超寬帶（UWB）技術(shù)已經(jīng)存在了近三十年。在一開始，射頻（RF）技術(shù)就將信號(hào)擴(kuò)展到較大帶寬以確保高數(shù)據(jù)速率和較低的功耗。然而，盡管軍方已在雷達(dá)應(yīng)用和其他軍事領(lǐng)域中應(yīng)用了UWB，但這項(xiàng)技術(shù)在消費(fèi)性電子產(chǎn)品中的影響力仍然有限。例如，電池供電的PC周邊由于實(shí)際性能未達(dá)到預(yù)期水準(zhǔn)，早期應(yīng)用的樂(lè)觀前景逐漸暗淡。

然而，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過(guò)修訂，新的商用芯片問(wèn)世，還有蘋果電腦的支持，我們已經(jīng)看到UWB應(yīng)用卷土重來(lái)。不久之后，UWB與低功耗藍(lán)牙技術(shù)搭配使用，將被證明十分適合應(yīng)用于在新冠疫情下保持社交距離的可穿戴裝置。

高傳輸量+抗多路徑衰減

「超寬帶」一詞是由美國(guó)國(guó)防高等研究計(jì)畫署（DARPA）所創(chuàng)，描述了一種射頻技術(shù)，在很大的帶寬范圍（在最新IEEE標(biāo)準(zhǔn)中高達(dá)1.35GHz）以特定時(shí)間間隔產(chǎn)生非常短促──奈秒（nanosecond）甚至皮秒（picosecond）──且精確的無(wú)線電脈沖來(lái)傳輸信息。使用這些脈沖的脈沖位置或時(shí)間調(diào)變來(lái)承載信息。由于采用脈沖重復(fù)率高，可以實(shí)現(xiàn)高傳輸量（在標(biāo)準(zhǔn)中高達(dá)27.24Mbps）。

相較之下，低功耗藍(lán)牙是一種窄帶技術(shù)，可在2MHz的通道寬度和2Mbps最大輸送量下傳輸數(shù)據(jù)封包。窄帶短距離無(wú)線技術(shù)可能會(huì)受多路徑衰減（multipath fading）和干擾的影響，但低功率頻譜密度可以抵抗這些問(wèn)題，成為了UWB的關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。然而，魚與熊掌不可兼得，GHz帶的工作頻率會(huì)被墻壁和其他障礙物吸收，因此只能在視線范圍內(nèi)運(yùn)作。

01精確距離測(cè)量

UWB為即時(shí)定位服務(wù)（RTLS）應(yīng)用提供了前景光明的選擇。這些類型的應(yīng)用需要快速測(cè)量目標(biāo)相對(duì)于參考點(diǎn)的距離和位置。使用例子包括資產(chǎn)跟蹤、室內(nèi)導(dǎo)航和保持社交距離。

常規(guī)的短距離無(wú)線位置測(cè)量系統(tǒng)使用信號(hào)強(qiáng)弱（RSSI）定位技術(shù)來(lái)估算兩個(gè)收發(fā)器之間的距離，以衡量信號(hào)自發(fā)射器離開后，信號(hào)功率降低了多少。然而，墻壁和家具等障礙物會(huì)帶來(lái)許多變數(shù)，例如多路徑衰減，因此只考慮信號(hào)強(qiáng)弱其實(shí)無(wú)法精確地指示實(shí)際的距離。

為克服此缺陷，UWB并不采用信號(hào)強(qiáng)弱作為定位方式，而是測(cè)量無(wú)線電脈沖到達(dá)接收器并返回所需的時(shí)間來(lái)測(cè)量?jī)蓚€(gè)UWB無(wú)線電之間的距離。可以考慮接收器延遲和光速來(lái)實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的距離估算。

使用多天線來(lái)測(cè)量入射脈沖的到達(dá)角（AoA），可以找到目標(biāo)的位置。然后，將距離和方向數(shù)據(jù)相結(jié)合，系統(tǒng)便可以精確地確定無(wú)線電脈沖發(fā)射器在三個(gè)維度上的位置。

02結(jié)合低功耗藍(lán)牙

與低功耗藍(lán)牙結(jié)合應(yīng)用于保持社交距離的穿戴式裝置：

與低功耗藍(lán)牙這樣的成熟短距無(wú)線技術(shù)比較，UWB確實(shí)缺少許多固有優(yōu)勢(shì)，其中包括了低功耗、廣泛的產(chǎn)業(yè)支持以及智能手機(jī)互通性。

Decawave（現(xiàn)隸屬于Qorvo）和Insight SiP等公司提供的模塊，結(jié)合了Nordic的nRF52832低功耗藍(lán)牙SoC與商用UWB芯片的優(yōu)勢(shì)，協(xié)助了PHYTEC等業(yè)者開發(fā)保持社交距離的可穿戴裝置，例如Distancer。

Distancer是一款專門為對(duì)抗新冠疫情而開發(fā)，應(yīng)用于工作場(chǎng)所的保持社交距離跟蹤器。

像Distancer這樣的應(yīng)用產(chǎn)品，以低功耗藍(lán)牙無(wú)線電來(lái)估算定位目標(biāo)的位置（此過(guò)程需要相對(duì)大量的RF活動(dòng)），然后切換到UWB無(wú)線電以進(jìn)行更短促的精確定位操作。這種運(yùn)作模式最大程度地縮短了高功率UWB無(wú)線電的廣播時(shí)間，以延長(zhǎng)電池壽命。除此之外，如果遇到非UWB目標(biāo)裝置，則低功耗藍(lán)牙/UWB組合允許將RSSI用作后備技術(shù)。

商業(yè)前景廣闊

在大規(guī)模疫苗接種計(jì)畫擊敗新冠病毒之前，建基于低功耗藍(lán)牙/UWB的產(chǎn)品有望在控制疫情中發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。這將提升UWB技術(shù)的公眾知名度，并為芯片制造商提供一個(gè)健全發(fā)展的市場(chǎng)。除了疫情之外，RTLS領(lǐng)域還將實(shí)現(xiàn)快速的成長(zhǎng)；分析機(jī)構(gòu)Allied Market Research預(yù)測(cè)，該市場(chǎng)2019年至2026年的復(fù)合年成長(zhǎng)率（CAGR）為30.2%，這將有助于鞏固UWB技術(shù)的發(fā)展前景。

眼看著蘋果在iPhone 11中整合了自行開發(fā)的UWB芯片以「帶動(dòng)空間意識(shí)」進(jìn)入智能手機(jī)，除了PC周邊設(shè)備和連絡(luò)人跟蹤之外，也鼓勵(lì)新的消費(fèi)性應(yīng)用多加利用精確定位技術(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)了UWB作為消費(fèi)性技術(shù)的興起。
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