您现在的位置:首页 > >

最详细UWB技术及特点介绍

发布时间:

【? 关注与分享,是对原创最大的鼓励 ? 】


?


这篇文章偏技术,信息偏深,建议大家可以先跳到感兴趣的章节阅读;


?


01


UWB简介


?


UWB是Ultra Wide-Band缩写,来源于很久之前的脉冲通信技术;多宽算宽呢?当前,FCC定义中对UWB系统的定义有两个类别


带宽 >500MHz且载波中心频率>2.5GHz

此处忽略


?


FCC里,UWB的频带分配为3.1GHz~10.6GHz,共7.5GHz的频带;辐射功率方面,限定了远低于BLE/WiFi的级别,-41.3dBm;而频谱方面,可以看到UWB的宽多了。


?



(功率限制)


?



(IR-UWB BPSK信号图)


?



(BLE及UWB信号频谱对比)


?


与BLE,WiFi这样的窄带通信技术相比,UWB有哪些好处呢?为什么说起精准无线定位就是UWB?


?


我们一起捋下UWB的四大特点


?


抗多路径能力强;(带宽越宽,多路劲分辨能力越强,相对获取更高的位置分辨率),如下图,UWB的路径损耗,在最坏路径下,比窄带通信少~7dBs

?

?

时间分辨率高,UWB信号一般在纳秒级传输完成,V(速度)*T(时间)=距离,高精度的时间分辨率支持更高精度的定位;

?

能效高,UWB及窄带的信号能量曲线如下,可以看到UWB的能效比窄带的高很多,这使得UWB可以以相对更低的发射功率,传输更远的距离;

?

?

抗干扰,UWB的超宽带宽,让其携带的信号,能够在更低的SNR下进行传输;

?


?


综上所述,UWB所具有的优势,使得其非常适用于高精度定位;能做到多少精度? 与其他技术比,精度对比如何?我们从图中可以看到,UWB的定位精度为<10cm级别;


?



(不同脉宽的UWB信号精度)


?


?



(不同技术的定位精度,From Decawave)


?


02


基于UWB的定位算法


?


之前有一篇文章,详细介绍了AoA定位,有兴趣的朋友可以看看;


蓝牙AoA定位技术


?


UWB定位的核心原理是ToA(Time of Arrival),就是已知信号传输速度情况下,通过传输时间得到距离,Decawave (UWB定位领头公司,被Qorvo收购),ToA又可细化为TDoA,TWR,PDoA,其主要原理及优劣势如下 (From Decawave官网)


?


(TDoA)


这个TDoA,大家可以想象下初中,通过圆规画不同直径的圆,圆圈的焦点及是被定位的点;


?



?


(TWR)


?



?


(PDoA)


?


PDoA综合了两个维度,一个是时间维度,用于计算距离,一个是信号角度,用于计算方向;


?



?


03


UWB标准


?


UWB被解绑后(最初应用于军工),第一个IEEE的标准为802.15.3a,然而由于成本,功率等问题被遗弃;新标准于2005年起草并于2007年生效,2011年版本最终完善,这个标准即802.15.4a-2011; Decawave公司的DW1000即支持802.15.4a-2011;


?


2018年,处于安全性考虑,802.15.4a-2011升级到802.15.4z,目前针对15.4z具体的安全功能没有研究,从NXP获取的信息是在UWB信号的PHY包里面添加了加密和随机数等的保护机制;


?


04


UWB芯片及主要参数


?


目前我能够查到推出UWB芯片的公司及其芯片分别为:


?


Decawave -/- DW1000


NXP -/- NCJ29D5FS


SparkMicro -/- SR1000


Alereon -/- AL5x00


BeSpoon - /- MOD1(模组)


?


具体的芯片手册大家可以在官网进行下载,Decawave的DW1000市场占有率最高,我们以DW1000的参数为参考,了解UWB技术的关键参数情况,进而了解其于BLE/WiFi的区别


?


Datarate110kbps/850kbps/6.8Mbps
RX Sensitivity-106dBm@110kbps;-97@6.8Mbps
RX Current30mA@3.3V
Max TX Pwr-9.3dBm
TX Current70mA@3.3V

?


可以看出,UWB在RF灵敏度方面会更好,但是在绝对功耗方面会更大;为了给大家更加直观的TX和RX适合UWB的功耗及时间开销,DW1000里面有如下两张图;


?



?



?


虽然UWB的绝对工作电流更大,但是由于高效的信息传输,UWB携带信息的*均能耗还是很有优势,具体于WiFi/BLE/ZIGBEE的对比如下图;


?


同时,由于UWB信号的能效高,使得其可以以更低的发射功率工作,一般UWB的工作距离可达百米级。


?



?


05


UWB联盟


?


一个技术推广的成功,离不开一群人持之以恒的标准,更新,推广,我们称之为联盟;当前UWB影响力的联盟主要有UWB联盟、FiRa联盟,CCC联盟;


?


可能因为本人*时关注UWB不够多,没有感受到联盟的太多动作~


?


UWB联盟:重点保护/加强 UWB在监管方面的权利(FCC/ETSI)


FiRa联盟:在MAC层和应用层(类似BT SIG)上开发互操作性规范,运行认证计划,并进行UWB定位的市场推广;


CCC联盟:专注为安全访问用例定义移动设备和汽车的协议及互操作性;


?


06


UWB的应用领域及思考


?


UWB的应用到底潜力如何,取决于两个点:


?


一个是UWB本身的技术优势是否有终端应用需求:即是否有高精度定位的需求,目前看有高精度定位的还主要是ToB的,如工厂;

?

UWB实现终端应用的整体成本,这个又紧紧受UWB芯片生态的影响;


?


随着手机厂对UWB的集成,UWB芯片成本的降低,有助于UWB芯片进一步的推广应用,也许未来在消费量的市场,如数字钥匙,个人物联网等得到更广泛的应用;


?


欢迎大家分享优秀国产UWB公司我


?


“一个专注在无线物联网的产品”



?


热文推荐
猜你喜欢
友情链接: 医学资料大全 农林牧渔 幼儿教育心得 小学教育 中学 高中 职业教育 成人教育 大学资料 求职职场 职场文档 总结汇报