支持全新精準定位功能的無線技術(shù)正不斷擴展應(yīng)用范例，其中包括需要更高級別安全性的例子 。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(shè)備安全找到彼此并了解彼此在空間中的相對位置的應(yīng)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(shè)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(shè)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?；?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(shè)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(shè)備的人員都將被自動拒絕進入。

基于位置的服務(wù)

精確接近度檢測支持基于位置的服務(wù)，例如基于用戶位置的室內(nèi)空間導(dǎo)航和環(huán)境內(nèi)容導(dǎo)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(shè)備到設(shè)備通信

UWB 允許設(shè)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(shè)備推送到另一個設(shè)備。

UWB 測距：深入研究

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(shè)備發(fā)出一個信號，檢測到該信號的設(shè)備發(fā)回一個回應(yīng)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(fù) （pong） 之間的時間，發(fā)送設(shè)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(shè)備會在收到答復(fù)后發(fā)送另一個信號，這樣兩個設(shè)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(shè)備性能時，有三個方面的測量十分重要。

安規(guī)

UWB 信號與許可頻譜重疊，因此務(wù)必驗證設(shè)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(shè)備性能中的其他因素也可指示設(shè)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(shè)備發(fā)射的功率越高，泄漏到所需通道之外的能量就越多，并且可能干擾相鄰設(shè)備，甚至違反許可頻段。掩碼是指設(shè)備防止由于發(fā)射器的雜散或線性性能而導(dǎo)致信號泄漏的能力，同時功率輸出會影響最終設(shè)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(shè)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(dǎo)致載波頻率偏移（CFO）或頻率誤差。簡而言之，這意味著該設(shè)備與其他設(shè)備的工作頻率并不完全相同。如果 CFO 很小，設(shè)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(shè)備可能根本無法與其他設(shè)備通信。頻率校準是確保設(shè)備互操作性的關(guān)鍵部分。以實際案例來說，在兩個定位設(shè)備本身之間若存在1PPM的頻率偏移，大約會造成一米左右的定位精度誤差。藉由傳導(dǎo)式的頻偏校準，可以補償石英震蕩器的頻偏造成實際的定位誤差，同時可節(jié)省選用高精度石英震蕩器而造成的成本增加。 另一種工具是一種稱為歸一化均方誤差 （NMSE） 的測量，用于比較代測物所發(fā)射的脈沖訊號與參考脈沖訊號的相異程度，它會捕捉系統(tǒng)中的幾種不同效果并提供匯總測量（ 關(guān)聯(lián)到阻抗匹配、濾波效應(yīng)、群延遲等）。

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)。藉由外部儀表模擬高精度定位的過程并且將天線端口后端的延遲補償，可以讓系統(tǒng)估算出印刷電路板所造成的延遲量測出來并且回填在芯片內(nèi)部補償實際量測的誤差。 另一種方法是測試所裝配的設(shè)備，并使用其實際無線性能（OTA）校準 TOF。運用類似的方法可以估算系統(tǒng)結(jié)合不同天線在不同方位所造成的延遲。 每種方法均有效，但此處的要點是系統(tǒng)中有許多不同的元件和變化來源。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。在實際的驗證中，兩種校準方法可以補償印刷電路板（下圖Frontend）造成的約500皮秒以及天線造成約300 皮秒的延遲，換算成實際精度可以補償約15公分的誤差。（不同的天線與板材電路的布局，造成的延遲會因為各種條件影響有所不同）

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(shè)備，以供UWB“標簽”設(shè)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(shè)備直接通信，而無需在環(huán)境中放置錨點設(shè)備。對等操作要求設(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)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(shè)備可與其他設(shè)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(yù)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 驗證的全整合系統(tǒng)，專為 UWB PHY 層測試而設(shè)計。我們提供適用于UWB芯片組和設(shè)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(shè)備。

IQfact+ 是在與領(lǐng)先 UWB 芯片組供應(yīng)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)。

結(jié)語

UWB技術(shù)為訪問控制、基于位置的服務(wù)和設(shè)備到設(shè)備通信十分重要的各種設(shè)置提供了強大的功能。然而，在最終應(yīng)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(shè)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(shè)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(shè)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。