51c~UWB~合集1
我自己的原文哦~ https://blog.51cto.com/whaosoft/11926345
一、特斯拉UWB数字钥匙，是怎么一步步被黑的
汽车进入系统正在迅速发展——从传统钥匙到先进的遥控无钥匙进入 (RKE) 系统和智能钥匙系统（也称为被动无钥匙进入 (PKE) 系统或被动进入被动启动系统 (PEPS)）——既带来了便利，也带来了新的安全挑战。随着汽车盗窃的技术升级，强大的安全解决方案变得至关重要。
超宽带 (UWB) 技术正在成为汽车安全领域的游戏规则改变者。与蓝牙和射频识别 (RFID) 不同，UWB 提供精确的距离测量，使其具有很强的抵抗中继攻击的能力，中继攻击是汽车盗窃中常用的一种方法。
我们首先要介绍汽车进入系统的历史，并探讨了值得注意的安全漏洞类型，例如重放攻击、滚动攻击和中继攻击，以及它们的有效缓解策略。作为讨论的一部分，我们讨论了最近的一份报告，该报告介绍了特斯拉的无钥匙进入系统如何容易受到某些攻击。我们揭示了解锁过程的机制以及攻击者如何利用它。在本系列的后半部分，我们将深入研究 UWB 技术、其应用及其潜在漏洞。
车辆进入系统简史及其安全挑战
车辆进入系统的发展以旨在提高便利性和安全性的重大进步为标志。最初，汽车使用简单的机械钥匙进行防护，这些钥匙很容易被复制。20 世纪 80 年代末推出的遥控无钥匙进入 (RKE) 系统标志着一次重大飞跃，允许驾驶员按下按钮解锁汽车。然而，随着技术的进步，汽车盗窃的技术也越来越高超。RKE 系统变得容易受到信号干扰、重放和拦截攻击。
下一个重大创新是智能钥匙系统的开发，该系统允许无钥匙进入和按钮启动功能。中继攻击是窃贼将信号从钥匙传导至汽车，这种攻击成为盗窃车辆的常用方法，特别是因为它不需要物理接触钥匙。豪华汽车盗窃案激增导致车主的保险费飙升，因为高端汽车特别容易受到此类攻击，并且是此类攻击的诱人目标。随着这些威胁的发展，对更安全的进入系统的需求变得显而易见。这推动了超宽带 (UWB) 技术的采用，该技术提供了更高的精度和安全性，可以有效对抗这些复杂的攻击。
除了上面提到的无线技术外，RFID 还广泛用于现代车辆，形式为实体卡或存储在手机上的虚拟卡。RFID 系统仅在几厘米内解锁汽车，使其在直接用户交互过程中更加安全。然而，RFID 也有其自身的弱点。它可以被相同频率的更强无线电信号干扰，在 RFID 标签和读取器之间的通信期间被拦截（“嗅探”），并用于创建具有与原始 RFID 标签相同识别码的重复 RFID 标签。
针对车辆进入系统的信号攻击类型
我们已经提到了几种可能针对 RKE 系统的信号攻击。在本节中，我们将概述它们的工作原理。
在干扰攻击中，黑客发送能量更高的无线电信号，这样车辆就无法接收正确的信号。这是一种拒绝服务 (DoS) 攻击。
图 1. 干扰攻击
在重放攻击中，黑客拦截车主发送的信号。他们能够使用捕获的固定代码信号获得对车辆的未经授权的访问。
图 2. 重放攻击
滚动干扰攻击结合了信号拦截和干扰。在这种情况下，黑客会同时拦截传输的信号并在汽车附近干扰信号，以阻止其接收正确的信号。他们的目标是诱骗车主按下钥匙扣两次或多次。通过这样做，黑客可以捕获可用于未来攻击的信号。这种技术针对具有滚动代码功能的汽车。
图 3. 滚动干扰攻击
在中继攻击中，黑客将一个无线电设备放置在汽车附近，另一个放置在真正的钥匙附近。这些无线电设备本质上是延长信号，以诱骗汽车相信钥匙就在附近，从而允许汽车解锁和启动。
这些攻击已被证明可以有效绕过上一节讨论的车辆进入系统。表 1 总结了车辆进入系统的各种迭代以及可以对它们使用的不同攻击方法。
对特斯拉 Model 3 的攻击
UWB 是改变游戏规则的因素，也是车辆进入系统发展的下一个重要步骤。这引发了一个问题：UWB 对当前无线电黑客的有效性如何？最近一份关于最新特斯拉 Model 3 使用 UWB 的报告有助于给出一个想法。
该报告引用了 GoGoByte 研究人员的研究结果，指出尽管特斯拉 Model 3 支持 UWB，但目前并未有效使用该技术进行可以防止中继攻击的距离检查。这是因为特斯拉的无钥匙进入系统主要仍使用蓝牙来解锁汽车和控制防盗器。因此，与早期型号一样，中继攻击仍然可以通过蓝牙成功破解。
特斯拉已承认存在此问题，并表示正在努力提高 UWB 的可靠性和安全性。在部署必要的增强功能之前，特斯拉汽车仍然容易受到中继攻击。尽管如此，值得注意的是，据报道，特斯拉汽车是美国被盗频率最低的汽车，这要归功于其默认的 GPS 跟踪功能。
为了解决这个问题，建议特斯拉车主利用一项名为“PIN-to-drive”的功能，该功能可充当多因素身份验证 (MFA) 的一种形式。此功能要求驾驶员在汽车启动前输入四位数的 PIN 码，即使已使用钥匙扣或智能手机解锁汽车也是如此。PIN-to-drive 提供了第二层保护，确保即使窃贼使用中继攻击解锁汽车，也无法在不知道 PIN 码的情况下启动汽车。在实施更强大的 UWB 安全措施之前，此功能可有效防范当前的安全漏洞。
该报告很好地介绍了 UWB 的当前实施情况，以及仍需如何改进才能充分发挥其优势。我们下面将会仔细研究这项技术并分析其对车辆的安全影响。
超宽带 (UWB) 技术近年来越来越受欢迎。它被誉为下一代无钥匙技术，并承诺可以抵御困扰其前辈的攻击。然而，UWB 并不新鲜。它的起源可以追溯到 19 世纪末，当时 Heinrich Hertz 通过火花隙发射器实验生成了第一个 UWB 信号。UWB 技术在 20 世纪中后期取得了重大进展，特别是在雷达系统等军事应用中。这段丰富的历史为 UWB 的现代应用奠定了基础，包括它对汽车安全的变革性影响。
