【導(dǎo)讀】隨著物聯(lián)網(wǎng) (Internet of Things, IoT) 的迅速發(fā)展，多種設(shè)備間的無縫連接和高精度定位需求變得越來越重要。UWB (Ultra-Wideband，超寬帶) 技術(shù)因其獨(dú)到的特性和優(yōu)勢，逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。在智慧城市、智能家居、工業(yè)自動化等應(yīng)用場景中，UWB技術(shù)能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的多樣化需求。本文將為您介紹UWB技術(shù)的發(fā)展，以及由 Murata (村田制作所) 所推出的相關(guān)解決方案。
隨著物聯(lián)網(wǎng) (Internet of Things, IoT) 的迅速發(fā)展，多種設(shè)備間的無縫連接和高精度定位需求變得越來越重要。UWB (Ultra-Wideband，超寬帶) 技術(shù)因其獨(dú)到的特性和優(yōu)勢，逐漸成為物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的核心技術(shù)之一。在智慧城市、智能家居、工業(yè)自動化等應(yīng)用場景中，UWB技術(shù)能夠滿足物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的多樣化需求。本文將為您介紹UWB技術(shù)的發(fā)展，以及由 Murata (村田制作所) 所推出的相關(guān)解決方案。
UWB技術(shù)逐漸成熟應(yīng)用市場日漸拓寬
UWB技術(shù)是一種無線通信技術(shù)，其特點(diǎn)是使用非常寬的頻譜來傳輸數(shù)據(jù)。UWB技術(shù)自上世紀(jì)90年代開始發(fā)展，最初主要應(yīng)用于雷達(dá)和軍事通信領(lǐng)域。隨著技術(shù)的進(jìn)步和成本的降低，UWB逐漸進(jìn)入民用市場。
UWB技術(shù)的早期發(fā)展（1990年代）是應(yīng)用于軍事和雷達(dá)系統(tǒng)，主要用于高精度的定位和成像。當(dāng)時的研究重點(diǎn)是如何在不干擾其他無線通信系統(tǒng)的情況下，實(shí)現(xiàn)高帶寬數(shù)據(jù)傳輸。
隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，UWB進(jìn)入了商業(yè)應(yīng)用的研究階段。2002年，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）批準(zhǔn)UWB在3.1-10.6 GHz頻段內(nèi)使用，并對發(fā)射功率訂定嚴(yán)格的限制。隨后，IEEE 802.15.4a工作組制定UWB的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，為UWB技術(shù)的應(yīng)用設(shè)立規(guī)范。
2010年代后，UWB技術(shù)開始應(yīng)用于各種商用領(lǐng)域，如準(zhǔn)確定位、室內(nèi)導(dǎo)航和短距離高數(shù)據(jù)速率通信。隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）和智能城市的興起，UWB技術(shù)的應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。
UWB技術(shù)的應(yīng)用相當(dāng)寬廣，UWB的高精度特性非常適合用于定位。它可以實(shí)現(xiàn)厘米級的精度，常用于室內(nèi)定位系統(tǒng)（Indoor Positioning Systems, IPS），例如在大型建筑物、倉庫或工廠內(nèi)進(jìn)行人員和資產(chǎn)跟蹤。
此外，UWB技術(shù)也被應(yīng)用于移動支付和訪問控制系統(tǒng)中，因?yàn)樗軌蛱峁?zhǔn)確的距離測量和穩(wěn)定的通信連接。例如，Apple的UWB技術(shù)被應(yīng)用于iPhone和Apple Watch，用于實(shí)現(xiàn)無縫的訪問控制和準(zhǔn)確的設(shè)備通信。
在汽車領(lǐng)域，UWB技術(shù)應(yīng)用在汽車免鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)（keyless entry system），提供高安全性和防盜功能。此外，UWB還可用于車內(nèi)乘客監(jiān)控和車輛間（V2V）通信，以提高行車安全性。
