介紹UWB技術(shù)的由來、優(yōu)點、應(yīng)用場景以及應(yīng)用價值、發(fā)展中的問題

由于在室內(nèi)受到鋼筋混凝土的遮擋，GPS定位器在室內(nèi)無法獲取GPS衛(wèi)星信號，這種情況下設(shè)備會自動切換為LBS基站定位，即直接獲取基站的位置，所以造成了位置的偏差，所以室內(nèi)定位就成為了衛(wèi)星定位的盲區(qū)。于是乎，要想解決室內(nèi)定位難題就必須另辟蹊徑。而一種新型的室內(nèi)定位技術(shù)-UWB（超寬帶技術(shù)）很好的解決了室內(nèi)定位的難題。相比于WIFI、iBeacons這兩種室內(nèi)定位技術(shù)，它具有傳輸速率高、發(fā)射功率低、穿透能力強、無載波、抗干擾效果好、安全性高、系統(tǒng)復(fù)雜度低、定位精度超高等優(yōu)點，所以UWB可以稱得上是室內(nèi)定位領(lǐng)域的拯救者。

下面我們具體介紹一些UWB技術(shù)的由來、優(yōu)點、應(yīng)用場景以及應(yīng)用價值、發(fā)展中的問題等。

一、UWB技術(shù)的起源。

UWB最先在1990年美國國防部高級研究計劃署（Defense Advanced Research Projects Agency,DARPA）評估短脈沖波技術(shù)的報告中出現(xiàn)，用于將短脈沖波與其他傳統(tǒng)形式的無線技術(shù)區(qū)分開來。2002年2月，美國聯(lián)邦通信委員會(FCC)公布了超寬帶無線通信的初步規(guī)范，正式解除了超寬帶在民用領(lǐng)域的限制。這在UWB的發(fā)展史上是劃時代的事件，它極大地促進了相關(guān)的學(xué)術(shù)研究，也成為超寬帶技術(shù)正式走向商業(yè)化的一個里程碑。超寬帶技術(shù)是一種脈沖無線電技術(shù)，它與傳統(tǒng)的通信技術(shù)有很大差異，它不是利用載波信號來傳輸數(shù)據(jù)，而是通過收發(fā)信機之間的納秒級極短脈沖來完成數(shù)據(jù)的傳輸。FCC將超寬帶信號定義為任何相對帶寬不小于20%或者絕對帶寬不小于500MHz并滿足功率譜限制的信號。FCC為UWB分配了3.1 GHz~10.6GHz共7.5GHz頻帶，還對其輻射功率做出了比FCC Part15.209更為嚴(yán)格的限制，將其限定-41.3dBm頻帶內(nèi)。

二、UWB技術(shù)的優(yōu)點

1.系統(tǒng)容量大，傳輸速度快

根據(jù)香農(nóng)公式，帶寬越寬，系統(tǒng)的最大傳輸速率就越大。傳統(tǒng)的無線載波通信系統(tǒng)由于頻帶窄，必須采用多進制的調(diào)制方式才能使信號的傳輸速率達到100Mbps以上，這就要求信噪比在一個很高的水平上，同時也大大增加了系統(tǒng)構(gòu)建的復(fù)雜性。而UWB通信的帶寬都在500MHz以上，其傳輸速率也達到1Gbps以上。

2.發(fā)射功率低

UWB具有1GHz以上的頻帶寬度，極大的帶寬保證了較低的發(fā)射功率。在短距離無線通信應(yīng)用中，發(fā)射機發(fā)射的UWB信號功率要低于1mW，這大大延長了電池壽命，保證了較長的系統(tǒng)工作時間，同時對人體的輻射危害也更小。

3.多徑分辨率高

UWB信號采用持續(xù)時間很短的窄脈沖，具有較強的時間和空間分辨率，系統(tǒng)的多徑分辨率高，整個系統(tǒng)能夠充分利用發(fā)射信號的能量。此外，UWB信號具有良好的抗多徑性能，對于信道衰減不敏感，接收機通過分級便可以獲得很強的康衰減能力，在室內(nèi)或者建筑物比較密集的場合可以獲得良好的定位效果，同時在進行測距、定位、跟蹤時也能達到更高的精度。

4.系統(tǒng)保密性好

UWB發(fā)射功率低，僅在1mW以下。它可以把信號彌散在一個極寬的頻帶范圍內(nèi)，對于一般的通信信號而言，UWB信號類似于白噪聲可以安全低隱藏起來;而UWB信號的功率譜密度要低于普通的環(huán)境噪聲，要將UWB信號從環(huán)境噪聲中甄別出來不是一件容易的事情，這很好地保證了UWB信號的安全性。

