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引言
在科技飛速發(fā)展的當(dāng)下，汽車智能化浪潮洶涌澎湃，其中數(shù)字鑰匙作為一項極具變革性的技術(shù)，正逐漸顛覆傳統(tǒng)汽車鑰匙的使用模式。數(shù)字鑰匙借助先進(jìn)的無線通信技術(shù)，讓車主能夠通過智能手機(jī)等移動設(shè)備實現(xiàn)車輛的解鎖、啟動等操作，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，成為了數(shù)字鑰匙領(lǐng)域的核心技術(shù)，為用戶帶來了前所未有的安全與便捷體驗。
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)行信號傳輸，而是通過發(fā)送和接收具有納秒級甚至皮秒級的極窄脈沖來傳遞信息。其信號帶寬極寬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)通信技術(shù)的帶寬。例如，藍(lán)牙、Wi-Fi 等傳統(tǒng)無線技術(shù)的信號帶寬一般在幾十 MHz 以內(nèi)，而 UWB 的信號帶寬可達(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間延遲測量。在測距方面，UWB 主要采用飛行時間法（TOF）和到達(dá)時差法（TDOA）。飛行時間法通過測量 UWB 信號從發(fā)射端到接收端的飛行時間，由于光速已知，根據(jù)信號傳播時間乘以光速，就能精確計算出兩個模塊之間的距離。例如，當(dāng)發(fā)射端發(fā)出一個 UWB 脈沖信號，接收端接收到該信號時記錄下時間，兩者時間差即為信號飛行時間，進(jìn)而得出距離。到達(dá)時差法則是利用多個基站接收信號的時間差來確定標(biāo)簽的位置。多個基站同時接收來自同一標(biāo)簽的 UWB 信號，由于標(biāo)簽到不同基站的距離不同，信號到達(dá)各基站的時間也不同，通過測量這些時間差，便可以計算出標(biāo)簽相對于基站的位置。
2. 獨(dú)特優(yōu)勢
高精度定位：UWB 最大的亮點之一就是能夠?qū)崿F(xiàn)厘米級的定位精度，這是傳統(tǒng)的藍(lán)牙、Wi-Fi 等定位技術(shù)難以企及的。例如，在停車場中，車主使用配備 UWB 數(shù)字鑰匙的手機(jī)，能夠精確地知曉車輛所在位置，輕松找到車輛，而不會像使用傳統(tǒng)定位技術(shù)那樣，在偌大的停車場中苦苦尋覓。這種高精度定位能力在數(shù)字鑰匙應(yīng)用中，能夠精準(zhǔn)判斷車主與車輛的距離，為實現(xiàn)自動解鎖、自動上鎖等功能提供了有力保障。
強(qiáng)抗干擾能力：UWB 信號的頻譜范圍寬，且信號功率譜密度低。這使得它在復(fù)雜的電磁環(huán)境中，如存在多徑效應(yīng)（信號在傳輸過程中經(jīng)過多次反射、折射等，導(dǎo)致接收端收到多個不同路徑的信號）、信號遮擋等情況下，仍能保持穩(wěn)定的測距性能。相比之下，藍(lán)牙等技術(shù)在受到其他無線信號干擾時，容易出現(xiàn)連接不穩(wěn)定、信號中斷等問題。例如，在地下停車場這種信號復(fù)雜的環(huán)境中，UWB 數(shù)字鑰匙依然能夠穩(wěn)定工作，準(zhǔn)確地與車輛進(jìn)行通信，確保車主順利解鎖車輛。
