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【技术科普】| UWB的前世今生


  来源: 罗德与施瓦茨中国 时间:2024-07-25 编辑:流川
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UWB(Ultra-WideBand) 超宽带,是一种类似于蓝牙、WIFI等近距离通信的无线通信技术。为什么叫超宽带呢?两个原因:第一是可用频谱带宽 (OBW) 很宽,FCC分配给它的宽带从3.1GHz~10.6GHz,共计约7.5GHz;第二是载波带宽 (CBW) 也比较宽,FCC规定UWB信号带宽至少在500MHz以上;另外与常见的把正弦波作为载波信号的调制方式不同,UWB技术的重要特点是用一个具有很陡的上升沿和下降沿的冲激脉冲进行直接调制,这就使得信号有比较宽的频谱特征,所以超宽带的叫法确实是实至名归。


按照FCC的定义,规定传输任意时刻10dB滚降点绝对带宽(FH-FL)> 500MHz的信号或者相对带宽2*(FH-FL)/ (FH+FL) > 20%的信号称为超宽带UWB信号。如下图所示:



UWB技术起源于20世纪60年代对微波网络冲击响应的研究,最初被称为脉冲无线电 (Impulse Radio) ,并且一直被美国军方严格控制,主要应用于军用雷达系统。直到1989年,这项技术才被美国国防部首次正式命名UWB(超宽带)。


说起这项技术的最初起源不得不提到三个人:


1887年,德国物理学家海因里希·赫兹(Heinrich Rudolf Hertz )利用火花间隙发射器(Spark Gap Transmitter)产生脉冲无线电,证实了电磁波的存在。


1893年, “最接近神的男人” 尼古拉·特斯拉(Nikola Tesla)利用脉冲无线电向公众展示了无线电通信的可能。


1901年,意大利电气工程师古列尔莫·马可尼(Guglielmo Marconi)利用脉冲无线电横跨大西洋2100多英里发送了摩斯码序列。


而现代意义上UWB在通信和雷达领域的研究与应用,却是起源于20世纪中叶:


1950年代末,林肯实验室(Lincoln Laboratory)和斯佩里研究中心(Sperry Research Center)开发的相控阵雷达系统,是现代UWB技术研究的开端。


1969年至1984年间,美国天主教大学(Catholic University of America)的Harmuth出版的书籍和论文,奠定了UWB收发器的设计基础。


1973年,Ross发表的专利(US Patent 3728632)是UWB通信领域的一个重要里程碑。


1974年,GSSI公司凭借Morey设计的用于穿透地面的UWB雷达系统取得了商业成功。


1977年,美国空军罗马航空发展中心(USAF's Rome Air Development Center)的Paul van Etten对UWB雷达系统进行实验测试,促进了UWB系统设计和天线概念的发展。


直到2002年,UWB 获得 FCC 批准,允许在雷达、公共安全和数据通信应用中免许可使用 UWB 系统,至此,UWB技术才算与军工正式解绑。此后:


2002年,WiMedia 联盟致力于促进个人区域网络中设备之间的无线多媒体连接和互操作性,推出首个 UWB 规范。


2018年,UWB 联盟肩负着为 UWB 生态系统发声的使命,通过端对端以及与供应商无关的互操作项目支持 UWB 技术的发展。


2019年,FiRa 联盟成立,利用可相互操作的 UWB 技术的安全精细测距和定位功能提供无缝的用户体验。R&S就是Fira联盟的成员之一。


2020年,OMLOX 联盟成立,推出集成了所有现有技术(如 UWB、BLE、RFID、5G 或 GPS)的行业标准,并通过统一接口提供定位数据。


2021年,全球车联联盟(CCC)数字密钥版本3.0规范发布,增加了蓝牙 LE 和 UWB,以实现无源无钥匙接入和发动机启动。



而让UWB真正进入到大众视野,则是2019年苹果发布iPhone 11的时候,人们仅从背景幻灯片中看到了U1芯片,就对其产生了强烈关注。而U1芯片的U指的就是UWB;随后,小米、三星等厂商也都宣布在其手机新产品中引入了UWB技术;而车企也都不甘落后,纷纷把目光投向UWB,于是宝马、蔚来、比亚迪等均在其新产品发布时强调自己使用了UWB数字钥匙。一时间,UWB技术成为了无线通信技术的新宠儿。


那么究竟UWB有什么优点让这么多知名厂商青睐有加呢?


1信道容量大


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