引言
在科技飛速發(fā)展的當(dāng)下，汽車(chē)智能化浪潮洶涌澎湃，其中數(shù)字鑰匙作為一項(xiàng)極具變革性的技術(shù)，正逐漸顛覆傳統(tǒng)汽車(chē)鑰匙的使用模式。數(shù)字鑰匙借助先進(jìn)的無(wú)線通信技術(shù)，讓車(chē)主能夠通過(guò)智能手機(jī)等移動(dòng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)車(chē)輛的解鎖、啟動(dòng)等操作，極大地提升了便捷性。而在眾多支撐數(shù)字鑰匙的技術(shù)中，UWB（Ultra-Wideband，超寬帶）模塊憑借其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，成為了數(shù)字鑰匙領(lǐng)域的核心技術(shù)，為用戶帶來(lái)了前所未有的安全與便捷體驗(yàn)。
UWB 技術(shù)概述
1. 技術(shù)原理
UWB 是一種新型的射頻技術(shù)，工作頻段通常處于 3.1GHz 到 10.6GHz 的范圍。與傳統(tǒng)射頻技術(shù)不同，UWB 并不依賴于正弦載波進(jìn)行信號(hào)傳輸，而是通過(guò)發(fā)送和接收具有納秒級(jí)甚至皮秒級(jí)的極窄脈沖來(lái)傳遞信息。其信號(hào)帶寬極寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)通信技術(shù)的帶寬。例如，藍(lán)牙、Wi-Fi 等傳統(tǒng)無(wú)線技術(shù)的信號(hào)帶寬一般在幾十 MHz 以內(nèi)，而 UWB 的信號(hào)帶寬可達(dá)到數(shù)百 MHz 甚至數(shù) GHz。這種寬頻段的特性使得 UWB 能夠支持極為精確的時(shí)間延遲測(cè)量。在測(cè)距方面，UWB 主要采用飛行時(shí)間法（TOF）和到達(dá)時(shí)差法（TDOA）。飛行時(shí)間法通過(guò)測(cè)量 UWB 信號(hào)從發(fā)射端到接收端的飛行時(shí)間，由于光速已知，根據(jù)信號(hào)傳播時(shí)間乘以光速，就能精確計(jì)算出兩個(gè)模塊之間的距離。例如，當(dāng)發(fā)射端發(fā)出一個(gè) UWB 脈沖信號(hào)，接收端接收到該信號(hào)時(shí)記錄下時(shí)間，兩者時(shí)間差即為信號(hào)飛行時(shí)間，進(jìn)而得出距離。到達(dá)時(shí)差法則是利用多個(gè)基站接收信號(hào)的時(shí)間差來(lái)確定標(biāo)簽的位置。多個(gè)基站同時(shí)接收來(lái)自同一標(biāo)簽的 UWB 信號(hào)，由于標(biāo)簽到不同基站的距離不同，信號(hào)到達(dá)各基站的時(shí)間也不同，通過(guò)測(cè)量這些時(shí)間差，便可以計(jì)算出標(biāo)簽相對(duì)于基站的位置。
2. 獨(dú)特優(yōu)勢(shì)
高精度定位：UWB 最大的亮點(diǎn)之一就是能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級(jí)的定位精度，這是傳統(tǒng)的藍(lán)牙、Wi-Fi 等定位技術(shù)難以企及的。例如，在停車(chē)場(chǎng)中，車(chē)主使用配備 UWB 數(shù)字鑰匙的手機(jī)，能夠精確地知曉車(chē)輛所在位置，輕松找到車(chē)輛，而不會(huì)像使用傳統(tǒng)定位技術(shù)那樣，在偌大的停車(chē)場(chǎng)中苦苦尋覓。這種高精度定位能力在數(shù)字鑰匙應(yīng)用中，能夠精準(zhǔn)判斷車(chē)主與車(chē)輛的距離，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)解鎖、自動(dòng)上鎖等功能提供了有力保障。
強(qiáng)抗干擾能力：UWB 信號(hào)的頻譜范圍寬，且信號(hào)功率譜密度低。這使得它在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，如存在多徑效應(yīng)（信號(hào)在傳輸過(guò)程中經(jīng)過(guò)多次反射、折射等，導(dǎo)致接收端收到多個(gè)不同路徑的信號(hào)）、信號(hào)遮擋等情況下，仍能保持穩(wěn)定的測(cè)距性能。相比之下，藍(lán)牙等技術(shù)在受到其他無(wú)線信號(hào)干擾時(shí)，容易出現(xiàn)連接不穩(wěn)定、信號(hào)中斷等問(wèn)題。例如，在地下停車(chē)場(chǎng)這種信號(hào)復(fù)雜的環(huán)境中，UWB 數(shù)字鑰匙依然能夠穩(wěn)定工作，準(zhǔn)確地與車(chē)輛進(jìn)行通信，確保車(chē)主順利解鎖車(chē)輛。
高安全性：UWB 技術(shù)在通信安全方面采用了非對(duì)稱加密和隨機(jī)數(shù)生成等多重防護(hù)機(jī)制。特別是針對(duì)中繼攻擊（黑客通過(guò)中繼設(shè)備劫持信號(hào)，在遠(yuǎn)距離外模擬車(chē)主信號(hào)解鎖車(chē)輛），UWB 的獨(dú)特測(cè)距和時(shí)間戳技術(shù)使得被劫持信號(hào)無(wú)法通過(guò)時(shí)間驗(yàn)證。傳統(tǒng)的 RFID 或藍(lán)牙技術(shù)由于信號(hào)較弱，容易被信號(hào)欺騙，而 UWB 由于其高精度的時(shí)間測(cè)量特性，幾乎不可能被偽造或干擾，極大地增強(qiáng)了車(chē)輛的防盜能力。
