关于UWB的一些科普_技巧_基站

文章目录 [+]

一、 UWB技能干系信息

UWB技能的前世

UWB（超宽带）观点在1960年就被提出。
1973年，第一个UWB系统的专利被付与。
从UWB涌现到20世纪90年代之前，UWB技能紧张用于军事上的雷达系统。

关于UWB的一些科普_技巧_基站关于UWB的一些科普_技巧_基站互联网

民用阶段，UWB行业内的厂商此前都在做B端，目前的范例运用包括工厂、仓储、隧道、法律等各种垂直行业的职员或物资高精度定位。

（图片来自网络侵删）

UWB技能特点

没有载波的通信系统：UWB是一个非传统的通信系统，它不采取正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲为信息载体传输数据。

带宽极宽+极低功率传输：其频谱范围(3.1GHz—10.6GHz),UWB系统利用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续韶光很短，一样平常在0.20~1.5ns之间，有很低的占空比，系统耗电很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百微瓦至几十毫瓦。
如下图所示

高速的数据传输：UWB通过在较宽的频谱上传送极低功率的旗子暗记，能在10米旁边的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率，如下图，802.15.3表示的即是UWB技能。

抗滋扰性能强：UWB采取跳时扩频旗子暗记，系统具有较大的处理增益，在发射时将微弱的无线电脉冲旗子暗记分散在宽阔的频带中，输出功率乃至低于普通设备产生的噪声。

UWB测距事理

双向翱翔韶光法（TW-TOF,two way-time of flight），紧张利用旗子暗记在两个异步收发机（Transceiver）之间翱翔韶光来丈量节点间的间隔。
每个模块从启动开始即会天生一条独立的韶光戳。
模块A的发射机在其时间戳上的Ta1发射要求性子的脉冲旗子暗记，模块B在Tb2时候发射一个相应性子的旗子暗记，被模块A在自己的韶光戳Ta2时候吸收。
由此可以打算出脉冲旗子暗记在两个模块之间的翱翔韶光，从而确定翱翔间隔S。
S=Cx[(Ta2-Ta1)-(Tb2-Tb1)](C为光速)

但是纯挚的TOF算法有一个比较严格的约束：发送设备和吸收设备必须始终同步。
这是一个比较棘手的问题，但是一种Double-sidedTwo-way Ranging的算法奥妙的避开了这个问题，它既利用了TOF测距的优秀特点，同时又极大的去除了TOF的同步问题，从而为TOF的实用化扫清了道路。

UWB的定位事理

定位算法中比较成熟的有：TOA（到达韶光）、TDOA（到达韶光差）、AOA（到达角度或称为DOA估计）定位技能和这三种技能的稠浊技能。

ａ）TOA（到达韶光）――下面的图非常形象的诠释了TOA算法的事理：

然而事情都具有两面性：TOA定位对传播中产生的偏差比较敏感，这些偏差来自于传播中的反射、多径传播、非视距传播和噪声等滋扰，会造成各圆无法相交或相交处不是一个点而是一个区域。
同时TOA定位哀求移动终端和基站之间在韶光上要准确同步，1ns的同步偏差将会给定位带来大约0．3米的不愿定性。

ｂ）TDOA（到达韶光差）对TOA技能加以了改进。

TDOA定位不必要进行基站和移动终端之间的同步，而只须要基站之间进行同步。
由于基站的位置是固定的，基站之间进行同步与基站和移动终端之间进行同步要随意马虎实现得多。

它通过丈量出两个不同基站与移动终真个传输时延差来进行定位。
假设移动终真个位置与基站1和基站2的间隔差为R21=R2-R1，则移动终真个位置必定在以两个基站为焦点，与两个焦点的间隔差恒为R21的双曲线上。

再通过另一组移动终端与基站1基站3或基站2基站3的TDOA，可以得到另一组双曲线，两组双曲线将最多产生两个交点，再根据先验知识(如半径范围等)判断出移动终真个位置。

