什么是UWB？
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· 2021-08-29
来源：矽磊电子公众号
整理：李肖遥
人类为了征服自然，从古至今运用了众多的定位方法。从最早的观察天空，到罗盘、指南针、纸质地图，再到今天的卫星定位，我们已经基本解决“我在哪”的问题。时至今日，人类对定位技术的要求已经从户外导航逐步拓展到室内定位。然而，随着城市化建设的进程，室内空间越来越密集，室内结构越来越复杂。为了不在钢筋水泥中迷路，室内定位技术应运而生。
最早的室内定位技术主要有RFID、蓝牙、Wi-Fi、超声波、红外线等。但这些技术都拥有各自的局限性，蓝牙和Wi-Fi技术定位精度不够，红外线技术穿透力差，超声波技术易受干扰。相比之下，近期备受瞩目的UWB技术，凭借更强的抗干扰性，更高的定位精度，成为了当下最具市场潜力的室内定位技术。
超宽带 (Ultra Wide Band，简称UWB)技术是一种无线载波通信技术，通过发送纳秒级的非正弦波窄脉冲来传输数据，基于ToF技术计算无线电波返回设备的时间，进而测算设备间的距离，测距精度极高，可以达到厘米级。超宽带系统与传统的窄带系统相比，具有收发时间短、抗多径效果好、系统安全性高、整体功耗低等优点。因此，UWB技术能够应用于室内静止或移动的人和物的快速高精度定位跟踪与导航。
UWB出现于1960年，通过Harmuth、Ross和Robbins等先行公司的研究， 70年代在雷达系统应用中获得了重要的发展。为了研究UWB在民用领域使用的可行性，自1998年起，美国联邦通信委员会(FCC) 就“超宽带无线设备对原有窄带无线通信系统的干扰及其相互共容”的问题开始广泛征求业界意见。2002年，美国FCC正式将3.1GHz-10.6GHz频带作为室内通信用途的UWB开放，标志着UWB开始用于民用无线通信。随后几年，日本、新加坡和欧盟等的无线电管理部门都颁布了类似的法令。中国从2006年开始进行UWB频谱规划的准备工作。2008年，中国的UWB频谱规划正式发布，包括UWB信号的射频指标、应用场所限制、设备核准等方面的内容。
UWB技术目前基于最新的IEEE 802.15.4a/z标准，该标准已针对微定位和安全通信进行了优化。作为一项高精度定位技术，UWB可以将人和物精确定位在几厘米之内，使其准确度比当前的低功耗蓝牙（BLE）和Wi-Fi实现高近百倍，其卓越的高精度性能完美的符合室内定位应用的需求。
1、 定位精度高。视距情况下，UWB定位精度可以达到10cm以内，远高于其他无线定位技术。适合众多的应用场景，比如AGV小车的管理、司法监狱对人员的轨迹监测、智能制造对原材料的实时监控等。
2、 稳定性好。首先，UWB技术对各种类型的干扰（包括多径）具有很高的抗扰性，其发射的脉冲波抗干扰能力强于连续的电磁波。其次，UWB工作频段在3GHz-10GHz，相对于2.4G频段的无线定位技术，外界的干扰信号更少。
3、 安全性高。UWB利用IEEE定义的限界技术来提供一定程度的安全性，使其成为极其安全的格式。
4、 低延迟。UWB的通信收发速度可高达每秒1000次，读数比卫星导航快50倍，可以应用于对任何物体的实时定位/跟踪。
5、 经济实用。UWB芯片运用主流工艺技术，能够针对低功耗的应用场景进行优化。
基于以上特性，UWB定位技术在消费类的应用也不断发展，目前已有些厂商研发了诸如定位标签、智能跟随行李箱等消费级产品，而未来，如果说UWB定位技术能够集成到手机里面，则将会刺激消费级应用的迅速爆发。
在物联网行业，室内位置信息将是人或物最重要的信息属性之一。UWB将以其特性助力智能家居应用场景的升级，随着智能家居的生态成熟，UWB消费级应用市场规模巨大。据相关资料显示，2022年中国UWB室内定位市场规模有望达到22.1亿美元，占全球市场规模的18.0%，而中国企业级UWB室内定位市场将达到121.5亿元，从2017年开始，年增长率达到85.6%。
在商业层面，国内外的巨头和创业企业为促进室内定位技术落地，做出大量尝试，室内位置服务产业链初现雏形。
在政府层面，中国国务院、科技部、工信部下发的多项指导政策中均提出要大力推动室内定位系统发展。比如国家的十三五规划就制定了导航与位置服务，包括室内外无缝导航、室内外多模式协同定位、室内多维位置信息、位置智能感知、无人驾驶地图服务等标准。
行业巨头和政府组织强力介入室内定位位置服务，会推动用户对室内定位的快速认可，加速室内位置服务生态成熟和应用落地。由此可见，在未来几年，中国乃至全球的室内定位服务应用会迎来快速增长。
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