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，但這項技術(shù)在消費性電子產(chǎn)品中的影響力仍然有限。例如，電池供電的PC周邊由于實際性能未達(dá)到預(yù)期水準(zhǔn)，早期應(yīng)用的樂觀前景逐漸暗淡。

然而，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過修訂，新的商用芯片問世，還有蘋果電腦的支持，我們已經(jīng)看到UWB應(yīng)用卷土重來。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」一詞是由美國國防高等研究計畫署（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）以特定時間間隔產(chǎn)生非常短促──奈秒（nanosecond）甚至皮秒（picosecond）──且精確的無線電脈沖來傳輸信息。使用這些脈沖的脈沖位置或時間調(diào)變來承載信息。由于采用脈沖重復(fù)率高，可以實現(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。窄帶短距離無線技術(shù)可能會受多路徑衰減（multipath fading）和干擾的影響，但低功率頻譜密度可以抵抗這些問題，成為了UWB的關(guān)鍵優(yōu)勢。然而，魚與熊掌不可兼得，GHz帶的工作頻率會被墻壁和其他障礙物吸收，因此只能在視線范圍內(nèi)運作。

01精確距離測量

UWB為即時定位服務(wù)（RTLS）應(yīng)用提供了前景光明的選擇。這些類型的應(yīng)用需要快速測量目標(biāo)相對于參考點的距離和位置。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)的短距離無線位置測量系統(tǒng)使用信號強(qiáng)弱（RSSI）定位技術(shù)來估算兩個收發(fā)器之間的距離，以衡量信號自發(fā)射器離開后，信號功率降低了多少。然而，墻壁和家具等障礙物會帶來許多變數(shù)，例如多路徑衰減，因此只考慮信號強(qiáng)弱其實無法精確地指示實際的距離。

為克服此缺陷，UWB并不采用信號強(qiáng)弱作為定位方式，而是測量無線電脈沖到達(dá)接收器并返回所需的時間來測量兩個UWB無線電之間的距離。可以考慮接收器延遲和光速來實現(xiàn)準(zhǔn)確的距離估算。

使用多天線來測量入射脈沖的到達(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線電脈沖發(fā)射器在三個維度上的位置。

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線技術(shù)比較，UWB確實缺少許多固有優(yōu)勢，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，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是一款專門為對抗新冠疫情而開發(fā)，應(yīng)用于工作場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)牙無線電來估算定位目標(biāo)的位置（此過程需要相對大量的RF活動），然后切換到UWB無線電以進(jìn)行更短促的精確定位操作。這種運作模式最大程度地縮短了高功率UWB無線電的廣播時間，以延長電池壽命。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健全發(fā)展的市場。除了疫情之外，RTLS領(lǐng)域還將實現(xiàn)快速的成長；分析機(jī)構(gòu)Allied Market Research預(yù)測，該市場2019年至2026年的復(fù)合年成長率（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「帶動空間意識」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，也鼓勵新的消費性應(yīng)用多加利用精確定位技術(shù)，進(jìn)一步促進(jìn)了UWB作為消費性技術(shù)的興起。
編輯：lyn