蘋果AirTag的UWB 技術詳解,到底有什麼用?能成為一種基礎設施嗎?

蘋果AirTag的UWB 技術詳解,到底有什麼用?能成為一種基礎設施嗎?

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如果你買了AirTag,可能會發現一件事:發表會上蘋果著重介紹的「精準尋找」功能,在AirTag 的使用過程中其實不太重要,至少沒有蘋果展示的那麼重要。

透過UWB 技術,iPhone 能精準地定位尋找AirTag,定位距離和方向。聽起來很棒,但UWB 連接的有效範圍並不遠,實際使用中,這個距離最多只有10 公尺左右。超出訊號範圍,你還是要透過藍牙連接,控制AirTag 發出聲音,找到它的位置。

而且只有配備了U1 晶片的iPhone 11、12 系列,能夠與AirTag 建立UWB 連接,更早的iPhone 也只能透過藍牙訊號尋找。

AirTag 基於UWB 的定位追蹤功能,只有iPhone 11、12 系列能用。

作為一種無線連接技術,UWB 並不能取代藍牙。但蘋果顯然在往更深處布局UWB,去年發布的Apple Watch Series 6 上也配備了U1 晶片,直到目前,它都沒有任何跟UWB 相關的功能,不能用來尋找AirTag。

這個做法很不「蘋果」,蘋果很少往產品裡加入「可有可無」的功能,更不會往裡面塞用不到的技術。如此看重UWB 的蘋果,賣的到底是什麼藥? 

什麼是UWB?

UWB 是Ultra-Wide Band(超寬頻)的縮寫。

它本質上和藍牙、Wi-Fi 一樣,也是一種通訊協定。不同點在於,UWB 覆蓋的頻段很廣,最低3.1GHz,最高可以達到10.6GHz,所以被稱為超寬頻。相比之下,藍牙的覆蓋頻段只有2.402 - 2.480 GHz。Wi-Fi 也是,在2.4GHz 和5GHz 下分別有一些很窄的頻道。

當然,要實踐超寬頻覆蓋也要付出代價。UWB 在特定頻率下的發射功率相對藍牙、Wi-Fi 要小很多,只能發射比較短的「脈衝訊號」,而不是正弦波,能搭載的訊息更少。

任何一種通訊協定,都是取捨後的結果。UWB 也一樣,它犧牲了一定的位元速率、傳輸距離,換來了更好的抗干擾性、更快的連接速度、更低的功耗。

早在2002 年,UWB 就被美國聯邦通訊委員會批准民用。更早的時候,有人認為UWB 能成為下一代數據傳輸的標準協議,但在傳輸距離、速度、功耗、成本上的難以平衡,讓它輸給了Wi-Fi。

UWB 覆蓋的頻段比GPS、藍牙、Wi-Fi 都寬,但發射功率更低

UWB 的發射的是「脈衝訊號」,這使它具備了兩個獨特的功能優勢——精準定位和極高的安全性。這兩個特性,讓UWB 在沉寂20 年後,突然有了新生的可能性。

UWB 發出的是極短的脈衝訊號,這意味著A 設備可以發出的訊號裡包含一個「時間戳記」,B 設備處理訊號並回傳後,A 設備就能算出訊號在空中跑了多久,用時間乘以光速,就等於兩設備間的距離。這和雷達測距的原理類似。

同時,因為UWB 測得的距離極為精準,如果在設備裡放上多根天線,就可以透過不同天線收到訊號、測出距離的差值,算出訊號在空間上的方向。測距+ 定位,就能實現精準的相對定位。

除此之外,UWB 的脈衝訊號因為在時域上極為精確,所以幾乎不可能被攔截、篡改。這讓它擁有更高的安全性,可以用來進行高安全等級的連接授權。 

UWB 有什麼用?

2019 年秋天,蘋果首次在iPhone 11 上搭載了專門用於UWB 通訊的U1 晶片。

基於U1 晶片,蘋果首先提供了一個應用場景:AirDrop 定位傳送。配備U1 晶片的iPhone 在AirDrop 的時候,會嘗試建立UWB 連接,實現「使用者指向哪個設備,就將這個設備置頂推薦」,方便使用者選擇傳輸檔案的對象。當然,這個功能只能在配備U1 的iPhone 11 和12 之間實現,跟iPad、Mac 無關。

包括AirTag 在內,目前UWB 的應用場景還比較窄,UWB 在AirDrop、AirTag 產品體驗中只佔很小一部分。

AirTag 發售後,有使用者發現其實它的說明書上法律聲明的年份是2019,側面說明AirTag 可能早就完成了開發,最初是準備和iPhone 11 一起發售的。蘋果考慮到要讓支援UWB 的iPhone 更普及一些,才推遲至今發售。

