UWB技術(shù)隨著首次搭載該技術(shù)的手機(jī)問世進(jìn)入大眾的眼簾， 但是該技術(shù)會(huì)怎樣引領(lǐng)科技變革？為我們帶來怎樣的應(yīng)用創(chuàng)新？這些問題直至小米UWB技術(shù)”一指連“發(fā)布得到了解答。 下面我們不妨看看UWB在小米手機(jī)中的應(yīng)用 。

那么什么是UWB技術(shù)呢？

它是如何工作的？

UWB技術(shù)的應(yīng)用，

關(guān)于FIRA聯(lián)盟，

我們將為大家一一解答。

UWB技術(shù)的發(fā)展歷程

超寬帶并不是一項(xiàng)新技術(shù)，實(shí)際上可能是最古老的無線技術(shù)之一。1901年，Marconi 先生利用電火花隙發(fā)射器產(chǎn)生超寬帶信號(hào)，第一次成功跨越大西洋傳輸摩爾斯電碼。也正因如此，我將其歸類為超低速數(shù)據(jù)傳輸。但從技術(shù)上講，這是使用超寬帶信號(hào)實(shí)現(xiàn)的。在 20 世紀(jì) 60 年代，超寬帶實(shí)際上應(yīng)用于軍事雷達(dá)。如今，檢測(cè)距離和方向的雷達(dá)應(yīng)用中也很廣泛地采用了這項(xiàng)技術(shù)。但當(dāng)時(shí)還未涉及消費(fèi)類應(yīng)用。

伽利爾摩·馬可尼

2002年，F(xiàn)CC 批準(zhǔn)將 UWB 應(yīng)用于消費(fèi)電子和商業(yè)用途。隨著我們對(duì)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)的了解不斷加深，IEEE 已將 802.15.3 標(biāo)準(zhǔn)升級(jí)為 802.15.4，由此我們考慮將超寬帶納入標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)的規(guī)范內(nèi)。此外，誕生于 21 世紀(jì)初的 WiMedia 聯(lián)盟將超寬帶技術(shù)視為一種高速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，它實(shí)際上被視為無線 USB 的替代品，這樣便無需使用 USB 線。話雖如此，但同一時(shí)間內(nèi)，Wi-Fi 也在為同樣的具體應(yīng)用展開競(jìng)爭(zhēng)。

從歷史的角度來看，Wi-Fi 最終獲勝，超寬帶已被擱置多年，這種情況直至現(xiàn)在。

2019年，超寬帶出現(xiàn)了“東山再起”的跡象，人們將它重新定位為可實(shí)現(xiàn)精確定位和方向跟蹤的技術(shù)，并且支持IEEE 802.15.4標(biāo)準(zhǔn) 。當(dāng)我們今天再談UWB的時(shí)候，我們不再談?wù)摳咚贁?shù)據(jù)通訊，而是關(guān)注跟蹤、測(cè)距和定位。去年，F(xiàn)iRa 聯(lián)盟也應(yīng)運(yùn)而生，旨在幫助培育和發(fā)展UWB 生態(tài)系統(tǒng)。在后續(xù)的介紹中，我會(huì)進(jìn)一步說明。

UWB 如何工作

UWB能夠提供更加出色的安全性，避免惡意攻擊。原因在于，可以利用UWB以極其安全的方式根據(jù)具體位置來驗(yàn)證用戶身份。而對(duì)于目前存在的其他技術(shù)（例如藍(lán)牙），也可以提供從您的設(shè)備到另一臺(tái)設(shè)備的距離，但它使用信號(hào)強(qiáng)度或 RSSI（接收信號(hào)強(qiáng)度指示器）確定距離。作為替代，超寬帶使用一種稱為飛行時(shí)間 (TOF) 的方法。因此，它實(shí)際上采用了 TOF 而非信號(hào)強(qiáng)度。原因是信號(hào)強(qiáng)度實(shí)際上很容易遭到攔截和攻擊，但時(shí)間難以偽造。您無法記錄某些內(nèi)容、重新廣播這些內(nèi)容，然后將實(shí)際并未發(fā)生的信息告知與您談話的人。時(shí)間是真實(shí)無誤的。因此，從身份驗(yàn)證和定位角度而言，超寬帶的安全性的確非常優(yōu)異。

