什么是UWB超宽带技术？聊聊超宽带技术的现状与展望

1. 什么是UWB超宽带技术？聊聊超宽带技术的现状与展望

   
   自从苹果推出了AirTag，引发了UWB超宽带技术在市场上大火，很多男生表示再也不用担心漂亮女朋友“走丢”了；妈妈们表示，在小朋友的校服上缝上一枚，从此不用担心熊孩子们乱跑了；有了超宽带技术的加持，网友们表示自己丢三落四的祖传技能可能要退出 历史 舞台了。
   而市场上，宝马、蔚来、大众在自家的新车上也纷纷推出了UWB智能钥匙，国内几家大型储存物流企业，近期也正在尝试落地，超宽带货物定位技术，小米OPPO等国内手机大厂，在去年也纷纷展示了，所谓的“一指连”空间感知技术。
   是的，超宽带技术最近是异常的火热，受到了市场的追捧。超宽带技术也被很多数码博主描述成为蓝牙的替代者、物联网风口的引领者、甚至是新一代无线通讯技术的变革者。果真是如此吗？超宽带技术到底有什么神奇的地方，你真的了解什么是超宽带技术吗，它的技术特点是什么，优缺点又是什么，今天我们就来理性、客观且科学的分析超宽带这项技术的前景、发展空间以及趋势和定位。
    一、UWB技术的发展历程 
   首先，超宽带技术并不是大家所以为的近几年发明的新技术，恰恰相反，超宽带技术其实是一项人类最早的无线通信方式，回溯超宽带技术的发展 历史 ，千年前中国人利用点燃长城上的峰火台对外族入侵的时间和位置，进行了烽火之间的信息传递。1880年，意大利人马可尼利用火花隙发射器，成功在大西洋上进行了人类第一次无线电传递。火花隙实际上就是一种带宽很宽的极窄脉冲，这也是人类真正现代意义上最早出现的超宽带技术。
   当年英国最先进的泰坦尼克号撞到冰山后也是利用火花隙式发射机，发出了最后的无线呼救信号。最终让近千人，包括女主“肉丝”因此获救。上个世纪七十年代，超宽带技术多应用于军事用途，包括在军用雷达、军事定位上，军事通讯、军用成像等技术上面。比如军用保密通信上，采用多采跳频技术，实现了保密通信；比如在穿墙雷达上，使用超宽带的窄脉冲特性，实现了对恐怖分子的穿墙监控。这些都是超宽带技术的应用。1990年美国军方在一份DARPA的技术报告中首次提出了UWB这个名词，开始了超宽带技术的商业历程。
   超宽带，顾名思义，了解通信知识的朋友都知道，一般的通信体制都会利用一个高频载波来调制一个窄带信号，通信信号的实际占用带宽并不高。而超宽带不同于传统的通信技术，使用的是最简单粗暴的纳秒级非正弦波的极窄脉冲来传输和接收信息和数据。从频域和时域的角度，传统的超宽带可以理解为是单纯的时域信号处理，不需要射频电路中的本振、差分等射频模块。我打个简单的比喻，4G、5G和Wifi信号就像是在念文言文，几个字就可以表达非常丰富的信息。而超宽带技术，则更像是原始部落的早期语言，需要很长一段话才能表达一个简单的意思，但是它也更直接，信息更明确。所以UWB、Wifi和5G本质上是两种完全不同的无线通信手段。
   简单形容信息和我们说话是一样的，无非是三个维度，你是谁，你在哪里，你要干什么。这就是所谓的数据信息、身份信息，以及位置信息。在早期传递数据（干什么）方向上，超宽带技术其实也是有商业化实践的。早在2003年wifi技术还是一项比较新的技术时，美国WiQuest公司就一直在尝试，OFDM无线电架构下的高速UWB传输技术，在IEEE 802.15.3a的标准下WiQuest的基带产品，当时已经实现了8到10米内、4百兆文件的传输。但是由于UWB接收器RF结构太过于复杂，加上芯片组的成本过高，市场落地一直没有推开。更致命的是，随着wifi联盟，在2006年802.11n标准的正式亮相利用MIMO技术，实现了6百兆的数据传输，也间接宣告了高速UWB传输无线技术方案的失败。
    二、UWB的技术特点 
     说完这三点优势，同时超宽带系统的劣势也很突出：
    三、关于超宽带技术的一些展望 
   关于超宽带技术，我大概就介绍这么多。对于一项技术的基础了解，对于大家的投资，我觉得刚刚的介绍其实已经差不多了，也已经足够了。接下来我再来聊聊作为一名硬件工程师我对超宽带这项技术本身，一些个人更加主观的看法。
   首先我的第一个观点，围绕手机来搭建生态绝对不是超宽带的未来，也很难有未来。由于需要以手机为极坐标，手机内部就需要配备两跟天线，而手机的内部空间其实是非常宝贵的。为了UWB的实现，成本和设计难度都要大大的提高。目前即使强如苹果依然需要蓝牙来做检测，理想的定位距离也只在30米内。实际上如果你把AirTag扔到附近没有iPhone的地方，它的定位就将失去作用。同时随着高通、华为海思的入局，UWB即使有发展，也会和蓝牙、Wifi一样集成到SoC中去，不会在手机上以外挂的形式出现。当然我并不觉得高通和海思现在有这样的计划去这么做，因为在C端，现阶段并没有这样的必要也没有这样的现实需求。
   所以我的第二个观点就是，UWB超宽带技术目前依然还缺乏现象级的应用，来推动这项技术的真正爆发，目前超宽带技术的三大应用场景，安全门禁、物品定位以及设备互联。比如 汽车 钥匙、AR 游戏 、室内导航，无人机配送、智慧医疗、安全门禁，等等。我思考了一下，目前还没有一项真正的爆点应用来拉动大的需求。我个人认为仅仅在低成本的前提下，替代一些NFC的场景，可能有一丢丢的发展前景。
   我的第三个观点，成本和生态，依然是超宽带技术目前很难逾越的鸿沟，现在市场上的超宽带产品绝大多数配的都是，Decawave的DW1000系列芯片，采用的还是早期的802.15.4A协议，而像配备加密功能的4Z芯片方案，价格又高得离谱。我预测在C端，即使是手机厂商从现在开始统一思路，义无反顾的全力来推UWB搭建生态也需要3-5年。而B端，整套系统一个房间就需要3点定位，也就是3个基站的支持，多个房间就乘积的关系。我了解了一下，目前一个小型商场搭建成本在百万级以上。而是DW1000的芯片目前搭配的算法又很少，很考验企业自身的算法优化能力，所以目前企业端实际上也比较难推。
   最后第四个观点，我大概了解了下市面上的量产产品，实际上理论和现实还是有差距的，目前市面上的UWB产品还仅能在小空间环境发挥，精准定位的明显优势，一到机场、户外、大房间等有障碍物的复杂场景，基本上和wifi都拉不开差距。
   最后总结一下，UWB并不是一项前景已经稳定，标准已经统一并且没有局限性的产品，更不是很多数码博主认为的像发现新大陆一样的存在。恰恰相反，超宽带技术是一项优缺点极为鲜明，产品定位很清晰，并且正在发展，正在摸索，正在布局的一项早期产业。
   如果一定要问我看不看好超宽带，那我可能就要泼冷水了，一切还是要看成本，成本只要下不来什么都是白搭。大家也不要太迷信苹果，只能说苹果目前有这个能力来摊销成本，可以作为奢侈品来炫技。但是单就这项技术本身，大家也不用太小看现在AI、NB-IoT，V2X以及下一代蓝牙协议的进展了。包括AR、VR方向上随着多传感器融合 SLAM的迭代，只要有算力，精准定位其实都不是什么，解决不了的痛点。而低功耗、万物互联则有NB-IoT，所以超宽带技术个人觉得还是很鸡肋的。4Z芯片系统的成本太高了，如果2-3年内，成本下可以下来，在B端还是有发展可能的，反之就不要玩了。

