一、前世：UWB概述
　　
　　超宽带（Ultra Wide-Band，UWB）： 超过中心频率 20%的相对带宽，或拥有 500MHz 以上的绝对带宽。通常UWB指的是脉冲无线电超带宽（Impulse Radio Ultra-Wideband，IR-UWB) 。
　　
　　UWB不是新东西，早期主要用于面向B端的高精度定位，自19年苹果发布支持UWB的iPhone11后，面向C端的应用吸引了手机厂商和汽车厂商的关注。
　　
　　2004年以前，IEEE 802.15.3a致力于基于UWB的10米范围内的无线高速数据传输。2004年，IEEE成立802.15.4a工作组开发UWB物理层标准，将关注点转向高精度定位。FCC为UWB分配了3.1-10.6GHZ共7.5GHZ频带，但严格限定UWB辐射功率功率为 -14dBm。
　　
　　UWB定位芯片行业老大是Decawave。国内这方面积累相对弱点，但也有跟进的。另还有NXP全场景的UWB芯片，三星就是用他们的。苹果用的是自研的U1芯片。Decawave是目前全球最大的UWB定位芯片厂家，Decawave拥有从芯片的开发套件各种产品，而且很便宜，试用成本低。
　　
　　二、UWB定位技术
　　
　　UWB定位基础是ToF/ToA测距。单纯的TOF算法有一个比较严格的约束：发送设备和接收设备必须始终同步。这是一个比较棘手的问题，但是一种Double-sided Two-way Ranging的算法巧妙的避开了这个问题，它既利用了TOF测距的优良特点，同时又极大的去除了TOF的同步问题，从而为TOF的实用化扫清了道路。
　　
　　UWB定位的另一个基础是利用AOA和AOD测角。需要有至少两根天线，距离为d，当电磁波发射过来时，两根天线具有一个光程差。而学过电磁波原理的人都知道，知道相位差就能知道光程差，知道光程差与天线距离，就能算出夹角。因此，通过测量两个波的相位差就可以得到夹角。这就是测角的原理。
　　
　　通过测角的定位原理是：已知2个或以上基站的位置，加上AoA/AoD 测量的角度，即可确定终端的位置。通过测距的定位原理是：基于ToF计算3个或以上基站到终端的距离，即可确定终端的位置。那么，如果基站只有一个怎么办呢？我们通常是通过天线阵列来搞定。
　　
　　三点测距定位是有缺陷的，因为它需要测量TOF，需要基站和终端之间的同步。因此，业界通常采用的是另一种方法，叫TDOA。通过测量出两个不同基站与终端的传输时延差来进行定位，每个基站对应一条双曲线，双曲线的交点就是目标点。因为基站的位置是固定的，基站之间进行同步与基站和移动终端之间进行同步要容易实现得多。
　　
　　上述讨论的主要是绝对定位，接下来讨论相对定位技术的应用。UWB相对定位的原理是一个设备带有两个天线，通过基于到达相位差的AoA测量角度，通过基于ToF的SS-TWR测距测量距离。结合两个设备之间的相对距离和方位角，可计算两个设备的相对位置。优点是部署简单，无需要部署额外基站。
　　
　　UWB纳秒级窄脉冲和低占空比，使UWB可以实现cm级定位精度，这就是UWB在定位方面相比其它所有非脉冲通信的优势。UWB天然具有更高的安全性，其使用测量时延的方式而非信号强度的方式，可以有效防止中继攻击。
　　
　　Decawave做过一个多种定位技术的对比。对比结果表明，UWB在精度和可靠性上都优于其它技术，同时，也在安全性、时延、可扩展性和功耗上具有明显优势。
　　
　　相对于新兴的蓝牙5.1定位技术来说，笔者认为，UWB有五胜：
　　
　　1、UWB在定位方面更专用。蓝牙还可能要兼顾其他功能，从定位技术角度来说，就有太多的冗余东东了，这个角度上，UWB胜。
　　
