【導讀】隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng) (Internet of Things, IoT) 的迅速發(fā)展，多種設備間的無(wú)縫連接和高精度定位需求變得越來(lái)越重要。UWB (Ultra-Wideband，超寬帶) 技術(shù)因其獨到的特性和優(yōu)勢，逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。在智慧城市、智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等應用場(chǎng)景中，UWB技術(shù)能夠滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)設備的多樣化需求。本文將為您介紹UWB技術(shù)的發(fā)展，以及由 Murata (村田制作所) 所推出的相關(guān)解決方案。
隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng) (Internet of Things, IoT) 的迅速發(fā)展，多種設備間的無(wú)縫連接和高精度定位需求變得越來(lái)越重要。UWB (Ultra-Wideband，超寬帶) 技術(shù)因其獨到的特性和優(yōu)勢，逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。在智慧城市、智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等應用場(chǎng)景中，UWB技術(shù)能夠滿(mǎn)足物聯(lián)網(wǎng)設備的多樣化需求。本文將為您介紹UWB技術(shù)的發(fā)展，以及由 Murata (村田制作所) 所推出的相關(guān)解決方案。
UWB技術(shù)逐漸成熟應用市場(chǎng)日漸拓寬
UWB技術(shù)是一種無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，其特點(diǎn)是使用非常寬的頻譜來(lái)傳輸數據。UWB技術(shù)自上世紀90年代開(kāi)始發(fā)展，最初主要應用于雷達和軍事通信領(lǐng)域。隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，UWB逐漸進(jìn)入民用市場(chǎng)。
UWB技術(shù)的早期發(fā)展（1990年代）是應用于軍事和雷達系統，主要用于高精度的定位和成像。當時(shí)的研究重點(diǎn)是如何在不干擾其他無(wú)線(xiàn)通信系統的情況下，實(shí)現高帶寬數據傳輸。
隨著(zhù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，UWB進(jìn)入了商業(yè)應用的研究階段。2002年，美國聯(lián)邦通信委員會(huì )（FCC）批準UWB在3.1-10.6 GHz頻段內使用，并對發(fā)射功率訂定嚴格的限制。隨后，IEEE 802.15.4a工作組制定UWB的相關(guān)標準，為UWB技術(shù)的應用設立規范。
2010年代后，UWB技術(shù)開(kāi)始應用于各種商用領(lǐng)域，如準確定位、室內導航和短距離高數據速率通信。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和智能城市的興起，UWB技術(shù)的應用范圍進(jìn)一步擴大。
UWB技術(shù)的應用相當寬廣，UWB的高精度特性非常適合用于定位。它可以實(shí)現厘米級的精度，常用于室內定位系統（Indoor Positioning Systems, IPS），例如在大型建筑物、倉庫或工廠(chǎng)內進(jìn)行人員和資產(chǎn)跟蹤。
此外，UWB技術(shù)也被應用于移動(dòng)支付和訪(fǎng)問(wèn)控制系統中，因為它能夠提供準確的距離測量和穩定的通信連接。例如，Apple的UWB技術(shù)被應用于iPhone和Apple Watch，用于實(shí)現無(wú)縫的訪(fǎng)問(wèn)控制和準確的設備通信。
在汽車(chē)領(lǐng)域，UWB技術(shù)應用在汽車(chē)免鑰匙進(jìn)入系統（keyless entry system），提供高安全性和防盜功能。此外，UWB還可用于車(chē)內乘客監控和車(chē)輛間（V2V）通信，以提高行車(chē)安全性。