2020 年WWDC 上,蘋果還將基於UWB 的「近場互動」功能開放給了第三方開發者。開發者可以利用這個連接埠實現iPhone 之間的即時測距、測向。在官方介紹中,蘋果提出可以基於這個功能開發一些小遊戲,並演示了一個體感「彈球遊戲」。

AirDrop 如果檢測到了iPhone 指向另一台iPhone,就會將這個人的頭像置頂顯示 

不只是蘋果,其他廠商也都在嘗試布局UWB。小米在去年10 月就提出了基於UWB 的「一指連」功能。透過在手機和智慧家居中植入UWB 晶片,實現手機指向智慧家居設備的同時自動探測,彈出設備的控制選單,將手機變成一個「智慧型遙控器」。

因為UWB 連接具有較高安全性,它還可以被用來進行各種「解鎖」的授權,比如智慧型門鎖和車鎖。2019 年CES 上,三星就發布過一款智慧型門鎖,透過UWB 功能,可以做到家庭成員走到門口1公尺以內時,自動開鎖。

蘋果則早已申請了與UWB 車鑰匙相關的專利。2020 年WWDC 上,蘋果推出iPhone 車鑰匙功能,目前是基於NFC 對汽車進行解鎖,需要將手機貼在車的門把手上。如果未來這項功能拓展到UWB,使用者就可以做到不拿出手機,靠近汽車自動開鎖。相比目前主流的無鑰匙進入方案,安全性會大大提升。 

UWB 能成為一種基礎設施嗎?

對蘋果來說,擁抱UWB 技術首先是為了解決AirDrop、AirTag 這些很「具體」的問題。但這個行業也有著更大的夢想。

此前UWB 領域主要的使用場景都是toB 的,主要為倉庫、廠房等場景提供高精度室內定位。這種定位方案需要在室內預先鋪設「定位基地台」,然後為需要定位的物品、人貼上類似AirTag 的UWB 標籤,就可以做到客觀位置的精確定位。

如果在蘋果的帶領下,未來的智慧型手機都開始標配UWB 晶片,這種室內定位解決方案將有可能走出toB 場景,開始進入toC 領域。很多公共場所,比如大型商場,可以透過鋪設UWB 定位基地台,為顧客提供精確的室內導航服務。

聽起來似乎有點遙遠,但這其實也曾是蘋果探索過的方向。2013 年,蘋果推出了基於低功耗藍牙協議的iBeacon 室內定位方案,和UWB 室內定位原理類似,只是通訊協定不同。透過iBeacon,零售商可以為使用者提供室內定位導航服務,也可以觸發iPhone 上的一些動作,比如自動推薦打開App、接收一些附近售賣的商品訊息。

iBeacon 最終失敗了。一方面的原因在於藍牙用於定位的精度還是不夠,在公共場所的抗干擾能力也不夠好;另一方面也在於這個使用場景還是相對薄弱了一點,並不是特別大的需求。

很難說蘋果會不會透過UWB 復活iBeacon。但UWB 已經是蘋果技術儲備的一個重要部分,隸屬於「位置技術」(Location Technologies)團隊。在蘋果的硬體架構裡,UWB 可以被用來確定位置、建立連接、實現功能,它也需要與藍牙、Wi-Fi、GPS、NFC 等多項技術配合工作。

很難說當年iBeacon 的失敗到底是技術還不行,還是應用場景本身太少,這個問題的答案決定了蘋果是否要用UWB 復活iBeacon 

有人可能會感到擔心。蘋果從來都是一個崇尚「簡潔」的公司,有著嚴格的「技術審美」,只有認定了一項技術能夠服務於功能,才會加到硬體裡來。像提前布局UWB 這樣的做法,會不會讓產品變得越來越臃腫,甚至失去對需求的把握?

問題的答案可能不在於技術。就像AirDrop 和AirTag,它們背後有著複雜的技術邏輯,但從使用者視角去看,它們用起來都是極為直觀、簡潔的。今天的智慧型手機已經不像十年前,技術和功能之間有明確的對應,光線感應器就是用來調整螢幕亮度,重力感應器就是用來調整螢幕方向。

今天智慧型手機的很多功能和技術都沒有明確的對應關係。比如蘋果會綜合Wi-Fi、藍牙等無線訊號的強弱變化、感應加速度,來判斷使用者是不是在開車,開啟駕駛模式。回到UWB 上,蘋果保持了產品上的克制,並沒有為AirTag 亂加功能。但毫無疑問,蘋果也在持續思考,如何將UWB 這項技術用得更好。

這才是最值得期待的部分。

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