UWB簡介

超寬帶（ultra wideband，UWB）是一種無線電通信技術(shù)神郊，可以進(jìn)行短距離高帶寬通信肴裙。UWB主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)通信、成像涌乳、測量、定位與跟蹤甜癞、車載雷達(dá)和智能交通等夕晓。

UWB的定義

帶寬大是UWB的主要的特征。應(yīng)用領(lǐng)域不同悠咱，其所產(chǎn)生和調(diào)制的信號方式也有所不同蒸辆。UWB的定義征炼，除信號帶寬外，一般還定義輻射功率譜密度和峰值功率等躬贡。

在ITU-R SM.1755-0建議書中對超寬帶（UWB）定義：

超寬帶技術(shù)?- 用于短程無線電通信的技術(shù)谆奥，其中涉及在極大頻率范圍內(nèi)分布的射頻能量的有意生成和發(fā)射，此頻率范圍可能與分配給無線電通信業(yè)務(wù)的若干頻帶相重疊拂玻。使用超寬帶技術(shù)的設(shè)備的天線一般生成兩種有益輻射：至少500MHz的–10dB帶寬或大于0.2的–10dB部分帶寬酸些。

根據(jù)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《無線通信設(shè)備電磁兼容性要求和測量方法 第15部分：超寬帶（UWB）通信設(shè)備》中UWB術(shù)語所描述：

超寬帶通信技術(shù)（Utra WideBand Communication Technology）?- 用于短距離無線電通信的技術(shù)，其中涉及在極大頻率范圍內(nèi)分布的射頻能量的有用生成和發(fā)射檐蚜，此頻率范圍可能與分配給無線電通信業(yè)務(wù)的若干帶相重疊魄懂。使用超寬帶技術(shù)的設(shè)備通過天線產(chǎn)生的有用輻射應(yīng)至少為500MHz/-10dB帶寬。

UWB技術(shù)特點(diǎn)

高數(shù)據(jù)速率?- 超寬帶技術(shù)能以極低的功率運(yùn)行闯第，并支持多用戶的高數(shù)據(jù)速率應(yīng)用市栗。如，數(shù)據(jù)速率大于100Mbit/s的短距離無線個域網(wǎng)咳短。

安全通信?- 與一般無線電通信信號相比填帽，超寬帶信號可能更為隱秘，也更難檢測到咙好，UWB信號相當(dāng)于白噪聲盲赊。超寬帶信號占用較大帶寬，信號能量分布在極寬頻帶范圍內(nèi)敷扫，一般其功率譜密度低于自然的電子噪聲哀蘑，檢出UWB信號較為困難，而采用編碼對脈沖參數(shù)進(jìn)行偽隨機(jī)化后葵第，脈沖的檢測將更加困難绘迁。

多徑效應(yīng)?- 在復(fù)雜的環(huán)境中，UWB由于具有較寬的傳輸帶寬卒密，可以抵御多徑衰落缀台。由于常規(guī)無線通信的射頻信號大多為連續(xù)信號或其持續(xù)時間遠(yuǎn)大于多徑傳播時間，多徑傳播效應(yīng)限制了通信質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率哮奇。而超寬帶無線電發(fā)射的是持續(xù)時間極短的單周期脈沖且占空比極低膛腐，多徑信號在時間上是可分離的。

定位?- UWB可以穿越墻壁和障礙物鼎俘，提供高精度定位能力哲身，超短脈沖定位器可以提供相對位置，定位精度可達(dá)厘米贸伐，用于探測人或物體的移動勘天。級。

成像?- 超寬帶可用于多種醫(yī)療應(yīng)用，獲得人或動物體內(nèi)器官的影像脯丝。

低功耗?- UWB系統(tǒng)使用間歇的極短脈沖來傳輸數(shù)據(jù)商膊，脈沖時間短，一般在0.20ns～1.5ns之間宠进，有很低的占空比晕拆，系統(tǒng)耗電可以做到很低，在高速通信時系統(tǒng)的耗電量僅為幾百μW～幾十mW材蹬。

UWB應(yīng)用

超寬帶技術(shù)可集成到許多應(yīng)用中实幕。部分超寬帶設(shè)備可支持多個應(yīng)用。下面是各種超寬帶應(yīng)用大致類別及其操作特性赚导。

