UWB（Ultra-Wide Band，超寬帶）是一種無線通信技術，利用非常寬的頻譜（通常超過500 MHz）進行高精度測距和定位。該技術最初主要應用于軍用雷達系統(tǒng)。隨著頻譜開放以及民用市場對高精度定位的需求增長，2019年之后UWB技術逐漸普及到消費電子、汽車、工業(yè)、智能家居、醫(yī)療等多個領域。

在汽車行業(yè)主要用于以下場景：

數(shù)字鑰匙（Digital Key）：車主攜帶手機或UWB鑰匙靠近車輛時，系統(tǒng)自動識別并解鎖。UWB可以判斷鑰匙是在車內還是車外，防止“中繼攻擊”（Relay Attack）。相比BLE或 NFC，其抗干擾能力更強且定位精度可達厘米級。目前主流的手機品牌均已支持UWB功能。

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智能泊車輔助：可用于車輛與停車場基礎設施之間的高精度通信，實現(xiàn)自動泊車、車位引導、車位識別等功能。

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車內人員定位與交互：可以實時定位車內乘客，精確感知不同座位上人員的存在與位置。借助高精度感測能力，能夠探測到諸如呼吸或熟睡兒童心跳等微小動作，從而實現(xiàn)兒童遺留檢測（CPD）。

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手勢與動作控制：通過揮手實現(xiàn)切歌、調節(jié)音量等操作。感知腳在保險杠下方的特定踢動軌跡來實現(xiàn)腳踢感應開啟尾門。

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輔助電動汽車充電：用于確定充電基礎設施與汽車的相對位置，并引導駕駛員使用手動充電器。UWB還可以用于自動解鎖、打開、關閉和鎖定充電蓋。在電動汽車無線充電時，UWB還可以用于輔助汽車底部的磁性線圈與充電板中的充電線圈對齊。

UWB工作方式

UWB在通信時使用約2ns的脈沖用于數(shù)據(jù)傳輸，這種短時間脈沖特別適合高精度定位和低功耗通信。

在時域中是一個持續(xù)時間非常短的尖峰，通過傅里葉變換后在頻域中會展開成一個非常寬的頻率范圍。寬頻率的特性能夠保證很高的時間分辨率以及很強的抗干擾能力，并且在多路徑傳播時可以精確分離反射信號。根據(jù)工信部2024年發(fā)布的《超寬帶（UWB）設備無線電管理暫行規(guī)定》，中國允許的UWB工作頻率范圍是7.163GHz至8.812GHz。

UWB在測距時支持多種方式，各種方式適用于不同的應用場景和精度要求。這些測距方式根本的共同點是基于飛行時間來計算距離。通過測量無線電信號從一個設備傳播到另一個設備所需要的時間（即飛行時間ToF），然后基于ToF*光速來計算距離。不同方法的區(qū)別在于如何精確地測量出這個飛行時間，并消除時鐘不同步帶來的誤差。

其中SS-TWR只需要一次往返通信，并且發(fā)起者和響應者不需要嚴格的時間同步，很適合移動設備的快速測距。下面以SS-TWR測距方式為例來看下UWB的測距原理。

該方法主要用于兩個設備（發(fā)起者和響應者）之間的距離測量，其核心是通過一次往返通信來估算距離。測距流程如下：

1.

發(fā)起者發(fā)起測距請求。發(fā)起者向響應者發(fā)送一個測距請求消息，并記錄發(fā)送時間T1。

2.

響應者收到請求并回復。響應者接收到消息后，記錄接收時間T2。然后發(fā)送一個響應消息，并記錄發(fā)送時間T3。

3.

發(fā)起者收到響應消息，并記錄接收時間T4。

4.

發(fā)起者可以根據(jù)上述時間戳計算出往返時間

根據(jù)信號傳播速度（約等于光速）計算距離

UWB命令接口

UCI（UWB Command Interface，UWB命令接口）是UWB技術的關鍵組成部分，用于在主機（Host）和UWB控制器之間進行通信。

在沒有UCI標準之前，不同芯片公司的UWB芯片使用自己的命令來控制測距、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。這嚴重限制了UWB技術的普及和應用生態(tài)的建立。于是FiRa Consortium在2020年 建立了UWB技術的基礎規(guī)范，其中就包括UCI的初始版本，確保各類主機設備（如手機、電腦）能夠通過統(tǒng)一的命令集與UWB芯片進行交互。通過UCI與芯片交互時主要使用以下幾個功能組：

UWB測試硬件VH4110

隨著物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議在汽車領域的廣泛應用，CANoe中的Option Connectivity用于UWB、NFC、BLE、WLAN/LAN等物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的仿真、分析和測試，并推出了配套硬件設備VH4110（又稱IoT Enabler）用于多種無線通信協(xié)議的解析與交互。

VH4110可以作為基于IP通信的路由器，將CANoe與被測件通過WLAN/LAN進行本地連接，也可以使用非IP通信的無線通信（例如UWB、BLE、NFC）技術與被測件連接。

VH4110通過USB Type-C連接到運行CANoe的主機上。其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)僅與CANoe進行交互，用戶在主機上不需要特殊的網(wǎng)絡權限或者修改防火墻配置。使用時無需安裝驅動。VH4110提供4個USB接口，用于插入對應的USB適配器進行無線通信。

CANoe中的配置

vCDL（Vector Communication Description Language）是CANoe Communication Concept中用于描述通信對象的語言，以簡單的語法定義和配置分布式對象（Distributed Objects，DO）。創(chuàng)建并在CANoe中加載UWB通信對應的vCDL文件后，通過VH4110跟被測件交互的無線協(xié)議報文會以DO的方式呈現(xiàn)，用戶既可以直接使用CANoe Application Panel，也可以使用編程語言（CAPL、C#、Python等）在CANoe中對被測件進行無線協(xié)議測試。

1.

VH4110需搭配UWB適配器使用，當前支持的適配器型號包括Qorvo DWM 30001 CDK 和NXP Trimension SR150。將適配器通過UWB線束連接到VH4110上。

2.

打開UWB示例工程（可發(fā)送郵件到support@cn.vector.com告知使用的UWB適配器型號并索要工程）。

3.

打開Simulation—Communication Setup可查看工程使用的CAPL腳本及vCDL文件。 其中UWB命令接口基于vCDL文件編寫。收發(fā)的數(shù)據(jù)的序列化及反序列化以及發(fā)送的命令參數(shù)通過CAPL實現(xiàn)。

4.

打開Simulation—Communication Setup可查看工程使用的CAPL腳本及vCDL文件。 其中UWB命令接口基于vCDL文件編寫。收發(fā)的數(shù)據(jù)的序列化及反序列化以及發(fā)送的命令參數(shù)通過CAPL實現(xiàn)。

在vCDL中包含發(fā)起者和響應者的接口。

5.

如需修改UWB收發(fā)數(shù)據(jù)的序列化及反序列化或者UWB命令參數(shù)可以打開*.can文件進行修改。

6.

按需求編輯完成后，即可運行工程。依次執(zhí)行Panel上的“Open UART device”、“Init Session”、“Config Responder”、“Config Ranging”、“Start Ranging”可開啟測距功能。UWB通信的內容會顯示在Trace窗口中，以便查看和分析。

7.

在Application Panel可以看到UWB接口中可供調用的Method，在給需要調用的Method填入?yún)?shù)后，通過點擊Call即可發(fā)出相應的命令。如果需要完成自動化的流程，也可以使用編程的方式調用這些命令。