我们下面将研究 UWB 与车辆进入系统的集成、它带来的优势、它可能带来的漏洞以及如何缓解其安全问题。
什么是 UWB 协议？
UWB 是一种无线通信技术，可在宽频谱范围内运行，通常在 3.1 至 10.6 GHz 之间。与使用窄带信号的传统无线技术（如蓝牙和 Wi-Fi）不同，UWB 可在宽频率范围内传输数据。这一独特特性使 UWB 具有独特的优势，尤其是在精度和安全性方面。
UWB 通过在宽频谱范围内传输短脉冲无线电波来工作。这些脉冲以精确的时间间隔发送，使接收器能够准确确定每个脉冲到达所需的时间。通过计算时间差，UWB 可以高精度地测量设备之间的距离。这使得 UWB 成为需要精确位置跟踪和安全通信的应用的理想选择。
我们在此总结了 UWB 的定义特征：
高精度：UWB 可以以厘米级精度测量距离。这是通过飞行时间 (ToF) 测量实现的，其中信号从发射器传播到接收器所需的时间用于计算距离。
低干扰：由于其频率范围宽、功率谱密度低，UWB 受到其他无线技术的干扰最小。这确保了即使在拥挤的环境中也能可靠地通信。
高数据速率：UWB 可以支持高数据传输速率，使其适用于需要快速和大量数据交换的应用。
由于其优势，UWB 已在不同行业的各种应用中使用。为了更好地了解其用途，我们在此列出了可以找到 UWB 的几个行业及其使用方式：
汽车行业：UWB 正在集成到车辆进入系统中，以增强安全性并防止中继攻击。其精确的距离测量可确保只有当授权的汽车钥匙或手机钥匙在特定范围内时，汽车才会解锁。其应用示例包括奥迪和宝马等车辆中的高级钥匙和基于智能手机的进入系统。
消费电子产品：智能手机和智能家居系统等设备使用 UWB 进行精确的位置跟踪和安全的设备到设备通信。一个显著的例子是苹果的 AirTag，它使用 UWB 为丢失的物品提供精确的位置跟踪，确保用户能够精确地找到他们的物品。
工业和医疗领域：UWB 用于实时定位系统 (RTLS)，以高精度跟踪资产和人员，并用于医疗成像和监控应用。
仔细看看 UWB
UWB 技术传输脉冲信号而不是正弦波，后者在其他无线协议（如蓝牙和 Wi-Fi）中更常见。时域中的脉冲持续时间短意味着频域中的功率谱占据宽频带。在 UWB 应用中，脉冲持续时间以纳秒或数百皮秒为单位，并具有相应的频率。例如，持续 2 纳秒的脉冲的频率带宽约为 500 MHz。这意味着信号占据以其载波频率为中心的广泛频率范围，范围约为 500 MHz。与其他常见的无线技术相比，UWB 使用的频带要宽得多。例如，Wi-Fi 通常使用 20 到 160 MHz，而蓝牙仅使用 20 MHz。
传统窄带通信（例如 2G 移动电话）和传统通信（例如 Wi-Fi 和 3G 移动电话）在较窄的频带上以较高的功率水平运行。UWB 无线通信涵盖很宽的频率范围，但传输功率明显较低。
图 . 各种无线通信技术的传输功率比较
不同的测距和定位方法
UWB 技术提供了几种精确的测距和定位物体的方法：
ToF 测量信号从发射器与接收器之间的时间，并根据已知的信号速度直接计算距离。在这种情况下，信号是电磁的，以光速传播。
到达时间差 (TDoA) 使用多个接收器来确定同一信号的到达时间差，从而实现三角测量和高精度定位。
到达相位差 (PDoA) 或到达角 (AoA) 使用具有多个天线的 UWB 设备接收同一信号，从而导致天线接收的信号之间存在相位差。该相位差用于计算发射器的相对位置和距离。
双向测距 (TWR) 涉及设备之间的信号交换，测量往返时间以确定距离。每种方法都利用 UWB 的高时间分辨率来实现精确可靠的位置跟踪，使 UWB 适用于需要高精度的应用。这种技术的一个变体是双面 TWR (DS-TWR)，其中至少传输三条消息，而不是 TWR 仅传输两条消息。这种方法的优点是锚点和标签都可以各自计算它们之间的距离。
在下图中，目标是使用不同的测距和定位方法确定标签的位置。
对于 ToF，标签将 UWB 帧作为有效载荷发送，即发送帧的时间 (t1)。锚点在 t2 接收帧，并将 ToF 计算为 t2 − t1。
图 2. 计算标签位置的 ToF 方法
对于 TDoA 定位，标签发送的信号到达每个锚点的时间不同，因为标签和锚点之间的距离不同。通过测量信号到达锚点对的时间差，可以计算出双曲线。通过找到至少三个这样的双曲线的交点来确定标签的位置。
图 3. 确定标签位置的 TDoA 方法
在 PDoA 或 AoA 方法中，标签发送信号，该信号由锚点上的多个天线接收。通过获取不同天线上相同信号的相位差并了解天线之间的距离，可以准确计算标签的位置。
图 4. 计算标签位置的 PDoA 或 AoA 方法
TWR 方法改进了 ToF 方法，消除了锚点和标签之间同步的需要，仅依赖于来自一个设备的时间戳。锚点发送标签在传播时间或 ToF 之后收到的消息。然后，标签在固定的回复时间（包含在数据包中）后做出响应。然后，锚点可以使用已知的回复时间根据往返时间 (RTT) 计算 ToF。
图 5. TWR 方法计算标签位置
DS-TWR 方法与 TWR 方法类似，但锚点会回复标签，让标签计算 RTT 并确定其与锚点的距离。
图 6. DS-TWR 方法计算标签位置
UWB 为何不会受到中继攻击的影响
正如之前所述，当钥匙和汽车之间的信号通过由攻击者控制的一对无线电设备创建的“隧道”进行扩展时，就会发生中继攻击。这是可能的，因为汽车与其钥匙扣之间的通信通常不受时间影响。然而，由于 UWB 技术具有高时间分辨率和精确的 ToF 测量，因此在很大程度上不受中继攻击的影响。UWB 的精确度确保任何中继信号的尝试都会导致明显的时间差异。配备 UWB 的汽车可以通过计算钥匙链发射信号和汽车接收信号之间的时间差，轻松识别钥匙的范围。
