UWB 如何工作？如何使用UWB进行测距和位置？-电子发烧友网

UWB技术随着首次搭载该技术的手机问世进入大众的眼帘，但是该技术会怎样引领科技变革？为我们带来怎样的应用创新？这些问题直至小米UWB技术”一指连“发布得到了解答。下面我们不妨看看UWB在小米手机中的应用。

那么什么是UWB技术呢？

它是如何工作的？

UWB技术的应用，

关于FIRA联盟，

我们将为大家一一解答。

UWB技术的发展历程

超宽带并不是一项新技术，实际上可能是最古老的无线技术之一。1901年，Marconi 先生利用电火花隙发射器产生超宽带信号，第一次成功跨越大西洋传输摩尔斯电码。也正因如此，我将其归类为超低速数据传输。但从技术上讲，这是使用超宽带信号实现的。在 20 世纪 60 年代，超宽带实际上应用于军事雷达。如今，检测距离和方向的雷达应用中也很广泛地采用了这项技术。但当时还未涉及消费类应用。

伽利尔摩·马可尼

2002年，FCC 批准将 UWB 应用于消费电子和商业用途。随着我们对整个生态系统的了解不断加深，IEEE 已将 802.15.3 标准升级为 802.15.4，由此我们考虑将超宽带纳入标准机构的规范内。此外，诞生于 21 世纪初的 WiMedia 联盟将超宽带技术视为一种高速数据传输技术，它实际上被视为无线 USB 的替代品，这样便无需使用 USB 线。话虽如此，但同一时间内，Wi-Fi 也在为同样的具体应用展开竞争。

从历史的角度来看，Wi-Fi 最终获胜，超宽带已被搁置多年，这种情况直至现在。

2019年，超宽带出现了“东山再起”的迹象，人们将它重新定位为可实现精确定位和方向跟踪的技术，并且支持IEEE 802.15.4标准。当我们今天再谈UWB的时候，我们不再谈论高速数据通讯，而是关注跟踪、测距和定位。去年，FiRa 联盟也应运而生，旨在帮助培育和发展UWB 生态系统。在后续的介绍中，我会进一步说明。

UWB 如何工作

UWB能够提供更加出色的安全性，避免恶意攻击。原因在于，可以利用UWB以极其安全的方式根据具体位置来验证用户身份。而对于目前存在的其他技术（例如蓝牙），也可以提供从您的设备到另一台设备的距离，但它使用信号强度或 RSSI（接收信号强度指示器）确定距离。作为替代，超宽带使用一种称为飞行时间 (TOF) 的方法。因此，它实际上采用了 TOF 而非信号强度。原因是信号强度实际上很容易遭到拦截和攻击，但时间难以伪造。您无法记录某些内容、重新广播这些内容，然后将实际并未发生的信息告知与您谈话的人。时间是真实无误的。因此，从身份验证和定位角度而言，超宽带的安全性的确非常优异。

如何使用UWB进行测距

第一步是测量距离。我曾提到过这一点，超宽带采用一种称为飞行时间的方法。这种方法简称为 TOF。在画面中可以看到，两个分别名为 Tag 和 Anchor 的设备。Tag 发出轮询信号，俗称 Ping。随后，Anchor 接收到该信号。而 Anchor 存在一个已知的延迟。经过这段已知延迟后，它将该信号作为响应发送回 Tag。此过程通常称为 Pong。随后，Anchor 接收到该信号。根据该波形中解码的延迟以及测得的发送和接收之间的时间间隔，可以计算出距离。因为距离基本上等于时间乘以光速。之后，Tag 还可将辅助轮询信号发送回 Anchor。这便是另一个 Ping 信号。随后便可在测距坐标的两侧进行操作并检查彼此的值。

由此，您可以看到，存在单边双向测距（即 Ping-Pong 方法）以及双边双向测距（即 Ping-Pong-Ping 方法）。对于双边方法，可以让两个设备互相检查以确保它们测量的距离相同。这样便提高了准确性和安全性。以上就是测距工作原理的第一步。

如何使用UWB确定位置

其中一种方法是，在环境中配置多个接收器。这里，我以 GPS 作为类比。如果我有一个接收器，我知道我的位置就在球体上的某个位置。这个位置处于接收器接收信号的半径范围内。如果环境中存在两个接收器，便可将位置范围缩小到两个球体相交的圆。如果有第三个接收器，就可以了解我所在的具体位置。如果有第四个接收器，就可以获得确切位置。因此，在使用单天线设备的环境中，如果至少存在四个接收器，我们便可以确定发送器的确切 3D 位置和空间。

除了这种三角测量方法，我们还可使用一种称为“到达角”的方法。这种方法更多涉及到雷达天线的工作原理。对于这种方法，接收器需要具备多根天线。而在三角测量方法中，接收器只需具有单根天线。采用此方法时，我们需要观察接收信号时极微小的空间差异，以便通过信号处理确定信号来自哪个角度。如果已知飞行时间，便可确定距离；如果已知到达角，便可确定方向。将两者结合，便可基于飞行时间和到达角确定确切位置。因此，有两种不同的方法可以利用超宽带确定位置和空间。

未完待续

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