关于UWB，一些疑难问题详细解答

FIRA 支持哪种测量技术？

FiRa支持使用高速率脉冲(HRP)重复频率的UWB技术在支持UWB的移动设备上运行。这种技术可以在任何环境中实现更低的延迟和更高的UWB设备密度，以提供卓越的整体性能。

UWB与蓝牙和Wi-Fi相比，在定位方面有何不同？

使用UWB进行定位在所有操作环境中都能提供异常准确的结果，而不仅限于最理想的情况。在正常操作条件下，UWB能够提供几厘米级别的精度和99.9%的可靠性，即使在具有挑战性的环境中，例如工厂车间，其精度也可以达到约30厘米，可靠性高达95%。

与此相比，Wi-Fi和蓝牙LE可以在理想条件下提供良好的定位结果。例如，思科最近的测试结果表明，在严格控制的环境中，Wi-Fi和蓝牙LE可以达到2至3米的准确度和95%的可靠性，然而，当条件不完美时，这些结果会迅速下降。

同样地，尽管某些低功耗蓝牙系统可以实现亚米级的精度，但这些结果是在非常特定的条件下获得的，包括非常高的基础设施密度和清晰的视线。现实世界的操作环境很少与用于测试的实验室条件相匹配，这意味着日常操作很难达到相同水平的准确度以及足够的可靠性。

UWB在定位方面的优势主要归功于物理学原理，其独特的脉冲信号在超过500MHz的带宽下工作，提高了飞行时间(ToF)计算的准确性。ToF计算通过测量无线电波传播时间并乘以光速来确定距离。

由于UWB具有陡峭且短的脉冲传输特性，即使设备之间的距离增加，UWB的脉冲信号仍能保持其准确性，并在非视线(非LoS)的环境中表现出优异的弹性。

与使用接收器信号强度指示(RSSI)技术的蓝牙、蓝牙LE和Wi-Fi相比，UWB的ToF计算更加准确。由于环境因素（如障碍物和其他无线电的干扰）对RSSI测量的影响较大，这种技术容易受到干扰而降低准确性。障碍物会导致信号功率严重衰减，从而可能导致数米的误差。

UWB 定位的安全性如何？

多项特性使 UWB 成为 PHY 级别的极其安全的定位技术，极低功率传输难以检测，PHY 级加密（由 IEEE 802.15.4z 标准定义）保护数据传输，飞行时间距离估计很难破解，因为传播时间和光速都是非常困难，如果不是不可能改变的话。

在链路层和更高的 OS 层中，强大的 PHY 级安全性是构建其他安全机制（例如身份验证、不可否认性和加密）的坚实基础。

UWB 的功耗与其他定位技术相比如何？

UWB 的工作方式使其在能源效率方面具有优势，与 BT/蓝牙 LE 和 Wi-Fi 不同，UWB 是一种脉冲无线电，它的调制非常适合定位应用，因为它支持非常短的数据包，这些数据包使用非常少的能量来编译距离测量。

IEEE 802.15.4z 标准规定的高达 27/31 Mbps 的快速数据传输也有助于节能，因为与 BT/蓝牙 LE 相比，UWB 传输相同数量的数据所需的时间（和能量）更少，当在仅传输模式（如信标）或同步双向通信模式下运行时，UWB 可以比 BT/蓝牙 LE 使用更少的功率。

此外，由于 UWB 系统只需要一次或几次测量来计算单个距离或位置，因此每次计算使用的能量更少。

另一方面，蓝牙 LE 和 Wi-Fi 解决方案需要更多的样本和后处理计算来计算每个距离或位置，而这项额外的工作会消耗额外的能量。

尽管如此，当应用程序没有时间同步时，低功耗蓝牙仍然是最节能的解决方案。这就是为什么 UWB 和蓝牙 LE 经常配对在一起，使用蓝牙 LE 作为一种低功耗发现技术，并且仅在需要其安全、精细范围功能时才唤醒 UWB。

UWB工作范围的最大距离是多少？

基于 UWB 的产品在视距条件下可以达到 100 米的范围，但是，与任何无线电技术一样，UWB 的最大实际范围取决于几个因素，包括信道频率、天线设计、功率水平和传播环境的复杂性，这些因素可能会受到带内干扰和 环境中存在的材料和物体。

与其他射频技术一样，UWB 不会穿过金属，但会穿过其他材料，例如木材、石膏甚至砖块， 材料越密，射程越短。

与仅在 2.4 GHz 下运行的 BT/蓝牙 LE 不同，UWB 可以在 6.5 和 10 GHz 之间的不同频率上运行， 一般来说，频率越高，范围越短，但这可以通过多种技术来缓解。

UWB 操作的温度范围是多少？

UWB 技术本身不受温度限制，但对半导体及其支持的应用有特定的温度范围。

例如，有些 UWB 芯片组针对工业温度范围（-40 至 +85 °C）设计和测试，有些则针对汽车级温度范围（-40 至 +105 °C）， 可根据应用需要提供其他范围。

