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[導(dǎo)讀]關(guān)注、星標(biāo)公眾號,直達(dá)精彩內(nèi)容來源:網(wǎng)絡(luò)素材超寬帶(UWB)是一種基于IEEE802.15.4a和802.15.4z標(biāo)準(zhǔn)的無線電技術(shù),可以非常準(zhǔn)確地測量無線電信號的飛行時間,從而實(shí)現(xiàn)厘米精度的距離/位置測量。所謂,IEEE802.15.4a,是定義IR-UWB物理層的國際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)旨在提供非常高精度的定位,同時提供高達(dá)27Mbps的同步雙向通信,以收集傳感器數(shù)據(jù)和控制執(zhí)行器。該標(biāo)準(zhǔn)于2005年啟動并于2007年獲得批準(zhǔn),然后于2011年完全集成。2018年,該標(biāo)準(zhǔn)以802.15.4z的形式重新開放,以進(jìn)一步增加物理層的安全性,因?yàn)楝F(xiàn)在預(yù)計(jì)UWB將用作汽車和移動行業(yè)的安全交易無線技術(shù)。除了這種...

關(guān)注、星標(biāo)公眾號,直達(dá)精彩內(nèi)容



來源:網(wǎng)絡(luò)素材



超寬帶 (UWB) 是一種基于 IEEE 802.15.4a 和 802.15.4z 標(biāo)準(zhǔn)的無線電技術(shù),可以非常準(zhǔn)確地測量無線電信號的飛行時間,從而實(shí)現(xiàn)厘米精度的距離/位置測量。



所謂,IEEE 802.15.4a ,是定義 IR-UWB 物理層的國際標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)旨在提供非常高精度的定位,同時提供高達(dá) 27Mbps 的同步雙向通信,以收集傳感器數(shù)據(jù)和控制執(zhí)行器。該標(biāo)準(zhǔn)于 2005 年啟動并于 2007 年獲得批準(zhǔn),然后于 2011 年完全集成。2018 年,該標(biāo)準(zhǔn)以802.15.4z 的形式重新開放,以進(jìn)一步增加物理層的安全性,因?yàn)楝F(xiàn)在預(yù)計(jì) UWB 將用作汽車和移動行業(yè)的安全交易無線技術(shù)。



除了這種獨(dú)特的功能外,UWB 還提供數(shù)據(jù)通信功能。同時使用極少的功耗——使紐扣電池運(yùn)行多年而無需充電或更換。通過結(jié)合準(zhǔn)確的定位和通信。此外,UWB 還提供了一種新的無線安全通信方式,為新形式的安全交易打開了大門。




UWB 的工作原理


UWB 利用飛行時間 (Time of Flight:ToF),這是一種通過將信號的飛行時間乘以光速來測量兩個無線電收發(fā)器之間距離的方法。從這個基本原理出發(fā),UWB 技術(shù)可以根據(jù)目標(biāo)應(yīng)用需求以不同方式實(shí)現(xiàn),分別是 TWR(Two Way Ranging)、TDoA (Time Difference of Arrival) 或 PDoA(Phase Difference of Arrival )。



其中 TDoA 方法與 GPS 非常相似。多個參考點(diǎn)(稱為錨點(diǎn):anchors)部署在一個場地中并且是時間同步的。移動設(shè)備將發(fā)出信標(biāo),當(dāng)“錨”接收到信標(biāo)信號時,它會為其添加時間戳(timestamp)。然后將來自多個錨點(diǎn)的時間戳發(fā)送回中央定位引擎,該引擎將根據(jù)信標(biāo)信號的到達(dá)時間差運(yùn)行多點(diǎn)定位算法,以計(jì)算移動設(shè)備的 X、Y、Z。





采用這種方法的優(yōu)點(diǎn)之一是低功耗。據(jù)統(tǒng)計(jì),采用這種設(shè)計(jì)的標(biāo)簽的電池壽命可以長達(dá) 7 年(CR2032 – 0.1Hz 更新率)。同時,還能布置非常高密度的設(shè)備(數(shù)以千計(jì))。但這種方法還是有缺點(diǎn),例如錨點(diǎn)需要時間同步和復(fù)雜的部署。



至于 TWR 方法,TWR 方法依賴于兩個設(shè)備之間的雙向通信。在進(jìn)行通信時,這些設(shè)備還會測量它們之間 UWB RF 信號的飛行時間。通過將信號的往返時間乘以光速,然后除以 2,您可以得出兩個設(shè)備之間的實(shí)際距離。如果在兩個設(shè)備之間應(yīng)用 TWR 方案,您將獲得兩個設(shè)備之間的距離 (D)?;?TWR 方案,您還可以通過測量移動標(biāo)簽和固定信標(biāo)之間的距離來實(shí)現(xiàn) 2D 甚至 3D 定位——這稱為三角測量。





采用這種方法的有點(diǎn)是不需要系統(tǒng)同步,能夠輕松部署,且雙向通信使得下行數(shù)據(jù)和控制成為可能。但和另兩種方法一樣,TWR 也有缺點(diǎn),其中一個就是功耗更高。統(tǒng)計(jì)顯示,根據(jù)應(yīng)用的不同,TWR 方法的設(shè)備電池壽命僅為數(shù)月至一年。此外,移動設(shè)備數(shù)量有限(數(shù)百個)也是其中一個缺點(diǎn)。



最后,PDoA 的方法將兩個設(shè)備之間距離的 TWR 方案與兩個設(shè)備之間方位測量的方案結(jié)合。這樣的組合允許在沒有任何其他基礎(chǔ)設(shè)施的情況下計(jì)算兩個設(shè)備的相對位置。為此,其中一個設(shè)備帶有兩個天線,能夠測量射頻信號的到達(dá)相位差。





這樣的方案的好處是減少基礎(chǔ)設(shè)備位置方案和兩個設(shè)備之間的相對定位。但卻帶來了位置誤差不是長壽湖,而是兩個設(shè)備之間距離的函數(shù)。




為什么說 UWB 是首選的定位技術(shù)


與藍(lán)牙或 WiFi 等其他技術(shù)為新目的而重新設(shè)計(jì)不同,UWB 射頻信號的物理特性從一開始就被明確定義——以實(shí)現(xiàn)實(shí)時、超準(zhǔn)確、超可靠的定位和通信。





為了更好地推動 UWB 的應(yīng)用,包括 Decawave、 Hyundai、Kia、Zebra、Alteros、Novelda 和 Ubisense 在內(nèi)的多家企業(yè)發(fā)起了一個全球性的非營利組織 UWB Alliance ,該聯(lián)盟成立的目的是致力于共同將 UWB 技術(shù)建立為開放標(biāo)準(zhǔn)行業(yè)。助于促進(jìn)大規(guī)模的 UWB 部署并保護(hù)全球數(shù)百萬已安裝的設(shè)備免受無線電技術(shù)的侵害。該聯(lián)盟將通過端到端、與供應(yīng)商無關(guān)的互操作性計(jì)劃推動增長,這些計(jì)劃將為包括導(dǎo)航、跟蹤、安全、成像、傳感和通信在內(nèi)的多個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用和工業(yè) 4.0 應(yīng)用提供準(zhǔn)確的定位。


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