数码实验室 如今成短距离通信技术的新贵,起源于上世纪的UWB技术( 二 )


主导MB-OFDMUWB方案的联盟在2007年3月将基于该方案的标准提交到ISO并得到认证 , 成为超宽带技术的第一个国际标准 。 在制定802.15.3a技术标准的同时 , 802.15.4a标准也开始被制定 , 其主要面向的是低速低功耗无线个人局域网应用领域 , 相对于802.15.3a技术之争 , 802.15.4a标准进展比较顺利 , 2004年3月 , 802.15.4a工作组正式成立 , 2005年3月工作组制定出技术方案 , 该方案采用两种可选择的物理层 , 由超宽带脉冲无线电(IR-UWB,ImpulseRadioUWB)和Chirp扩频(CSS,ChirpSpreadSpectrum)组成 。
最终在2007年3月 , IEEE802.15.4a被IEEE-SA标准委员会批准为IEEE802.15.4-2006 , 在2011年和2015年该标准又得到补充修订 , 分别命名为IEEE802.15.4-2011和IEEE802.15.4-2015 。
基于脉冲式超宽带技术 , IEEE802.15.4a协议以一定的占空比发射脉冲 , 具有较大的低功耗潜能 , 这对于电池供电的无线通信系统具有很大的优势 。 据报道称 , 苹果U1芯片就是基于该标准设计 。
在FCC公布UWB相关规定后 , 中国在标准制定及频谱规划方面也做了调研准备工作 。 2008年 , 工信部正式颁布超宽带技术相关的频率规定 。 中国的UWB标准采用了OFDM双载波技术 , 包含两个载波的OFDM超宽带信号进行数据传输 , 中国的UWB标准使用的频段主要集中在6-9GHz 。
UWB技术优势及未来发展
UWB技术解决了困扰传统无线通信技术多年的有关传播方面的重大难题 , 具有对信道衰落不敏感、发射信号功率谱密度低、截获率低、系统复杂度低、能提供数厘米的定位精度等优点 。
【数码实验室 如今成短距离通信技术的新贵,起源于上世纪的UWB技术】UWB采用极短的脉冲信号来传送数据 。 这些脉冲所占用的带宽甚至达到数GHz , 因此最大数据传输速率可以达到几百Mbps 。 因为使用的是极短脉冲 , 在高速通信的同时 , UWB设备的发射功率却很小 。
超宽带的传输距离都是在十米之内 , 它的传输速率高达480Mbps , 是蓝牙的159倍 , 是Wi-Fi标准的18.5倍 , 非常适合多媒体信息的大量传输 。
相比WiFi和蓝牙 , UWB技术具有如下几个优势:
1.频段利用率高
2.传输速率高
3.高时间分辨率
4.能效高
5.电磁兼容性强 。
基于上述优点 , UWB成为短距离无线通信技术的强大竞争者 , 能应用在很多领域 。
其中一个便是高精度室内定位 , 这也是苹果AirTag所要展现的功能 。 目前 , 常用的UWB测距方法有三种:ToF , 通过测量UWB信号在基站与标签之间飞行的时间来测距;TDOA , 利用UWB信号由标签到达各个基站的时间差进行定位;PDOA , 利用到达角相位来测量基站与标签之间方位关系 。
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国际上有多个组织一直在举办室内定位赛 , 其中微软室内定位赛是公认的最好的比赛 。 从2015年以后 , UWB在高精度定位技术中的优势就逐渐显现 , 前三名都有其身影 。
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2018微软室内定位大赛 , 南京申宁达智能科技有限公司与南京爱锑奕电子科技有限公司联合组队获得3D组亚军 , 这是历年来中国团队在该项赛事3D组取得的最好的成绩 。 据了解 , 申宁达/爱锑奕团队研发的就是基于超宽带(UWB)技术的室内定位系统 。
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UWB的出现顺应了电子行业发展的趋势 。 随着手表、耳机等可穿戴式设备的兴起 , 用户对于不同设备之间的互联互通要求日益提升 。 WiFi、蓝牙、NFC等是个人局域网通信的几种重要方式 。 基于传输速度、距离、耗电量、安全性、价格或者用户特殊的需求等方面 , 这几种技术在不同的场合有着各自的优势 。