超宽带技术 (UWB)的工作原理解析

超宽带技术 (UWB) 是最佳定位跟踪技术，因为超宽带技术 (UWB) 的设计的初衷就是实现高精度测距估计，同时进行双向通信。所以 UWB 是当今最好、最先进的定位技术。今天就带大家深入的了解一下UWB技术的工作原理吧。

为什么说 UWB 最适合室内定位跟踪？

UWB 的固有特性意味着，它可以实现比其他技术更精确的室内定位和距离测量。 如图1所示，UWB 脉冲（中间和右侧图）只有 2 纳秒 (ns) 宽，因此不受反射信号（多路径）干扰和噪声的影响。UWB 射频 (RF) 脉冲边缘清晰，因此在存在日常环境中常见的信号反射和多路径效应的情况下仍能精确测定到达时间和距离。

图1 将 UWB 作为解决方案时，反射信号（灰色）不会影响直接信号（蓝色）。IR-UWB 信号（中间和右侧）的上升和下降时间（边沿）比标准窄带信号（左侧）更短，因此可以精确地测量信号的到达时间。这也有助于 UWB 信号在存在噪声和多径效应的情况下保持其完整性和结构。 即使在噪声条件下，如图1（右侧）所示，2ns 宽的脉冲无线电 UWB 脉冲的到达时间几乎未受影响。相比之下，如图 2 所示，窄带信号受到噪声的影响比较明显。

图2 我们已使用窄带无线电技术对基于 ToF 的方法进行了试验。如图 3所示，窄带信号对多路径非常敏感，因为反射信号（深灰色）可与直达经信号（浅灰色）进行具有破坏性的结合，从而在接收机端生成最终信号（蓝色）。这会影响信号超越阈值（用于测量 ToA）的时间，从而降低精度。

图3 UWB 的精度优势非常明显。UWB 完全能够以 5 至 10 厘米的精度测量距离和位置。相比之下，蓝牙、Wi-Fi 以及其他窄带无线电标准只能实现米级精度。此外，由于 UWB 无线电脉冲极短，多径效应下，直达径信号不会与多径信号重叠，因此不会损坏信号完整性和强度。 这表明，UWB 具有以下特性：

超精准，提供厘米级精度，比 BLE 和 Wi-Fi 精确 100 倍

超可靠，在存在多径反射的情况下能够保持信号完整性

UWB 拓扑结构比较和选择

UWB 利用 ToF 的概念，这是一种通过将信号的 ToF 乘以光速来测量两个无线电收发器之间距离的方法。基于这个基本原理，可根据目标应用的需求以不同的方式实现 UWB 定位技术。 最佳拓扑结构主要由应用决定。这也就是说，设计工程师首先要将应用和拓扑结构匹配。 对于每种拓扑结构，分别最适合哪种应用？这些用例主要侧重于三个不同的领域：感应式门禁、定位服务和设备对设备（点对点）应用。图4 详细介绍了 TWR、TDoA、反向 TDoA 和 PDoA 拓扑结构的最佳应用。

图4 怎么样通过上面的介绍，您对超宽带技术 (UWB)的工作原理是不是有了很深入的了解呢？

编辑：黄飞