UWB（Ultra-Wide Band，超寬帶）是一種無線通信技術(shù)，利用非常寬的頻譜（通常超過500 MHz）進(jìn)行高精度測(cè)距和定位。該技術(shù)最初主要應(yīng)用于軍用雷達(dá)系統(tǒng)。隨著頻譜開放以及民用市場(chǎng)對(duì)高精度定位的需求增長，2019年之后UWB技術(shù)逐漸普及到消費(fèi)電子、汽車、工業(yè)、智能家居、醫(yī)療等多個(gè)領(lǐng)域。

在汽車行業(yè)主要用于以下場(chǎng)景：

數(shù)字鑰匙（Digital Key）：車主攜帶手機(jī)或UWB鑰匙靠近車輛時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別并解鎖。UWB可以判斷鑰匙是在車內(nèi)還是車外，防止“中繼攻擊”（Relay Attack）。相比BLE或 NFC，其抗干擾能力更強(qiáng)且定位精度可達(dá)厘米級(jí)。目前主流的手機(jī)品牌均已支持UWB功能。

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智能泊車輔助：可用于車輛與停車場(chǎng)基礎(chǔ)設(shè)施之間的高精度通信，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)泊車、車位引導(dǎo)、車位識(shí)別等功能。

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車內(nèi)人員定位與交互：可以實(shí)時(shí)定位車內(nèi)乘客，精確感知不同座位上人員的存在與位置。借助高精度感測(cè)能力，能夠探測(cè)到諸如呼吸或熟睡兒童心跳等微小動(dòng)作，從而實(shí)現(xiàn)兒童遺留檢測(cè)（CPD）。

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手勢(shì)與動(dòng)作控制：通過揮手實(shí)現(xiàn)切歌、調(diào)節(jié)音量等操作。感知腳在保險(xiǎn)杠下方的特定踢動(dòng)軌跡來實(shí)現(xiàn)腳踢感應(yīng)開啟尾門。

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輔助電動(dòng)汽車充電：用于確定充電基礎(chǔ)設(shè)施與汽車的相對(duì)位置，并引導(dǎo)駕駛員使用手動(dòng)充電器。UWB還可以用于自動(dòng)解鎖、打開、關(guān)閉和鎖定充電蓋。在電動(dòng)汽車無線充電時(shí)，UWB還可以用于輔助汽車底部的磁性線圈與充電板中的充電線圈對(duì)齊。

UWB工作方式

UWB在通信時(shí)使用約2ns的脈沖用于數(shù)據(jù)傳輸，這種短時(shí)間脈沖特別適合高精度定位和低功耗通信。

在時(shí)域中是一個(gè)持續(xù)時(shí)間非常短的尖峰，通過傅里葉變換后在頻域中會(huì)展開成一個(gè)非常寬的頻率范圍。寬頻率的特性能夠保證很高的時(shí)間分辨率以及很強(qiáng)的抗干擾能力，并且在多路徑傳播時(shí)可以精確分離反射信號(hào)。根據(jù)工信部2024年發(fā)布的《超寬帶（UWB）設(shè)備無線電管理暫行規(guī)定》，中國允許的UWB工作頻率范圍是7.163GHz至8.812GHz。

UWB在測(cè)距時(shí)支持多種方式，各種方式適用于不同的應(yīng)用場(chǎng)景和精度要求。這些測(cè)距方式根本的共同點(diǎn)是基于飛行時(shí)間來計(jì)算距離。通過測(cè)量無線電信號(hào)從一個(gè)設(shè)備傳播到另一個(gè)設(shè)備所需要的時(shí)間（即飛行時(shí)間ToF），然后基于ToF*光速來計(jì)算距離。不同方法的區(qū)別在于如何精確地測(cè)量出這個(gè)飛行時(shí)間，并消除時(shí)鐘不同步帶來的誤差。

其中SS-TWR只需要一次往返通信，并且發(fā)起者和響應(yīng)者不需要嚴(yán)格的時(shí)間同步，很適合移動(dòng)設(shè)備的快速測(cè)距。下面以SS-TWR測(cè)距方式為例來看下UWB的測(cè)距原理。

該方法主要用于兩個(gè)設(shè)備（發(fā)起者和響應(yīng)者）之間的距離測(cè)量，其核心是通過一次往返通信來估算距離。測(cè)距流程如下：

1.

發(fā)起者發(fā)起測(cè)距請(qǐng)求。發(fā)起者向響應(yīng)者發(fā)送一個(gè)測(cè)距請(qǐng)求消息，并記錄發(fā)送時(shí)間T1。

2.

響應(yīng)者收到請(qǐng)求并回復(fù)。響應(yīng)者接收到消息后，記錄接收時(shí)間T2。然后發(fā)送一個(gè)響應(yīng)消息，并記錄發(fā)送時(shí)間T3。

3.