它的基本事理可以从下面的图得到良好的诠释：

ｃ）AOA估计也叫DOA(DirectionofArrival)估计或者方向识别DF(DirectionFinding）。

AOA的优点是所须要的基站比较少，最少只要两个基站就可以进行定位。

下图很好的诠释了AOA的基本事理：

AOA的缺陷是当移动终端和基站的间隔比较远的时候，纵然有眇小的定位角度的偏差，都会造成比较大的定位间隔的偏差。
因此AOA定位多见于中、短间隔的定位。

稠浊定位技能便是稠浊利用上述的两种或三种定位技能，比如TOA-TDOA、 TOA-AOA、TDOA-AOA等，通过检测并提取干系的定位参数，用于定位解算。
稠浊定位技能可以利用多种定位参数实现定位，综合不同定位技能的特点，在各种定位技能的特性中取长补短，让终极的定位性能得到优化。

二、 UWB市场干系信息

UWB家当链现状

分离电路板办法早期，UWB定位方案的核心元器件采取的是分离电路板办法，供应此类方案的公司有：Ubisense公司，Ubisense公司是环球实时定位系统（RTLS）的领导者，由剑桥大学贝尔实验室团队组建，其设计和研发在英国，生产和做事在德国。

UWB芯片办法UWB定位芯片涌现之后，使得UWB最具技能壁垒与核心的环节得以标准化，因此，直接刺激了大量的企业涌入到UWB定位领域中进行技能的二次开拓，以及市场运用的拓展。

UWB定位系统组成

UWB定位系统紧张包含基站(Anchor)，标签(Tag)和运用软件(system)。
目前UWB定位企业第一梯队的企业都是采取供应整体方案的商业模式，由于对付很多用户来说，希望技能供应商能够供应整体化的办理方案。
目前行业里面基站是紧张的盈利点；标签量虽然大，但价格比较低，毛利也比较低；运用软件毛利很高，但目前占比比较小。

UWB干系企业数估计

最近几年，海内做UWB定位技能类企业数量也快速的增加，以下是对当前海内UWB定位技能企业的数量估算。

UWB定位行业虽然涌入了大量的玩家，但是UWB的技能方案从芯片到可交付的产品须要韶光的积累，一样平常对付一个新玩家来说，这个周期须要2年旁边，此外，也有很多企业，尤其是规模比较大的成熟企业，进入UWB领域更多的是达到技能积累目的，等待运用市场的进一步拓展。

UWB目前市场价格及盈利水平

在当前UWB企业级定位市场中，项目制的市场环境的特性是方案有很多定制化的内容，报价办法是对整体方案进行打包报价，尤其是很多项目中，还有一些运用软件的开拓，因而报价会有很高的灵巧性。

UWB 2B市场剖析

定位技能作为一项新兴的技能家当，虽然在早期的市场体量还不足大，但是其发展潜力是巨大的，其市场潜力紧张表现在两个方面：

第一，增长水平，最近这几年，企业级UWB定位市场一贯保持着一个很高的增长水平，尤其是自2018年开始，行业整体古迹进入了一个快速增长期。

第二， UWB产品能够撬动的市场很大，在企业级项目运用中，UWB定位部分霸占的内容每每只是一小部分，全体大项目还有很多其他的培植投入，UWB定位部分在项目的产值占频年夜概在10%-20%之间，也就意味着， UWB定位市场可以撬动其本身市场产值的5-10倍。

a) 2018年，海内UWB企业级运用市场出货量为百万级，随着新的芯片玩家进入，未来几年，在企业级运用市场，UWB将会保持着超高的发展速率，估量在2022年将会超过千万级的量，达到1200万片旁边。