超寬帶應(yīng)用的操作特性：

UWB發(fā)展歷程

早在20世紀(jì)60年代茬缩，UWB就已應(yīng)用于軍事用途。

2002年吼旧，WiMdia聯(lián)盟推出了第一個UWB規(guī)范凰锡，促進(jìn)了個人局域網(wǎng)中設(shè)備之間的無線多媒體連接和互操作性。

美國聯(lián)邦通信委員會（FCC） 允許在雷達(dá)圈暗、公共安全和數(shù)據(jù)通信應(yīng)用中免許可使用UWB系統(tǒng)掂为。

2005年，由歐洲國際計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(ECMA)公布ECMA-368標(biāo)準(zhǔn)员串，高速率超寬帶PHY和MAC標(biāo)準(zhǔn)勇哗，多頻帶正交頻分調(diào)制（MB-OFDM）方案

2007年，IEEE 802.15.4a寸齐，從OFDM發(fā)展為脈沖無線電（UWB IR）欲诺，無線傳感網(wǎng)絡(luò)(WSN)或工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)（IIoT）室內(nèi)定位

2012年，IEEE 802.15.4f標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布渺鹦，提供了LRP UWB PHY

2015年扰法，IEEE 802.15.4-2015定義了2個UWB PHY，HRP Ch. 16（802.15.4a/802.15.4-2011） ?和 ?LRP Ch. 19（802.15.4f-2012）

2018年毅厚，UWB聯(lián)盟成立塞颁，致力于UWB全球推廣和普及，包括RF頻譜和互操作性問題

2019年吸耿，F(xiàn)iRa聯(lián)盟成立祠锣，基于IEEE 802.15.4/4z標(biāo)準(zhǔn)，增強(qiáng)了UWB PHY & MAC

2020年咽安，IEEE 802.15.4z發(fā)布伴网， 增強(qiáng)了UWB PHY和相關(guān)測距技術(shù)

UWB行業(yè)組織

UWB行業(yè)相關(guān)的組織主要有UWB聯(lián)盟、FiRa聯(lián)盟板乙、全球車聯(lián)聯(lián)盟(Car Connectivity Consortium)是偷、omlox和中國的精準(zhǔn)定位聯(lián)盟拳氢。

FiRa聯(lián)盟建立了在IEEE 802.15.4/4z標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上的可互操作的標(biāo)準(zhǔn)募逞，推動了UWB標(biāo)準(zhǔn)化的發(fā)展蛋铆。

全球車聯(lián)聯(lián)盟推動了UWB在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。2021年4月放接，全球車聯(lián)聯(lián)盟結(jié)合UWB技術(shù)發(fā)布了數(shù)字鑰匙3.0規(guī)范刺啦。

omlox是將所有定位技術(shù)統(tǒng)一在一個開放的、可互操作的標(biāo)準(zhǔn)中纠脾。支持各種定位技術(shù)（如UWB玛瘸、Wi-Fi、GNSS苟蹈、5G糊渊、RFID、Bluetooth）的即插即用互操作性慧脱，尤其是UWB渺绒。omlox標(biāo)準(zhǔn)由PI（PROFIBUS＆PROFIBUS International）托管。omlox推動了UWB在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用菱鸥。

中國的精準(zhǔn)定位聯(lián)盟是2019年底在中國移動合作伙伴大會期間宣布成立的宗兼，旨在聯(lián)合產(chǎn)業(yè)界打造“5G+位置”行業(yè)生態(tài)，服務(wù)于垂直行業(yè)應(yīng)用落地氮采，其融合UWB技術(shù)推進(jìn)了室內(nèi)外精準(zhǔn)定位產(chǎn)業(yè)化發(fā)展殷绍。

UWB頻段

根據(jù)工信部無〔2008〕354號《關(guān)于發(fā)布超寬帶（UWB）技術(shù)頻率使用規(guī)定的通知》，超寬帶 （UWB）無線電發(fā)射設(shè)備的發(fā)射信號帶寬（-10dB 帶寬）至少 500MHz鹊漠。

超寬帶 （UWB）無線電設(shè)備 UWB 發(fā)射信號的等效全向輻射功率譜密度限值:

根據(jù)無線電設(shè)備備案信息顯示主到，超寬帶(UWB)無線電發(fā)射設(shè)備中，使用的主要頻段為6.0-9.0GHz和3.6-6.0GHz躯概，其中以6.0-9.0GHz居多登钥。