5.定位精度高

UWB信號具有超寬頻帶的特性，使得UWB系統(tǒng)的距離分辨精度是其他系統(tǒng)的成千上百倍。UWB信號的距離分辨能力可達到厘米級，這是其它窄帶系統(tǒng)望塵莫及的。

三、應(yīng)用場景以及應(yīng)用價值

1.智慧工廠領(lǐng)域

在信息化技術(shù)和自動化技術(shù)迅速發(fā)展的今天，大型工廠企業(yè)的信息化統(tǒng)一管理、自動化生產(chǎn)的持續(xù)進行以及利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)預(yù)知、防范、杜絕安全事故的發(fā)生是趨勢所向。同時，通過對各類安全事故案例分析，大多存在人為因素。因此，管控住人的“不安全行為”是一切安全管理工作的基礎(chǔ)，尤其是化工、電力等安全隱患較大的行業(yè)，對于人員的精準(zhǔn)定位和管理是重中之重。UWB技術(shù)可以很好的為工廠生產(chǎn)提供高精度的、智能的、可靠的技術(shù)支持。對人員和物資的精準(zhǔn)定位將是智慧工廠的首要前提。目前工廠人員定位系統(tǒng)在國外的一些先進制造業(yè)、化工、煉化等領(lǐng)域都得到了很好的應(yīng)用，大大提高了現(xiàn)場作業(yè)的安全環(huán)境，并且極大程度地降低管理成本，對于中國的工業(yè)4.0而言，UWB技術(shù)將無疑發(fā)揮中流砥柱的作用。

2.智能家居

現(xiàn)在社會，智能家居的概念已經(jīng)深入人心。相較于通過移動終端對家里的冰箱、洗衣機、空調(diào)、熱水器進行遠程控制的初級智能家居，UWB技術(shù)可以對室內(nèi)的所有家居進行定位，從而可以形成室內(nèi)家居布局圖，這樣的話，主人可以更加精準(zhǔn)的對家居位置進行實時掌握，并且做出合理的調(diào)整，使得室內(nèi)更加有序、條理、居住舒適。而且在尋找物品位置時更為便利。

3.司法監(jiān)獄

監(jiān)獄本身的作用就是約束犯人，但是即便是有眾多的監(jiān)獄管理人員，也是無法做到對監(jiān)獄中每一個罪犯的位置做到實時掌握，這很容易發(fā)生監(jiān)獄系統(tǒng)的管理疏漏。而UWB很容易解決人員定位的問題，在監(jiān)獄中只需要對必要的位置安裝一定量的基站設(shè)備，在給每一個人員配發(fā)用于定位的標(biāo)簽，這樣管理人員就可以通過終端的定位管理系統(tǒng)輕松實時掌握每個人員的位置，從而提高了司法監(jiān)獄的管理效力。

四、UWB在發(fā)展中的問題

超寬帶通信應(yīng)用中存在的一個重要問題是與其他通信系統(tǒng)的共存和兼容問題。由于超寬帶系統(tǒng)使用很寬的頻帶，所以和很多其他的無線通信系統(tǒng)頻段重疊。FCC規(guī)定UWB設(shè)備主要的工作頻段將位于3.1GHz和10.6GHz之間，這個頻段內(nèi)，其發(fā)射功率被限制在-41.3dBm/MHz以下。而在此頻段以外，實行更嚴(yán)格的功率控制標(biāo)準(zhǔn)。

除了要考慮對已有通信系統(tǒng)的干擾外，還要考慮對已有非通信業(yè)務(wù)有可能產(chǎn)生的干擾。除FCC之外，日本在2006年也提出了自己的UWB頻率范圍和發(fā)射功率控制標(biāo)準(zhǔn)。相比UWB，WLAN存在幾個明顯的技術(shù)優(yōu)勢。WLAN工作在免許可頻段，標(biāo)準(zhǔn)化程度較高，且WLAN產(chǎn)品已經(jīng)非常成熟，隨著802.11n在未來幾年的大規(guī)模應(yīng)用，設(shè)備成本也將會下降到現(xiàn)有802.11g產(chǎn)品的水平。因此，在未來支持高速視頻流傳輸上，如家庭網(wǎng)絡(luò)中設(shè)備的無線互連，WLAN和UWB存在一定程度的應(yīng)用和定位重疊。當(dāng)然WLAN技術(shù)是為支持PC之間的無線連接開發(fā)的，因此在消費電子領(lǐng)域環(huán)境下的應(yīng)用存在耗電和帶寬的局限性。

盡管目前UWB的發(fā)展中存在著頻率管制、標(biāo)準(zhǔn)化等難題，也還必須面對其他無線技術(shù)的競爭，但是可以預(yù)見，隨著無線多媒體應(yīng)用越來越普及，UWB將在消費電子領(lǐng)域、通信領(lǐng)域獲得大規(guī)模應(yīng)用。