b) 估量在2022年，海内UWB企业级运用市场的体量将会超过百亿级别

c) UWB定位市场企业级运用细分领域剖析

UWB 2C市场展望

苹果在官网上只先容了U1超宽带芯片可用于AirDrop，将手机指向另一个手机，通过测向和定位可以优先连接该手机。

实在苹果早些年开始已经进行了多项UWB布局，这个是关于UWB用于汽车车钥匙的专利。

2019年苹果干系专利乃至传说苹果要用UWB技能做iBeacon V2。

运用层面，网上也有很多例子，我们轻微提一下就OK，感兴趣的可以去查阅。

a) 高精度定位的C端运用

可以在C端用于停车场找车、找宠物、找娃、找钥匙，也可以用于陌生人社交找人，这切实其实便是终极找东西的神器。
想象下，在车海中快速找到来接我的滴滴快车。
这种运用是不须要环境中支配基站的，只须要双方都具有UWB设备。

b)无感门禁

UWB的韶光戳测距事理使得UWB险些不可能通过被截获复制的方法假造出自己的位置，那么UWB可以作为安全性很高且便捷的钥匙了。
iPhone11可以作为车钥匙，供应比现有无钥匙进入技能安全性更高、定位精度更高的体验。
想象下，拿动手机间隔车辆5米时车灯自动点亮，间隔车门1米时，对应车门自动解锁。
如果此时转身，迈开一步离开，车门自动上锁。
iPhone11希望连接未来所有汽车，这大概是苹果推出U1芯片的主要缘故原由。

C ) 智能锁运用

在智能锁上运用也是可能的，三星在19年初CES期间以及发布一款运用UWB技能的智能锁，只是当时还没有手机钥匙，须要佩戴专用的UWB钥匙。
随着手机加入UWB芯片，手机作为钥匙的运用前景会很快到来。

d) 无感支付

iPhone11也可以通过与POS机安全测距等办法为Apple Pay等支付技能供应更安全的无感支付体验。
乃至将来拿了UWB手机的人可以直接过UWB地铁闸机，而无需掏手机出来扫码或刷NFC，类似汽车ETC过闸机一样。

三、 UWB的一些问题

UWB技能

a) 技能标准向前兼容，而非向后兼容

Decawave公司的DW1000支持IEEE 802.15.4-2011标准，明年2020年量产的DW3000芯片将支持最新的IEEE 802.15.4z标准。
苹果的U1和NXP新发布的SR100T也都支持IEEE802.15.4z最新标准。
802.15.4z在原有标准根本上定义了新的特性，可以提升安全、功耗更低、且传输间隔更远。

把稳IEEE 802.15.4z是向前兼容的，以是iPhone11可以和现在普遍运用的IEEE 802.15.4-2011标准的DW1000对接，但这只是理论上存在可能.

b) UWB领域并没有网络层及以上的行业标准

虽然同样是采取DW1000芯片的系统，但不同厂家产品是完备不兼容的。
定位算法也有很多种，适用不同的场景，并没有一个开源的算法给大家用。
每每须要厂家做大量的算法研究事情，并结合各种场景做大量迭代。
在苹果未来逐渐开放其U1芯片定位运用的SDK后，估量会有部分改不雅观。

UWB芯片

前面的关于UWB的特性是从事理上来解释的，从芯片层面来较实际的该当有一些折扣。
拿某款在55nm水平上的芯片为例，从大速率传输的角度看：

1. 峰值速率事理上能达到1Gbps，但能做到稳定传输该当在640Mbps旁边。

2. 射频方面事理上是3-10G的频带，但实现的过程中基本保持在3-4G中的多少375M频段。

3. 如果保持-40dBm的发射功率，传输间隔基本上是在客厅范围。
这也是UWB大速率数据传输中的范例运用，包括电脑投屏，家庭影院等。

4. 功耗上看，全频跑运用怎么都得百毫安，功耗不友好。

5. 从研发本钱上看，UWB至少和WiFi11n乃至WiFi11ac相称，并不大略。

6. 当年UWB没能发展是由于，从以上所有性能上看险些都赢不了WiFi11ac，Intel也退出了他发起的同盟。

如果从定位的运用角度看：