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[導讀]關注、星標公眾號，直達精彩內容來源：網(wǎng)絡素材超寬帶(UWB)是一種基于IEEE802.15.4a和802.15.4z標準的無線電技術，可以非常準確地測量無線電信號的飛行時間，從而實現(xiàn)厘米精度的距離/位置測量。所謂，IEEE802.15.4a，是定義IR-UWB物理層的國際標準。該標準旨在提供非常高精度的定位，同時提供高達27Mbps的同步雙向通信，以收集傳感器數(shù)據(jù)和控制執(zhí)行器。該標準于2005年啟動并于2007年獲得批準，然后于2011年完全集成。2018年，該標準以802.15.4z的形式重新開放，以進一步增加物理層的安全性，因為現(xiàn)在預計UWB將用作汽車和移動行業(yè)的安全交易無線技術。除了這種...

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來源：網(wǎng)絡素材

超寬帶 (UWB) 是一種基于 IEEE 802.15.4a 和 802.15.4z 標準的無線電技術，可以非常準確地測量無線電信號的飛行時間，從而實現(xiàn)厘米精度的距離/位置測量。

所謂，IEEE 802.15.4a ，是定義 IR-UWB 物理層的國際標準。該標準旨在提供非常高精度的定位，同時提供高達 27Mbps 的同步雙向通信，以收集傳感器數(shù)據(jù)和控制執(zhí)行器。該標準于 2005 年啟動并于 2007 年獲得批準，然后于 2011 年完全集成。2018 年，該標準以802.15.4z 的形式重新開放，以進一步增加物理層的安全性，因為現(xiàn)在預計 UWB 將用作汽車和移動行業(yè)的安全交易無線技術。

除了這種獨特的功能外，UWB 還提供數(shù)據(jù)通信功能。同時使用極少的功耗——使紐扣電池運行多年而無需充電或更換。通過結合準確的定位和通信。此外，UWB 還提供了一種新的無線安全通信方式，為新形式的安全交易打開了大門。

UWB 的工作原理

UWB 利用飛行時間 (Time of Flight：ToF)，這是一種通過將信號的飛行時間乘以光速來測量兩個無線電收發(fā)器之間距離的方法。從這個基本原理出發(fā)，UWB 技術可以根據(jù)目標應用需求以不同方式實現(xiàn)，分別是 TWR（Two Way Ranging）、TDoA (Time Difference of Arrival) 或 PDoA(Phase Difference of Arrival )。

其中 TDoA 方法與 GPS 非常相似。多個參考點（稱為錨點：anchors）部署在一個場地中并且是時間同步的。移動設備將發(fā)出信標，當“錨”接收到信標信號時，它會為其添加時間戳（timestamp）。然后將來自多個錨點的時間戳發(fā)送回中央定位引擎，該引擎將根據(jù)信標信號的到達時間差運行多點定位算法，以計算移動設備的 X、Y、Z。

采用這種方法的優(yōu)點之一是低功耗。據(jù)統(tǒng)計，采用這種設計的標簽的電池壽命可以長達 7 年（CR2032 – 0.1Hz 更新率）。同時，還能布置非常高密度的設備（數(shù)以千計）。但這種方法還是有缺點，例如錨點需要時間同步和復雜的部署。

至于 TWR 方法，TWR 方法依賴于兩個設備之間的雙向通信。在進行通信時，這些設備還會測量它們之間 UWB RF 信號的飛行時間。通過將信號的往返時間乘以光速，然后除以 2，您可以得出兩個設備之間的實際距離。如果在兩個設備之間應用 TWR 方案，您將獲得兩個設備之間的距離 (D)?；?TWR 方案，您還可以通過測量移動標簽和固定信標之間的距離來實現(xiàn) 2D 甚至 3D 定位——這稱為三角測量。

采用這種方法的有點是不需要系統(tǒng)同步，能夠輕松部署，且雙向通信使得下行數(shù)據(jù)和控制成為可能。但和另兩種方法一樣，TWR 也有缺點，其中一個就是功耗更高。統(tǒng)計顯示，根據(jù)應用的不同，TWR 方法的設備電池壽命僅為數(shù)月至一年。此外，移動設備數(shù)量有限（數(shù)百個）也是其中一個缺點。

最后，PDoA 的方法將兩個設備之間距離的 TWR 方案與兩個設備之間方位測量的方案結合。這樣的組合允許在沒有任何其他基礎設施的情況下計算兩個設備的相對位置。為此，其中一個設備帶有兩個天線，能夠測量射頻信號的到達相位差。

這樣的方案的好處是減少基礎設備位置方案和兩個設備之間的相對定位。但卻帶來了位置誤差不是長壽湖，而是兩個設備之間距離的函數(shù)。

為什么說 UWB 是首選的定位技術

與藍牙或 WiFi 等其他技術為新目的而重新設計不同，UWB 射頻信號的物理特性從一開始就被明確定義——以實現(xiàn)實時、超準確、超可靠的定位和通信。

為了更好地推動 UWB 的應用，包括 Decawave、 Hyundai、Kia、Zebra、Alteros、Novelda 和 Ubisense 在內的多家企業(yè)發(fā)起了一個全球性的非營利組織 UWB Alliance ，該聯(lián)盟成立的目的是致力于共同將 UWB 技術建立為開放標準行業(yè)。助于促進大規(guī)模的 UWB 部署并保護全球數(shù)百萬已安裝的設備免受無線電技術的侵害。該聯(lián)盟將通過端到端、與供應商無關的互操作性計劃推動增長，這些計劃將為包括導航、跟蹤、安全、成像、傳感和通信在內的多個物聯(lián)網(wǎng)應用和工業(yè) 4.0 應用提供準確的定位。

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