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UWB也許從來沒有想過，它為世人所熟知是因為蘋果手機。

UWB技術因為蘋果手機中的應用而站到了聚光燈下，與近期的光刻機一樣接受著吃瓜群眾們好奇的眼光。其實UWB并不是一個新技術，早在軍工領域應用的時候還要追溯到上個世紀，那時候美蘇還在冷戰，國內還在改開；工業領域的應用也有了小20年的時間，各技術服務商在市場上已經拼殺了好幾個回合了；而去年才放出的商業領域應用消息，卻終于讓UWB走上了臺前（可喜可賀）。

本篇文章將全方位介紹UWB技術，讓大家對UWB有更深刻的了解。

什么是UWB

UWB指Ultra Wide-Band（超寬帶），是一種新型的無線通信技術，它不采用正弦載波，而是利用納秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數據，因此其所占的頻譜范圍很大，盡管使用無線通信，但其數據傳輸速率可以達到幾百兆比特每秒以上。

UWB技術利用頻譜極寬的超寬基帶脈沖進行通信，故又稱為基帶通信技術、無線載波通信技術，主要用于軍用雷達、定位和低截獲率/低偵測率的通信系統中。

UWB的發展歷史

UWB技術誕生于1960年代，應用一直局限于軍事、雷達定位及測距等方面。直到2002年2月，UWB才獲得FCC批準，用于民用和商用通信，緊隨其后日本于2006年8月開放了超寬帶頻段，2007年3月，ISO正式通過了WiMedia聯盟提交的MB-OFDM標準，正式成為了UWB技術的第一個國際標準。

目前已有超過20多家廠商開發推出了UWB技術芯片、應用開發平臺和相關設備。其中走在前列的主要是美國的制造商，另外，也包括一些以色列、日本、英國、歐洲和中國臺灣的企業。

與國外先進國家相比，我國的UWB研發起步相對較晚。從1999年開始，我國研究者開始關注UWB技術的發展。2001年，國家“863”計劃啟動了高速UWB實驗演示系統的研發項目，經過遴選，由東南大學、清華大學、中國科技大學分別進行研發，各自提出方案，分別于2005年12月和2006年4月完成并通過驗收。在2011年的中國國際信息通信展覽會上，深圳國人通信有限公司推出了超寬帶數字光纖分布系統（UW-DDS ），這是可實現多制式多業務共同接入、協同發展以及共建共享新解決方案，已在國家大劇院等處應用并獲得巨大成功。

隨著室內定位商業模式的初步浮現以及主流芯片廠家、位置服務提供商、集成商等在產業鏈各個環節上的大力推動，目前UWB技術在國內甚至全球市場都已經有著大量的行業應用案例。

技術特點

UWB在應用上主要有兩大作用：測距與定位。支撐這兩個作用的因素在于以下技術特點：

1. 高精度

具有厘米級的高精度定位能力。UWB信號時域寬度極窄，接收端在測量時，能獲得極高的時間分辨率，簡單講就是時間測量準，這是實現高精度定位的基礎。

同時它還具有很強的抗多徑能力，不同方向到達的信號很難出現疊加干擾，這對高精度定位也非常有好處。

2. 低功耗

UWB系統使用周期性的脈沖來發送數據，脈沖持續時間很短，一般在0.20ns～1.5ns之間，占空比非常低，省去了發送連續載波的大量功耗，因此功耗可以做到很低。

3. 高安全

UWB通信系統的物理層技術具有天然的安全性能，其帶寬大，發射功率譜密度比噪聲還要低，承載的信息淹沒在噪聲中，被截獲和干擾的概率非常低。反之，影響其他無線通信（如WIFI）的概率也非常低。總結起來，就是自己既不干擾別人，別人也很難干擾自己。

4. 低成本

部署UWB定位系統，有一定的硬件采購成本，但UWB基站覆蓋范圍大，典型半徑達50-150米，同樣面積下，需部署的設備更少。同時，UWB系統一旦部署調試完畢，幾乎不用再改動，一次投入，可用10年，運營成本極低。

測距與定位原理

UWB的測距原理

TOF

飛行時間法（Time of flight，TOF）是一種雙向測距技術，它通過測量UWB信號在基站與標簽之間往返的飛行時間來計算距離。根據數學關系，一點到已知點的距離為常數，那么這點一定在以已知點為圓心，以該常數為半徑的圓上。有兩個已知點，就有兩個交點。以三個已知點和距離作三個圓，他們交于同一個點，該點就是標簽的位置。

