UWB(Ultra Wide Band，UWB)即超宽带技术，最早于二十世纪九十年代由美国国防高级研究计划局提出，用于区分常规雷达和利用具有大分数带宽的短脉冲波形雷达的便利手段。早期的UWB技术多用于军事领域中，如通信和雷达。1994年之前，UWB的应用都只限于美国政府之中，在1994年之后，根据美国联邦通信委员会(FCC)的决议，开放了非政府组织对于UWB技术的应用研究，决议有效推动了UWB技术的发展。在2002年，FCC正式批准UWB民用。顾名思义，相较于其他信号，UWB具有更高的带宽，根据FCC的定义，满足FCC功率谱密度限制的，并满足绝对带宽大于500MHz的或者是相对带宽大于20%的信号称之为UWB信号

FCC向UWB开放了3.1-10.6GHz频段(用作商业应用)和22-29GHz频段(车载雷达系统)，并规定了UWB信号的EIRP(有效全向辐射功率)不能干扰现有的通信系统，UWB发射机的功率谱密度被限制在−41.3dBm/MHz范围内，UWB的频率与功率限制对应表格

我国早在2001年的“十五”国家“863计划”中，首次提出了“超宽带无线通信关键技术及其共存与兼容技术”作为无线通讯研究方面的战略规划。国家自然科学基金委员会信息科学部也鼓励广大科研学者在超宽带理论和关键技术方面开展探索性研究

超宽带技术作为一种新型无线通信技术，相比于其它传统通信技术，它的优势凸显在军事战略通信、航空航天通信和其他特殊通信领域。同时，由于超宽带通信系统的技术原理的不同，它还具有很多其他传统的通信系统难以抗衡的优势，超宽带技术的一些主要特点如下所述：

(1)高速率、大容量：由香农公式可知，超宽带系统的信息传输传输速率可达500Mbit/s，信道容量可达1000kbps/m2，是目前信道容量最大的无线通信技术，能够满足当今乃至未来信息发展的需求。

(2)高精度、探测强：由于超宽带系统具有微秒甚至纳秒级的时间分辨率，且有比传统无线电磁波信号更强的信号穿透力，因此勘测能力极强。这使得超宽带技术不仅被应用于在大山深处进行数据传输，还被应用于在地下停车场或是其它封闭场景中，对车辆或物体进行定位。

(3)成本低、功耗小：由于超宽带系统是基于基带信号的，因此，无需复杂的收发装置，搭建成本低。并且收发的超宽带脉冲信号都是纳秒级的，这使得系统的传输功率很小，功耗很低。超宽带系统在室内的功耗仅为1-2mW之间，甚至可以低至UW级，仅需要提供较低的电源功率就能让整个超宽带系统平稳运作。

(4)高安全性：由于超宽带信号一般采用直接序列扩频和跳频扩频两种扩频通信技术，因此，产生的带宽极宽，信号以极窄脉冲的形式存在。若想截获超宽带信号，则必须有能够识别极窄脉冲信号的设备。并且，如果要对截获的超宽带信号进行解调，那么在接收机处必须具有扩频码，否则无法解调出信号所传输的数据。因此，超宽带技术拥有较高的安全性。这就使得超宽带技术在军事战略领域具有相当大的潜力，可以提高整个军事系统的信息安全级别。

(5)多径分辨能力强：多径效应是影响无线信号质量的主要原因，而超宽带使用的是间歇性脉冲信号，可将信号的多径分量和发射分量很好分离，所以，其具有较强的多径分辨能力。

目前主要有以下六种常用的无线定位技术：

(1)RFID定位：作为一种可自动识别的无线射频技术，RFID通过非接触的方式读取并保存标签节点的特征数据，并将其转化为距离信息，再结合TOA、TDOA等定位方法实现对标签节点的定位。

(2)Zigbee定位：当采用Zigbee定位时，需先在定位区域内合理布置锚节点，然后标签节点广播信息，锚节点获取接收信号强度，再结合相关定位方法，实现对标签节点的定位。

(3)超声波定位：超声波定位是基于反射测距法的定位技术。采用超声波定位时，标签节点不间断地向周围发射同频信号，待锚节点接收到信号后，立即将信号反射回标签节点。由回波和反射波的时间差，可得二者间的距离，从而求解标签节点的位置坐标。

(4)蓝牙定位：采用蓝牙定位时，锚节点通过蓝牙发送信号，待标签节点收到信号后，获取接收信号强度，并据此估算二者间的距离，从而求解标签节点的位置坐标。

(5)Wi-Fi定位：采用Wi-Fi定位时，需先在定位区域内合理布置锚节点，待标签节点广播信号后，锚节点可将接收信号强度和信号传输时间等信息，转化为距离信息，然后通过相关算法求解标签节点的位置坐标。

(6)超宽带定位：采用超宽带定位时，标签节点获取信号传输时间以及接收信号强度等，并将其转化为距离和距离差等信息，最后通过相关定位算法，可得待求标签节点坐标。

在室内定位系统定位标签位置时一般需要选择合适的方法测量待测标签与定位基站之间的距离，一般的测距方法有：接收信号强度法(Received Signal Strength Indication，RSSI)、信号到达时间(Time of Arrival，TOA)、到达时间差法(Time Difference of Arrival，TDOA)、信号到达角度法(Angle of Arrival，AOA)等。原始定位信息的获取决定着UWB定位系统的精度