与其他定位技术相比，UWB 的响应速度如何？

对于定位系统，有两种方法可以衡量响应能力，有硬件延迟，即 PHY/MAC 完成测量所需的时间，还有应用程序级延迟，简而言之，就是地图上的蓝点对您的动作做出反应的速度。

应用程序级延迟取决于许多因素，包括技术的准确性和可靠性、其数据速率、正在交换的数据量以及在给定地点和时间共享通话时间的设备数量。

使用 UWB，非常短的数据包和构建具有精细同步的时分多址 (TDMA) 系统的能力使 UWB 具有较低的硬件级延迟。

（IEEE 和 FiRa 联盟定义了不同的测距轮次，因此测量的延迟可能从几毫秒到几十毫秒不等。）UWB 测量的高精度和可靠性意味着只需要一次或几次测量即可确定精确的距离或位置，这转化为应用程序级别的延迟非常低，以至于读数看起来是瞬时的。

相比之下，BT/蓝牙 LE 和 Wi-Fi 解决方案需要更多的样本来计算单个距离或位置。这些额外的测量可能需要几秒钟的时间来收集然后进行后处理，这就是为什么基于这些技术的定位应用程序可能会很慢。

6 GHz 频谱中的 WI-FI 是否会干扰 UWB？

UWB 通道 5 位于 6-GHz Wi-Fi 频谱的中心，这意味着两个无线电之间存在干扰的可能性，尤其是在 Wi-Fi 吞吐量非常高且非常密集的 Wi-Fi 环境中。

各种模拟和经验数据表明，无线电干扰会导致轻微的 UWB 数据包丢失，从而可能会间歇性地延长测距周期。

为了在不受干扰的情况下实现完全并发的 Wi-Fi 和 UWB 操作，UWB 系统可以使用通道 8 和 9，它们与 6-GHz 频谱相邻且不重叠。

UWB 的最佳操作通道是什么？有优点和缺点吗？

能够在多个通道上运行 UWB 增加了容量，因为设备可以使用不同的通道共存而不会相互干扰。

另一方面，某些渠道比其他渠道更容易工作， 例如，第 9 频道提供全球覆盖，因此可以在任何地区使用，并且不受第 6 频道上存在的 Wi-Fi 信号的潜在干扰的影响。

出于这些原因，第 9 频道是 FiRa 的唯一强制性频道。

各国的超宽带频谱可用性是多少？

许多国家已经为 UWB 操作预留了频谱， UWB 的监管指南因地区而异，但建议使用 6.490 和 7.987 GHz 之间的频率范围（UWB 频段 5、6、8 和 9，使用信道 5 和 9）以获得全球认可。

UWB 的扩展有多容易？它可以支持多少锚和设备？

UWB 专为可扩展性而设计，并已成功部署在使用数百个锚点和数千个标签的工厂和办公楼环境中。

UWB 能够支持大规模、高密度的锚点和设备/标签网络，因为它使用非常短的数据包和高精度的时间同步，从而可以构建具有精细同步的高效 TDMA 方案。

UWB 的成本与 BT/蓝牙 LE 相比如何？

UWB 组件使用与 BT/Bluetooth LE 相似的标准 CMOS 工艺制造，并且 UWB 裸片尺寸与 BT/Bluetooth LE 设备兼容。

此外，UWB 芯片组不需要专门的或昂贵的外部组件， 但由于定位用的UWB还是新事物，还没有达到BT/Bluetooth LE的生产或部署规模，所以目前比BT/Bluetooth LE贵。

然而，与类似的无线电技术一样，随着时间的推移，规模经济有望降低 UWB 组件的成本。

当存在多个 UWB 系统时，可靠性如何？

即使在智能手机和基础设施中安装的 UWB 数量持续增长的情况下，多个 UWB 功能相结合以确保可靠运行。

首先，UWB 使用脉冲无线电技术，具有非常短的数据包，降低了冲突的可能性， MAC 也将冲突率保持在较低水平，它可以安排与多个设备的测距会话。

如果确实发生冲突，MAC 仍然可以与其他不协调的系统进行范围。另一个增加 UWB 可靠性的因素是 PHY，它非常强大，可以在嘈杂的环境中快速恢复。

假设操作系统支持它，使用 UWB 连接外围设备并以无线 USB 处理方式在设备之间发送大文件的能力是什么？

简短的回答是肯定的。

一般来说，UWB 能够在短距离内快速传输大量数据， IEEE 802.15.4z 标准和 FiRa 新增内容专注于脉冲无线电，它结合了简单的调制方案，同时允许精细测距应用。

截至今天，IEEE 802.15.4z 标准允许少量数据的数据通信；速度限制在几十mbps。

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