UWB市場概述

預(yù)測表明，到2025年楞陷，UWB技術(shù)將被集成到眾多設(shè)備中怔鳖，每年有超過10億個設(shè)備采用，每年產(chǎn)生超過20億美元的芯片組收入固蛾。與藍(lán)牙和Wi-Fi等其他無線電標(biāo)準(zhǔn)的生態(tài)系統(tǒng)配件市場相比结执，這些預(yù)測是保守的。

超寬帶行業(yè)正在為包括5G物聯(lián)網(wǎng)在內(nèi)的多個消費(fèi)市場所接受艾凯，這些市場已推動了巨大的業(yè)務(wù)量并由此帶來了經(jīng)濟(jì)價值献幔。UWB與Apple iPhone 11的結(jié)合是當(dāng)前UWB技術(shù)以指數(shù)級增長進(jìn)入大眾消費(fèi)類應(yīng)用，是許多重要里程碑中的第一個趾诗。其他智能電話制造商正在將UWB集成到其產(chǎn)品中蜡感，這體現(xiàn)在對IEEE 802.15.4z等標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)組織（SDO）和其他行業(yè)協(xié)會的參與和貢獻(xiàn)蹬蚁。

除在智能手機(jī)設(shè)備和汽車領(lǐng)域外，UWB應(yīng)用范圍廣泛郑兴，包括用于COVID-19的高精度接觸跟蹤犀斋、非接觸呼吸、心率情连、溫度和跌倒監(jiān)控叽粹、VR運(yùn)動和手勢感應(yīng)、墻壁探測却舀、通用智能遙控器虫几、運(yùn)動跟蹤、專業(yè)音頻挽拔、智能工廠辆脸、牲畜健康與跟蹤、罐位雷達(dá)感應(yīng)螃诅、機(jī)場行李托運(yùn)以及公共汽車和火車的控制與通訊啡氢。其中許多用途對公眾的服務(wù)價值遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這些設(shè)備本身，如高精度COVID-19接觸追蹤州刽，空执。

UWB的獨(dú)特屬性可提供與其他無線技術(shù)協(xié)同工作的功能和性能。其他技術(shù)不能提供UWB低功耗要求的精確定位和主動跟蹤位置穗椅。它是滿足下一代5G無線應(yīng)用對物聯(lián)網(wǎng)的期望所需的一系列功能中必不可少的一部分辨绊。

結(jié)語

近幾年來，隨著蘋果UWB功能手機(jī)的出現(xiàn)匹表，以及UWB行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的完善门坷，UWB受到了業(yè)界越來越多的關(guān)注。

日益增多的無線定位等的應(yīng)用需求袍镀，推動了UWB的發(fā)展默蚌。而各種不同的定位技術(shù)（如 Wi-Fi、GNSS苇羡、RFID绸吸、Bluetooth等）不斷地發(fā)展和融合，促進(jìn)了UWB應(yīng)用更廣泛地發(fā)展设江。蜂窩技術(shù)（如5G锦茁、4G、NB-IoT等）和非蜂窩技術(shù)（LoRaWAN叉存、Sigfox码俩、ZETA等）通信技術(shù)也助推了UWB應(yīng)用，提供了更多無限的可能歼捏。

基于IEEE 802.15.4/4z標(biāo)準(zhǔn)的行業(yè)聯(lián)盟推動了UWB行業(yè)的發(fā)展稿存。FiRa和UWB聯(lián)盟聯(lián)手共推UWB笨篷，在業(yè)界發(fā)展形勢向好。omlox則在PI的引領(lǐng)下瓣履，積極拓展工業(yè)領(lǐng)域定位發(fā)展率翅。全球車聯(lián)聯(lián)盟（CCC）制定的數(shù)字鑰匙3.0規(guī)范有力地推動了UWB在汽車領(lǐng)域的應(yīng)用。中國精準(zhǔn)定位聯(lián)盟 UWB與5G融合拂苹，推進(jìn)了室內(nèi)外精準(zhǔn)定位產(chǎn)業(yè)化發(fā)展安聘，為定位垂直化行業(yè)應(yīng)用提供了新的服務(wù)痰洒。

物的移動性和網(wǎng)絡(luò)化瓢棒，使得位置服務(wù)不再局限于局域，物聯(lián)網(wǎng)為UWB發(fā)展提供了新的發(fā)展空間丘喻，UWB將會成為定位服務(wù)一個重要的選擇脯宿。