低功耗：UWB 信號(hào)采用短脈沖傳輸數(shù)據(jù)，在短時(shí)間內(nèi)消耗較少的能量，因此模塊整體功耗較低，適合采用電池供電的設(shè)備，可延長(zhǎng)設(shè)備的使用時(shí)間。這對(duì)于依靠手機(jī)電池供電的數(shù)字鑰匙應(yīng)用來(lái)說(shuō)非常重要，不會(huì)因?yàn)轭l繁使用數(shù)字鑰匙功能而大幅縮短手機(jī)續(xù)航時(shí)間。
高速數(shù)據(jù)傳輸：UWB 技術(shù)采用非常低的功率和高帶寬，能夠在短距離內(nèi)高速傳輸數(shù)據(jù)。通過(guò)按模式發(fā)送脈沖，UWB 對(duì)信息進(jìn)行編碼，具備功耗低、抗干擾能力強(qiáng)等特征，能夠?qū)崿F(xiàn)各種智能設(shè)備的位置、距離、方向感知，為車(chē)輛與數(shù)字鑰匙之間快速、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)交互提供了可能。
UWB 模塊在數(shù)字鑰匙中的應(yīng)用
1. 工作流程
在數(shù)字鑰匙系統(tǒng)中，藍(lán)牙低能耗（BLE）和 UWB 技術(shù)通常協(xié)同工作。當(dāng)車(chē)主靠近車(chē)輛時(shí)，智能手機(jī)首先通過(guò) BLE 與車(chē)輛建立連接。BLE 連接用于啟動(dòng)數(shù)字鑰匙通信，并進(jìn)行初步的用戶身份驗(yàn)證。一旦 BLE 連接建立，數(shù)字鑰匙協(xié)議會(huì)通過(guò) BLE 與車(chē)輛進(jìn)行消息交換，在這一階段，通過(guò)公鑰加密機(jī)制確保車(chē)輛和智能手機(jī)之間的身份可信度，防止被黑客偽造身份。之后，車(chē)輛啟動(dòng) UWB 通信。智能手機(jī)或鑰匙卡發(fā)送 STS 信號(hào)，車(chē)輛周?chē)?UWB 錨點(diǎn)（傳感器）依次應(yīng)答。通過(guò)這些信號(hào)，UWB 系統(tǒng)能夠精確地計(jì)算出車(chē)主與車(chē)輛之間的距離。當(dāng)車(chē)主靠近車(chē)輛，UWB 系統(tǒng)計(jì)算出的距離符合預(yù)設(shè)條件后，車(chē)輛會(huì)自動(dòng)解鎖。例如，當(dāng) UWB 數(shù)字鑰匙靠近車(chē)輛距離 1 - 3 米（可標(biāo)定）時(shí)進(jìn)入解鎖區(qū)，車(chē)門(mén)自動(dòng)解鎖，同時(shí)轉(zhuǎn)向燈閃爍、并發(fā)出聲響迎接車(chē)主入座。當(dāng)車(chē)主離開(kāi)車(chē)輛，UWB 數(shù)字鑰匙遠(yuǎn)離車(chē)輛距離 4 米（可標(biāo)定）時(shí)，整車(chē)自動(dòng)閉鎖，控制靠近鑰匙側(cè)轉(zhuǎn)向燈閃爍，并發(fā)出聲響。
2. 應(yīng)用場(chǎng)景
無(wú)感進(jìn)入與啟動(dòng)：車(chē)主無(wú)需拿出手機(jī)或鑰匙，當(dāng)攜帶 UWB 數(shù)字鑰匙靠近車(chē)輛時(shí)，車(chē)輛能夠自動(dòng)檢測(cè)到并解鎖車(chē)門(mén)，進(jìn)入車(chē)內(nèi)后，無(wú)需插入鑰匙，即可直接啟動(dòng)車(chē)輛。例如，車(chē)主雙手提滿物品走向車(chē)輛時(shí)，無(wú)需騰出手來(lái)尋找鑰匙，車(chē)輛自動(dòng)解鎖，上車(chē)后輕松啟動(dòng)車(chē)輛，整個(gè)過(guò)程順暢自然，大大提升了用戶體驗(yàn)。
精準(zhǔn)定位尋車(chē)：在大型停車(chē)場(chǎng)中，車(chē)主可以通過(guò)手機(jī)上的 APP，利用 UWB 的高精度定位功能，快速、準(zhǔn)確地找到自己車(chē)輛的位置。APP 能夠在地圖上精確顯示車(chē)輛與車(chē)主的相對(duì)位置，引導(dǎo)車(chē)主順利找到車(chē)輛，節(jié)省尋車(chē)時(shí)間。
個(gè)性化設(shè)置：UWB 數(shù)字鑰匙可以與車(chē)輛內(nèi)部系統(tǒng)連接，實(shí)現(xiàn)個(gè)性化功能定制。例如，當(dāng)車(chē)主靠近車(chē)輛，車(chē)輛自動(dòng)解鎖的同時(shí)，座椅、后視鏡等可以根據(jù)車(chē)主的習(xí)慣自動(dòng)調(diào)整到預(yù)設(shè)位置，為車(chē)主提供專屬的駕駛環(huán)境。
數(shù)字鑰匙分享：一些車(chē)型的 UWB 數(shù)字鑰匙具備分享功能，車(chē)主可以將數(shù)字鑰匙分享給家人、朋友等。例如，車(chē)主可以通過(guò)手機(jī)將數(shù)字鑰匙分享給家人，家人無(wú)需物理鑰匙即可使用車(chē)輛，方便快捷。