發(fā)起者收到響應(yīng)消息，并記錄接收時(shí)間T4。

4.

發(fā)起者可以根據(jù)上述時(shí)間戳計(jì)算出往返時(shí)間

根據(jù)信號(hào)傳播速度（約等于光速）計(jì)算距離

UWB命令接口

UCI（UWB Command Interface，UWB命令接口）是UWB技術(shù)的關(guān)鍵組成部分，用于在主機(jī)（Host）和UWB控制器之間進(jìn)行通信。

在沒有UCI標(biāo)準(zhǔn)之前，不同芯片公司的UWB芯片使用自己的命令來控制測(cè)距、數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。這嚴(yán)重限制了UWB技術(shù)的普及和應(yīng)用生態(tài)的建立。于是FiRa Consortium在2020年 建立了UWB技術(shù)的基礎(chǔ)規(guī)范，其中就包括UCI的初始版本，確保各類主機(jī)設(shè)備（如手機(jī)、電腦）能夠通過統(tǒng)一的命令集與UWB芯片進(jìn)行交互。通過UCI與芯片交互時(shí)主要使用以下幾個(gè)功能組：

UWB測(cè)試硬件VH4110

隨著物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議在汽車領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，CANoe中的Option Connectivity用于UWB、NFC、BLE、WLAN/LAN等物聯(lián)網(wǎng)協(xié)議的仿真、分析和測(cè)試，并推出了配套硬件設(shè)備VH4110（又稱IoT Enabler）用于多種無線通信協(xié)議的解析與交互。

VH4110可以作為基于IP通信的路由器，將CANoe與被測(cè)件通過WLAN/LAN進(jìn)行本地連接，也可以使用非IP通信的無線通信（例如UWB、BLE、NFC）技術(shù)與被測(cè)件連接。

VH4110通過USB Type-C連接到運(yùn)行CANoe的主機(jī)上。其傳輸?shù)臄?shù)據(jù)僅與CANoe進(jìn)行交互，用戶在主機(jī)上不需要特殊的網(wǎng)絡(luò)權(quán)限或者修改防火墻配置。使用時(shí)無需安裝驅(qū)動(dòng)。VH4110提供4個(gè)USB接口，用于插入對(duì)應(yīng)的USB適配器進(jìn)行無線通信。

CANoe中的配置

vCDL（Vector Communication Description Language）是CANoe Communication Concept中用于描述通信對(duì)象的語言，以簡單的語法定義和配置分布式對(duì)象（Distributed Objects，DO）。創(chuàng)建并在CANoe中加載UWB通信對(duì)應(yīng)的vCDL文件后，通過VH4110跟被測(cè)件交互的無線協(xié)議報(bào)文會(huì)以DO的方式呈現(xiàn)，用戶既可以直接使用CANoe Application Panel，也可以使用編程語言（CAPL、C#、Python等）在CANoe中對(duì)被測(cè)件進(jìn)行無線協(xié)議測(cè)試。

1.

VH4110需搭配UWB適配器使用，當(dāng)前支持的適配器型號(hào)包括Qorvo DWM 30001 CDK 和NXP Trimension SR150。將適配器通過UWB線束連接到VH4110上。

2.

打開UWB示例工程（可發(fā)送郵件到support@cn.vector.com告知使用的UWB適配器型號(hào)并索要工程）。

3.

打開Simulation—Communication Setup可查看工程使用的CAPL腳本及vCDL文件。 其中UWB命令接口基于vCDL文件編寫。收發(fā)的數(shù)據(jù)的序列化及反序列化以及發(fā)送的命令參數(shù)通過CAPL實(shí)現(xiàn)。

4.

打開Simulation—Communication Setup可查看工程使用的CAPL腳本及vCDL文件。 其中UWB命令接口基于vCDL文件編寫。收發(fā)的數(shù)據(jù)的序列化及反序列化以及發(fā)送的命令參數(shù)通過CAPL實(shí)現(xiàn)。

在vCDL中包含發(fā)起者和響應(yīng)者的接口。

5.

如需修改UWB收發(fā)數(shù)據(jù)的序列化及反序列化或者UWB命令參數(shù)可以打開*.can文件進(jìn)行修改。

6.

按需求編輯完成后，即可運(yùn)行工程。依次執(zhí)行Panel上的“Open UART device”、“Init Session”、“Config Responder”、“Config Ranging”、“Start Ranging”可開啟測(cè)距功能。UWB通信的內(nèi)容會(huì)顯示在Trace窗口中，以便查看和分析。

7.

在Application Panel可以看到UWB接口中可供調(diào)用的Method，在給需要調(diào)用的Method填入?yún)?shù)后，通過點(diǎn)擊Call即可發(fā)出相應(yīng)的命令。如果需要完成自動(dòng)化的流程，也可以使用編程的方式調(diào)用這些命令。