高安全性：UWB 技術(shù)在通信安全方面采用了非對稱加密和隨機(jī)數(shù)生成等多重防護(hù)機(jī)制。特別是針對中繼攻擊（黑客通過中繼設(shè)備劫持信號，在遠(yuǎn)距離外模擬車主信號解鎖車輛），UWB 的獨(dú)特測距和時間戳技術(shù)使得被劫持信號無法通過時間驗證。傳統(tǒng)的 RFID 或藍(lán)牙技術(shù)由于信號較弱，容易被信號欺騙，而 UWB 由于其高精度的時間測量特性，幾乎不可能被偽造或干擾，極大地增強(qiáng)了車輛的防盜能力。
低功耗：UWB 信號采用短脈沖傳輸數(shù)據(jù)，在短時間內(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，可延長設(shè)備的使用時間。這對于依靠手機(jī)電池供電的數(shù)字鑰匙應(yīng)用來說非常重要，不會因為頻繁使用數(shù)字鑰匙功能而大幅縮短手機(jī)續(xù)航時間。
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)。通過按模式發(fā)送脈沖，UWB 對信息進(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)車主靠近車輛時，智能手機(jī)首先通過 BLE 與車輛建立連接。BLE 連接用于啟動數(shù)字鑰匙通信，并進(jìn)行初步的用戶身份驗證。一旦 BLE 連接建立，數(shù)字鑰匙協(xié)議會通過 BLE 與車輛進(jìn)行消息交換，在這一階段，通過公鑰加密機(jī)制確保車輛和智能手機(jī)之間的身份可信度，防止被黑客偽造身份。之后，車輛啟動 UWB 通信。智能手機(jī)或鑰匙卡發(fā)送 STS 信號，車輛周圍的 UWB 錨點（傳感器）依次應(yīng)答。通過這些信號，UWB 系統(tǒng)能夠精確地計算出車主與車輛之間的距離。當(dāng)車主靠近車輛，UWB 系統(tǒng)計算出的距離符合預(yù)設(shè)條件后，車輛會自動解鎖。例如，當(dāng) UWB 數(shù)字鑰匙靠近車輛距離 1 - 3 米（可標(biāo)定）時進(jìn)入解鎖區(qū)，車門自動解鎖，同時轉(zhuǎn)向燈閃爍、并發(fā)出聲響迎接車主入座。當(dāng)車主離開車輛，UWB 數(shù)字鑰匙遠(yuǎn)離車輛距離 4 米（可標(biāo)定）時，整車自動閉鎖，控制靠近鑰匙側(cè)轉(zhuǎn)向燈閃爍，并發(fā)出聲響。
2. 應(yīng)用場景
無感進(jìn)入與啟動：車主無需拿出手機(jī)或鑰匙，當(dāng)攜帶 UWB 數(shù)字鑰匙靠近車輛時，車輛能夠自動檢測到并解鎖車門，進(jìn)入車內(nèi)后，無需插入鑰匙，即可直接啟動車輛。例如，車主雙手提滿物品走向車輛時，無需騰出手來尋找鑰匙，車輛自動解鎖，上車后輕松啟動車輛，整個過程順暢自然，大大提升了用戶體驗。
精準(zhǔn)定位尋車：在大型停車場中，車主可以通過手機(jī)上的 APP，利用 UWB 的高精度定位功能，快速、準(zhǔn)確地找到自己車輛的位置。APP 能夠在地圖上精確顯示車輛與車主的相對位置，引導(dǎo)車主順利找到車輛，節(jié)省尋車時間。
個性化設(shè)置：UWB 數(shù)字鑰匙可以與車輛內(nèi)部系統(tǒng)連接，實現(xiàn)個性化功能定制。例如，當(dāng)車主靠近車輛，車輛自動解鎖的同時，座椅、后視鏡等可以根據(jù)車主的習(xí)慣自動調(diào)整到預(yù)設(shè)位置，為車主提供專屬的駕駛環(huán)境。
數(shù)字鑰匙分享：一些車型的 UWB 數(shù)字鑰匙具備分享功能，車主可以將數(shù)字鑰匙分享給家人、朋友等。例如，車主可以通過手機(jī)將數(shù)字鑰匙分享給家人，家人無需物理鑰匙即可使用車輛，方便快捷。
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