2. 超宽带UWB技术有什么用？

超宽带UWB技术主要用于：室内定位、数据传输
1）室内定位
定位信息的加入可以帮助企业更好的整合计划层（ERP）、执行层（MES）、控制层（PCS）三个层级，从而提高生产过程和整个供应链体系的效率，使全范围、全流程实现数据可视化，推动生产体系向高效率、高质量、低成本、高满意发展。
EHIGH恒高UWB室内定位系统定位精度高达10cm，同时具备高动态、高容量、低功耗的优点。不仅提供实时位置显示，还具有历史轨迹回放、人员考勤、电子围栏、行为分析、智能巡检等功能，帮助企业实现智能化管理。
电厂：通过精确定位方式弥补人为疏忽，降低事故风险，全面推动电厂安全管理的标准化和规范化；
仓储物流：UWB高精度位置服务实时管理仓储人、车、物，融合仓储管理系统，实现仓储物流管理的降本增效；
石油化工：零延时精确定位人、车、物的实时位置，直观及时地反映化工业的现场情况、人员状况，提高石油化工行业安全保障的力度及效率；
监狱：高效智慧管理，变被动监管为主动监管，达到事前预防、事中管控、事后查证管理新思路。
2）数据传输
a. 高速数据传输：UWB的理论最大数据传输速度可达1Gbps，伴随5G网的普及，4K电影、游戏、VR、AR将带动数据传输需求的迅速膨胀，更大数据量的文件可能很难再通过蓝牙24Mbps的速度进行传输，未来通过UWB实现AirDrop也是潜在的应用方向。
b. 加密文件传输：基于超宽带（UWB）信号不易被拦截与破解的特性，特殊的身份认证信息、秘钥、安全凭证等加密信息可通过UWB技术传输，并可建立基于测距与安全凭证交互双重认证的新型无感支付模式，从磁条、芯片、RFID、NFC手上拿下身份认证的下一道接力棒。

