为什么uwb技术适合定位？我们一起了解一下它的应用场景

June 17, 2022

UWB技术概况

UWB(Ultra Wideband)是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号。

uwb技术是一种非常先进的技术，随着各种各样定位技术的发展，人们已经不满足局限于需要外界工具辅助的定位系统了，大家更加倾向于无感定位，也就是不需要刷卡或者是人脸识别，就可以自动定位，这就是我们即将为大家介绍的uwb技术。它的应用场景主要体现在无感解锁、室内高精度导航以及无感支付等等几个方面，想要详细了解的朋友们赶紧来文章中一起看看吧！

UWB技术始于20世纪60年代兴起的脉冲通信技术，主要用于军用雷达、定位和低截获率/低侦测率的通信系统中。2002年2月，美国联邦通信委员会发布了民用UWB设备使用频谱和功率的初步规定。

该规定中，将相对带宽大于0.2或在传输的任何时刻带宽大于500MHz的通信系统称为UWB系统，同时批准了UWB技术可用于民用商品。中国从2006 年开始进行 UWB 频谱规划的准备工作。经过 2 年多的调研，2008 年 12 月 12 日，中国自己的 UWB 频谱规划正式发布，包括 UWB 信号的射频指标、应用场所限制、设备核准等方面的内容。

相比较其他定位技术，UWB具备定位精度高、安全性好、传输速率高、系统容量大、功耗低、抗干扰能力强等诸多优势。

为什么说uwb技术适合定位？

1、UWB的固有特性意味着，它可以实现比其他技术更精确的室内定位和距离测量，UWB脉冲只有2纳秒宽，因此不受反射信号干扰和噪声的影响。UWB射频脉冲边缘清晰，因此在存在日常环境中常见的信号反射和多路径效应的情况下仍能精确测定到达时间和距离。

2、将UWB作为解决方案时，反射信号不会影响直接信号。IR-UWB信号的上升和下降时间比标准窄带信号更短，因此可以精确地测量信号的到达时间。这也有助于UWB信号在存在噪声和多径效应的情况下保持其完整性和结构。即使在噪声条件下，2ns宽的脉冲无线电UWB脉冲的到达时间几乎未受影响。

3、我们已使用窄带无线电技术对基于ToF的方法进行了试验。窄带信号对多路径非常敏感，因为反射信号可与直达经信号进行具有破坏性的结合，从而在接收机端生成信号。这会影响信号超越阈值，也就是用于测量ToA的时间，从而降低精度。

UWB定位技术特点：

由于UWB与传统通信系统相比，工作原理迥异，因此UWB具有如下传统通信系统无法比拟的技术特点：

系统结构的实现比较简单：

当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波，载波的频率和功率在一定范围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。而UWB则不使用载波，它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。UWB发射器直接用脉冲小型激励天线，不需要传统收发器所需要的上变频，从而不需要功用放大器与混频器。

因此，UWB允许采用非常低廉的宽带发射器。同时在接收端，UWB接收机也有别于传统的接收机，不需要中频处理，因此，UWB系统结构的实现比较简单。

高速的数据传输：

民用商品中，一般要求UWB信号的传输范围为10m以内，再根据经过修改的信道容量公式，其传输速率可达500Mbit/ s,是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术。UWB 以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输，并且不单独占用已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带。

在军事应用中，可以利用巨大的扩频增益来实现远距离、低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传输。

功耗低：

UWB系统使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0.20ns~1.5ns之间，有很低的占空因数，系统耗电可以做到很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百μW~几十mW。

民用的UWB设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/100左右，是蓝牙设备所需功率的1/20左右。军用的UWB电台耗电也很低。因此，UWB设备在电池寿命和电磁辐射上，相对于传统无线设备有着很大的优越性。

安全性高：

作为通信系统的物理层技术具有天然的安全性能。由于UWB信号一般把信号能量弥散在极宽的频带范围内，对一般通信系统，UWB 信号相当于白噪声信号，并且大多数情况下，UWB 信号的功率谱密度低于自然的电子噪声，从电子噪声中将脉冲信号检测出来是一件非常困难的事。采用编码对脉冲参数进行伪随机化后，脉冲的检测将更加困难。

多径分辨能力强：

由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间，多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。由于超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，多径信号在时间上是可分离的。

假如多径脉冲要在时间上发生交叠，其多径传输路径长度应小于脉冲宽度与传播速度的乘积。由于脉冲多径信号在时间上不重叠，很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。大量的实验表明，对常规无线电信号多径衰落深达10~30dB的多径环境，对超宽带无线电信号的衰落最多不到5dB。

下图是一个典型的宽带和窄带多径后的差异图。

定位精确：

冲激脉冲具有很高的定位精度，采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行精确定位，而GPS定位系统只能工作在GPS 定位卫星的可视范围之内；与GPS 提供绝对地理位置不同，超短脉冲定位器可以给出相对位置，其定位精度可达厘米级，此外，超宽带无线电定位器更为便宜。