为了说明 UWB 技术如何防止中继攻击，我们举了一个例子。在这个场景中，我们假设当汽车与其钥匙链之间的距离小于 1 米时，可以解锁所涉及的汽车。汽车停在距离试图中继钥匙链信号的窃贼 5 米的地方。
1 米外解锁时的 ToF：
ToF 1 m = 1/3 x 108 = 3.33 ns
5 米外的 ToF：
To F5 m = 5/3 x 108 = 16.67 ns
1 米内解锁汽车的阈值约为 3.33 ns，而信号传播 16.67 ns 到达汽车。UWB 系统可以轻松检测到这种差异。因此，信号被拒绝，因为到达时间比阈值长约 5 倍，表明密钥不在预期范围内。
UWB 如何受到攻击
如果UWB 不受中继攻击的影响，那么它是否不受其他形式的攻击的影响？尽管 UWB 提供了这些功能，但 UWB 本身并不是万无一失的。
GoGoByte 的研究人员演示了一种针对 UWB 的攻击，名为“UWB 精确的震耳欲聋（UWB accurate deafening）”。他们想看看是否可以通过记录发起者和响应者的信号，然后在预期的时间范围内发送恶意数据包来引起消息冲突。在他们的实验中，研究人员成功破坏了 iPhone 和 AirTag 之间的测距功能。在攻击发起者时，攻击设备被放置在发起者附近以嗅探信号。通过在正确的时间发送虚假消息，发起者将无法正确解析来自预期响应者的消息。
图 7. 对车辆进入系统的 UWB accurate deafening
如果在无钥匙进入启动 (PKES) 系统中强制使用 UWB，则此类攻击可能导致车辆进入系统出现拒绝服务 (DoS)。但是，如果在解锁汽车时不需要实时测距，或者在没有 UWB 的情况下执行 PKES，汽车盗窃仍然可能发生。
如何缓解针对 UWB 的攻击
UWB accurate deafening等攻击之所以能够成功实施，主要是因为可以轻松预测消息的时间。为了缓解这些攻击，可以在接收信号和发送信号之间引入随机延迟。这样，只有发起者和响应者才能期待彼此的真实消息，而攻击者发送的消息将超出设计的时间范围，因此会被忽略。如图 8 中的图表所示，如果响应时间对于攻击者来说是不可预测的，那么攻击者发送消息的时间要么比真实消息更早，要么比真实消息更晚。
图 8. 引入随机延迟以减轻对 UWB 协议的攻击
我们回顾了使用 UWB 之前车辆进入系统的过去版本，每个版本都容易受到某种形式的攻击。需要强调的是，安全性应成为在车辆中实施 UWB 的一个重要考虑因素，因为它本身并不是针对车辆盗窃和其他形式的进入系统攻击的绝对防御手段。
二、高通Wi-Fi芯片~~集成UWB
高通Wi-Fi芯片集成UWB，竞争对手如何应对
超宽带技术（UWB）是一种高精度测距和双向通信的优秀定位跟踪技术，因此被誉为当今最先进的定位技术。在最近的MWC 2024上，高通发布了最新的X80调制解调器和FastConnect 7900连接套件。
这是高通在其高端移动芯片组中推出的最新一代无线连接套件，预计将为骁龙8第4代处理器的非蜂窝连接提供支持。这款6nm芯片是全球首款集成Wi-Fi、蓝牙和UWB连接功能的芯片，不再需要单独的芯片来实现UWB功能。
对于使用配备了FastConnect 7900的Snapdragon处理器的手机是否都能支持UWB，高通表示，“是的，UWB已经完全集成为单芯片解决方案。”至于Android设备制造商是否需要支付许可费来使用这种集成的UWB解决方案，高通明确表示，所有特性和功能都作为单一芯片解决方案交付。
此外，高通还强调了这种集成方法释放的空间可以用于更大的电池或其他功能。然而，需要注意的是，集成UWB硬件在过去主要限于高端旗舰手机，如三星的Galaxy S24没有提供 UWB，而 S24 Plus 和 S24 Ultra 则提供。UWB技术主要用于更精确的对象查找（如跟踪器标签）、数字车钥匙和智能家居控制等应用。
在这次发布会上，高通还展示了其首个“人工智能增强的Wi-Fi系统”，并声称将通过人工智能来了解用户行为并做出相应调整，例如减少视频通话期间的延迟。与Snapdragon 8 Gen 3内的FastConnect 7800套件相比，预计功耗将降低30%。
FastConnect 7900平台还支持Wi-Fi高频段同步功能（如Snapdragon Seamless）以及用于通过Wi-Fi传输音频的XPAN技术。预计FastConnect 7900将于今年下半年在设备中推出。
过去几年，在全球苹果的推动下，UWB技术逐渐受到关注。然而，随着高通这样的巨头推出集成UWB的芯片，无疑将对第三方UWB芯片供应商构成冲击。
三星电子在去年初宣布推出首款超宽带 (UWB) 芯片组 Exynos Connect U100，用于移动、汽车和物联网设备。这家韩国公司认为，新的硬件解决方案可提供精确到“个位数厘米”的距离测量。该公司推出了 U100，作为其新品牌 Exynos Connect 短距离无线解决方案系列的一部分，该解决方案还涵盖蓝牙和 Wi-Fi 产品。
自从 UWB 被纳入 2019 年底 iPhone 热潮以来，其势头就已增强。它基于 IEEE 802.15.4z 标准，使用宽频谱（500 MHz 至几 GHz）和高频（6.5 GHz 至 9 GHz），远离繁忙的 ISM 频段 2.4 GHz。它可在三维空间中提供低功耗短程定位（“精细测距”）——通常距离约 200 米，定位距离约为 10 厘米。
除了高精度定位物体外，它还可以使用无线电之间的距离测量来跟踪它们，并计算到达时间 (ToA) 和到达角度（或运动；AoA）。测距是通过设备之间雷达信号的飞行时间 (ToF) 测量来实现的。
