支持全新微定位功能的無線技術(shù)正不斷擴展應用用例，其中包括需要更高級別安全性的用例。例如，在汽車行業(yè)，需要在汽車和遙控鑰匙之間進行更安全的身份驗證。這為超寬帶 （UWB） 技術(shù)創(chuàng)造了一個完美的時機來展示其相比于其他技術(shù)在定位、位置檢測和方向方面的獨特優(yōu)勢，這些優(yōu)勢使其能夠滿足更高的安全性需求。UWB 非常適合支持兩個設備安全找到彼此并了解彼此在空間中的相對位置的應用。

UWB 使用一種稱為飛行時間 （TOF） 的技術(shù)來啟用其安全的身份驗證方法。與通過信號強度估算兩個設備之間距離的其他技術(shù)不同，TOF 涉及發(fā)送和接收信號，并根據(jù)完整發(fā)送/接收周期所需的時間計算距離。破解信號強度測量結(jié)果相對容易，但時間幾乎不可能偽造。這種高度的安全性使 UWB 在當今具有重要意義。

UWB 的三個主要用例包括：

?訪問控制：

將 UWB 嵌入遙控鑰匙等設備可以實現(xiàn)嚴格的訪問控制，無論是進入安全的建筑物還是汽車均是如此。基于 UWB 的系統(tǒng)可以估算 10 厘米內(nèi)的接近距離。訪問系統(tǒng)可以設置為僅當授權(quán)用戶在給定距離內(nèi)時才允許訪問，任何未攜帶 UWB 設備的人員都將被自動拒絕進入。

?基于位置的服務：

精確接近度檢測支持基于位置的服務，例如基于用戶位置的室內(nèi)空間導航和環(huán)境內(nèi)容導航。當您從一個房間移動到另一個房間時，系統(tǒng)會提供與每個房間相關(guān)的信息。以博物館或辦公大樓為例，內(nèi)部某個位置的具體信息可輕松獲取。

?設備到設備通信：

UWB 允許設備安全地共享信息，這可以與其定位功能相結(jié)合，將相關(guān)信息從一個設備推送到另一個設備。

? UWB 測距：詳細研究

UWB 使用時間短、頻率寬的電子脈沖，因此得名超寬帶。本質(zhì)上，一個 UWB 設備發(fā)出一個信號，檢測到該信號的設備發(fā)回一個響應信號。這一過程稱為單邊測距或單邊雙向測距。通過測量發(fā)送信號（稱為 ping）和接收答復 （pong） 之間的時間，發(fā)送設備可以精確計算出二者之間的距離。

在某些情況下，發(fā)送設備會在收到答復后發(fā)送另一個信號，這樣兩個設備便都可以測量時間。這種稱為雙邊雙向測距的技術(shù)為定位增加了第二層安全性和精度。

? 至關(guān)重要的 UWB 質(zhì)量測試

在評估 UWB 設備性能時，有三個方面的測量十分重要。

監(jiān)管：UWB 信號與許可頻譜重疊，因此務必驗證設備是否違反國家頻譜管理機構(gòu)制定的法規(guī)。雖然絕對發(fā)射器功率和功率頻譜模板是主要的監(jiān)管指標，但設備性能中的其他因素也可指示設備是否滿足功率模板要求。 這包括發(fā)射器校準和測試脈沖形狀。設備發(fā)射的功率越高，泄漏到所需信道之外的能量就越多，并且可能干擾相鄰設備，甚至違反許可頻段。掩碼是指設備防止由于發(fā)射器的雜散或線性性能而導致信號泄漏的能力，同時功率輸出會影響最終設備的工作范圍。良好的校準可最大限度地提高功率，同時提供有效的頻譜掩碼性能。

互操作性：UWB 互操作性的一個關(guān)鍵指標是頻率精度。無線設備使用調(diào)諧電容來調(diào)整決定廣播頻率的晶振。如果此調(diào)諧未正確完成，則會導致載波頻率偏移 （CFO） 或頻率誤差。簡而言之，這意味著該設備與其他設備的工作頻率并不完全相同。如果 CFO 很小，設備將能夠進行通信，但測距測量會存在誤差。如果 CFO 很大，則調(diào)諧不當?shù)脑O備可能根本無法與其他設備通信。頻率校準是確保設備互操作性的關(guān)鍵部分。另一種工具是一種稱為歸一化均方誤差 （NMSE） 的測量，它會捕捉系統(tǒng)中的幾種不同效果并提供匯總測量。

