支持全新精準定位功能的無線技術正不斷擴展應用范例，其中包括需要更高級別安全性的例子 。例如，在汽車行業，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） 技術創造了一個完美的時機來展示其相比于其他技術在定位、位置檢測和方向方面的獨特優勢，這些優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不同，TOF 涉及發送和接收信號，并根據完整發送/接收周期所需的時間計算距離。破解信號強度測量結果相對容易，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 的系統可以估算 10 厘米內的接近距離。訪問系統可以設置為僅當授權用戶在給定距離內時才允許訪問，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空間導航和環境內容導航。當您從一個房間移動到另一個房間時，系統會提供與每個房間相關的信息。以博物館或辦公大樓為例，內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合，將相關信息從一個設備推送到另一個設備。

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。本質上，一個 UWB 設備發出一個信號，檢測到該信號的設備發回一個回應信號。這一過程稱為單邊測距或單邊雙向測距。通過測量發送信號（稱為 ping）和接收答復 （pong） 之間的時間，發送設備可以精確計算出二者之間的距離。

在某些情況下，發送設備會在收到答復后發送另一個信號，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為定位增加了第二層安全性和精度。

至關重要的 UWB 質量測試

在評估 UWB 設備性能時，有三個方面的測量十分重要。

安規

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制定的法規。雖然絕對發射器功率和功率頻譜模板是主要的監管指標，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。 這包括發射器校準和測試脈沖形狀。 設備發射的功率越高，泄漏到所需通道之外的能量就越多，并且可能干擾相鄰設備，甚至違反許可頻段。掩碼是指設備防止由于發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 互操作性的一個關鍵指標是頻率精度。無線設備使用調諧電容來調整決定廣播頻率的晶振。如果此調諧未正確完成，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，則調諧不當的設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鍵部分。以實際案例來說，在兩個定位設備本身之間若存在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射的脈沖訊號與參考脈沖訊號的相異程度，它會捕捉系統中的幾種不同效果并提供匯總測量（ 關聯到阻抗匹配、濾波效應、群延遲等）。

飛行時間

關于校準TOF，有兩種觀點。一種觀點是在印刷電路板級校準系統，并假定所連天線的無線性能將處于窄容差范圍內。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部補償實際量測的誤差。 另一種方法是測試所裝配的設備，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結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 聯盟

FiRa聯盟成立于 2019 年，該組織尋求將行業專家和產品專家凝聚在一起來開發生態系統，使 UWB 產品能夠實現互操作性并且彼此無縫協作。在過去的一年里，會員數量急劇增加。該聯盟將啟動一項認證計劃，以確保設備符合 FiRa 規范的互操作性要求。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測試實驗室 （ATL） 進行測試，并在經過嚴格測試后被證實符合 FiRa 規范。這可讓制造商和用戶高度確信該設備可與其他設備實現互操作。

LitePoint 解決方案

LitePoint的 UWB 測試系統包括硬件和軟件，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是一款經過 FiRa 驗證的全整合系統，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環境、支持UWB的模塊和最終產品以及支持UWB的汽車、移動、資產跟蹤或醫療保健設備。

IQfact+ 是在與領先 UWB 芯片組供應商的密切合作下開發的，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在內的所有關鍵無線連接技術。

結語

UWB技術為訪問控制、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，在最終應用中實現的實際性能取決于能否確保關鍵射頻參數滿足高精度要求。這些關鍵測量參數旨在確保設備符合監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設備的頻率和發射器功率至關重要。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，可助力發掘UWB的潛力。