3. 超宽带的UWB与其他几种无线个人局域网技术的比较

由于UWB技术的种种优点，使其成为无线个人局域网络WPAN (Wireless Personal Area Network)的主要技术之一。WPAN的目标是用无线电或红外线代替传统的有线电缆，以低价格和低功耗在10m范围内实现个人信息终端的智能化互联，组建个人化信息网络。其最普遍的应用是连接电脑、打印机、无绳电话、PDA以及信息家电等设备。今天实现WPAN的主要技术有：IEEE802．11b(Win)、Home RF、IrDA、蓝牙(Bluetooth)以及超宽带等五种。可以看出UWB技术的优势较为明显，主要不足是发射功率过小限制了其传输距离.也就是说，10m以内，UWB可以发挥出高达数百Mbps的传输性能，对于远距离应用IEEE802．11b或Home RF无线PAN的性能将强于UWB。UWB和同为热门的IEEE802．11b以及Home RF不会进行直接竞争，因为UWB更多地是应用于10m左右距离的室内。事实上，把UWB看作蓝牙技术的替代者可能更为适合，因后者传输速率远不及前者，另外蓝牙技术的协议也较为复杂。参数对比  对比  超宽带  蓝牙  IEEE802.11a  HomeRF  速率（bps）  最高达1G  <1M  54M  1~2M  距离（米）  <10  10  10~100  50  功率  1毫瓦以下  1~100毫瓦  1瓦以上  1瓦以下

4. uwb超宽带通信谁听过吗？

UWB超宽带技术，顾名思义，相比传统窄带系统而言，在带宽上有很大的优势。定义了解一下：UWB超宽带是无载波通信技术，是通过发送和接收具有纳秒或皮秒级以下的极窄脉冲来传输数据，从而具有GHz量级的带宽。回归正题，UWB超宽带技术特点有几个呢？且往下看：
工具/原料
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UWB超宽带技术 UWB模块（SKU603）
UWB超宽带技术特点
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系统结构的实现比较简单：UWB定位系统大致分为位置感知层、网络传输层和定位应用层。
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高速的数据传输：理论上UWB可达1 Gbit/s的速率，这样在实际中实现100Mbit/s以上的速率是完全可能的。
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功耗低：UWB通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号，仅在发射窄脉冲时消耗少量能量。在短距离应用中，UWB的发射功率通常低于1mw (这也是FCC为了避免对其它设备造成干扰而对UWB做出的技术指标要求)。
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截获率/侦测率低：UWB系统的发射功率谱密度非常低，有用信息完全淹没在噪声中，被截获概率很小，被检测的概率也很低。
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抗干扰能力强：UWB通信采用调时序列，能够抗多径衰落 多径衰落是指反射波和直射波叠加后造成的接收点信号幅度随机变化，而UWB系统每次的脉冲发射时间很短，在反射波到达之前，直射波的发射和接收已经完成。
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高精度定位：UWB具有很高的定位精度，采用超宽带无线电通信，很容易将定位与通信合一，而常规无线电难以做到这一点。超宽带无线电具有极强的穿透能力，可在室内和地下进行高精度定位，UWB超宽带技术可以给出相对位置， 其定位精度可达厘米级。
硬件 UWB 测距应用
编辑于2018-04-24，内容仅供参考并受版权保护
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5. 超宽带UWB定位系统可以用于哪些行业？

超宽带定位主要应用行业：1、  隧道：全天候考勤，对施工人员进行实时跟踪，随时掌握每个员工在隧道的位置及活动轨迹、全隧道人员的位置分布。最重要的是，当遇到隧道突发事故，可以迅速找到被困人员可靠的位置信息，提高抢险救灾、安全救护的效率。2、  公安司法/监狱：全天候点名，对犯人进行24小时位置监控和自动跟踪，随时掌握每个犯人的位置及活动轨迹、全监狱人员的位置分布，使监管工作智能化，提升立体防控能力，快速响应突发事件。3、  化工厂：帮助实现化工精细化安全管理和生产过程管控，进一步提高生产效率，维护生产秩序的安全，同时也实现了化工企业安全管理和生产效率的提高。EHIGH恒高UWB定位系统，定位精度达到厘米级，由定位基站、定位标签、系统软件三部分组成，可适用于各种恶劣天气、恶劣环境。