该款产品将射频（RF）、基带、嵌入式Flash（eFlash）存储器以及电源管理IP集成至一个芯片中，非常适用于紧凑型设备。
通过省电模式，U100可最大限度地延长移动和汽车解决方案以及智能跟踪标签等物联网设备的电池寿命，此类设备的电池容量有限。为了实现可靠通信，U100还配备了STS（打乱时间戳序列）功能以及一个安全硬件加密引擎，以防止外部黑客入侵。
FiRa（精细测距）联盟表示，UWB 在准确性、可靠性和功耗方面优于其他短程技术，“大幅领先”。
三星的Exynos Connect U100已经得到FiRa联盟的认证，该联盟是一个行业领先的非营利组织，其成员包括苹果、索尼、三星、博世、思科、谷歌、恩智浦、高通、小米、OPPO等知名厂商，并致力于跨垂直业务领域开发基于IEEE 802.15.4标准的UWB应用场景，注重在可用的6-9GHz频段中运行的UWB用例。值得一提的是，恩智浦和意法半导体是 UWB 芯片的先行者。
三星连接开发团队执行副总裁 Joonsuk Kim 表示：“我们的 Exynos Connect U100 将先进的测距和定位功能与强大的安全性相结合，可实现人与日常物体之间的超连接，推动定位和定位领域的一系列新应用。位置跟踪……我们致力于推动短程通信解决方案的创新。”
三、一次实现Matter、Wi-Fi 7和UWB自由
新年伊始，无线通信界已经大动作不断。三星官宣要实现“Matter自由”；CES2024，亚马逊将Matter投屏功能引入了旗下设备；Wi-Fi联盟行业组织正式确认Wi-Fi 7标准，并开始认证支持Wi-Fi 7的设备；智慧车联领域，以问界M9为代表的豪华车型开始标配UWB技术，以精准感应能力推动智能车钥匙、智能迎宾、儿童存在检测等应用场景……
无线连接技术的迭代更新带动了消费市场的产品升级，更多下游厂商选择采用高性能、高集成化的技术方案，以打造具有更强市场竞争力的终端应用。
2024年更看好哪一项无线技术的市场发展呢？
Matter
Matter协议的设计目标是简化不同设备之间的连接过程，使得消费者可以轻松地将来自不同品牌的智能家居设备组合在一起，无论它们是通过Wi-Fi、蓝牙还是Thread协议连接。消费者将摆脱安装各种设备app的烦恼，仅通过一台手持终端、一个“Matter”app，就能控制不同品牌的各类设备。
Wi-Fi 7
众望所归的Wi-Fi 7即将在2024年迎来更大规模的爆发，这项全新的Wi-Fi标准，包括Qorvo在内的产业上下游已经筹备良久。Wi-Fi 7拥有非常多的创新特性，例如备受关注的6GHz频段、320 MHz信道、多链路操作（MLO）、4096QAM等，这些特性能够大幅度提升消费者的使用体验。
UWB
UWB（超宽带技术，Ultra-Wideband），顾名思义，它的特点在于能够利用非常宽的频谱范围（通常在3.1至10.6 GHz之间），且信号功率谱密度非常低，这意味着UWB信号的功率分布在很大的频谱范围内，因此对于其他无线通信系统来说，它的干扰很小。UWB技术可以提供非常精确的室内定位能力，定位误差达到厘米级别，这使得UWB在室内导航、资产追踪和位置感知应用中非常有价值。
四、物理定位可以与蓝牙媲美的UWB
UWB只能短距离运行？
这种理解是不正确的。虽然UWB在技术上是一种短程无线技术（如蓝牙、WiFi和NFC），但这实际上更像是一个类别列表。UWB的工作频率介于6.5GHz和10GHz之间，而蓝牙的固定频率为2.4GHz。一般规律是频率越高，距离越短。
然而，在条件允许下，UWB的工作范围可以延伸到100米——相当于一个足球场的长度。当然，真实世界的范围取决于最终产品设计中的许多变量和它所计划的环境。天线设计，例如，功率水平，信道频率，传播环境的复杂性，以及信号可能要通过的材料的种类，这些都有影响。
UWB在金属环境中的性能不好，但可以通过其他材料，如木材、灰泥甚至砖块等——而材料的密度会影响范围。因此，尽管目前许多应用都在使用UWB，因为它具有短程的优点，但它可以扩展得更远。
UWB只是另一种连接技术？
当然，它最初是作为高速数据通信的一种手段出现的，当时它正面临着WiFi的挑战，但那是那时。UWB经历了几次变革：它从基于OFDM的数据通信发展到ieee802.15.4a中规定的脉冲无线电技术，而ieee802.15.4z（PHY/MAC层）中规定的安全扩展使其成为一种独特的安全准确的测距技术。
经过这一转变，今天的UWB已经从数据通信发展成了一种独特的东西：一种安全的精密测距脉冲无线电技术。因此，它更符合传感技术的范畴，能够比其他任何技术更精确地定位物体，精度到10cm，为产品带来了空间和感知的新维度。
UWB的精准优势可以与蓝牙媲美？
自从UWB展示了其难以置信的精确位置感知能力之后，蓝牙LE和WiFi的定位能力和准确性也得到了提高。在实验室条件下进行的实验，包括非常高的基础设施密度和无阻挡的情况下，新的蓝牙5.1展示了精密的测距，WiFi联盟也宣布了他们在即将发布的版本中加入了物理定位。但受限于物理学定律，它们仍然依赖于窄频带的调制正弦波，而UWB有一个独特的脉冲信号（2ns），工作频率超过500MHz。
蓝牙和WiFi使用接收机信号强度指示（RSSI）技术，众所周知，这种技术更容易受到环境因素的影响，包括来自其他无线电和障碍物的干扰，从而导致信号衰减，精度降低，相x关文章:蓝牙模块的原理与结构。