UWB技術(shù)適用于各種IoT應用，特別是需要高精度定位和低功耗的場(chǎng)景，如智能家居設備、醫療監測設備和工業(yè)自動(dòng)化系統。UWB技術(shù)還可應用在虛擬現實(shí)（VR）和增強現實(shí)（AR）設備中，提供準確的運動(dòng)跟蹤和無(wú)線(xiàn)數據傳輸，提升用戶(hù)的交互體驗。
UWB技術(shù)具備高精度優(yōu)勢，非常適合需要高精度的應用場(chǎng)景；UWB使用寬帶譜，能夠在短距離內實(shí)現高速數據傳輸。此外，UWB技術(shù)可在低功耗模式下運作，非常適合便攜設備和物聯(lián)網(wǎng)應用；UWB的頻譜還擁有很強的抗干擾特性，能夠在嘈雜的無(wú)線(xiàn)環(huán)境中保持穩定通信。
UWB技術(shù)在經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展后，已經(jīng)成為一種多功能的無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，應用范圍寬廣，從準確定位到高數據速率傳輸，具有龐大的市場(chǎng)潛力。隨著(zhù)技術(shù)的不斷成熟和應用場(chǎng)景的拓展，UWB技術(shù)在未來(lái)無(wú)線(xiàn)通信領(lǐng)域將扮演至關(guān)重要的角色。
滿(mǎn)足電池供電物聯(lián)網(wǎng)設備需求的超小型UWB模塊
UWB技術(shù)通過(guò)無(wú)線(xiàn)電波飛行時(shí)間（ToF）安全且準確地測量距離。針對相關(guān)的應用，Murata推出多款UWB模塊與相關(guān)的評估套件，協(xié)助客戶(hù)加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)。
首先，Murata的Type 2BP是一款超小型UWB模塊，其包括了NXP的SR150 UWB芯片組、時(shí)鐘、濾波器和外圍組件，非常適合一般物聯(lián)網(wǎng)設備，包括電池供電設備。
Type 2BP是具有樹(shù)脂模塑保形屏蔽的小尺寸UWB模塊，采用NXP Trimension SR150芯片組，符合IEEE802.15.4z HRP PHY，支持5、9 UWB通道，支持62.4MHz、124.8MHz和249.6MHz PRF模式，數據速率為6.81Mbps、7.8Mbps、27.24Mbps和31.2Mbps，具有SPI接口，符合FCC與ETSI UWB頻譜模板，支持雙向測距（DS-TWR）和單向測距（TDoA），可安裝3個(gè)天線(xiàn)（支持3D AoA 或2D AoA），支持功率校準和晶體校準。
Type 2BP采用ARM Cortex-M33的CPU內核，內置128kB代碼RAM，128kB數據RAM，支持外接天線(xiàn)，但不包括射頻連接器與天線(xiàn)，工作溫度范圍為-30至85℃，采用SMT安裝與LGA封裝，最大尺寸為6.6 × 5.8 × 1.2 mm，重量?jì)H有107 mg，電源電壓（Vdc）為1.8V，并通過(guò)FCC/IC/MIC（日本）認證，以及ETSI報告、FiRa認證與ISO9001，產(chǎn)品達到MSL第3級，并符合RoHS標準。
為協(xié)助客戶(hù)加速產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，Murata也推出Type2BP-EVK評估套件，這是款入門(mén)套件，可協(xié)助客戶(hù)使用Type 2BP UWB模塊進(jìn)行UWB開(kāi)發(fā)。該評估套件采用Type 2BP模塊（NXP Trimension SR150和NXP QN9090 BLE芯片），具有USB/SWD接口，以及板載3根天線(xiàn)，內置USB/UART轉換IC，可通過(guò)USB電纜和PC的COM端口供電，并可通過(guò)QN9090控制Type 2BP，該開(kāi)發(fā)套件已獲得Apple?批準，用于評估支持UWB的配件，這些配件通過(guò)運用Apple的Nearby Interaction框架，可與包含U1芯片的Apple產(chǎn)品進(jìn)行交互。
結合藍牙低功耗的集成UWB模塊
