只听说过iPhone采用的A13处理器?还是来了解神秘的U1芯片吧

北京时间 2019 年 9 月 11 日凌晨,Apple(苹果公司)公布了 iPhone 11 系列手机。Phil Schiller 在演讲期间使用的 Apple Pay 演示文稿中,赫然出现了全新的 Apple U1 芯片。目前,Apple 在其网站上只是提到计划如何利用 U1 芯片开发出 AirDrop(隔空投送)的版本。

https://www.apple.com/cn/newsroom/2019/09/apple-introduces-dual-camera-iphone-11/

「Apple 全新设计的 U1 芯片利用超宽频技术,在 iPhone 上首次实现了空间感知功能。今年 9 月 30 日 iOS 13.1 推出后,隔空投送功能可基于方向感知给出建议,使用体验将更出色。」

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遇见 UWB 无线电技术

U1 芯片中的「U」指的是 UWB 技术。UWB 拥有众多应用与用例。Apple 比较重视的方向之一,应该是将其应用在 XR(扩展现实)技术领域,包括帮助 Apple 眼镜追踪不同物体间的空间关系。要实现这种关系判断,一种方法就是 Apple 已经通过 FaceID 与 Animoji 进行尝试的激光加红外系统;另一种就是通过无线电频谱来实现。

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该功能的早期版本正是已经被 Apple 遗弃的 iBeacons 计划。该技术以 BLE(低功耗蓝牙)为中心。虽然想法非常合理,但这项技术的辨识度很低,低到至少要有 3 台或者更多支持 iBeacons 的设备进行三角定位才能在几英尺范围内实现追踪。即使设备数量充足,热量与障碍物等因素也会给定位结果带来巨大干扰。

在推进 iBeacons 技术研究的同时,Apple 还在研究实验室中测试了另一项更新且更为精密的技术。Apple 早在 2000 年初就预测到 UWB 技术的广泛应用前景。在 2006 年的 iPhone 发布会之前,Apple 申请了一项「用于飞行时间与网络位置估算的超带宽无线电」专利,并获得了利弗莫尔国家实验室的研究经费支持。不过直到四年之后,也就是 2010 年 9 月,美国专利局才批准这项专利。在此期间,Apple 又在 iBeacons 以及 BLE 身上下了不少工夫,但其在三维空间内的辨识度始终无法达到 Apple 的要求。最终,他们放弃了 iBeacons 这一概念。

UWB 是如何工作的

UWB 设备通过交换可用于测距的脉冲形状信息实现彼此协作。这些脉冲形状信息的接收,也是由 UWB 设备负责实现,并能够显著提高测距精度。这种更高的测距精度适用于复杂的多路径环境,其中的高级估算方案用于整理出飞行时间的预计抵达路径。对 UWB 来说,飞行时间就是其发挥作用的基础 —— 这一点与 GPS 颇为相似。(也类似于之前蓝点所提到过的 ToF「飞时测距感测」)

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脉冲形状信息当中包含特定于接收到的测距信号的时间零点指数。UWB 接收器利用这一数值建立用于飞行时间计算的时间戳,计算过程则包括测量性能特征以及选择不同的脉冲形状信息。UWB 从其它设备处接收脉冲形状信息,这些信息用于实现不同电子设备之间的 UWB 通信、接收并使用第一条脉冲形状信息,并最终确定当前电子设备与另一电子设备之间的位置(部分基于脉冲形状信息加测距信号)。

总体来讲,只要能够计算与测距信号相关的飞行时间,同时获取脉冲形状信息(包括时间零点指数,此指数可以是脉冲形状信息的主瓣样本,例如接收到的第一样本或者脉冲形状信息的中心主瓣样本),即可实现距离测算。另外,脉冲形状信息还能够通过电子设备的位置信息将一个或者多个区域关联起来。

此外,Apple 也可能配合 iPhone 11 或者其它移动设备使用一个或者多个锚节点,从而进一步提高测距的准确性与可靠性。该设备可以实现三角定位,并确定可用于提供本地方向信息的地理位置。

Apple U1 芯片

Apple U1 芯片是一种专用型低功耗芯片设计方案,类似于新的 Decawave(IR0UWB)DW1000 无线 IC 芯片组。到目前为止,这类芯片已经出货数百万块,其室内定位精度已达到 10 厘米以内。Apple U1 芯片很可能采用 Decawave 芯片的许可技术或者定制 OEM 版本,并有望在理论上实现 3 厘米以内的定位精度。

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以 Decawave DW1000 无线电 IC 为例,它能够提供 6.8Mbps 的数据传输速率,且定位精度比 WiFi 或者蓝牙高 100 倍。其覆盖范围可达 290 米,功耗要求极低,且速度与标准 GPS 延迟相比要快 50 倍。虽然Apple U1 芯片目前尚未公布,以 DW1000 作为参照,我们基本可以想象 Apple U1 将拥有何等强大的能力。

写在后面

不过笔者预计在 U1 芯片实现小型化之前,不太可能应用在寸土寸金的 Apple Watch 上面。相反,眼镜和汽车方面倒是很有可能。同样期待 UWB 在 Android 设备上的应用。

  • 即使原作者的信仰、审美、品行道德与本人有差异,我也愿意将原作者的部分观点为己所用。
  • 其立论和论证方法均在足够客观的情况下都可以被本人论述所引用。
  • 我也会尽量避免引用热议人物的素材,并加以标注。但识别蔡徐坤之类的人物并非我所擅长。
  • 本次引用,原文主观性过强,而且原作者唱衰云计算,读者大佬们对此文消息的置信度请自行斟酌。

中文翻译:核子可乐

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1 条评论,访客:1 条,站长:0 条
  1. fudashuai
    fudashuai发布于: 
    Maxthon 5.2.7.5000 Maxthon 5.2.7.5000 Windows 10 64位版 Windows 10 64位版

    了解之后就不神秘了······

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