UWB技術(shù)適用于各種IoT應(yīng)用，特別是需要高精度定位和低功耗的場景，如智能家居設(shè)備、醫(yī)療監(jiān)測設(shè)備和工業(yè)自動化系統(tǒng)。UWB技術(shù)還可應(yīng)用在虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）設(shè)備中，提供準(zhǔn)確的運(yùn)動跟蹤和無線數(shù)據(jù)傳輸，提升用戶的交互體驗(yàn)。
UWB技術(shù)具備高精度優(yōu)勢，非常適合需要高精度的應(yīng)用場景；UWB使用寬帶譜，能夠在短距離內(nèi)實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸。此外，UWB技術(shù)可在低功耗模式下運(yùn)作，非常適合便攜設(shè)備和物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用；UWB的頻譜還擁有很強(qiáng)的抗干擾特性，能夠在嘈雜的無線環(huán)境中保持穩(wěn)定通信。
UWB技術(shù)在經(jīng)過多年的發(fā)展后，已經(jīng)成為一種多功能的無線通信技術(shù)，應(yīng)用范圍寬廣，從準(zhǔn)確定位到高數(shù)據(jù)速率傳輸，具有龐大的市場潛力。隨著技術(shù)的不斷成熟和應(yīng)用場景的拓展，UWB技術(shù)在未來無線通信領(lǐng)域?qū)缪葜陵P(guān)重要的角色。
滿足電池供電物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需求的超小型UWB模塊
UWB技術(shù)通過無線電波飛行時間（ToF）安全且準(zhǔn)確地測量距離。針對相關(guān)的應(yīng)用，Murata推出多款UWB模塊與相關(guān)的評估套件，協(xié)助客戶加速產(chǎn)品開發(fā)。
首先，Murata的Type 2BP是一款超小型UWB模塊，其包括了NXP的SR150 UWB芯片組、時鐘、濾波器和外圍組件，非常適合一般物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括電池供電設(shè)備。
Type 2BP是具有樹脂模塑保形屏蔽的小尺寸UWB模塊，采用NXP Trimension SR150芯片組，符合IEEE802.15.4z HRP PHY，支持5、9 UWB通道，支持62.4MHz、124.8MHz和249.6MHz PRF模式，數(shù)據(jù)速率為6.81Mbps、7.8Mbps、27.24Mbps和31.2Mbps，具有SPI接口，符合FCC與ETSI UWB頻譜模板，支持雙向測距（DS-TWR）和單向測距（TDoA），可安裝3個天線（支持3D AoA 或2D AoA），支持功率校準(zhǔn)和晶體校準(zhǔn)。
Type 2BP采用ARM Cortex-M33的CPU內(nèi)核，內(nèi)置128kB代碼RAM，128kB數(shù)據(jù)RAM，支持外接天線，但不包括射頻連接器與天線，工作溫度范圍為-30至85℃，采用SMT安裝與LGA封裝，最大尺寸為6.6 × 5.8 × 1.2 mm，重量僅有107 mg，電源電壓（Vdc）為1.8V，并通過FCC/IC/MIC（日本）認(rèn)證，以及ETSI報告、FiRa認(rèn)證與ISO9001，產(chǎn)品達(dá)到MSL第3級，并符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。
為協(xié)助客戶加速產(chǎn)品開發(fā)，Murata也推出Type2BP-EVK評估套件，這是款入門套件，可協(xié)助客戶使用Type 2BP UWB模塊進(jìn)行UWB開發(fā)。該評估套件采用Type 2BP模塊（NXP Trimension SR150和NXP QN9090 BLE芯片），具有USB/SWD接口，以及板載3根天線，內(nèi)置USB/UART轉(zhuǎn)換IC，可通過USB電纜和PC的COM端口供電，并可通過QN9090控制Type 2BP，該開發(fā)套件已獲得Apple?批準(zhǔn)，用于評估支持UWB的配件，這些配件通過運(yùn)用Apple的Nearby Interaction框架，可與包含U1芯片的Apple產(chǎn)品進(jìn)行交互。
結(jié)合藍(lán)牙低功耗的集成UWB模塊