(1)RSSI定位方案

接收信号强度法即RSSI，首先根据标签发出信号的强度和固定基站收到信号的强度，然后再并参考信道衰落模型，就可以得到信号强度与距离的关联，进而就可求出定位标签和固定基站的距离，多次测量估计就可得到方程组。信号强度法(RSSI)在室内定位时会存在多径效应等影响，进而造成信号衰减，最终导致定位精度受损，且该方法在室内不能定位机器人三维坐标。

(2)AOA定位方案

AOA原理为根据到达角可以在信号发射端和信号接收端之间画出角度的方向线，信号接收端的位置就是方向线的交点。对于一个移动的定位目标，需要两个信号发射端来进行定位。

一般使用天线阵列或者是定向天线来测量AOA，AOA最主要的优点就是对于系统没有时钟同步要求，而且相较于其他定位方案，AOA方案只需很少的信号发射端。而缺点是相较于其他定位方案，AOA定位需要特殊的天线，所以系统硬件比较复杂。另外一个缺点是对于远距离的定位目标，AOA的定位效果会明显下降。

(3)TOA定位方案

基于接收信号时间法即TOA，也为信号到达时间定位法，由TOA测量定位标签发射的信号和固定基站接收的信号，就会得到一个时间，之后在拿这个时间和光速相乘积，就可以得到两者之间的估计距离。可近似将三个固定基站看作圆心且将固定基站与标签的测距看作圆的半径，假设在视距下两两基站相交于一点，在运用三边定位算法可得到最终的定位估计值，因此需要至少三个固定基站参与移动标签的定位，该方法的缺点是对硬件时钟同步要求很高，

式中c表示为UWB信号的传播速率，计算公式可得最终定位估计值，利用TOA测距至少需要三个固定基站，还要保证三个以上的固定基站不能在一条线上，TOA由于需要时钟完全同步，因此对硬件的要求较高，进而成本较高

(4)TDOA定位方案

TDOA是基于到达时间差定位，系统中需要有精确时间同步功能。时间同步有两种，一种是通过有线做时间同步，有线时间同步可以控制在0.1ns以内，同步精度非常高，但由于采用有线，所有设备要么采用中心网络的方式，要么采用级联的方式，但增加了网络维护的复杂度，也增加了施工的复杂度，成本升高。并且，系统中还有一个专用的有线时间同步器，综合价格比较昂贵。另一种是通过无线做时间同步，采用无线同步一般可以达到0.25ns，精度稍逊于有线时间同步，但其系统相对来说更为简单，定位基站只需要供电，数据回传可以采用WiFi、Zigbee等方式，有效降低了成本。基站时间同步之后，标签发送一个广播报文，基站收到之后，标记接收到此报文的时间戳，将内容发送到计算服务器，计算服务器更加其他基站的定位报文的时间戳，计算出被定为目标的位置

UWB技术最早出现在上世纪60年代，主要用于军事雷达。由于它具有隐蔽性好、传输速率高、系统容量大、功耗低、抗干扰能力强等诸多优势，逐渐应用于通信和定位领域。特别是FCC在解除UWB在民用领域的限制后，UWB得到了迅速的发展，常见的应用领域如下:

UWB技术具有系统功耗低、容量大、传输速率快、抗干扰能力强、定位精度高等优势，在室内高精度定位方面得到了越来越广泛的应用。目前应用较多的场所主要有以下方面：

(1)智慧工厂。近年来随着工业4.0的提出，大型工厂企业的自动化、智能化水平不断提升，对于工厂设备的实时位置和职工的运动轨迹和自身安全都提出了更高的要求。UWB由于其定位精度高、标签容量大和实时传输的特点，有利于工厂对人员和设备进行实时智能化管理，同时可以有效预防安全问题的发生。

(2)智能家居。采用UWB定位技术，可以对家具、电器位置等进行一个实时定位，形成一个完整的家居布局图。人们可以对家居环境有一个整体的了解，并可以进行合理的调整，使家居布局更加合理，同时可快速找到所需的家居。

(3)养老院、监狱的智能化管理。这俩个地方具有人员密集度高、流动性大的特点，传统的管理模式很难做到对每一个人员位置信息的实时掌握。UWB定位技术通过给每个区域安装定位基站，同时给每个人员配发标签的方式，使得管理人员可以轻松的获取每个人员的实时位置，使管理效率大大提高。此外，在地下停车场、隧道、矿井、图书馆、超市等地方UWB室内定位技术也得到了越来越多的应用，通过对所需目标的实时精准定位，实现了高效便捷的管理机制和多功能并存的智能管理系统，将来在可预见的消费电子和通信领域得到大规模的应用。

(4)石油化工:石油化工场景属于高危环境，UWB定位技术可以对帮助现场作业人员进行险情预警以及方便援救逃生。近些年相应的政策出台以保障此高危行业的安全。

(5)物流仓储:仓储物流环节的UWB应用可以解决仓库物资的高周转效率问题。通过UWB定位，可以实时的对仓库里各类物料以及人员进行精确的监控，显著提升生产效率。

(6)建筑施工:建筑施工行业采用UWB定位技术可以实现现场进度可控、减少浪费以及提升施工人员的安全保障，提升施工效率。

UWB（超宽带技术）相关报告：

【公司研究】浩云科技-领先物联网平台服务商开拓UWB广阔市场-20201105（20页）.pdf

物联传媒：中国UWB定位市场研究报告2019版（36页）.pdf

【公司研究】环旭电子-发力射频及可穿戴AiP、UWB创增量-20200519[24页].pdf

【公司研究】2020年浩云科技企业加强UWB的全产业链布局深度研究报告（25页）.pdf