Murata的另一款UWB模塊Type 2DK，是一款結合藍牙的集成UWB低功耗模塊，集成NXP Trimension? SR040 UWB芯片組、NXP QN9090 藍牙?低功耗與MCU芯片組，以及UWB/藍牙?低功耗板載天線(xiàn)和外圍組件，非常適合使用鈕扣電池供電的UWB標簽／跟蹤器以及一般物聯(lián)網(wǎng)設備。
Type 2DK模塊符合IEEE802.15.4z HRP PHY，符合藍牙低功耗5.0，采用5與9 UWB頻率通道，CPU內核為ARM Cortex-M4（QN9090），內置640KB閃存與152KB SRAM，工作溫度范圍為-30至85℃，采用SMT安裝與LGA封裝，最大尺寸為19.6 × 18.2 × 2.3 mm，重量?jì)H有1.296克，采用3V電源電壓（Vdc），通過(guò)FCC/IC/MIC（日本）與ETSI報告、ISO9001認證，產(chǎn)品達到MSL第3級，并符合RoHS標準。
Murata也配合Type 2DK推出Type2DK-EVK評估套件，這是一款入門(mén)套件，可使用Type 2DK UWB模塊進(jìn)行UWB開(kāi)發(fā)。這款綜合評估板具有USB/SWD接口，以及板載加速度計，可切換鈕扣電池與USB總線(xiàn)電源，內置USB/UART轉換IC，尺寸僅有36 × 35 × 12.45 mm，可立即用來(lái)評估標簽設備。
超小型高質(zhì)量低功率UWB模塊
Murata還有一款UWB模塊Type 2AB，設計為超小型、高質(zhì)量和低功耗的UWB模塊，非常適合小型電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設備和應用。
Type 2AB采用Qorvo QM33120W UWB芯片組，支持頻道5和9與藍牙低功耗2.4GHz，通過(guò)FCC/IC/TELEC參考認證，集成Nordic IC/nRF52840無(wú)主機模塊，還具有藍牙低功耗功能，用于喚醒UWB和更新固件。Type 2AB集成3軸傳感器可節省電池電量，并嵌入UWB和MCU的參考時(shí)鐘。
Type 2AB能夠為客戶(hù)的產(chǎn)品設計和創(chuàng )新帶來(lái)便利與價(jià)值，Type 2AB是市場(chǎng)上至為小巧且高度集成的UWB模塊，比CoB解決方案面積減少75%，每個(gè)器件的頻率、發(fā)射功率和天線(xiàn)延遲均經(jīng)過(guò)校準，支持多天線(xiàn)設計和評估。
Type 2AB采用ARM Cortex-M4 CPU內核，具有1MB閃存與256KB內存，支持外接天線(xiàn)，但不包括射頻連接器與天線(xiàn)，工作溫度范圍為-40至85℃，采用SMT安裝與LGA封裝，最大尺寸為10.5 × 8.3 × 1.44 mm，重量為0.31g，電源電壓（Vdc）在VDD1、VDD2和VDDMCU時(shí)為3.0V，VUSB1.8V時(shí)為5.0V，支持藍牙5.2，功率等級為1級，內置USB、UART、SPI、I2C主機接口，通過(guò)FCC/IC/MIC（日本）、ETSI報告與ISO9001認證，符合RoHS規范與達到MSL第3級。
Murata也推出支持Type2AB UWB/藍牙低功耗模塊的評估板──LBUA5QJ2AB-828EVB，可通過(guò)USB接口將板上的Type-C USB端子與PC連接，板子可藉此通電并有串行端口，客戶(hù)可以通過(guò)串行端口終端輸入AT命令來(lái)評估射頻（RF）性能。如果客戶(hù)將演示固件重新編程到模塊中，還可以評估簡(jiǎn)單的TWR和PDoA功能。
結語(yǔ)
高精度的UWB技術(shù)以其出眾的定位精度、高速數據傳輸和低功耗等特點(diǎn)，恰好契合物聯(lián)網(wǎng)設備日益增長(cháng)的需求。在智慧城市、智能家居、工業(yè)自動(dòng)化等多個(gè)應用場(chǎng)景中，UWB技術(shù)不僅提高設備的互聯(lián)互通能力，還能顯著(zhù)提升系統的總體效率和可靠性。隨著(zhù)UWB技術(shù)不斷發(fā)展和革新，未來(lái)其在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應用將更加寬廣且深入，助力實(shí)現更加智能化和效率至高的互聯(lián)世界。Murata推出的多款UWB模塊具有杰出的性能，并提供完整的開(kāi)發(fā)工具套件，將能夠協(xié)助客戶(hù)迅速開(kāi)發(fā)UWB應用產(chǎn)品，搶占市場(chǎng)商機。
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