白话UWB
UWB是什么？
UWB（Ultra-Wide Band）即超宽频技术，是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。
UWB技术起源于20世纪60年代，美国军方开发UWB技术用于雷达系统等系统。随着冷战的结束，UWB技术逐渐转向民用发展，我们较熟悉的就是无线电脉冲通信。
UWB遵循802.15.4协议标准，主要应用在近场通信场景，由于UWB技术具有数据传输速率高（达1Gbit/s）、抗多径干扰能力强、功耗低、成本低、穿透能力强、截获率低、与现有其他无线通信系统共享频谱（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）等特点，UWB技术成为无线个人局域网通信技术（WPAN）的首选技术。
UWB使用"脉冲"信号进行信息传输，所谓脉冲，就是指产生和消失时间极其短暂的瞬间电流；UWB脉冲波产生和消失时间仅为数百微秒至数纳秒以下，1毫秒是1/1000秒，1微秒是1/1000毫秒，1纳秒相当于1/1000微秒，由于在1纳秒的时间里光也只能传播约30cm的距离，可见这种脉冲非常之短。
UWB能通过无线电波使多个UWB设备在4-12英寸（10至30厘米）范围内确认相互之间的位置，可用于实现设备之间的短距离数据传输，通过UWB设备之间的测距实现定位，以感知自身的空间位置。
近期苹果上市的IPHONE12，标配名为“U1”的UWB芯片，使iPhone手机具有更为细腻的空间感知能力；
根据苹果官方介绍，搭载U1芯片的iPhone11系列，手机的定位功能进一步提高，它不仅可以感知自己手机的位置，还可以更快的锁定其他手机的具体位置；
再比方当用户在使用隔空投送（AirDrop）功能时，只需要将个人的iPhone产品指向其他人的iPhone，系统就会为对方优先排序（距离越近，优先级越高），从而实现距离最近者优先选中并快速完成文件共享的服务。
小米此前也已推出了基于UWB技术的“一指连”功能，能够实现将小米手机指向风扇、音箱等任意智能设备时都可直接控制，角度测量精度可达±3°。
有专家指出，未来的UWB的核心发展方向仍然是雷达类应用，即定位和指向控制，UWB技术可以成为搭建未来智慧化生活的基础。
UWB基站和标签
图片来源：恒高，知乎
看看UWB的基站和标签的盒子，多少觉得基站和标签应该是两个不同的设备，但实质上他们确实一样的，都是集成了UWB芯片+天线的的硬件设备，外形上的不一样有点被欺骗的感觉，不同的地方是处理能力、天线射频功放的覆盖范围不一样而已。
Decawave是目前已知唯一支持IEEE 802.15.4的UWB定位芯片厂商。他们提供低成本的芯片出售，零售价格在几美元。芯片型号是DW1000，符合IEEE 802.15.4-2011 UWB标准协议（在理想条件下，最大可测量范围为300m）。
在苹果公司的产品发布会后，基于Decawave芯片DW1000的定位厂商INTRANAV连发两条推特，声称其套件支持与iPhone11的互操作，Decawave也转发了该推特。这说明，苹果U1有极大的可能支持IEEE 802.15.4。
其它从事UWB技术研究的厂商还包括Ubisense、BeSpoon，这些厂商使用了自己的UWB解决方案，通常以模组套件的形式推出，但均不支持IEEE 802.15.4。
要实现更好的空间感知，需要应用生态的支持。为了构建整个应用生态，不同厂家设备性需要实现互操作、互兼容。可以预见，未来所有厂家设备都将可能支持IEEE 802.15.4标准。
主要应用场景
如下来源知乎：https://zhuanlan.zhihu.com/p/47190294
1、隧道管廊：
在隧道施工现场，通过部署UWB超宽带定位系统，将定位标签集成至员工胸卡、安全帽等穿戴设备内，可以提供的集风险管控、人员管理、实时显示、应急救援等功能能够准确定位工人位置，保障工人施工安全、施工质量、施工进度。
2、工业制造：
