探讨汽车领域的超宽带(UWB)通信技术

2024-04-16 16:14:17 866

UWB（Ultra-Wideband）是一种短距离无线通信协议，类似于Wi-Fi或蓝牙，利用3.1至10.5 GHz频谱范围内的短脉冲无线电波。这项技术可以在通常范围内达到20米的高精度定位。

1 什么是超宽带技术（UWB）？

超宽带（UWB，Ultra Wide Band）是一种使用无线电波的短距离无线通信协议。目前主要用于医疗设备和其他专业用途。该技术也逐渐应用到手机等普通日常设备中，尤其是汽车，车主将主要受益于 UWB 高度精确的定位能力。

超宽带技术可以在通常长达 20 米的距离内实现高精度定位。将多个 UWB 无线电设备组合成一个网络后，UWB技术可以用来识别附近配备UWB技术的移动设备的准确位置。

超宽带（UWB）是一种短距离无线通信协议，类似于 Wi-Fi 或蓝牙，使用 3.1 至 10.5 千兆赫频谱上的短脉冲无线电波。

术语 UWB 指带宽 (BW) 大于或等于 500 MHz 或分数带宽 (FBW) 大于 20%（FBW = BW/fc，其中 fc 为中心频率）。

2 UWB技术如何工作？

超宽带技术使用 499.2MHz 的超高带宽。相比之下，Wi-Fi 只使用大约 20 到 160MHz 的带宽，蓝牙则只有 80Mhz。其他无线电技术为了提高数据传输速率或同时使用多个数据通道而将可用带宽分割成多个小块，而超宽带波技术则将全部可用带宽用于传输极短的无线电波脉冲。UWB 的脉冲持续时间仅为两个纳秒，只是其他无线无线电应用中数据传输脉冲持续时间的一小部分。由于无线电波以光速传播，因此保持尽可能短的脉冲持续时间是准确计算实际距离的关键。由于精确测量只需要极少量的 UWB 脉冲，因此 UWB 无线电可用于几乎即时提供定位信息或对移动物体进行实时实时跟踪，而不会出现延迟时间过长的缺点。

3 UWB技术的优势

与传统的窄带系统相比，UWB 信号的带宽非常宽，因此室内性能更为出色。
低于环境噪声的低频谱密度确保了较低的信号检测概率，提高了通信的安全性。
使用 UWB 可以在短距离内传输高数据速率。
UWB 系统可与已部署的窄带系统共存。
宽带宽可抵御密集环境中的信道效应，实现非常精细的时空分辨率，从而实现 UWB 节点的高精度室内定位。
UWB 技术为车主带来的最大希望是车钥匙的精确定位。随着汽车安装了超宽带波分天线，它们将能够即时、精确地识别其他配备超宽带波分天线的设备，比如安装在口袋里手机上的数字钥匙。您的汽车将能识别出您何时靠近，并自动解锁、打开车灯，甚至启动预先配置的个性化设置。
UWB 技术还能杜绝中继攻击，即使车钥匙在携带过程中处于移动状态。原因是 UWB 芯片始终在测量车钥匙与汽车之间的直线距离（测量光速），因此，如果车钥匙不在车内，就会阻止汽车发动机启动。

4 UBW数据传输方法

数据传输采用两种不同的方法：

皮秒范围内的超短脉冲，同时覆盖所有频率（也称为脉冲无线电）
将整个 UWB 带宽细分为一组宽带正交频分复用 (OFDM) 信道

第一种方法成本效益高，但信噪比降低。一般来说，脉冲无线电传输不需要使用载波，这意味着与传统的窄带收发器相比降低了复杂性（即收发器结构更简单），因为信号直接通过 UWB 天线辐射。

第二种方法能更有效地利用频谱，提供更好的性能和数据吞吐量，但复杂性（即需要信号处理）和功耗却有所增加。

这两种方法的选择取决于应用。

5 展望

如今，许多旗舰智能手机和智能手表都采用了 UWB 技术，越来越多的消费类产品和汽车制造商也已经或正在将该技术用于数字钥匙和占用检测技术。其他现有应用包括超精确室内定位/导航、零售和工业空间资产跟踪、消费设备的 "查找我的应用 "功能。

这些初步应用只是 UWB 潜力的冰山一角。未来的发展将涵盖车辆间通信，以实现更安全、更低延迟的自动车辆协调和完全自动驾驶车辆协调。此外，UWB 技术还能广泛应用于近距离探测，推动智能停车功能、行人和骑车人的防撞功能，并实现与汽车传感器（如胎压监测系统）的无线车载通信。

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