由于UWB的高带宽(500 MHz),脉冲宽度为纳秒级,这提高了精度。与使用窄带收发器的WiFi和BLE不同,ToF和测距的精度限于约+/-1m至+/-5m,而UWB可精确到+/-10cm以内。

由于UWB信号明显不同且易于读取,即便在多通道环境中也是如此,因此当脉冲离开和到达时,信号更容易识别,且高度确定。UWB能够以超高的传输速率准确跟踪脉冲——在短突发时间内发送大量脉冲——因此即使距离非常短,也可以进行细粒度ToF计算。

调制正弦波在使用Wi-Fi或蓝牙确定位置时会出现,其多通道分量只能以复杂的方式分离。这也就是Wi-Fi和蓝牙为何努力提供精度低于1米的准确测量值的部分原因。

图3对UWB ToF计算与Wi-Fi和蓝牙的ToF计算进行比较。

超宽带(UWB):工作原理及其非凡潜力

图3:通过Wi-Fi和BLE与通过UWB进行的ToF测距(来源:恩智浦)

可选到达角(AoA)计算

请务必注意,ToF计算确定的是径向距离,而不是方向。也就是说,ToF计算告诉设备1其与设备2之间的距离,但不告诉设备2的方向——前、后、左、右、东、南、西还是北。所以ToF图是一个圆圈:如果ToF计算表明设备2与设备1之间的距离为15 cm,则以设备1为圆心,用卷尺在每个方向测量15 cm,以此方式形成一个圆圈,设备2可以在该圆圈中的任意位置。若要通过第二次测量的方式,使用两个距离圆圈的交集来确定位置,则需要额外的设备。

因此,要完善UWB技术的讨论,我们应该考虑另一个方面,也就是当前非汽车应用的一个重要因素:到达角(AoA)。到达角可帮助确定设备2在该圆圈中的哪个位置。为了计算AoA,设备1需要配备一组小心放置的专用天线,这组天线仅用于AoA测量。并非所有UWB解决方案都包含额外天线,但包含额外天线的UWB能够精确到几厘米以内(图4)。