Murata的另一款UWB模塊Type 2DK，是一款結(jié)合藍(lán)牙的集成UWB低功耗模塊，集成NXP Trimension? SR040 UWB芯片組、NXP QN9090 藍(lán)牙?低功耗與MCU芯片組，以及UWB/藍(lán)牙?低功耗板載天線和外圍組件，非常適合使用鈕扣電池供電的UWB標(biāo)簽／跟蹤器以及一般物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。
Type 2DK模塊符合IEEE802.15.4z HRP PHY，符合藍(lán)牙低功耗5.0，采用5與9 UWB頻率通道，CPU內(nèi)核為ARM Cortex-M4（QN9090），內(nèi)置640KB閃存與152KB SRAM，工作溫度范圍為-30至85℃，采用SMT安裝與LGA封裝，最大尺寸為19.6 × 18.2 × 2.3 mm，重量僅有1.296克，采用3V電源電壓（Vdc），通過FCC/IC/MIC（日本）與ETSI報告、ISO9001認(rèn)證，產(chǎn)品達(dá)到MSL第3級，并符合RoHS標(biāo)準(zhǔn)。
Murata也配合Type 2DK推出Type2DK-EVK評估套件，這是一款入門套件，可使用Type 2DK UWB模塊進(jìn)行UWB開發(fā)。這款綜合評估板具有USB/SWD接口，以及板載加速度計，可切換鈕扣電池與USB總線電源，內(nèi)置USB/UART轉(zhuǎn)換IC，尺寸僅有36 × 35 × 12.45 mm，可立即用來評估標(biāo)簽設(shè)備。
超小型高質(zhì)量低功率UWB模塊
Murata還有一款UWB模塊Type 2AB，設(shè)計為超小型、高質(zhì)量和低功耗的UWB模塊，非常適合小型電池供電的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和應(yīng)用。
Type 2AB采用Qorvo QM33120W UWB芯片組，支持頻道5和9與藍(lán)牙低功耗2.4GHz，通過FCC/IC/TELEC參考認(rèn)證，集成Nordic IC/nRF52840無主機(jī)模塊，還具有藍(lán)牙低功耗功能，用于喚醒UWB和更新固件。Type 2AB集成3軸傳感器可節(jié)省電池電量，并嵌入UWB和MCU的參考時鐘。
Type 2AB能夠?yàn)榭蛻舻漠a(chǎn)品設(shè)計和創(chuàng)新帶來便利與價值，Type 2AB是市場上至為小巧且高度集成的UWB模塊，比CoB解決方案面積減少75%，每個器件的頻率、發(fā)射功率和天線延遲均經(jīng)過校準(zhǔn)，支持多天線設(shè)計和評估。
Type 2AB采用ARM Cortex-M4 CPU內(nèi)核，具有1MB閃存與256KB內(nèi)存，支持外接天線，但不包括射頻連接器與天線，工作溫度范圍為-40至85℃，采用SMT安裝與LGA封裝，最大尺寸為10.5 × 8.3 × 1.44 mm，重量為0.31g，電源電壓（Vdc）在VDD1、VDD2和VDDMCU時為3.0V，VUSB1.8V時為5.0V，支持藍(lán)牙5.2，功率等級為1級，內(nèi)置USB、UART、SPI、I2C主機(jī)接口，通過FCC/IC/MIC（日本）、ETSI報告與ISO9001認(rèn)證，符合RoHS規(guī)范與達(dá)到MSL第3級。
Murata也推出支持Type2AB UWB/藍(lán)牙低功耗模塊的評估板──LBUA5QJ2AB-828EVB，可通過USB接口將板上的Type-C USB端子與PC連接，板子可藉此通電并有串行端口，客戶可以通過串行端口終端輸入AT命令來評估射頻（RF）性能。如果客戶將演示固件重新編程到模塊中，還可以評估簡單的TWR和PDoA功能。
結(jié)語
高精度的UWB技術(shù)以其出眾的定位精度、高速數(shù)據(jù)傳輸和低功耗等特點(diǎn)，恰好契合物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備日益增長的需求。在智慧城市、智能家居、工業(yè)自動化等多個應(yīng)用場景中，UWB技術(shù)不僅提高設(shè)備的互聯(lián)互通能力，還能顯著提升系統(tǒng)的總體效率和可靠性。隨著UWB技術(shù)不斷發(fā)展和革新，未來其在物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用將更加寬廣且深入，助力實(shí)現(xiàn)更加智能化和效率至高的互聯(lián)世界。Murata推出的多款UWB模塊具有杰出的性能，并提供完整的開發(fā)工具套件，將能夠協(xié)助客戶迅速開發(fā)UWB應(yīng)用產(chǎn)品，搶占市場商機(jī)。
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