UWB基于飞行时间测量，距离由脉冲包的传播时间决定。根据FiRa联盟的说法：“UWB的陡峭且狭窄的脉冲快速传输使得能够以更高的确定度标记信号定时。UWB脉冲信号即使在设备之间的距离增加情况下也能保持其准确性，并在非视距情况下显示出出色的弹性。”
简单地说，在更多受限环境中，UWB可以做得更多，更准确，更可靠。
UWB是一种利基技术？
是的，主要是三大公司——苹果、三星和宝马——一直在报道UWB强大的移动访问和文件共享能力，它们的整合努力对更广泛的生态系统发展的影响不容低估。
当汽车工业采用一项新技术时，这项技术就根深蒂固了，因为汽车业的决策将是一代又一代的。手机也是如此。决定在平台上增加另一个射频或天线是一件大事，除非能为消费者带来巨大的价值，否则是不会发生的。一项新技术应用到手机上，成为一种免费资源，并引发人们对新技术的采用，现在才刚刚开始显现。
事实上，FiRa联盟已经列出了35个以上的用例，而且还会有更多的应用。室内GPS、凭证共享、访问控制、基于手势的控制和VR游戏、基于状态的设备激活……这些仅仅是一个开始。UWB可以从电话延伸到汽车，再到物联网传感器、设备和各种物体，而移动设备可能是UWB广泛扩展的种子平台。
五、汽车UWB市场火了
在汽车电子领域，如果问最近有什么技术炙手可热，超宽带（UWB） 绝对榜上有名。
去年以来，国内UWB芯片厂商抢发“通过AEC-Q100 Grade 2认证”的消息。成了一股新潮。而今年，Qorvo、三星、加特兰等巨头又相继发布汽车UWB芯片新品，在芯片圈更是掀起了一股热潮。
那么，UWB技术对汽车而言究竟有何魔力？它在汽车上具体如何应用？又有哪些厂商正在积极布局？接下来，汽车开发圈将为您一一盘点。
UWB，有什么魔力
顾名思义，超宽带UWB（Ultra Wideband）最大特点就是工作带宽，相比于熟知的Wi-Fi、蓝牙等窄带技术，支持高精度的测距。
对于UWB的定义，DARPA（美国国防部高级研究计划署）和FCC（美国联邦通信委员会）提出了不同的定义，但只是参数上有细微的差异。目前主流都是按照FCC定义为准，我国工信部的《超宽带（UWB）设备无线电管理暂行规定》中也与FCC相同：
- DARPA定义：在-20dB处的绝对带宽大于1.5GHz或相对带宽大于25%
- FCC定义：在-10dB处的绝对带宽大于500MHz或相对带宽大于20％的无线电技术
UWB 通信系统的工作频段为3.1～10.6 GHz，可以分为3.1-4.8GHz（低频段）和6-10.6GHz（高频段）两种使用频段。
虽然UWB诞生很早，但早期基本都是军用雷达侦测和隐蔽通信，实际在现代中民用只有20多年。
2002 年，美国FCC正式开放了3~10 GHz频段，允许发射功率和频谱密度低于规定水平的设备免费使用。这一政策成为了UWB的一大优势，因为相比而言，毫米波频段（如 76-81GHz）需要批准。2019年，苹果公司首次将UWB芯片应用于手机测距功能，这才为UWB开启了一个全新的应用赛道。随后，在2020年，IEEE 802.15组织将UWB技术正式纳入安全测距标准化范畴。紧接着，2021年，宝马成为首批将UWB数字钥匙应用于汽车的制造商。2020 年，IEEE 802.15 组织将 UWB 技术用于安全测距标准化，2021 年宝马也成为了首批 UWB 数字钥匙车企。2023年，中国工信部无线电管理委员会正式发布了 UWB 的使用征求意见稿，将UWB进行了规范化。
与布局更广泛的同类技术如GPS、蓝牙、WiFi等相比，UWB技术凭实力闪亮全场。如应用场景上，UWB室内室外都可以，GPS只能用于室外。精准度来讲，UWB可以到厘米级，远远小于其它技术，GPS是5到20米，WiFi是5到15米。覆盖范围上，UWB可以覆盖25到250米，蓝牙15到100米，WiFi是50到150米。数据传输力上，虽然并非UWB当下主打优势性能，依然可以做到27 Mbps的传输速率，满足少量数据的短时传输需求。UWB安全性极高，足以碾压其它技术。在当下最热的寻物功能方面，UWB可实现10秒寻1000个物件，表现非常亮眼。
此外，由于时间和频率之间存在反比关系，UWB信号的持续时间非常短；由于高带宽特性，UWB系统适用于高速通信；UWB信号具有很高的时间分辨率，使其成为定位系统的一个良好候选方案；UWB允许占用较低的载波频率，这使得信号能够更轻松地穿过障碍物；UWB信号可以在基带中传输，因此收发器中不再需要中频（IF）乘法器，这一特性可以带来成本更低、结构更简单的硬件；UWB信号的高时间分辨率和短波长增强了其抗多路径干扰和衰落的能力；UWB信号的形状类似于噪声，因此窃听可能性较低。
| 频率范围 | 3.1GHz～10.6GHz | 系统功耗 | 1MW～4MW |
| 脉冲宽度 | 0.2ns～1.5ns | 重复周期 | 25ns～1ms |
| 发射功率 | < -41.3dBm/MHz | 数据速率 | 几十到几百Mbit/s |
| 路径时延 | <1ns | 多径衰落 | <5dB |
| 系统容量 | 大大高于3G系统 | 空间容量 | 1000kB/m |
对于UWB来说，常见定位技术有 TOA（Time of Arrival）、TDOA （Time Difference of Arrival）与 AOA（Angel of Arrival）。
不同的UWB标准
需要注意的是，多个组织为超宽带（UWB）技术制定了标准。由于这些组织的职责和目标各不相同，它们的标准也服务于不同的目的，并位于开放系统互连（OSI）模型的不同层级。这导致了UWB标准的复杂性，因为并非所有UWB系统都支持相同的标准，可能造成不同UWB设备之间的兼容性问题，导致测距功能无法通用。
具体来说，影响UWB发展的标准组织包括以下几个：
