在社交距离应用中，超宽带(UWB) 成为了正精确距离测量的最佳解决方案。
在社交距离应用中，超宽带(UWB) 成为了正精确距离测量的最佳解决方案。
UWB技术已经存在了近三十年。从一开始，RF技术就通过将信号扩展到较宽的带宽来保证很高的数据速率和较低的功耗。然而，尽管军方将超宽带用于雷达应用和其他军事领域，但这项技术在消费电子产品中的影响力仍然有限。例如，电池供电的PC外设由于现实世界的性能未能达到预期，其早期应用的乐观前景逐渐暗淡。
然而，经过修订的标准，新的商用硅片以及苹果公司的支持，表示UWB应用已经复苏。不久之后，UWB与低功耗蓝牙(Bluetooth Low Energy)配对使用，将被证明是用于控制新冠疫情所需的社交距离可穿戴设备的理想解决方案。
高吞吐量，抗多径衰减
美国国防高级部研究计划局(DARPA)创造了“超宽带(ultra wideband)”一词。它描述了一种射频技术，该技术通过在很大的带宽范围(在最新IEEE标准中高达1.35 GHz)以特定时间间隔生成非常短促的(纳秒甚至皮秒)精确的无线电脉冲来传输信息。使用这些脉冲的脉冲位置或时间调制来承载信息。通过采用高脉冲重复率，可以实现高吞吐量(在标准中高达每秒27.24兆比特)。
相比之下，低功耗蓝牙是一种窄带技术，可在2兆赫兹的信道宽度和每秒2兆比特的最大吞吐量下传输数据包。
UWB的一项关键优势是低功率频谱密度可以抵抗多路径衰落和干扰，而窄带短距离无线技术可能会出现多路径衰落和干扰。一个主要的权衡折衷是千兆赫兹的工作频率会被墙壁和其他障碍物吸收，从而限制了应用只能在视线范围内运作。
精密距离测量
UWB为实时定位服务(RTLS)应用提供了有发展前景的选择。这些类型的应用需要快速测量目标相对于参考点的距离和位置。示例包括资产跟踪、室内导航和社交距离。
常规的短距离无线位置测量系统使用接收信号强度指示(RSSI)技术来估算两个收发器之间的距离，以衡量信号自发射器离开后信号功率降低了多少。然而，墙壁和家具等障碍物会引入诸如多径衰落之类的变数，使得信号强度无法精确地指示实际的距离。
UWB通过忽略信号强度来克服此缺点，它是通过测量无线电脉冲到达接收器并返回所需的时间，来测量两个UWB无线电之间的距离。可以通过考虑接收器延迟和光速来实现准确的距离估算。
通过使用多根天线来测量入射脉冲的到达角(AoA)，可以找到目标的位置。然后，将距离和方向数据相结合，可使得系统精确地确定无线电脉冲发射器在三个维度上的位置。
与蓝牙LE结合用于社交距离可穿戴设备
UWB确实缺乏像蓝牙LE这样的成熟的短距无线技术的许多固有优势。其中包括低功耗，广泛的行业支持以及智能手机的互操作性。
Decawave(现已成为Qorvo的一部分)和Insight SiP等公司提供的模块结合了Nordic的nRF52832低功耗蓝牙SoC的优势与商用UWB芯片的优势，从而助力PHYTEC公司的Distancer等社交距离可穿戴设备。Distancer是一款专门针对新冠疫情而开发的工作场所社交跟踪器。
诸如Distancer之类的应用使用低功耗蓝牙无线电来估算目标物体的位置(此过程需要相对大量的RF活动)，然后切换到UWB无线电以进行更短促的精确定位操作。这种操作模式最大程度地缩短了高功率UWB无线电的广播时间，以延长电池寿命。此外，如果遇到非UWB目标设备，则低功耗蓝牙/UWB组合允许将RSSI用作后备技术。
商业前景广阔
在广泛的疫苗接种计划击垮新冠病毒之前，由低功耗蓝牙/ UWB驱动的产品可能在控制疫情中起着越来越重要的作用。这将提升UWB技术在公众中的知名度，并为芯片制造商提供一个健康发展的市场。除了疫情之外，RTLS领域还将实现快速的增长，分析机构Allied Market Research预测2019年至2026年的复合年增长率(CAGR)为30.2%，这将帮助巩固UWB技术的发展前景。
此际，苹果在iPhone 11中集成了自己的UWB芯片以“带动空间意识”进入智能手机，并鼓励PC外围设备和联系人跟踪之外的新的消费类应用获益于精确定位技术，使得UWB作为消费类技术的应用得到了进一步的推动。
责编：Yvonne Geng
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