例如，1331MHz大帶寬UWB信號(hào)，其最大合規(guī)發(fā)射功率是500MHz帶寬UWB信號(hào)的2．6倍（提高4．3dB），這將大大提高通信或雷達(dá)的覆蓋距離。
圖4 大帶寬UWB信號(hào)具有更窄的脈沖可以提高測距精度
值得一提的是，大帶寬信道11的中心頻率與信道9完全重合（約8GHz），調(diào)制與編碼方式也完全一致。因此在應(yīng)用端，使用信道11的UWB設(shè)備可以和使用信道9的UWB設(shè)備互聯(lián)互通互操作。這非常有助于應(yīng)用方案升級(jí)，用戶可根據(jù)產(chǎn)品需求靈活選取UWB硬件設(shè)備。盡管大帶寬模式對(duì)芯片設(shè)計(jì)帶來了挑戰(zhàn)，但通過可重構(gòu)化的架構(gòu)與核心模塊復(fù)用的設(shè)計(jì)方法，實(shí)踐證明，支持信道11并未明顯增加芯片面積和功耗，設(shè)計(jì)的收益遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于設(shè)計(jì)成本。下圖總結(jié)了使用大帶寬信道11和使用500MHz帶寬的系統(tǒng)性能對(duì)比。
圖5 大帶寬模式相比500MHz帶寬模式帶來的性能提升
1． 2．大帶寬模式為發(fā)揮國產(chǎn)芯片性能優(yōu)勢(shì)提供了空間
目前，雖然國際UWB標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議及主要國家和地區(qū)的管制規(guī)范中沒有規(guī)定UWB帶寬上限，但國際競品中少有產(chǎn)品支持大帶寬模式。這是因?yàn)橹С执髱捘Ｊ降那闆r下，在芯片設(shè)計(jì)和方案開發(fā)上存在較大技術(shù)挑戰(zhàn)。即便是國外主流的UWB芯片廠商，其產(chǎn)品基本只支持500MHz的UWB信道（如信道9），并不支持信道11的大帶寬模式。另一方面，隨著UWB技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷完善，國內(nèi)外芯片技術(shù)之間的代際差異并不明顯，這為國產(chǎn)芯片在本土市場立足提供了機(jī)遇，有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)彎道超車。令人振奮的是，以紐瑞芯科技為代表的國產(chǎn)芯片團(tuán)隊(duì)在這一領(lǐng)域取得了重大突破，成功研發(fā)出支持大帶寬模式的UWB定位通信芯片，其測距精度和測角精度（AoA）已經(jīng)達(dá)到遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1厘米和遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1度的高精度性能。圖6展示了國內(nèi)外具有代表意義的UWB芯片對(duì)于支持信道情況的對(duì)比，其中國產(chǎn)紐瑞芯科技的UWB系列芯片全線支持新版《規(guī)定》中的大帶寬信道11。這足以說明，立足于中國市場，尊重中國客戶，走自主創(chuàng)新之路，以紐瑞芯科技為代表的國產(chǎn)芯片團(tuán)隊(duì)具備了與歐美芯片直接競爭的實(shí)力，并且能夠在一些關(guān)鍵性能參數(shù)上超越國際競品，做出中國特色。
圖6 國內(nèi)外代表性UWB芯片支持信道參數(shù)對(duì)比
1． 3．大帶寬模式為發(fā)揮國產(chǎn)UWB方案優(yōu)勢(shì)提供了空間
隨著我國無線通信事業(yè)的高速發(fā)展，UWB技術(shù)在國內(nèi)市場前景廣闊。國內(nèi)主要頭部方案商和設(shè)備商，包括手機(jī)終端、汽車電子、物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域，開始充分利用大帶寬模式帶來的性能優(yōu)勢(shì)和應(yīng)用潛力，不斷提高產(chǎn)品的國際競爭力。這些企業(yè)立足中國市場，利用UWB超高精度定位測距和雷達(dá)感知帶來的新場景和新應(yīng)用，為消費(fèi)者提供更為豐富的用戶體驗(yàn)。
解讀五：為什么說新版《規(guī)定》“立足中國，引領(lǐng)世界”？UWB技術(shù)作為當(dāng)下備受矚目的無線通信技術(shù)之一，各國紛紛出臺(tái)相應(yīng)的發(fā)射管制標(biāo)準(zhǔn)。圖7對(duì)主要國家和地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)支持的UWB信道進(jìn)行了對(duì)比，顯示美國FCC標(biāo)準(zhǔn)限制最少，而歐洲和日本標(biāo)準(zhǔn)則對(duì)UWB頻率使用有不同程度的限制。可以看到，信道9、10和11作為所有標(biāo)準(zhǔn)均支持的信道，將成為國際上UWB產(chǎn)品的主流。
圖7 主要國家和地區(qū)對(duì)UWB信道的支持對(duì)比
同時(shí)，回顧我國工業(yè)和信息化部新版《規(guī)定》的演進(jìn)歷程，可以看出中國的標(biāo)準(zhǔn)充分考慮了中國市場和用戶的實(shí)際需求。一方面，考慮到與5G／6G通信的未來共存發(fā)展，新版《規(guī)定》避開了7GHz以內(nèi)較為擁擠的頻段。另一方面，為了保障UWB技術(shù)的充分發(fā)展，特別開放了從7163到8812MHz近1．6GHz的一整段連續(xù)頻段。這種合理的頻率資源配置能夠?yàn)閁WB應(yīng)用提供充足的發(fā)展空間。尤其是對(duì)大帶寬的支持，突顯了中國應(yīng)用方案商和芯片供應(yīng)商在UWB技術(shù)上開始具備與國外優(yōu)勢(shì)方案與芯片直接競爭的實(shí)力。如今，中國已經(jīng)是全球規(guī)模最大的移動(dòng)通信市場，國內(nèi)的需求也在很大程度上代表著全球的需求。回顧以往的短距離無線通信技術(shù)，如藍(lán)牙、WiFi等，其應(yīng)用設(shè)備與芯片的規(guī)格往往先滿足歐美等發(fā)達(dá)國家的需求，之后再普及到全球市場。而UWB技術(shù)有望扭轉(zhuǎn)這一發(fā)展路徑，很可能會(huì)在中國催生新的生態(tài)鏈，進(jìn)而引領(lǐng)全球市場。因此，在這樣的發(fā)展趨勢(shì)下，應(yīng)用設(shè)備與芯片的規(guī)格需要優(yōu)先考慮中國客戶的需求。同時(shí)，一流的企業(yè)引領(lǐng)標(biāo)準(zhǔn)，中國的芯片公司和方案公司也能在這個(gè)新興賽道上，一改以往跟隨國外公司腳步的局面，肩負(fù)起引領(lǐng)技術(shù)發(fā)展的責(zé)任。盡管在新版《規(guī)定》的要求下，一些現(xiàn)有的UWB設(shè)備不得不進(jìn)行更新?lián)Q代和技術(shù)升級(jí)，但優(yōu)秀的標(biāo)準(zhǔn)總是具有前瞻性的。新版《規(guī)定》的出臺(tái)推動(dòng)了UWB技術(shù)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)，淘汰了落后的、不具備競爭力的設(shè)備，引領(lǐng)了具有中國特色的新應(yīng)用和新生態(tài)。從長遠(yuǎn)來看，這將是中國制造業(yè)升級(jí)的必經(jīng)之路。
參考文獻(xiàn)：
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