UWB 如何工作？如何使用UWB進行測距和位置？

UWB技術隨著首次搭載該技術的手機問世進入大眾的眼簾， 但是該技術會怎樣引領科技變革？為我們帶來怎樣的應用創(chuàng)新？這些問題直至小米UWB技術”一指連“發(fā)布得到了解答。 下面我們不妨看看UWB在小米手機中的應用 。

那么什么是UWB技術呢？

它是如何工作的？

UWB技術的應用，

關于FIRA聯(lián)盟，

我們將為大家一一解答。

UWB技術的發(fā)展歷程

超寬帶并不是一項新技術，實際上可能是最古老的無線技術之一。1901年，Marconi 先生利用電火花隙發(fā)射器產生超寬帶信號，第一次成功跨越大西洋傳輸摩爾斯電碼。也正因如此，我將其歸類為超低速數(shù)據傳輸。但從技術上講，這是使用超寬帶信號實現(xiàn)的。在 20 世紀 60 年代，超寬帶實際上應用于軍事雷達。如今，檢測距離和方向的雷達應用中也很廣泛地采用了這項技術。但當時還未涉及消費類應用。

伽利爾摩·馬可尼

2002年，F(xiàn)CC 批準將 UWB 應用于消費電子和商業(yè)用途。隨著我們對整個生態(tài)系統(tǒng)的了解不斷加深，IEEE 已將 802.15.3 標準升級為 802.15.4，由此我們考慮將超寬帶納入標準機構的規(guī)范內。此外，誕生于 21 世紀初的 WiMedia 聯(lián)盟將超寬帶技術視為一種高速數(shù)據傳輸技術，它實際上被視為無線 USB 的替代品，這樣便無需使用 USB 線。話雖如此，但同一時間內，Wi-Fi 也在為同樣的具體應用展開競爭。

從歷史的角度來看，Wi-Fi 最終獲勝，超寬帶已被擱置多年，這種情況直至現(xiàn)在。

2019年，超寬帶出現(xiàn)了“東山再起”的跡象，人們將它重新定位為可實現(xiàn)精確定位和方向跟蹤的技術，并且支持IEEE 802.15.4標準 。當我們今天再談UWB的時候，我們不再談論高速數(shù)據通訊，而是關注跟蹤、測距和定位。去年，F(xiàn)iRa 聯(lián)盟也應運而生，旨在幫助培育和發(fā)展UWB 生態(tài)系統(tǒng)。在后續(xù)的介紹中，我會進一步說明。

UWB 如何工作

UWB能夠提供更加出色的安全性，避免惡意攻擊。原因在于，可以利用UWB以極其安全的方式根據具體位置來驗證用戶身份。而對于目前存在的其他技術（例如藍牙），也可以提供從您的設備到另一臺設備的距離，但它使用信號強度或 RSSI（接收信號強度指示器）確定距離。作為替代，超寬帶使用一種稱為飛行時間 (TOF) 的方法。因此，它實際上采用了 TOF 而非信號強度。原因是信號強度實際上很容易遭到攔截和攻擊，但時間難以偽造。您無法記錄某些內容、重新廣播這些內容，然后將實際并未發(fā)生的信息告知與您談話的人。時間是真實無誤的。因此，從身份驗證和定位角度而言，超寬帶的安全性的確非常優(yōu)異。

如何使用UWB進行測距

第一步是測量距離。我曾提到過這一點，超寬帶采用一種稱為飛行時間的方法。這種方法簡稱為 TOF。在畫面中可以看到，兩個分別名為 Tag 和 Anchor 的設備。Tag 發(fā)出輪詢信號，俗稱 Ping。隨后，Anchor 接收到該信號。而 Anchor 存在一個已知的延遲。經過這段已知延遲后，它將該信號作為響應發(fā)送回 Tag。此過程通常稱為 Pong。隨后，Anchor 接收到該信號。根據該波形中解碼的延遲以及測得的發(fā)送和接收之間的時間間隔，可以計算出距離。因為距離基本上等于時間乘以光速。之后，Tag 還可將輔助輪詢信號發(fā)送回 Anchor。這便是另一個 Ping 信號。隨后便可在測距坐標的兩側進行操作并檢查彼此的值。

由此，您可以看到，存在單邊雙向測距（即 Ping-Pong 方法）以及雙邊雙向測距（即 Ping-Pong-Ping 方法）。對于雙邊方法，可以讓兩個設備互相檢查以確保它們測量的距離相同。這樣便提高了準確性和安全性。以上就是測距工作原理的第一步。

如何使用UWB確定位置

其中一種方法是，在環(huán)境中配置多個接收器。這里，我以 GPS 作為類比。如果我有一個接收器，我知道我的位置就在球體上的某個位置。這個位置處于接收器接收信號的半徑范圍內。如果環(huán)境中存在兩個接收器，便可將位置范圍縮小到兩個球體相交的圓。如果有第三個接收器，就可以了解我所在的具體位置。如果有第四個接收器，就可以獲得確切位置。因此，在使用單天線設備的環(huán)境中，如果至少存在四個接收器，我們便可以確定發(fā)送器的確切 3D 位置和空間。

除了這種三角測量方法，我們還可使用一種稱為“到達角”的方法。這種方法更多涉及到雷達天線的工作原理。對于這種方法，接收器需要具備多根天線。而在三角測量方法中，接收器只需具有單根天線。采用此方法時，我們需要觀察接收信號時極微小的空間差異，以便通過信號處理確定信號來自哪個角度。如果已知飛行時間，便可確定距離；如果已知到達角，便可確定方向。將兩者結合，便可基于飛行時間和到達角確定確切位置。因此，有兩種不同的方法可以利用超寬帶確定位置和空間。

未 完 待 續(xù)

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LitePoint 致力于為全球最具創(chuàng)新精神的無線設備制造商提供無線測試解決方案和服務，幫助他們確保產品能夠滿足當今消費者的需求。作為無線測試領域的領先創(chuàng)新企業(yè)，LitePoint 產品開箱即用，可對全球使用最廣泛的無線芯片組進行測試。LitePoint 與智能手機、平板電腦、PC、無線接入點和芯片組的領先制造商攜手合作。LitePoint 在新興互聯(lián)設備（物聯(lián)網）測試領域占據前沿地位。LitePoint 總部位于加州硅谷，在全球設有多個辦事處，是 Teradyne（NASDAQ：TER）旗下的全資子公司，也是測試和工業(yè)應用領域領先的自動化設備供應商。2018 年，該公司合并后在全球約有 5,200 名員工，年收入為 21 億美元。

責任編輯：PSY

原文標題：UWB技術如何實現(xiàn)安全定位與測距？

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