直观解析：图文说明UWB技术的操作原理
发布时间：2021-11-29 11:13:24
来源：RF技术社区 (https://rf.eefocus.com)
超宽带技术（UWB）被认为是最适合室内定位跟踪的技术，因为其设计初衷是实现高精度测距估计和双向通信。今天，我们将深入探讨UWB技术的工作原理。
UWB为何是最适合室内定位跟踪的技术？
UWB具有固有特性，使其能够实现比其他技术更准确的室内定位和距离测量。
UWB脉冲信号仅持续2纳秒（ns），因此不受反射信号（多径效应）和噪声的干扰。UWB射频（RF）脉冲边缘清晰，即使在常见的信号反射和多径效应情况下，仍能精确测定到达时间和距离。
当采用UWB作为解决方案时，反射信号不会影响直接信号。与标准窄带信号相比，IR-UWB信号的上升和下降时间更短，因此可以精确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，2纳秒宽的无线电UWB脉冲的到达时间几乎不受影响。相比之下，窄带信号更容易受到噪声的影响。
我们已经进行了基于ToF（Time of Flight）方法的窄带无线电技术实验。窄带信号对多径效应非常敏感，因为反射信号会与直达信号结合，产生破坏性的干扰信号。这会影响超越阈值（用于测量到达时间）的时间，降低精度。
UWB的精度优势非常明显。UWB能够以5至10厘米的精度测量距离和位置，而蓝牙、Wi-Fi和其他窄带无线电标准只能实现米级精度。
此外，由于UWB无线电脉冲持续时间极短，当存在多径效应时，直达径信号不会与多径信号重叠，因此不会损坏信号的完整性和强度。
总结起来，UWB具有以下特点：
超高精度：提供厘米级精度，比蓝牙和Wi-Fi高出100倍。
超高可靠性：在存在多径反射的情况下仍能保持信号的完整性。
UWB技术利用ToF（Time of Flight）的概念，即通过将信号的ToF乘以光速来测量两个无线电收发器之间的距离。基于这个基本原理，可以根据目标应用的需求以不同的方式实现UWB定位技术。
最佳的拓扑结构主要取决于应用场景。因此，设计工程师首先需要将应用和拓扑结构进行匹配。以下是可供选择的几种方法：
双向测距（TWR）：TWR方法通过测量UWB射频信号的ToF，然后将其乘以光速来计算标签与锚点之间的距离。汽车无钥门禁系统就是一个使用TWR方法的应用示例。TWR可以生成一个安全空间，类似于一个保护气泡，并确保在应用过程中保持高精度的安全控制。
到达时间差（TDoA）和反向TDoA：TDoA和反向TDoA方法类似于GPS。在已知的固定位置部署多个参考点，称为锚点，并通过时间方面的紧密同步使它们保持同步。对于TDoA方法，移动设备会周期性发送信标信号，在锚点接收到信标信号时，会记录基于共同的同步时基的时间戳。然后，锚点的时间戳将发送至中央定位引擎，该引擎会根据每个锚点的信标信号和TDoA运行多点定位算法，从而得出移动设备的2D或3D位置。
到达相位差（PDoA）：另一种UWB拓扑结构是PDoA。PDoA结合了两个设备之间的距离和方位测量。利用距离和方位的组合信息，可以计算出两个设备的相对位置，而无需其他基础设施的支持。为此，其中一个设备必须配备至少两个天线，并能够测量到达信号载波的相位差。相位差不受天线形变的影响，并且可以实现高于10°的测量精度，从而能够在小于5°的情况下确定发射器的方位角度。
每种拓扑结构适用于不同的应用场景。这些用例主要涵盖以下三个领域：感应式门禁、定位服务和设备对设备（点对点）应用。根据具体的应用需求和场景特点，选择最合适的拓扑结构是非常重要的。
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在本节中，我们来简要介绍一下UWB的系统组件，以及硬件和软件选择如何影响系统的性能。
超宽带（Ultra-Wideband，UWB）技术，作为一种新兴的无线通信技术，近年来受到了广泛关注。它以极高的数据传输速率、低功耗和强抗干扰能力等特点，为无线通信领域带来了新的可能性。
UWB（Ultra-Wideband）定位技术，即超宽带定位技术，是一种无线载波通信技术。它利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，具有高速率、低功耗、高安全性、强抗干扰能力以及高定位精度等优点。近年来，随着物联网、智能制造、智能交通等领域的快速发展，UWB定位技术得到了广泛的应用和关注。
UWB，全称Ultra Wide-Band（超宽带），是一种颠覆传统无线通信的新型技术。对于许多新手工程师来说，UWB可能还是一个陌生的名词，但它在近距离高速数据传输和精确室内定位领域已经展现出了巨大的潜力。
UWB，即超宽带技术，这一曾专属于军事雷达的“黑科技”，如今已走进我们的生活。从iPhone 11的惊艳亮相开始，UWB逐渐在民用领域崭露头角。那么，UWB究竟是何方神圣？今天，就让我们一起揭开它的神秘面纱。
