【導讀】超寬帶 (UWB) 是在第二次世界大戰期間為安全通信和雷達系統開(kāi)發(fā)的，后來(lái)被禁止用于商業(yè)用途，幾十年來(lái)一直未得到充分利用。2002 年發(fā)布的美國聯(lián)邦法規允許廣泛地使用 UWB。此后，該技術(shù)在工業(yè)、消費、通信和汽車(chē)等越來(lái)越多的商業(yè)應用中獲得了顯著(zhù)的發(fā)展。這些應用都利用了該技術(shù)的精確定位和位置跟蹤能力，以及這種無(wú)線(xiàn)協(xié)議所帶來(lái)的高速數據傳輸和最小功耗。
超寬帶 (UWB) 是在第二次世界大戰期間為安全通信和雷達系統開(kāi)發(fā)的，后來(lái)被禁止用于商業(yè)用途，幾十年來(lái)一直未得到充分利用。2002 年發(fā)布的美國聯(lián)邦法規允許廣泛地使用 UWB。此后，該技術(shù)在工業(yè)、消費、通信和汽車(chē)等越來(lái)越多的商業(yè)應用中獲得了顯著(zhù)的發(fā)展。這些應用都利用了該技術(shù)的精確定位和位置跟蹤能力，以及這種無(wú)線(xiàn)協(xié)議所帶來(lái)的高速數據傳輸和最小功耗。
與藍牙和 Wi-Fi 等其他短程無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議一樣，可通過(guò) UWB 創(chuàng )建個(gè)人局域網(wǎng) (PAN)，實(shí)現電子設備互連并促進(jìn)個(gè)人周?chē)臄祿鬏?。PAN 不通過(guò) LAN 或 WAN 發(fā)送數據，而是在個(gè)人附近的設備之間傳輸信息。
然而，UWB 在幾個(gè)關(guān)鍵方面與其他傳輸技術(shù)不同，這也推動(dòng)了 UWB 在越來(lái)越多的主流無(wú)線(xiàn)應用中得到使用。
圖 1：UWB 的安全、寬頻率范圍和精確檢測功能使許多主流無(wú)線(xiàn)應用成為可能。（圖片來(lái)源：Aker Technology）
UWB 的工作頻率非常高，且不會(huì )干擾其他無(wú)線(xiàn)協(xié)議。該技術(shù)有助于實(shí)現空間音頻、智能家居集成和非接觸支付系統等特性，在汽車(chē)、移動(dòng)和消費設備（如智能手機和標簽設備）中尤其有用。這項技術(shù)有助于實(shí)現安全免提訪(fǎng)問(wèn)、室內導航、非接觸支付、憑證共享和物品追蹤等高級功能。
UWB 帶來(lái)的優(yōu)勢
雖然藍牙和 Wi-Fi 都已在無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域占有一席之地，但由于 UWB 速度更快、更安全且精度極高，將在 10 - 20 m 范圍的應用中占據主導地位。這主要得益于飛行時(shí)間 (ToF) 測量。
表 1：UWB 具有 3.1 ~ 10.6 GHz 頻段，使得只有 2.4 ~ 5 GHz 頻段的 Wi-Fi 和藍牙的 相形見(jiàn)絀。由于工作頻率范圍更高，帶寬更大，UWB 可以更安全地傳輸更多數據，是高速、短距離數據傳輸的理想選擇。（圖片來(lái)源：Aker Technology）
通過(guò)精確測量信號在設備間傳輸所需的時(shí)間，UWB 的 ToF 功能使外部攻擊者更難訪(fǎng)問(wèn)或操縱 UWB 通信，這得益于其加密特性、隨機數生成和其他安全技術(shù)。
除了安全性高之外，UWB 技術(shù)還具有功耗低、抗噪能力強、精確定位和位置跟蹤以及信號易于穿透各種材料等優(yōu)點(diǎn)。UWB 可以傳輸大量信號能量，而不會(huì )干擾同一頻段內的傳統窄帶和載波傳輸。
無(wú)線(xiàn)速度（實(shí)時(shí)數據、精確定時(shí)）：雖然 Wi-Fi 的數據傳輸速率比 UWB 稍高，分別為 600 Mbps 和 460 Mbps，但 UWB 類(lèi)似雷達的探測能力使其成為無(wú)線(xiàn)應用的有效選擇。（藍牙的數據傳輸速率為 24 Mbps，僅供參考）。此外，UWB 的標稱(chēng)距離小于藍牙或 Wi-Fi，最適合需要精確定時(shí)和實(shí)時(shí)數據傳輸的短距離應用。
準確性（定位、位置跟蹤）：UWB 在短距離內的準確性是其他無(wú)線(xiàn)技術(shù)無(wú)法比擬的，可確保更精確的設備定位。由于不受其他無(wú)線(xiàn)電傳輸和無(wú)線(xiàn)電猝發(fā)技術(shù)的干擾，UWB 可以有效地測量距離，精確度可達 10 cm 至 30 cm，遠遠優(yōu)于 Wi-Fi（2 m 至 3 m）和藍牙（1 m 至 5 m）的測量范圍。