第一是IEEE标准，是最重要的标准之一。其定义了UWB的MAC层和PHY层。2007年IEEE 802.15.4a首次对UWB技术进行了标准化，并于2011年并入主标准；2015年，IEEE 802.15.4f-2011被并入主标准，该版本规定了两种UWB PHY模式：HRP（高速率脉冲）和LRP（低速脉冲）；2020年IEEE 802.15.4z发布，是对IEEE 802.15.4标准的UWB PHY增强。
目前，IEEE 802.15.4ab是一种正在开发的最新标准，预计IEEE 802.15.4ab正式标准将在今年底、明年初正式发布。
新标准IEEE 802.15.4ab在诸多方面进行了提升：第一是物理层速率优化，802.15.4z标准主流速率为 6.8Mbps，802.15.4ab定义了1.95Mbps 等三档速率，其中1.95Mbps 更适合测距，可提升链路增益；第二是测距包结构升级提升链路性能，当前15.802.15.4z标准的测距包结构，包括SYNC/SFD测距片段和STS安全片段，包长140微秒左右，新一代802.15.4ab标准，采用了MMS包结构，将每个片段的时间缩小到了60微秒；第三是发射包长，新的标准将发射包长缩短到原来的一半，得到3.5dB的发射功率增益；第四是接收灵敏度，新标准定义将RSF测距片段重复发送，在接收段做相干合并，两次相干合并可以获得3dB的收益，四次合并可以获得6dB的收益，最大16次合并可以获得12dB收益。
图源丨IEEE Access
第二是FiRa联盟（发音“fee-rah”，代表“精细测距”）。FiRa是一个行业联盟，旨在为UWB服务提供完整的技术解决方案。它在IEEE定义的协议层之上开发了配置文件——通用服务管理层（CSML）规范。这是一个关键规范，能够实现FiRa设备之间的互操作性，并为部署服务应用程序提供框架和组件
第三，汽车连接联盟（CCC，Car Connectivity Consortium）。CCC是一个跨行业组织，旨在推动智能手机与汽车连接的全球技术发展。CCC成员包括汽车制造商、汽车供应商、手机制造商、半导体供应商和应用开发者。CCC的数字钥匙3.0标准实现了UWB连接，用于免提、位置感知无钥匙进入以及汽车的位置感知功能。该标准确保了设备相对于车辆定位的最高安全性，从而实现了用户访问和驾驶车辆的授权。
今年初，CCC联盟成立了IEEE 802.15.4ab标准设计落地的技术工作组，目标在明年2月完成落地研究。
第四，超宽带联盟（UWB Alliance）。它是一个全球性非营利组织，致力于共同将 UWB 技术打造为开放的行业标准。旨在推动 UWB 技术的大规模部署，保护全球数百万已安装设备免受其他无线电技术的干扰。UWB 联盟的创始成员包括Decawave、现代、起亚、Zebra、Alteros、Novelda和Ubisense。该联盟将通过端到端、不依赖供应商的互操作性计划来推动 UWB 技术发展，为多个行业的物联网和工业 4.0 应用提供精准的定位、导航、追踪、安全、成像、传感和通信。
当然，除了上述四个标准，UWB行业也存在许多其他标准，比如，OMLOX联盟、中国的精准定位联盟。目前，大部分汽车UWB芯片都选择获得各种联盟的认证，以兼容不同的设备。
UWB在汽车上怎么用
UWB可以实现三种功能：第一，安全接入，由于UWB提供的数据基于位置信息，这些信息黑客很难攻击，所以具有天然的安全优势；第二，定位，UWB具有厘米级定位精度，这种定位需要至少两个设备，即一个做基站，一个做标签，实现双向测距；第三，雷达，可以通过发射信号，检测被测物体的位置信息或生理特性，不过测量精度比双向测距低。UWB在汽车上的应用便按照三种功能实现应用：
安全接入方面，UWB数字钥匙是今年汽车大势所趋。传统来说，NFC需要触碰车门的动作才能解锁，蓝牙的安全性则要相对低一些，UWB数字钥匙既结合了两者的优点，又克服了两者的缺点，实现更精准、更安全，能实现厘米级（±9cm左右）定位，甚至感知你与车辆的角度关系。你可以用手机App开锁、共享钥匙，还能有效防盗。
数字钥匙经历了三代标准。最早的315MHz和433.92MHz汽车钥匙非常容易被破解，而随着各种安全无线技术的引进，以及结合手机的创新，汽车数字钥匙经历了三个创新时代：
- 第一代：NFC 阶段：通过手机解锁车辆，但需要把手机贴到车上，并非无感体验；
- 第二代：蓝牙阶段：初步实现无感解锁、落锁，但蓝牙有两大缺陷：一是测距精度差，复杂工况下无法稳定定位；二是依靠信号强度测距，存在中继攻击风险；
- 第三代：UWB阶段：因其大带宽、高精度特性，解决了复杂场景下的解锁可靠性问题，且基于飞行时间测量，避免了中继攻击。目前，UWB 数字钥匙正从高端车向中低端车型普及，渗透率有望在2035年达到 50%。
定位方面，点到点的车距感应，比如停车场寻车导航是典型应用。如果很多车辆都搭载了UWB技术，在地下停车场等信号不好的地方，UWB能帮助用户精准定位车辆，无需拍照记录停车位。
雷达方面，最典型应用是舱内儿童检测（CPD），也就是车内活体检测。随着CPD法规落地，60GHz毫米波雷达与UWB竞争该市场，毫米波雷达鲁棒性强，而UWB 无需额外硬件，加特兰的双方案为厂商提供了灵活选择权。此外，中国尚未正式批准60GHz频段，UWB 可规避CPD法规问题。
另外一个雷达应用是“后备箱自动开启”功能，目前很多方案都在后尾箱集成一个个很长的电容式感应器，而UWB芯片只需一颗就能实现，比传统方案更简单、成本更低。
虽然UWB应用很多，不过目前发展的最主要的应用还是“数字车钥匙”和“舱内儿童检测（CPD）”。
