超带宽（UWB）技术：未来可期

验“金”室

2019年，恩智浦、三星等联手成立FiRa联盟，共同发展超宽带（Ultra Wide-Band，UWB）生态系统。同年，苹果发布的iPhone11系列产品中均配备UWB芯片。UWB到底是什么？它的出现将给我们的工作和生活带来哪些变化？本文将一一为你揭晓。

一、什么是UWB？

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技术简介

UWB技术是一种利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据的无线载波通信技术。美国联邦通信委员会（FCC）对UWB信号定义如下：

即相对带宽大于20%或绝对带宽不小于500MHz。fH、fL、fC分别表示功率频谱密度的峰值衰减下降10dB时所对应的最大频率、最小频率及信号中心频率，按照此定义，信号按照带宽分类如图1所示。

图1 信号带宽分类

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发展历程

UWB是一项古老而又崭新的技术，它源于1960年，主要应用于雷达系统、低截获率/低侦测率等军事领域。近年来，UWB技术凭借突出的定位精度在民用企业级市场的应用已初具规模。随着芯片逐渐微型化、硬件成本降低、技术标准规范化及产业生态的逐步开放，UWB技术应用场景正向着消费领域延伸。

图2 UWB发展历史

二、UWB为什么与众不同？

与WiFi、蓝牙等技术相比，UWB具有定位精度高、安全性高、抗干扰力强、功耗低等显著特点。

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高速率

UWB通信带宽大（500MHz以上），能在10米左右范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率。

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低功耗

UWB技术使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0.20ns~1.5ns之间，有很低的占空因数，系统耗电可以控制得很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百μW到几十mW。民用的UWB设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/100左右，是蓝牙设备所需功率的1/20左右。因此，UWB设备的电池寿命相对于传统无线设备有着很大的优越性。

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定位精度高

UWB信号具有其他信号没有的极强信号穿透力，使得系统定位精度可达到厘米级。

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抗干扰性强

在 UWB 常用的跳时系统中，由于其脉冲信号本身的频谱特性，再加上跳时扩频，UWB 的频谱可达几千MHz，是一般扩频系统的100多倍，使其具有很强的抗干扰性能。

三、UWB能做什么？

UWB具有高速率、高安全、强穿透力等优势，可代替USB、蓝牙、WiFi等数据传输方案，在百米内实现设备间大数据无线传输，同时由于UWB信号的带宽可高达 GHz 的数量级，具有极高的时间分辨率，在精确定位方面的优势较为明显。

UWB突出的通信及定位能力将为我们工作生活带来变革。

家庭局域网

在家庭中，利用UWB技术组建个人局域网络，可实现多媒体设备间音视频数据传输，提升数据传输速率，降低设备相应时延。

终端数据共享

UWB技术高速率、低时延传输特性可充分满足电脑、手机等设备间大文件传输需求。目前iPhone11等手机已基于UWB实现设备文件共享。

非接触免手动无线支付

在零售、停车场等支付场景中，凭借手机中UWB，可在一米或更远距离内完成免手动支付交易。

车辆远程控制

基于配备UWB技术可远程控制安全门禁、车门自动上锁解锁、发动机启停等车辆，增加车辆使用安全性与便利性。

公检法

监狱、派出所、戒毒所等特殊场所需要对人员的轨迹进行精确的管理，基于UWB的位置管理不仅可防止和限制人员逃跑，还能达到司法透明化的目的。

工业制造

当前，在“工业4.0”“中国制造2025”等概念的加持下，越来越多的企业通过先进的技术手段提升生产效率，或者达到柔性化生产的目的，而UWB技术可在离散制造过程中对人员与物料的轨迹进行实施监管，达到可视化的目的。

物流仓储

仓储物流环节的应用需求主要是解决仓库物资的高周转效率问题，这对于一个工厂的效益提升，意义是非常大的。而通过UWB高精度定位，可以实时地对仓库里各类物料以及人员进行精确监控，甚至在某些AGV设备中实现无人化的物料周转，大幅提升生产效益。

隧道、管廊、地下矿井

矿井、隧道、管廊等施工场景的特点是危险系数高，并且传统的卫星信号以及无线电信号无法覆盖，因此有对人员进行精准定位的需求。

随着5G时代的到来，物联网正步入产业大变革的前夜，迎来大发展时代，越来越多的物联网设备和应用将会出现。UWB技术与产业的发展成熟将助推物联网感知传输能力增强，促使物联网技术与应用场景深度融合。未来，UWB技术将大有可为，请大家拭目以待！

注：部分图片来源网络，侵权必删！

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