技术
超宽带 (UWB) 是一种基于 IEEE 802.15.4a 和 802.15.4z 标准的无线通信技术，能够非常准确地测量无线电信号的飞行时间，从而实现厘米级精度的距离/位置测量。
除了这一独特功能外，UWB 还提供数据通信能力，且功耗极低，使用纽扣电池即可连续工作多年，中途无需重新充电或更换。通过将精确定位和通信功能相结合，UWB 也提供了全新的无线安全通信方式，为各种新型安全交易模式打开了大门。
为什么 UWB 是首选的定位技术
与蓝牙或 WiFi 等需改造方可实现新用途的其他技术不同，UWB 射频信号的物理特性从一开始就专门设计成能够实现实时、精准、可靠的定位和通信功能。
Qorvo也希望 UWB 技术全面普及，因此我们在UWB 芯片的产品定义中加入了低功耗和低成本的特性优势。
UWB 的工作原理
超宽带(UWB)技术利用飞行时间 (ToF) 的概念，这是一种通过将信号的飞行时间乘以光速来测量两个无线电收发器之间距离的方法。基于这个基本原理，可根据目标应用的需求以不同的方式实现 UWB 技术：到达时间差 (TDoA)、双向测距或到达相位差 (PDoA)。
到达时间差 (TDoA) 和反向 TDoA
TDoA 方法与 GPS 非常相似。在一个场所部署多个参考点，称为“锚点”，这些锚点在时间上同步。移动设备发出信标，当锚点接收到信标信号时，就会打上时间戳。然后，多个锚点的时间戳被送回中央定位引擎，中央定位引擎根据信标信号的到达时间差运行多点定位算法，以计算移动设备的 X、Y、Z 坐标。
优点：
- 标签的电池寿命长达 7 年（CR2032 – 0.1Hz 更新速率）
- 设备密度非常高 – 数以千计
缺点：
- 锚点需要时间同步
- 部署较为复杂
目标应用：
- 在拥挤的场所（如体育场、商场、会展）寻找家人、朋友和同事
- 追踪大型仓库中的员工
- 追踪学校中的孩子（即确保孩子在放学前不离开校园）
双向测距 (TWR)
TWR 方法依赖于两个设备之间的双向通信。当它们进行通信时，设备还会测量它们之间的 UWB 射频信号的飞行时间。将信号的往返时间乘以光速，然后除以 2，就可以得出两个设备之间的实际距离。如果在两个设备之间实施 TWR 方案，则可以获得两个设备之间的距离 (D)。在 TWR 方案的基础上，还可以通过测量移动标签和固定信标之间的距离来实现 2D 甚至 3D 定位（这称为三角测量）。
优点：
- 不需要系统同步
- 容易部署
- 双向通信支持下行链路数据和控制
缺点：
- 由于设备使用双向通信，因此功耗较高，电池寿命为数月到一年（取决于应用场景）
- 移动设备数量有限（数百个）
目标应用：
- 在家中寻找丢失的物品
- 根据用户的距离锁定和解锁设备
- 使用智能遥控器或手机指向并控制物联网设备
到达相位差 (PDoA)
PDoA 方法将测量两个设备之间距离的 TWR 方案与测量两个设备之间方位的方法相结合。利用距离和方位的组合，可以计算两个设备的相对位置，而无需任何其他基础设施。为此，其中一个设备携带两个天线，能够测量射频信号的到达相位差。
优点：
- 简化定位方案，不需要复杂的基础设施
- 两个设备之间的相对定位
缺点：
- 定位误差不再恒定，而与两个设备之间的距离有关
目标应用：
- 根据区域内存在的人员自定义智能家居设置（音频、视频、照明等）
- 无需使用钥匙或触摸屏即可安全进入家中或办公楼
- 追踪预定义区域之外的人员或物品
IEEE 标准
IEEE 802.15.4a 是定义 IR-UWB 物理层的国际标准。该标准旨在确保非常高的定位精度，同时提供高达 27Mbps的双向通信，以收集传感器数据和控制执行器。该标准于 2005 年开始制定，2007 年获得批准，最终于 2011 年正式实施。2018 年，该标准以 802.15.4z 的形式重新开放制定，以进一步增强物理层的安全性，因为 UWB 现在有望被汽车和移动行业用作安全交易无线技术。
Decawave 首席技术官兼联合创始人 Michael McLaughlin 是制定该标准的工程师团队成员之一。这个早期团队的愿景是让每个连接的对象都具有“位置感知”能力，因为他们相信“回答在哪里”将为物联网 (IoT) 等应用的成功带来重大价值。
FIRA 联盟
FiRa 是“精密测距”的简称，它强调了超宽带技术在测量目标距离或确定位置时提供出色准确性和安全性的独特能力。作为行业联盟，FiRa 认为 UWB 技术将改变人们体验连接的方式，并致力于 UWB 应用的广泛普及。FiRa 联盟设想了许多用例，包括感应式门禁、室内定位和导航以及点对点应用。
车联网联盟
车联网联盟 (CCC) 是一个跨行业组织，致力于推动全球智能手机到汽车连接解决方案技术的发展。它包括许多利益相关者，如汽车原始设备制造商 (OEM)、一级供应商、手机制造商、半导体供应商和应用开发人员。
CCC正在开发“数字钥匙”，这一种全新的开放标准，允许智能手机和智能手表等智能设备用作车钥匙。利用这种标准化的生态系统，无论在哪里，移动设备都能够通过UWB以保护隐私的安全方式存储、验证和共享车辆的数字密钥。
UWB 联盟
超宽带联盟（UWB Alliance）是一个全球性非营利组织，致力于共同将 UWB 技术打造为开放的行业标准。它旨在推动 UWB 技术的大规模部署，保护全球数百万已安装设备免受其他无线电技术的干扰。UWB 联盟的创始成员包括 Decawave、现代、起亚、Zebra、Alteros、Novelda 和 Ubisense。
该联盟将通过端到端、不依赖供应商的互操作性计划来推动 UWB 技术发展，为多个行业的物联网和工业 4.0 应用提供精准的定位、导航、追踪、安全、成像、传感和通信。