基于TOF的定位方法測距不依賴基站與標簽的時間同步，故沒有時鐘同步偏差帶來的誤差，但TOF測距方法的時間取決于時鐘精度，時鐘偏移會帶來誤差。為了減少時鐘偏移量造成的測距誤差，通常采用正反兩個方向的測量方法，即遠端基站發送測距信息，標簽接收測距信息并回復，然后再由標簽發起測距信息，遠端基站回復，通過求取飛行時間平均值，減少兩者之間的時間偏移，從而提高測距精度。

TDOA

到達時間差（Time Differenceof Arrival，TDOA）是一種利用到達時間差進行定位的方法又稱為雙曲線定位。標簽卡對外發送一次UWB信號，在標簽定位距離內的所有基站都會收到無線信號，如果有兩個已知坐標點的基站收到信號，標簽和基站的距離間隔不同，因此這兩個收到信號的時間節點是不一樣的，根據數學關系，到已知兩點為常數的點，一定處于以這兩點為焦點的雙曲線上。那么有四個已知點（四個定位基站）就會有四條雙曲線，四條雙曲線交于一點就是標簽的位置。

TDOA算法并不是直接利用信號到達時間，而是利用多個基站接收到信號的時間差來確定移動目標的位置。因此與TOA相比并不需要加入專門的時間戳來進行時鐘同步，定位精度相對有所提高。

UWB的定位原理

知道了UWB的測距原理，再來了解UWB的室內定位原理就很容易了。UWB的室內定位功能和衛星原理很相似，就是通過室內布置4個已知坐標的定位基站，需要定位的人員設備攜帶定位標簽，標簽按照一定的頻率發送脈沖，不斷和4個已知位置的基站進行測距，通過一定的精確算法定出標簽的位置。

應用場景

UWB應用主要適用于三大場景，出入管理、位置服務和設備間交流。

三大應用場景主要針對智能家居和智能辦公、智慧城市、智慧交通、消費電子、新零售、消費和醫療等領域。

無障礙出入管理（Hands-Free Access Control）是利用UWB技術，實現出入門禁管理，當人物靠近門禁時，自動感應、識別完成解鎖，替代傳統需互動接觸的指紋、密碼的應用場景；

位置服務（Location-Based Services）是基于UWB在多重路徑下高穿透力的穩定傳輸性能， 實現室內精準定位和大數據分析；

設備互聯互通（P2P Applications）則主要用于設備之間的數據互聯互通，如視頻電話會議、自動駕駛V2X、AR/VR游戲、遠程支付等。

定位方案

目前在UWB定位服務市場中，各類服務商如雨后春筍，紛紛跑步進場，想分一杯定位市場的鮮湯，筆者通過對比各家的定位方案，總結出了各定位方案較通用的部分，其他針對特定場景的特定技術服務不做論述，主要功能如下：

1、實時定位與人員分布

唯一標簽綁定人員信息，實時位置跟蹤，統計人員位置和分布熱度圖，隨時隨地掌握人員動態，便于實現人員管理。

2、人員跟蹤與行為監測

可對區域內各種行為監測：區域超時、區域聚眾、長時間不動等，隨時滿足安全管理要求，保障人身安全。并可標記重點人員，進行行為分析監控。

3、電子圍欄與高危區域

系統可隨時設置電子圍欄，進行人員權限控制，確保高危區域有權限人員才能進入。圍欄管理實現進出限制，確保生產安全。

4、歷史軌跡存儲與查詢

系統可以無限時間存儲人員歷史軌跡，用于查詢分析人員行為，為事件分析提供依據并可以分析人員行為，進行重點人員監控。

5、門禁視頻聯動

系統進行門禁聯動，比對確定人卡一致；并對區域內進行視頻跟蹤，可隨時觀察區域內現場情況，方便進行實時管理，有效保障人員資產安全。

6、到崗到位

可滿足安全業務中，安全監察人員到崗到位監察，保證安全生產，并可結合人員密度以及高危提醒為安全監察人員提供便捷的監察路線，提高安全監察管理效率。

小結

想要利用UWB，就要對其有根本的了解，UWB的應用空間非常廣闊，良性的市場競爭與技術研究的深入能夠激發出技術無限的潛力，在可見的未來，UWB技術必將還有更多、更廣的應用，拭目以待。