如何使用UWB進(jìn)行測(cè)距

第一步是測(cè)量距離。我曾提到過這一點(diǎn)，超寬帶采用一種稱為飛行時(shí)間的方法。這種方法簡(jiǎn)稱為 TOF。在畫面中可以看到，兩個(gè)分別名為 Tag 和 Anchor 的設(shè)備。Tag 發(fā)出輪詢信號(hào)，俗稱 Ping。隨后，Anchor 接收到該信號(hào)。而 Anchor 存在一個(gè)已知的延遲。經(jīng)過這段已知延遲后，它將該信號(hào)作為響應(yīng)發(fā)送回 Tag。此過程通常稱為 Pong。隨后，Anchor 接收到該信號(hào)。根據(jù)該波形中解碼的延遲以及測(cè)得的發(fā)送和接收之間的時(shí)間間隔，可以計(jì)算出距離。因?yàn)榫嚯x基本上等于時(shí)間乘以光速。之后，Tag 還可將輔助輪詢信號(hào)發(fā)送回 Anchor。這便是另一個(gè) Ping 信號(hào)。隨后便可在測(cè)距坐標(biāo)的兩側(cè)進(jìn)行操作并檢查彼此的值。

由此，您可以看到，存在單邊雙向測(cè)距（即 Ping-Pong 方法）以及雙邊雙向測(cè)距（即 Ping-Pong-Ping 方法）。對(duì)于雙邊方法，可以讓兩個(gè)設(shè)備互相檢查以確保它們測(cè)量的距離相同。這樣便提高了準(zhǔn)確性和安全性。以上就是測(cè)距工作原理的第一步。

如何使用UWB確定位置

其中一種方法是，在環(huán)境中配置多個(gè)接收器。這里，我以 GPS 作為類比。如果我有一個(gè)接收器，我知道我的位置就在球體上的某個(gè)位置。這個(gè)位置處于接收器接收信號(hào)的半徑范圍內(nèi)。如果環(huán)境中存在兩個(gè)接收器，便可將位置范圍縮小到兩個(gè)球體相交的圓。如果有第三個(gè)接收器，就可以了解我所在的具體位置。如果有第四個(gè)接收器，就可以獲得確切位置。因此，在使用單天線設(shè)備的環(huán)境中，如果至少存在四個(gè)接收器，我們便可以確定發(fā)送器的確切 3D 位置和空間。

除了這種三角測(cè)量方法，我們還可使用一種稱為“到達(dá)角”的方法。這種方法更多涉及到雷達(dá)天線的工作原理。對(duì)于這種方法，接收器需要具備多根天線。而在三角測(cè)量方法中，接收器只需具有單根天線。采用此方法時(shí)，我們需要觀察接收信號(hào)時(shí)極微小的空間差異，以便通過信號(hào)處理確定信號(hào)來自哪個(gè)角度。如果已知飛行時(shí)間，便可確定距離；如果已知到達(dá)角，便可確定方向。將兩者結(jié)合，便可基于飛行時(shí)間和到達(dá)角確定確切位置。因此，有兩種不同的方法可以利用超寬帶確定位置和空間。

未 完 待 續(xù)

關(guān)于LitePoint

LitePoint 致力于為全球最具創(chuàng)新精神的無線設(shè)備制造商提供無線測(cè)試解決方案和服務(wù)，幫助他們確保產(chǎn)品能夠滿足當(dāng)今消費(fèi)者的需求。作為無線測(cè)試領(lǐng)域的領(lǐng)先創(chuàng)新企業(yè)，LitePoint 產(chǎn)品開箱即用，可對(duì)全球使用最廣泛的無線芯片組進(jìn)行測(cè)試。LitePoint 與智能手機(jī)、平板電腦、PC、無線接入點(diǎn)和芯片組的領(lǐng)先制造商攜手合作。LitePoint 在新興互聯(lián)設(shè)備（物聯(lián)網(wǎng)）測(cè)試領(lǐng)域占據(jù)前沿地位。LitePoint 總部位于加州硅谷，在全球設(shè)有多個(gè)辦事處，是 Teradyne（NASDAQ：TER）旗下的全資子公司，也是測(cè)試和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域領(lǐng)先的自動(dòng)化設(shè)備供應(yīng)商。2018 年，該公司合并后在全球約有 5,200 名員工，年收入為 21 億美元。

責(zé)任編輯：PSY

原文標(biāo)題：UWB技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)安全定位與測(cè)距？

文章出處：【微信公眾號(hào)：萊特波特LitePoint】歡迎添加關(guān)注！文章轉(zhuǎn)載請(qǐng)注明出處。