根据Qorvo此前的分享，未来汽车上会部署至少5颗UWB芯片，甚至7~9颗以上，以实现更丰富、更智能的应用。
哪些芯片厂商在加码？
加特兰创始人兼CEO陈嘉澍预测，汽车芯片从过去一辆燃油车时代单车不到500美金，到未来一辆电动车时代超过1500美金，这其中蕴含的机会和需求都是巨大的。而在其中，UWB的机会很多。
ICV数据显示，2022年UWB数字钥匙在汽车市场的渗透率仅为2.1%，市场规模为0.96亿美元，但其未来发展潜力巨大。随着技术不断成熟、相关法规日益完善以及生产成本的持续降低，预计汽车制造商将更积极地采用UWB数字钥匙解决方案。到2027年，UWB数字钥匙的渗透率有望突破50%，市场规模预计将达到22.56亿美元。
在这样的市场之下，许多厂商都加入到了UWB的竞争之中。
Qorvo
Qorvo作为UWB芯片领域的龙头企业，在2020年通过收购UWB芯片公司Decawave跨进该技术领域。面向汽车市场推出了车规级DW3300Q系列UWB芯片，可以实现厘米级的定位精度，适用于资产追踪、人员定位、车辆监控等场景。
而在今年1月，Qorvo又推出车规级UWB SoC芯片QPF5100Q，这款突破性SoC满足汽车行业对高精度、可靠UWB技术的需求，适用于诸如无钥匙车辆安全门禁、数字钥匙，以及儿童存在检测和运动感测等UWB雷达应用。传统UWB解决方案通常需要外接射频前端、安全芯片与处理器，增加了开发周期和成本。QPF5100Q采用“All-in-One”设计，解决了这一难题。
此外，该芯片支持通道5（6489.6 MHz）、6（6988.8 MHz）、8（7488 MHz）、9（7987.2 MHz） 四大频段，不仅符合中国最新的UWB频谱规范，也能适应欧美市场的标准，实现了真正的“一芯全球化部署”。
恩智浦
2023年10月，恩智浦推出Trimension NCJ29D6，它属于完全集成的汽车单芯片超宽带（UWB）系列，结合了下一代安全精确的实时定位功能和短程雷达功能，可通过单个系统解决多个用例，包括安全汽车门禁、儿童存在检测、入侵警报、手势识别等。主要汽车OEM将会部署该系列器件，预计将在2025年车型中投入使用。
NCJ29D6系列在设计时已经考虑到，对汽车的物理和网络安全攻击的种类将随着时间的推移而增加，因此预计未来将需要集成安全功能。这两款器件的设计均超出ISO21434网络安全要求。此外，CCC MAC和FiRa MAC提供标准兼容的UWB测距协议，可直接对接至客户应用软件，从而实现并简化AUTOSAR架构。
值得注意的是，恩智浦在去年11月还发布了首个UWB无线BMS解决方案。与传统的窄带无线技术相比，无线BMS方案能够在电池组内更有效地抵抗反射和频率选择性衰减，确保数据传输更稳定、更可靠。而且，这一UWB无线BMS解决方案是恩智浦FlexCom芯片组的一部分，支持有线和无线BMS配置，采用通用的软件架构和安全库，为设计开发提供了极大的便利性和灵活性。
英飞凌
英飞凌正持续加大对UWB的投入。自2020年收购Cypress后，英飞凌便一直在积极扩展其连接芯片业务。2021年底，英飞凌正式加入FiRa联盟，致力于推动UWB技术在汽车、支付、安全识别和嵌入式安全等领域的应用融合，从而进一步壮大UWB生态系统。
2023年10月17日，英飞凌收购总部位于苏黎世的初创企业3db Access AG（3db）。作为安全低功耗超宽带（UWB）技术领域的先锋，该公司如今已成为主要汽车品牌首选的IP供应商。英飞凌将 UWB 增加到其现有的连接产品阵容中，包括 Wi-Fi、蓝牙/低功耗蓝牙和以及NFC 解决方案。在被英飞凌收购之前，瑞萨在2020年就已经与3db展开合作，借助其UWB芯片来增强其MCU及RF连接能力。
值得注意的是，3dB Access提供的解决方案支持高速脉冲（HRP）和低速脉冲（LRP）两种模式，这两种模式均符合IEEE 802.15.4z标准。
意法半导体
ST一直也在加大对于UWB的投入。2020年意法半导体（ST）收购UWB厂商BeSpoo，获得了其UWB实时定位系统 (RTLS) 技术。此外，ST积极参与标准化联盟以及超宽带和精确实时定位系统计划，包括FiRa、UWB联盟和omlox。目前ST官网两款UWB（B-UWB-MEK1、B-UWB-MOD1）产品为工规产品，不过也曾提及UWB在汽车上的应用。
三星
今年3月，三星连发两颗汽车UWB芯片，Exynos Auto UA100以及Exynos Auto UA200。两颗芯片采用的标准是IEEE 802.15.4/15.4z UWB、FiRa PHY和MAC 规范、CCC数字密钥（版本 3.0），且均通过AEC-Q100 Grade 2认证。
Exynos Auto UA100由三星的System LSI部门设计，采用28nm工艺制造，集成了双核Cortex-M33处理器、射频模块、基带、非易失性存储器（NVM）和电源管理单元，支持2个通道，配备512KB eFlash和256KB SRAM，可实现 ±10 cm的厘米级定位精度。
在UA100的基础上，Exynos Auto UA200 进行了全面升级，搭载三核Cortex-M33处理器，通道数量增加至6个，存储容量（SRAM和eFlash）翻倍，eFlash提升至2MB，SRAM容量达到416KB。此外，UA200芯片新增了 雷达协同功能，使其能够监测驾驶员的呼吸频率并支持CPD。通过UWB雷达直接检测生命体征，UA200不仅避免了隐私风险，而且功耗低于毫米波雷达。
加特兰