　　2、多径效应。比如在房间里等空间应用，信号反射如果有多个，可能就很难区分。这方面UWB的短脉冲和低占空比，反射不易叠加，可精确区分。这一点上，UWB胜。
　　
　　3、测量原理。从前文可知，UWB更精确。
　　
　　4、误差。信号强度距离的平方负相关，蓝牙的测距只能叫评估，不能叫测量。评估远还是近，但无法明确指出是几点几米。举个例子，假设测角误差为5度，若两个设备相距10米，则定位偏差为1.8m左右，但若是相距50m，定位偏差则可能高达8.87m。这是因为角度确定后，形成的是一个锥形，锥形越长，开口越大。这里我没画图，大家想象一下？这方面，UWB误差更小。
　　
　　5、技术成熟度。目前来说UWB比蓝牙5.1定位的软硬件要更加成熟，至少我们现在看到了UWB成熟的产品。
　　
　　三、UWB数据传输技术
　　
　　UWB高速数据传输，主要遵循04年以前的802.15.3规范，本来想打造无线个人局域网络，Intel和三星都非常积极，但是在Wi-Fi 5/6的出现后，优势不再明显。后面标准也没定下来，产业也没跟上去，就黄掉了。
　　
　　现在，演进的标准是802.15.4规范下的UWB低速数据传输，主要服务于精准定位和安全通信。它的主要演进方向为精确性、数据速率和安全性三个方面。
　　
　　在点对点安全传输方面，UWB相比NFC感知范围广、传输速率高、防中继攻击能力强，相比Wi-Fi更适用于低速率、密集终端的恶劣环境数据传输。我们不说UWB要替换NFC，但基于其精确测距，UWB完全可以作为NFC的一种辅助模式存在，提高用户交互体验。
　　
　　另外，在高速数据传输方面，当前主要集中在更高的频谱和更复杂的调制方式等方面，脉冲UWB并不在考虑范畴。
　　
　　四、今生：UWB应用场景
　　
　　随着移动设备使能UWB，UWB应用场景从标签与固定基站之间交互，逐步演化为基于相对定位的移动设备与固定基站/移动设备之间交互。
　　
　　智慧门禁。安全性的关键在于证明“人与凭证都在”。证明“人在这里”，与凭证同等重要。业界多结合多种技术一起使用，例如使用蓝牙进行设备发现，UWB 则用于精准定位，而 NFC 则是用于手机没电情况下的备用进入手段。UWB是辅助手段，传统手段应该继续存在！
　　
　　定位服务。有传统的定位，也可利用UWB定位来做镜头跟踪，也可以用在就近配对场景中。例如，耳机与电脑配对，当来了电话，把手机拿过来，耳机自动与手机配对等。
　　
　　精准离线寻人找物。这是一整套解决方案，简单来说，就是手机不联网，也可以通过第三方的手机获得GPS定位粗略位置，然后，再结合AR，通过UWB获取设备精确位置。比如苹果的AirTag。
　　
　　新型交互方式。在屏幕上滑动后，与轨迹方向的设备进行交互，指向性交互的模式也是类似的。
　　
　　互动游戏。比如：两人各自通过一个滑块将移动的小球打到另一个设备的屏幕上，也可以进行多人AR对战，或者重新定位多屏互动。
　　
　　当前各大终端厂商都在UWB方面已开始有部分应用。主要场景有无感数字钥匙、指向性交互、寻人找物等，对于手机公司来说，UWB 未来可能成为像蓝牙、GPS 一样的标配。
　　
　　五、未来：思考和总结
　　
　　最后是一些关于UWB相对定位前景思考。我们知道，基本上所有智能手机都支持Bluetooth和Wi-Fi，但NFC并不是。UWB至少需要像NFC一样规模的部署。另外，还需要有杀手级的应用。
　　
　　本文观点总结为以下四点，欢迎大家一起参考讨论：
　　
　　（1）UWB相对定位是UWB技术的着重应用点；
　　
　　（2）如果定位需求可靠性、稳定性、精确性和可重现性，UWB相比蓝牙5.1更具优势；
　　
　　（3）UWB低速数据传输而非高速数据传输；
　　
　　（4）UWB还有比较长的路要走，至少需要像NFC一样规模的部署。另外，还需要有杀手级的应用。