什么是UWB？

關(guān)注、星標(biāo)公眾號(hào)，直達(dá)精彩內(nèi)容

來源：矽磊電子公眾號(hào)

整理：李肖遙

人類為了征服自然，從古至今運(yùn)用了眾多的定位方法。從最早的觀察天空，到羅盤、指南針、紙質(zhì)地圖，再到今天的衛(wèi)星定位，我們已經(jīng)基本解決“我在哪”的問題。時(shí)至今日，人類對(duì)定位技術(shù)的要求已經(jīng)從戶外導(dǎo)航逐步拓展到室內(nèi)定位。然而，隨著城市化建設(shè)的進(jìn)程，室內(nèi)空間越來越密集，室內(nèi)結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。為了不在鋼筋水泥中迷路，室內(nèi)定位技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

最早的室內(nèi)定位技術(shù)主要有RFID、藍(lán)牙、Wi-Fi、超聲波、紅外線等。但這些技術(shù)都擁有各自的局限性，藍(lán)牙和Wi-Fi技術(shù)定位精度不夠，紅外線技術(shù)穿透力差，超聲波技術(shù)易受干擾。相比之下，近期備受矚目的UWB技術(shù)，憑借更強(qiáng)的抗干擾性，更高的定位精度，成為了當(dāng)下最具市場(chǎng)潛力的室內(nèi)定位技術(shù)。

01UWB概述

超寬帶 (Ultra Wide Band，簡(jiǎn)稱UWB)技術(shù)是一種無線載波通信技術(shù)，通過發(fā)送納秒級(jí)的非正弦波窄脈沖來傳輸數(shù)據(jù)，基于ToF技術(shù)計(jì)算無線電波返回設(shè)備的時(shí)間，進(jìn)而測(cè)算設(shè)備間的距離，測(cè)距精度極高，可以達(dá)到厘米級(jí)。超寬帶系統(tǒng)與傳統(tǒng)的窄帶系統(tǒng)相比，具有收發(fā)時(shí)間短、抗多徑效果好、系統(tǒng)安全性高、整體功耗低等優(yōu)點(diǎn)。因此，UWB技術(shù)能夠應(yīng)用于室內(nèi)靜止或移動(dòng)的人和物的快速高精度定位跟蹤與導(dǎo)航。

UWB出現(xiàn)于1960年，通過Harmuth、Ross和Robbins等先行公司的研究， 70年代在雷達(dá)系統(tǒng)應(yīng)用中獲得了重要的發(fā)展。為了研究UWB在民用領(lǐng)域使用的可行性，自1998年起，美國聯(lián)邦通信委員會(huì)(FCC) 就“超寬帶無線設(shè)備對(duì)原有窄帶無線通信系統(tǒng)的干擾及其相互共容”的問題開始廣泛征求業(yè)界意見。2002年，美國FCC正式將3.1GHz-10.6GHz頻帶作為室內(nèi)通信用途的UWB開放，標(biāo)志著UWB開始用于民用無線通信。隨后幾年，日本、新加坡和歐盟等的無線電管理部門都頒布了類似的法令。中國從2006年開始進(jìn)行UWB頻譜規(guī)劃的準(zhǔn)備工作。2008年，中國的UWB頻譜規(guī)劃正式發(fā)布，包括UWB信號(hào)的射頻指標(biāo)、應(yīng)用場(chǎng)所限制、設(shè)備核準(zhǔn)等方面的內(nèi)容。

02技術(shù)特點(diǎn)

UWB技術(shù)目前基于最新的IEEE 802.15.4a/z標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)已針對(duì)微定位和安全通信進(jìn)行了優(yōu)化。作為一項(xiàng)高精度定位技術(shù)，UWB可以將人和物精確定位在幾厘米之內(nèi)，使其準(zhǔn)確度比當(dāng)前的低功耗藍(lán)牙（BLE）和Wi-Fi實(shí)現(xiàn)高近百倍，其卓越的高精度性能完美的符合室內(nèi)定位應(yīng)用的需求。

