Q1
啥是UWB技術?
從字面上看,就是超寬帶( Ultra Wide-Band )無線技術,不同于傳統的窄帶通信技術,UWB通過發送和接收具有納秒或微秒級以下的極窄脈沖來實現無線傳輸技術,可實現超寬帶頻譜(500MHz以上)的應用。學過通信的小伙伴可能對此技術已經有相當的了解,具體的物理層的細節,包括幀結構,調制方式,比較基礎的這里就不細說了。
UWB技術并不是一個新技術,早在上個世紀60年代就有了。主要用于軍工領域,在2002年之后才在民用領域開始應用。UWB通過定位技術才最終找到了自己的定位。
為什么這么說?上個世紀初的時候,也有想吃螃蟹的廠家曾試圖像應用Wi-Fi和藍牙一樣推動UWB技術在民用方面的發展,但是最后失敗了。
為啥?因為,當時UWB的生態系統不完整,成本很高,在有線應用USB和無線應用Wi-Fi的雙重夾擊之下,未能拓展自己的生態圈,不得不 “退居二線” 了。2002年隨后的幾年中,室外定位和室內定位技術應用逐漸獲得發展和普及。UWB最終靠室內定位在民用領域中找到了自己的位置。
UWB的定位技術之所以受到重視,在于它能提供更精準的方向性,且可采用高精度定時來進行距離測算。
目前,室外定位市場已被GPS、GLONASS、北斗、伽利略等傳統衛星定位系統占據了主導地位,因此UWB的市場主要聚焦于室內,以智能手機頭部廠商搭載UWB技術讓更多廠商看到了其室內應用的可能性。那么問題來了,有很多中室內定位技術,如藍牙,Wi-Fi等,為什么是UWB技術?
Q2
UWB定位技術與其他的定位技術有哪些不同?
如上圖,具體的技術比較不多說,UWB能上位的最最重要的原因就是定位的準確度。對于室內定位而言,太大的定位誤差不具有應用意義;而UWB的技術特性使得它能夠把定位技術縮小在30厘米之內,現在的方案可以做到小于12厘米,這是其他技術所沒有的特性。
UWB還有另外一個獨特的優勢,就是安全性。在前幾個月剛剛發布的IEEE 802.15.4z更新標準中,對于UWB定位的安全性做了改進,從而可以從理論上進一步防止基于UWB的定位被黑客入侵和篡改。
Q3
UWB定位技術標準進展如何?
2007年之后,UWB技術進入了高速發展期,各種技術方案圍繞著UWB國際標準制定。
2007年,IEEE在802.15.4a標準中對UWB技術進行了標準化;
2020年下半年更新了該標準。
下圖描述了整個UWB標準演進的情況。當前市場上的某些方案還是基于2011版的標準之上,如下圖中某個模塊的特性說明。
Q4
UWB有哪些相關的標準組織?
UWB技術有很多相關的組織,主要包括美國電器與電子工程協會IEEE,歐洲電信標準化協會ETSI,UWB聯盟UWB Alliance和最新成立的的FiRa consortium,他們之間的分工如何?
首先是IEEE標準組織,大家可能比較了解,它就是UWB標準802.15.4 的起草者,當然,除了這個標準之外, 其實IEEE起草和編寫了其他很多標準,如大家比較熟悉的Wi-Fi 802.11xx系列標準等。其實,UWB只是802.15.4標準中的一部分內容,在IEEE內,由802.15 TG4Z工作組維護,負責UWB標準的物理層以及MAC層相關測距技術的研究,主要包含了NXP、蘋果、Decawave、三星等大公司。
ETSI 在2017年成立了一個工作組TGUWB,主要從事短距離設備(SRD)射頻標準的研究和開發,包括使用UWB技術的短距離設備。相關的基于UWB技術的SRD的發射和測試標準還在征求批準的過程當中。想要這兩個標準的,可以給我們留言。當然,您自己也可以去下載。
UWB 聯盟,2018年12月份才成立,他的主要作用是推進各個標準的融合,使UWB技術能成為一個開放的標準,主要針對傳輸層和網絡層開展工作。產業鏈內的很多公司,包括芯片,模塊和應用終端廠商,包括我國的一些科技企業都加入了這個聯盟,以期推動整個行業的發展。
FiRa consortium 在2019年下半年剛成立,主要成員包含芯片商、方案商、應用廠商和測試設備廠商等。它的目標與UWB聯盟很像,旨在推動各個產品間的互聯和互通,即互操作性,也想通過建立一些標準,從而實現自己的目標。我國的很多公司也加入了這個會社。
在這些組織中,有的廠商加入了一個或多個組織。對于IEEE 和 ETSI,主要是一些頭部企業,規模大,技術實力強;而對于UWBA 和 FiRa contortium來講,除了這些大的公司外,也有很多小的技術公司和方案類公司,期望自己能夠抓住機會,不掉隊。
Q5
UWB測試有哪些挑戰?
其實,UWB技術作為一種射頻技術,相對于4G和5G等移動通信技術來講,應該算是相對簡單的,那么它的測試挑戰在哪呢?
主要在于射頻物理層測試;那么物理層的測試的挑戰又在哪呢?主要在以下三個方面:高頻率,大帶寬和不同規范的要求。
高頻率好理解,頻率越高,射頻器件越難做,也越難測;
大帶寬,導致技術實現起來困難,很多因素需要在測試時考慮,測試設備的成本也比較高;
最后一點,測試規范的要求,各個國家,各個組織可能有不同的測試規范,既要滿足基本的技術規范,也要滿足地方性的測試要求,例如歐洲ETSI要要發布自己的短距設備的測試規范,美國FCC可能有另外的要求;中國國家無線電委員會對微功率的UWB設備也有自己的要求等。因此測試的復雜度大大增加。
單就規范802.15.4來說,在Chaper 16里定義了對UWB設備RF的要求,規定了各種相應的射頻參數,如頻段,信道分配,最大發射功率,中心頻率誤差和最大接收機輸入電平等,這些要求都必須要滿足,下圖是部分RF規范要求。
是德科技作為領先的測試測量公司,很早就推出了包括信號源和頻譜儀在內的UWB RF測試解決方案。
前不久,公司又推出了一款基于PXI 的UWB射頻收發信機,見下面的第一個圖。該收發信機最高頻率到12 GHz,帶寬可達1.2G,支持先前推出的89600 VSA UWB信號分析測試功能,可用于UWB產品的研發驗證和生產。
此產品一經推出,就被國內領先的一家UWB設備廠商購買使用,受到客戶的稱贊。
除此之外,是德科技的N90xB系類分析儀和不久前推出的UXR系列高端示波器也支持相應的UWB信號分析功能。
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(包括前面提到的ETSI的有關基于UWB技術的SRD 設備的射頻規范標準)
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