UWB超宽带定位技术概念

2018-10-19 15:18:17

3713 UWB

UWB超宽带定位技术概念：
超宽带无线通信技术（UWB）是一种无载波通信技术，UWB不使用载波，而是使用短的能量脉冲序列，并通过正交频分调制或直接排序将脉冲扩展到一个频率范围内。UWB的主要特点是传输速率高、空间容量大、成本低、功耗低等，必将成为解决企业、家庭、公共场所等高速因特网接入的需求与越来越拥挤的频率资源分配之间的矛盾的技术手段。

超宽带室内定位系统则包括UWB接收器、UWB参考标签和主动UWB标签。定位过程中由UWB接收器接收标签发射的UWB信号，通过过滤电磁波传输过程中夹杂的各种噪声干扰，得到含有效信息的信号，再通过中央处理单元进行测距定位计算分析。
未来无线定位技术的趋势是室内定位与室外定位相结合，实现无缝的、精确的定位。现有的网络技术还不能完全满足这个要求，而UWB技术由于功耗低、抗多径效果好、安全性高、系统复杂度低、定位精度极高等优点，在众多无线定位技术中脱颖而出。
UWB超宽带定位技术原理：
超宽带（Ultra Wide-Band，UWB）是一种新型的无线通信技术，根据美国联邦通信委员会的规范，UWB的工作频带为3.1~10.6GHz，系统-10dB带宽与系统中心频率之比大于20%或系统带宽至少为500MHz。UWB信号的发生可通过发射时间极短（如2ns）的窄脉冲（如二次高斯脉冲）通过微分或混频等上变频方式调制到UWB工作频段实现。
超宽带的主要优势有，低功耗、对信道衰落（如多径、非视距等信道）不敏感、抗干扰能力强、不会对同一环境下的其他设备产生干扰、穿透性较强（能在穿透一堵砖墙的环境进行定位），具有很高的定位准确度和定位精度。
UWB-TDOA定位原理：
该技术采用TDOA（到达时间差原理），利用UWB技术测得定位标签相对于两个不同定位基站之间无线电信号传播的时间差，从而得出定位标签相对于四组定位基站（假设1#、2#为第一组，2#、3#为第二组，3#、4#为第三组，4#、1#为第四组）的距离差：

式中di,12~di,14为UWB技术测得的定位卡相对于四组定位基站的距离差。
基本原理如下图所示：

恒高科技EHIGH-TDOA定位原理示意图
通过联接下式方程即可解算出定位卡的三维坐标：

使用TDOA技术不需要定位标签与定位基站之间进行往复通信，只需要定位标签只发射或只接收UWB信号，故能做到更高的定位动态和定位容量。
恒高UWB超宽带定位系统产品即使用UWB-TDOA技术实现了高精度、高动态、高容量、低功耗的定位系统。
UWB超宽带定位现场定位示意图

UWB超宽带定位技术优势
UWB是一种高速、低成本和低功耗新兴无线通信技术。UWB信号是带宽大于500MHz或基带带宽和载波频率的比值大于0.2的脉冲信号(UWBWG，2001)，具有很宽的频带范围，FCC规定UWB的频带从3.1GHz～10.6GHz，并限制信号的发射功率在-41dBm以下。
由此可见，UWB聚焦在两个领域的应用上，一是符合IEEE802.15.3a标准的短距离高速数据通信，即无线无延迟地传播大量多媒体数据，速率要达到1OOMbit/s-500Mbit/s；另一个是符合IEEE802.15.4a的低速低功率传输，用于室内精确定位，例如工地施工人员的位置发现、化工厂危险源检测、监狱服刑犯人危险行为预测、机器人运动跟踪等。
UWB信号的特点说明它在定位上具有低成本、抗多径干扰、穿透能力强的优势，所以可以应用于静止或者移动物体以及人的定位跟踪，能提供十分精确的定位精度。