1、 定位精度高。視距情況下，UWB定位精度可以達(dá)到10cm以內(nèi)，遠(yuǎn)高于其他無線定位技術(shù)。適合眾多的應(yīng)用場(chǎng)景，比如AGV小車的管理、司法監(jiān)獄對(duì)人員的軌跡監(jiān)測(cè)、智能制造對(duì)原材料的實(shí)時(shí)監(jiān)控等。

2、 穩(wěn)定性好。首先，UWB技術(shù)對(duì)各種類型的干擾（包括多徑）具有很高的抗擾性，其發(fā)射的脈沖波抗干擾能力強(qiáng)于連續(xù)的電磁波。其次，UWB工作頻段在3GHz-10GHz，相對(duì)于2.4G頻段的無線定位技術(shù)，外界的干擾信號(hào)更少。

3、 安全性高。UWB利用IEEE定義的限界技術(shù)來提供一定程度的安全性，使其成為極其安全的格式。

4、 低延遲。UWB的通信收發(fā)速度可高達(dá)每秒1000次，讀數(shù)比衛(wèi)星導(dǎo)航快50倍，可以應(yīng)用于對(duì)任何物體的實(shí)時(shí)定位/跟蹤。

5、 經(jīng)濟(jì)實(shí)用。UWB芯片運(yùn)用主流工藝技術(shù)，能夠針對(duì)低功耗的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行優(yōu)化。

基于以上特性，UWB定位技術(shù)在消費(fèi)類的應(yīng)用也不斷發(fā)展，目前已有些廠商研發(fā)了諸如定位標(biāo)簽、智能跟隨行李箱等消費(fèi)級(jí)產(chǎn)品，而未來，如果說UWB定位技術(shù)能夠集成到手機(jī)里面，則將會(huì)刺激消費(fèi)級(jí)應(yīng)用的迅速爆發(fā)。

03發(fā)展前景

在物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，室內(nèi)位置信息將是人或物最重要的信息屬性之一。UWB將以其特性助力智能家居應(yīng)用場(chǎng)景的升級(jí)，隨著智能家居的生態(tài)成熟，UWB消費(fèi)級(jí)應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模巨大。據(jù)相關(guān)資料顯示，2022年中國UWB室內(nèi)定位市場(chǎng)規(guī)模有望達(dá)到22.1億美元，占全球市場(chǎng)規(guī)模的18.0%，而中國企業(yè)級(jí)UWB室內(nèi)定位市場(chǎng)將達(dá)到121.5億元，從2017年開始，年增長(zhǎng)率達(dá)到85.6%。

在商業(yè)層面，國內(nèi)外的巨頭和創(chuàng)業(yè)企業(yè)為促進(jìn)室內(nèi)定位技術(shù)落地，做出大量嘗試，室內(nèi)位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)鏈初現(xiàn)雛形。

在政府層面，中國國務(wù)院、科技部、工信部下發(fā)的多項(xiàng)指導(dǎo)政策中均提出要大力推動(dòng)室內(nèi)定位系統(tǒng)發(fā)展。比如國家的十三五規(guī)劃就制定了導(dǎo)航與位置服務(wù)，包括室內(nèi)外無縫導(dǎo)航、室內(nèi)外多模式協(xié)同定位、室內(nèi)多維位置信息、位置智能感知、無人駕駛地圖服務(wù)等標(biāo)準(zhǔn)。

行業(yè)巨頭和政府組織強(qiáng)力介入室內(nèi)定位位置服務(wù)，會(huì)推動(dòng)用戶對(duì)室內(nèi)定位的快速認(rèn)可，加速室內(nèi)位置服務(wù)生態(tài)成熟和應(yīng)用落地。由此可見，在未來幾年，中國乃至全球的室內(nèi)定位服務(wù)應(yīng)用會(huì)迎來快速增長(zhǎng)。

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