安全性（數據完整性、安全傳輸）：UWB 的脈沖傳輸技術(shù)具有抗噪聲和抗反射的特性，因此在各種應用中都具有很高的安全性。兩個(gè)設備之間可直接連接以及精確測量特性，使 UWB 能夠實(shí)時(shí)連接并驗證設備的合法性，而不會(huì )出現無(wú)線(xiàn)電波被記錄或轉發(fā)。
功率效率（低漏電、最佳消耗）：UWB 傳輸速度快，定時(shí)幀定義明確，因此比大多數短程協(xié)議更節能。該技術(shù)支持多種低功耗模式，包括休眠模式，可進(jìn)一步優(yōu)化功耗。對于小型電池供電設備（如 UWB 環(huán)境中的設備）來(lái)說(shuō)，功耗是關(guān)鍵因素。
晶體振蕩器可實(shí)現 UWB 應用
UWB 滿(mǎn)足了短距離無(wú)線(xiàn)應用在寬頻率范圍內的許多要求，但這也提出了對精確頻率控制的需求，以確保精確的定位、位置跟蹤和高速數據傳輸，這正是 UWB 的優(yōu)勢所在。
表 2：滿(mǎn)足 UWB 頻率控制需求的典型高性能晶體。石英晶體是一種常用的頻率控制器件，用于確保以正確的時(shí)間、速度傳輸信息時(shí)所需的信號和定時(shí)控制。晶體的穩定性、相位噪聲特性和功率效率會(huì )影響 UWB 通信和定位系統的質(zhì)量和可靠性。（圖片來(lái)源：Aker Technology）
穩定的振蕩器可提供可靠、準確的時(shí)鐘信號，確保 UWB 脈沖保持所需的形狀和頻譜。換句話(huà)說(shuō)，UWB 發(fā)射器產(chǎn)生的脈沖形狀會(huì )受到振蕩器提供的定時(shí)影響。
振蕩器的頻率漂移或不穩定會(huì )導致信號失真和性能低下，因此選擇具有正確頻率范圍、容差和穩定性的晶體至關(guān)重要。其他關(guān)鍵參數包括封裝類(lèi)型、工作溫度和負載電容。
主要 UWB 市場(chǎng)
UWB 首次出現在 iPhone 11 中，并迅速在大量基于 PAN 的應用中得以普及，其中包括了智能標簽和車(chē)載參考點(diǎn)或錨點(diǎn)。UWB 技術(shù)有助于推動(dòng)智能無(wú)線(xiàn)技術(shù)創(chuàng )新，更好地實(shí)現全球自動(dòng)化。以下是 UWB 正在為各種短距離無(wú)線(xiàn)市場(chǎng)帶來(lái)變革的其他幾種方式（圖 2）：
工業(yè) - UWB 用于資產(chǎn)跟蹤、室內定位、監控系統、無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò )和智能電網(wǎng)應用。該技術(shù)可為人員和設備提供準確的定位信息。
消費通信 -該技術(shù)用于智能手機、可穿戴設備、物聯(lián)網(wǎng)、智能家居系統和智能標簽，在短距離設備之間實(shí)現快速可靠的無(wú)線(xiàn)連接。UWB 可提供更準確的空間跟蹤，如精確的室內定位。
汽車(chē) -在汽車(chē)行業(yè)中，無(wú)鑰匙進(jìn)入、安全車(chē)輛訪(fǎng)問(wèn)、高級駕駛輔助系統 (ADAS) 和跟蹤都通過(guò) UWB 實(shí)現精確定位。
圖 2：UWB 應用。（圖片來(lái)源：Aker Technology）
頻率控制助力無(wú)線(xiàn)創(chuàng )新
隨著(zhù)無(wú)線(xiàn)連接需求的日益擴大，特別是物聯(lián)網(wǎng)設備的激增和 5G 網(wǎng)絡(luò )的部署，正在將跨頻段數據傳輸推向新的極限。不斷發(fā)展的無(wú)線(xiàn)基礎設施依賴(lài) UWB 所提供的關(guān)鍵性能參數。
UWB 的工作頻率范圍廣，可傳輸大量信號能量，而不會(huì )干擾同一頻段的傳統窄帶和載波傳輸。如此寬的帶寬分配需要準確的頻率控制，以避免干擾在同一頻段內工作的其他無(wú)線(xiàn)系統，并同步數據傳輸，保持可靠的通信。
結束語(yǔ)
UWB 技術(shù)實(shí)現了安全測距和精確檢測，為無(wú)線(xiàn)設備創(chuàng )造了新的空間環(huán)境。UWB 可以傳輸大量信號能量，而不會(huì )干擾同一頻段的傳統窄帶和載波傳輸。在物聯(lián)網(wǎng)、可穿戴設備、實(shí)時(shí)定位、智能汽車(chē)門(mén)禁、家庭控制面板、點(diǎn)對點(diǎn)通信、自動(dòng)解鎖和門(mén)禁管理等領(lǐng)域，UWB 是未來(lái)的發(fā)展趨勢；Aker 將通過(guò)其種類(lèi)繁多的定時(shí)晶體參與其中。
（作者：Aker Technology）
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