6月6日，毫米波雷达领先企业加特兰入局UWB，发布全球首款符合IEEE 802.15.4ab新标准的车规UWB SoC芯片——Dubhe（天枢）。作为全球首颗落地 802.15.4ab 标准的产品，该SoC通过软硬件优化，实现了高性能Link Boost链路增益模式，解决了覆盖不足、抗干扰差、穿透力弱等数字钥匙典型问题。同时，其创新性设计2T4R通道，比1T2R 天线增益更高、隔离度更好，支持数字钥匙与雷达场景的天线复用（全向 / 定向），更适合复杂场景抗干扰需求。
据加特兰向汽车开发圈介绍，现有的802.15.4z标准自2020年冻结后，凭借安全高精度测距能力，被CCC、ICCE、ICCOA三大数字钥匙标准采纳。为解决痛点，新一代802.15.4ab 标准已完成核心特性冻结，预计2025年底至2026年初发布。此外，CCC联盟已成立802.15.4ab标准落地工作组，目标2026年2月完成落地研究。随着 Dubhe 发布，新标准落地将加速，预计端到端的 802.15.4ab 数字钥匙体验将于2026或2027年实现。
Dubhe采用TSMC 22nm工艺，较28nm功耗降低20%，较40nm降低 65%；其次是创新性的低功耗架构设计，包括全数字化的发射机，自适应快速同步机制，优化解调和译码性能，快速AGC锁定，高性能DFE数字前端等等。最终实测数据显示，6dB发射功率下，Dubhe电流59mA（某竞品 87mA，节省 32%）；最大增益接收时电流70mA（竞品 160mA，节省 56%）。
Dubhe系列产品目前包含两颗产品，CAL1106 2T4R面向高性能雷达需求，CAL1104 1T3R面向基本雷达需求和测距场景，两颗芯片引脚兼容，客户可以灵活选择。
纽瑞芯
2023年11月，纽瑞芯推出了面向汽车电子的UWB芯片NRT81750（具有三个独立接收通道），该芯片已通过AEC-Q100车规认证，支持IEEE802.15.4-2020、IEEE802.15.4z、CCC和FiRa联盟规范。频段支持CH5~CH12 ，8个UWB BAND (6.0 GHz to 9.25GHz)，最高带宽支持到1.3GHz。该芯片相较于单通道和双通道，可以实现更好的全空间角度测量，支持具有成本优势的单锚点或减锚点数字车钥匙方案。
驰芯半导体
2023年下半年推出首款支持IEEE 802.15.4z/4ab标准的国产UWB芯片CX500，可以解决现有毫米波雷达以及现有的UWB方案存在的问题，并在基于CX500实现数字车钥匙功能的同时，实现UWB活体检测雷达0成本解决方案。
截至2024年底，公司累计出货数百万颗，2025年在售UWB芯片订单超千万颗，公司已经与消费电子、汽车、工业三大领域的多家头部企业签订合作协议，在多个标杆项目中实现量产应用。
瀚巍创芯
瀚巍是CCC、ICCE、ICCOA、MFi、Fira等产业联盟成员。2024年9月，瀚巍创芯的UWB平台级SoC芯片MK8000于近日顺利完成AEC-Q100车规可靠性认证并获得符合性证书。MK8000是一款高度差异化的平台级UWB Soc芯片，支持ToF测距，AoA/PDoA/TDoA等多种定位工作方式，可以实现单芯片单基站2D/3D定位。MK8000支持多种测距协议，FiRa/CCC3.0/ICCE以及用户自定义协议。MK8000 SDK提供丰富的API接口和相应例程，方便用户进行定制开发。支持全双工雷达工作模式，集成的4个天线端口。
紫光展锐
2024年12月，紫光展锐公布首款车规级UWB芯片UIW7710，用于车载雷达产品，雷达天线为1T3R的规格，支持6GHz到9GHz的工作频段，集成Arm Cortex-M33@192MHz内核、2MB Flash、512KB SRAM，预计2025年正式上市。
值得注意的是，同日，知否瑞达发布了基于紫光展锐UIW7710的泊车雷达方案，这一方案在各项指标上已经可以替代泊车方案的超声波雷达。
欧思微
欧思微自主研发了定位、通信、雷达感知三合一车规级UWB SoC芯片，实现了行业领先水平的±1cm（1个标准偏差）测距精度、±1°（1个标准偏差）AOA角度偏差及高达100Mbps数据传输速率，功耗水平为业界头部产品的50%以内。公司率先为汽车客户提供完整的数字钥匙及雷达（包括活体检测和脚踢雷达）国产芯片方案上车演示, 并通过了车厂大量复杂场景corner case测试。同时，欧思微还在割草机器人领域和基于Google安卓寻物标签领域率先打开海外UWB高端市场。
优智联
2024年5月，杭州优智联ZN2024FMA顺利完成AEC-Q100 Grade 2 -40~105℃车规认证，该车规SoC已量产，应用于汽车智能车钥匙方案，是国内率先量产的车规UWB SoC，也是目前市场上率先量产的自带CAN-FD接口的UWB SoC芯片。
宇都通讯
宇都通讯即将量产对标NXP的车载UWB芯片YD9605，具有集成度高、低成本等优势。宇都通讯正构建以车载UWB定位为核心的IoT芯片产品线，服务智慧家庭、智能手机与智能制造等物联网生态。当前，公司已取得3项UWB授权专利，并新增4项专利申请，持续推进国产UWB技术自主可控。
汽车UWB芯片市场潜力无限
从对UWB技术的深入剖析，到其在汽车领域的广泛应用，再到各大芯片厂商的积极布局，我们清晰地看到汽车UWB芯片市场正迎来爆发式增长。高精度定位、卓越的安全性以及多功能集成能力，使得UWB成为数字钥匙、舱内活体检测等关键汽车应用的首选技术。
随着相关标准的不断完善和成本的持续优化，UWB技术在汽车领域的渗透率将持续提升，市场规模也将迅速扩大。可以预见，未来几年，各大芯片厂商将继续加大研发投入，推出更多创新产品，共同推动UWB技术在汽车智能化进程中发挥更重要的作用。