文章转载自Nordic半导体，原文刊载于电子工程专辑

超宽带(UWB)技术已经存在了近三十年。在一开始，射频(RF)技术就将信号扩展到较大带宽以确保高数据速率和较低的功耗。然而，尽管军方已在雷达应用和其他军事领域中应用了UWB，但这项技术在消费性电子产品中的影响力仍然有限。例如，电池供电的PC周边由于实际性能未达到预期水准，早期应用的乐观前景逐渐暗淡。

然而，相关标准经过修订，新的商用芯片问世，还有苹果电脑的支持，我们已经看到UWB应用卷土重来。不久之后，UWB与低功耗蓝牙技术搭配使用，将被证明十分适合应用于在新冠疫情下保持社交距离的可穿戴装置。

「超宽带」一词是由美国国防高等研究计画署(DARPA)所创，描述了一种射频技术，在很大的带宽范围(在最新IEEE标准中高达1.35GHz)以特定时间间隔产生非常短促──奈秒(nanosecond)甚至皮秒(picosecond)──且的无线电脉冲来传输信息。使用这些脉冲的脉冲位置或时间调变来承载信息。由于采用脉冲重复率高，可以实现高传输量(在标准中高达27.24Mbps)。

相较之下，低功耗蓝牙是一种窄带技术，可在2MHz的通道宽度和2Mbps更大输送量下传输数据封包。窄带短距离无线技术可能会受多路径衰减(multipath fading)和干扰的影响，但低功率频谱密度可以抵抗这些问题，成为了UWB的关键优势。然而，鱼与熊掌不可兼得，GHz带的工作频率会被墙壁和其他障碍物吸收，因此只能在视线范围内运作。

1、距离测量 

UWB为即时定位服务(RTLS)应用提供了前景光明的选择。这些类型的应用需要快速测量目标相对于参考点的距离和位置。使用例子包括资产跟踪、室内导航和保持社交距离。

常规的短距离无线位置测量系统使用信号强弱(RSSI)定位技术来估算两个收发器之间的距离，以衡量信号自发射器离开后，信号功率降低了多少。然而，墙壁和家具等障碍物会带来许多变数，例如多路径衰减，因此只考虑信号强弱其实无法地指示实际的距离。

为克服此缺陷，UWB并不采用信号强弱作为定位方式，而是测量无线电脉冲到达接收器并返回所需的时间来测量两个UWB无线电之间的距离。可以考虑接收器延迟和光速来实现准确的距离估算。

使用多天线来测量入射脉冲的到达角(AoA)，可以找到目标的位置。然后，将距离和方向数据相结合，系统便可以地确定无线电脉冲发射器在三个维度上的位置。

2、结合低功耗蓝牙 

与低功耗蓝牙结合应用于保持社交距离的穿戴式装置：
与低功耗蓝牙这样的成熟短距无线技术比较，UWB确实缺少许多固有优势，其中包括了低功耗、广泛的产业支持以及智能手机互通性。

Decawave(现隶属于Qorvo)和Insight SiP等公司提供的模块，结合了Nordic的nRF52832低功耗蓝牙SoC与商用UWB芯片的优势，协助了PHYTEC等业者开发保持社交距离的可穿戴装置，例如Distancer。

Distancer是一款专门为对抗新冠疫情而开发，应用于工作场所的保持社交距离跟踪器。像Distancer这样的应用产品，以低功耗蓝牙无线电来估算定位目标的位置(此过程需要相对大量的RF活动)，然后切换到UWB无线电以进行更短促的定位操作。这种运作模式更大程度地缩短了高功率UWB无线电的广播时间，以延长电池寿命。除此之外，如果遇到非UWB目标装置，则低功耗蓝牙/UWB组合允许将RSSI用作后备技术。

3、商业前景广阔

在大规模疫苗接种计画击败新冠病毒之前，建基于低功耗蓝牙/UWB的产品有望在控制疫情中发挥越来越重要的作用。这将提升UWB技术的公众知名度，并为芯片制造商提供一个健全发展的市场。除了疫情之外，RTLS领域还将实现快速的成长；分析机构Allied Market Research预测，该市场2019年至2026年的复合年成长率(CAGR)为30.2%，这将有助于巩固UWB技术的发展前景。

眼看着苹果在iPhone 11中整合了自行开发的UWB芯片以「带动空间意识」进入智能手机，除了PC周边设备和连络人跟踪之外，也鼓励新的消费性应用多加利用定位技术，进一步促进了UWB作为消费性技术的兴起。