飛行時間：關(guān)于校準 TOF，有兩種觀點。一種觀點是在印刷電路板級校準系統(tǒng)，并假定所連天線的無線性能將處于窄容差范圍內(nèi)。另一種方法是測試所裝配的設備，并使用其實際無線性能校準 TOF。每種方法均有效，但此處的要點是系統(tǒng)中有許多不同的組件和變化來源。我們的目標是最大程度減少變化，達到 UWB 可提供的定位精度。

? 到達角：定義和工作原理

UWB 可采用兩種工作模式：三角測量模式和對等模式。三角測量需要在環(huán)境中放置一系列“錨點”設備，以供 UWB“標簽”設備用來比較其相對于多個錨點的位置。 對等操作允許兩個設備直接通信，而無需在環(huán)境中放置錨點設備。對等操作要求設備能夠確定距離和方向。 距離通過 TOF 得出，方向通過到達角 （AoA） 確定。AoA 要求設備至少有兩個天線。AoA 確定不同天線在檢測傳入信號時彼此之間的時間（或相位）差。憑借該時間（或相位）差提供的信息，設備便能夠計算信號傳入的角度。

FiRa 聯(lián)盟

FiRa 聯(lián)盟成立于 2019 年，該組織尋求將行業(yè)專家和產(chǎn)品專家凝聚在一起來開發(fā)生態(tài)系統(tǒng)，使 UWB 產(chǎn)品能夠?qū)崿F(xiàn)互操作性并且彼此無縫協(xié)作。在過去的一年里，會員數(shù)量急劇增加。該聯(lián)盟將啟動一項認證計劃，以確保設備符合 FiRa 規(guī)范的互操作性要求。這項認證計劃將涵蓋物理層功能 （PHY） 和介質(zhì)訪問控制 （MAC） 的一致性測試用例。

認證意味著設備已在獨立授權(quán)測試實驗室 （ATL） 進行測試，并在經(jīng)過嚴格測試后被證實符合 FiRa 規(guī)范。這可讓制造商和用戶高度確信該設備可與其他設備實現(xiàn)互操作。

LitePoint 解決方案

LitePoint 的 UWB 測試系統(tǒng)包括硬件和軟件，可啟用預編程的測試腳本來最大限度地測試特定芯片。LitePoint 的 IQgig-UWB 是一款經(jīng)過 FiRa 驗證的全集成系統(tǒng)，專為 UWB PHY 層測試而設計。我們提供適用于 UWB 芯片組和設備制造商的一站式測試解決方案，包括 FiRa PHY 一致性自動化解決方案。IQgig-UWB 非常適合實驗室或量產(chǎn)環(huán)境、支持 UWB 的模塊和最終產(chǎn)品以及支持 UWB 的汽車、移動、資產(chǎn)跟蹤或醫(yī)療保健設備。

IQfact+ 是在與領(lǐng)先 UWB 芯片組供應商的密切合作下開發(fā)的，這是一種基于軟件、適用于芯片組制造商的一站式校準解決方案。它支持包括 UWB 在內(nèi)的所有關(guān)鍵無線連接技術(shù)。

UWB 技術(shù)為訪問控制、基于位置的服務和設備到設備通信十分重要的各種設置提供了強大的功能。然而，在最終應用中實現(xiàn)的實際性能取決于能否確保關(guān)鍵射頻參數(shù)滿足高精度要求。 這些關(guān)鍵測量參數(shù)旨在確保設備符合監(jiān)管指南和互操作性要求，并提供良好的用戶體驗。 從測試的角度來看，校準 UWB 設備的頻率和發(fā)射器功率至關(guān)重要。 需要精確的飛行時間和到達角測量來驗證 UWB 設備可提供的厘米級精度。LitePoint 的解決方案提供了這種測試，可助力發(fā)掘 UWB 的潛力。

責任編輯：haq