在工厂中，UWB超宽带定位系统可以帮助传统工厂实现数字化管理，可实时查看员工位置、在岗时间、离岗时间、移动轨迹，提高岗位巡查效率。通过后台对仓储货物位置的监管，可查看物品位置、所属仓库等数据，防止物资设备的丢失。
3、司法监狱：
监狱安全管理一直是备受关注的问题，通过UWB超宽带定位技术如何杜绝监狱犯人管理漏洞、降低监管执法风险呢？在监狱，通过UWB超宽带定位系统，将定位标签集成至犯人定位腕带中，能够对服刑犯人进行实时监控。包括：实时掌握人员的实时位置、人数清点、犯人腕带防拆报警、电子围栏、聚众分析、行动轨迹跟踪、 回放、摄像联动警报等，能够很大程度的降低监管执法的风险，防止意外事故的发生。
4、养老院：
在养老院，通过给老人佩戴智能手环或胸牌，不仅能够实时查看老人位置，还能够通过设置电子围栏来圈定安全活动范围，一旦老人走出安全区域，系统就会及时预警，通知管理人员前往查看，避免老人走失。因为护工人员不可能24小时陪在每一个老人身边，难免会有疏漏，所以可以将一键报警功能集成在手环或胸牌之中，一旦老人遇到危急情况，按下按钮就能够通知护工人员及时予以救助，避免危及老人生命健康安全。
5、无绳USB
无绳USB(Wireless USB)是一种无线接口标准，目标是以无线取代目前的USB连线。无线技术方面将使用超宽带近距离高速通信技术“UWB”。目标传送速度为USB2.0的最大通信速度480Mbit/s。可望UWB无线技术将取代USB，成为PC的外设接口。
测距技术原理说明
1. TOF
飞行时间法（Time of flight，TOF）是一种双向测距技术，它通过测量UWB信号在基站与标签之间往返的飞行时间来计算距离。根据数学关系，一点到已知点的距离为常数，那么这点一定在以已知点为圆心，以该常数为半径的圆上。有两个已知点，就有两个交点。以三个已知点和距离作三个圆，他们交于同一个点，该点就是标签的位置。
基于TOF的定位方法测距不依赖基站与标签的时间同步，故没有时钟同步偏差带来的误差，但TOF测距方法的时间取决于时钟精度，时钟偏移会带来误差。为了减少时钟偏移量造成的测距误差，通常采用正反两个方向的测量方法，即远端基站发送测距信息，标签接收测距信息并回复，然后再由标签发起测距信息，远端基站回复，通过求取飞行时间平均值，减少两者之间的时间偏移，从而提高测距精度。
2. TDOA
到达时间差（Time Differenceof Arrival，TDOA）是一种利用到达时间差进行定位的方法又称为双曲线定位。标签卡对外发送一次UWB信号，在标签定位距离内的所有基站都会收到无线信号，如果有两个已知坐标点的基站收到信号，标签和基站的距离间隔不同，因此这两个收到信号的时间节点是不一样的，根据数学关系，到已知两点为常数的点，一定处于以这两点为焦点的双曲线上。那么有四个已知点（四个定位基站）就会有四条双曲线，四条双曲线交于一点就是标签的位置。
TDOA算法并不是直接利用信号到达时间，而是利用多个基站接收到信号的时间差来确定移动目标的位置。因此与TOA相比并不需要加入专门的时间戳来进行时钟同步，定位精度相对有所提高。
3. TWR
双向测距又叫TWR(Two-Way-Ranging). 其原理就是采用TOF的概念，如下图
DeviceA 和 DeviceB是两个UWB模块。测距首先由A发起，B收到之后再发回一个相应(Responds)，A再接收这个相应，完成一次测距，在A和B每一次发送数据和收到数据的时候。都要记录当前时间戳。这样，通过时间戳相减，就可以得到传输时间差：
Tprop = 1/2(Tround - Treply) --TWR基本公式
结合上面的图，非常好理解，得到 Tprop 飞行时间(TOF)，有了 Tprop ,再乘以光速c就是距离。
双边双向测距(ADSTWR：Asymetic double side two way ranging)是 TWR的升级改进版本，更加精确！
4、PDOA（Phase Difference Of Arrival）
利用到达角相位来测量基站与标签之间方位关系
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