UWB如何与窄带进行比较

UWB 与窄带进行比较

适用于室内和室外定位应用的技术有多种，但 UWB 最精确、最可靠且最具成本效益；通常也更具可扩展性。将 UWB 技术与最流行的窄带方法进行比较，可以清楚地说明这一点，这也是我们在本节要做的。

一切都取决于带宽

从一开始，脉冲无线电 UWB 的设计目的就是实现高精度测距估计，同时进行双向通信。这样它就可以收集传感器数据，并控制执行器。

脉冲无线电是 UWB 信号的一种形式，它的特性使其成为密集多径环境中定位和通信服务的理想选择。

除了其定位功能，Qorvo UWB 技术还符合 IEEE 802.15.4a 标准和近期发布的 IEEE 802.15.4z 标准。因此，除了厘米级测距精度，开发人员还强调要确保该技术稳定且不受各种干扰的影响，从而实现更高的可靠性。制定该标准时，还考虑了低功耗和低成本因素，以及支持大量互连设备的能力。工程师们在创建该标准时有一个愿景：让每个互连对象都具有“定位感知”能力。

联邦通信委员会 （FCC） 将 UWB 无线电频率范围定义为 3.1 GHz 至 10.6 GHz，最低信号带宽为 500 MHz（参见图 2-1）。与其他无线电技术不同，UWB 并不使用幅度或频率调制来编码其信号传输的信息。相反，UWB 采用非常窄的短脉冲序列，利用二进制相移键控 （BPSK） 和/或脉位调制 （BPM） 对数据进行编码。使用窄脉冲导致传输表现出宽带宽特性，从而可以扩大范围，降低对窄带干扰的敏感度，并且能够在存在多路径反射的情况下运行。

RSSI 的限制

在当今的许多应用中，定位跟踪采用接收信号强度指示器 （RSSI） 实现。在 RSSI 应用中，无线电信号的强度随自由空间中与发射机距离的平方反比而变化，如图 2-2 所示。当信号远离信号源时，信号强度就会减弱。

将 RSSI 配合 Wi-Fi 和蓝牙 802.11 标准一起使用。根据已知的发射端设备的发射功率，就可以预测设备之间的距离。然而，这些类型的测量也存在缺陷，我们接下来会进行讨论。

使用蓝牙的定位跟踪

蓝牙定位跟踪，如蓝牙低功耗 （BLE） 信标，在某些情况下很有效。信标主要用于接近检测。它们会在设备（如电话）处于覆盖范围内时进行检测，并通过区分信号强度 （RSSI） 的强弱来估算距离。

这种方法的问题在于，信号强度并不能很好地反映距离。如果信号强度低，是意味着电话离信标很远，还是意味着信标和电话之间存在一个巨大的柱子？如图 2-3 所示，每个信标与接收电话之间的视线 （LOS） 有好有坏；每个障碍物都会改变距离测量的整体精度。

设备 A 可以从会议室天花板上的信标接收到非常强的信号，但墙壁使会议室外部附近角落的信标信号明显减弱，而这两个信标与设备 A 的距离大致相同。设备 B 不在任何信标的 LOS 范围内，因此，所有信号都明显减弱，而设备 C 处于开放式办公室中多个信标的 LOS 范围内。所以信号强度更强，因为衰减更少。

解决这个问题的变通方案就是使用一种叫做“指纹识别”的方法。先利用安装在几米远固定位置的信标测量已知位置其他信标的信号强度。将这些信号强度信息保存在指纹识别数据库中。然后，信标通过比较其信号强度与指纹识别数据库中的数据，就可以确定设备的距离和位置。根据最接近的匹配即可获得位置测量结果。

指纹识别有许多版本，它们使用各种各样复杂的算法。请记住，这些系统只是变通方案。它们并不能以 UWB 等技术的精度真正解决距离测量问题。

（一）UWB测距原理

UWB测距原理基于双向飞行时间法（TW-TOF，two way-time of flight）。即每个UWB模块从启动开始即会生成一条独立的时间戳。 UWB模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射请求性质的脉冲信号，UWB模块B接收机在其时间戳上的Tb1接收到该信号。对UWB信号加以一定的处理手段后，UWB模块B在Tb2时刻发射一个响应性质的信号，被UWB模块A在自己的时间戳Ta时刻接收。由此可以计算出脉冲信号在两个UWB模块之间的飞行时间，从而确定飞行距离。

距离S=光速C×［（Ta2-Ta1) -（Tb2-Tb1)］

（二）UWB测距的应用有哪些呢，常用的有以下两类。

第一类：UWB测距-防碰撞应用

将UWB测距应用于安全方面可以扩展如下的一些应用，比如常见的是防碰撞应用。UWB测距精度最高能到10厘米左右，微能信息（95power）的UWB测距模块最远测距距离可以扩展到150米。 10CM高精度UWB测距可以用于检测两个物体之间的距离，当两者距离超过一个限定值，可设置报警，防止安全事故发生。

第二类：UWB测距-UWB定位应用

UWB测距还有一类常见应用是做室内定位应用，UWB测距的高精度决定了这项技术可以应用于超宽带室内定位方面，目前微能信息推出的UWB定位系统方案，定位精度最高到10CM，根据不同的定位场景，误差一般在10厘米-30厘米。

目前UWB室内定位技术已成熟，使用范围广定位精度高达10cm，同时具备高动态、高容量、低功耗的优点。目前，大量的UWB室内定位项目已经在国内外完成，通过使用UWB定位技术实现人员定位，实现企业安全管理，提高企业生产效率。　　

      审核编辑：彭静