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做UWB项目前需要了解的信息
来源: | 作者:网络 | 发布时间: 86天前 | 114 次浏览 | 分享到:
根据美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission)的规定,UWB定位被定义为一种RF信号,该信号占据频谱的一部分,该频谱的一部分大于中心载波频率的20%,或者带宽大于500 MHz。UWB是一种通信信道,可在频谱的很大一部分上扩展信息。这允许UWB定位发射机在消耗很少的发射能量的情况下发送大量数据。通过利用到达时间差(TDOA)或RF信号获得参考点与目标之间的距离,可以将UWB用于室内定位。
超宽带定位(UWB定位)是最新出现的室内定位技术之一。在进行UWB定位之前,有类似的技术被称为基带,脉冲和无载波技术。美利坚合众国国防部是第一个使用“超宽带”一词的人。UWB室内定位在1990年代后期开始商业化。UWB无线电是一种频谱访问方法,可以在个人局域网空间上提供高速数据速率通信。 

根据美国联邦通信委员会(Federal Communications Commission)的规定,UWB定位被定义为一种RF信号,该信号占据频谱的一部分,该频谱的一部分大于中心载波频率的20%,或者带宽大于500 MHz。UWB是一种通信信道,可在频谱的很大一部分上扩展信息。这允许UWB定位发射机在消耗很少的发射能量的情况下发送大量数据。通过利用到达时间差(TDOA)或RF信号获得参考点与目标之间的距离,可以将UWB用于室内定位。

UWB定位系统依靠发射极短的脉冲并使用会导致无线电能量以非常低的功率谱密度散布(在宽频带上)的技术。这种高带宽为通信提供了高数据吞吐量。UWB脉冲的低频使信号能够有效地通过常见物体,例如坠落,家具和其他物体。

uwb本地化主要使用三个方面:大宽带通信、无线定位和资产跟踪、雷达。

实际上,UWB定位技术可以为许多应用提供实时的室内精确跟踪,例如用于紧急服务的移动清单和定位信标,针对盲人和视力障碍者的室内导航,人员或仪器的跟踪以及军事侦察。UWB定位信号可为室内环境提供准确的位置和位置估计。 


为什么最近超宽带室内定位受到关注? 通常,UWB定位系统的高数据速率可以达到每秒100兆位(Mbps),这使其成为近场数据传输的理想解决方案。 同样,高带宽和极短的脉冲波形有助于减少多径干扰的影响,并有助于确定发射机和相应接收机之间突发传输的TOA,这使得UWB比其他技术成为室内定位的理想解决方案。 为了明确地执行多径分辨率,单个脉冲的长度确定最小差分路径延迟,而周期脉冲确定最大可观察到的多径延迟。 此外,UWB脉冲的低频使信号能够有效地穿过障碍物,例如墙壁和物体,从而提高了UWB的定位精度。实际上,UWB提供了很高的准确率,可以将误差减小到亚厘米以下。因此,对于需要高精度结果的关键定位应用,UWB定位可以被视为最合适的选择之一。与其他定位技术(例如红外和超声波传感器)不同,UWB室内定位技术不需要视线,并且由于其高带宽和信号调制而不受其他通信设备的存在或外部噪声的影响。而且,与信标等其他可比技术相比,UWB设备的成本并不昂贵,并且消费者的能耗更低。

许多室内定位系统是使用UWB技术在商业上实现的。根据TechNavio市场研究公司发布的报告,室内定位服务市场在2014年至2019年期间的年均复合增长率为29.7%。今天,到2021年,室内定位系统已用于在医院,大型购物中心,机场,博物馆,运动员训练等领域的各种应用。

尽管UWB室内定位确实具有其优势,但UWB应用必须将其操作限制在UWB的宽频率范围内的短频率范围内,以降低干扰的可能性。为了规范UWB室内本地化的广泛使用,开发了免许可(未许可)和单独许可的框架。美国,欧盟和许多亚太国家/地区等许多国家和主管部门都采用了免许可证的框架来进行UWB定位。这些框架要求应用特殊的遮罩和操作条件。联邦通信委员会,欧洲国家,韩国和日本一致同意将3100至10,600 MHz频带的全部或部分用于此类广泛的应用。 在美国,对UWB定位系统的带宽和功率谱密度有非常严格的要求。规定的发射频率由美国国家电信和信息管理局(NTIA)监管。 实施UWB定位系统的挑战之一是避免按照国家有关使用频率的规定,以规定的频率传输信号。除非许多国家达到有关频谱投诉的NTIA指南或其他发达国家的任何等效要求,否则许多国家不会为新设备提供UWB频率分配。

超宽带室内定位的优势。 使用UWB室内导航系统的优点之一是,由于其功耗低,因此无需许可证。UWB未归类为无线电设备,因为其低功率信号不会干扰大多数现有无线电系统。与其他定位系统相比,UWB消耗的功率较低,从而提高了电源效率,从而延长了设备的电池寿命。UWB定位使用脉冲组,允许发射机仅在脉冲传输期间发送信号,这反过来又会在无线电上产生严格的占空比,以使基线功耗最小。 而且,超宽带定位通信的复杂性是在接收机而不是发射机中实现的。此功能为发送器提供了低功耗,并尽可能地将复杂性转移给了接收器。此外,UWB由于带宽大,因此具有非常高的多径分辨率。大带宽提供了频率分集,使时间调制超宽带(TM-UWB)信号能够抵抗多径问题和干扰。时间调制的UWB具有较低的拦截和检测概率,它被用于某些特定的应用中,例如在军事中。 与传统信号相比,UWB室内定位系统对障碍物(例如墙壁,家具和人)的穿透力更大,并且它们实现了相同的数据速率。但是,由于功率限制,普通的UWB定位系统可能难以穿透墙壁。  

超宽带室内定位缺点。尽管uwb本地化系统在许多应用程序中都有其长处,但确实存在一些弱点。例如,由于配置错误,可能干扰附近工作于超宽频谱的系统。在美国,用于通信应用的UWB频率范围是3.1至10.6 GHz,其工作频率与流行的通信产品(如微波访问全球互操作性(WiMAX)和数字电视)的频率相同。在某些国家/地区,它也可能会干扰诸如第三代3G无线系统之类的系统。 

令人担忧的是,许多UWB定位设备可能会对GPS和飞机导航无线电设备造成有害干扰。为了克服这些担忧,已经开发了各种技术来消除对其他敏感服务的有害干扰,例如检测和避免。从现有系统到UWB定位系统的干扰也可能发生。UWB室内定位系统的信号可能会散布在包含窄带系统现有频率的其他带宽上。通过使用最小均方误差(MMSE)多用户检测方案来拒绝强的窄带干扰,可以提高这种干扰。同样,许多UWB标签之间的同时测距可能会导致某些信道访问控制问题,从而可能导致UWB定位精度下降。

尽管在UWB中使用非常短的脉冲具有许多优点,但UWB接收器要求以相对于脉冲速率的时间非常高精度来进行信号采集,同步和跟踪。这些步骤很耗时。定位是导航系统中最重要和最具挑战性的阶段之一,在该阶段已开发出各种技术来提高性能。尽管UWB定位除了提供许多其他功能(例如,免许可证,低功耗不会干扰大多数现有无线电系统,大带宽和高数据速率通信)以外,还提供高精度定位,但UWB定位技术可能会影响GPS和飞机导航无线电设备,并且还可能对在超广谱中运行的现有系统造成干扰。


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