受惠于为时极短的窄脉冲，超宽带 (UWB) 时间和空间分辨率高，目标辨识能力优异，隧道、化工厂、医院、养老院、矿井等封闭场所多有采用。UWB 定位是由多个传感器，辅以＂到达时间差＂ (TDOA) 和＂角度定位＂算法对卷标位置进行分析，具有＂多路径＂解析能力，让发射信号的能量得以充份发挥——解决 UWB 信号在传播过程中会因环境反射和折射而产生多路径效应，导致信号衰减和测距误差的问题。特别一提，＂水＂会吸收 UWB 脉冲信号、影响最终定位，开发者须将这个变数纳入考虑。
与＂接收信号强度指示＂(RSSI) 逻辑类似，＂到达时间＂(TOA) 利用＂各个发射端将信号传送至接收端＂的时间，惟因传播速度飞快、恐拉大距离误差，对设备的时间同步性要求极高，难以满足室内定位空间小、成本有限需求，因此衍生出 TDOA 技术：依据＂多个接收器＂vs.＂同一信号发射端＂所接收到的时间差计算其间距离和发射端坐标。＂角度定位＂的接收端须建置＂指向式天线＂或＂天线数组＂接收信号差异，据以推算收、发双方的相对角度，再参考接收端的平面高度而得出发射端坐标。
图1：＂到达时间差＂(TDOA) 激似 GPS，将多个参考点 (锚点) 部署在场所中并且时间同步。行动设备将发送信标，当锚接收到信号时便将为其添加时间戳，后将来自多个锚点的时间戳送回中央定位引擎，根据信号的到达时间差进行 X、Y、Z 多边定位演算
资料来源：Decawave；https://www.decawave.com/technology1/
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接收器抗衰减能力佳，但基地台部署与数量是关键
UWB 的信号接收表现不俗，由于对通道衰减不敏感，UWB 接收器可藉分级获得良好的抗衰减效果。这意味着：在室内或建筑物等密集场合可获得更好的定位，加上超宽带助阵，精度亦较高，距离分辨率可达＂釐米级＂。然须留意的是，这种基于信号时间的定位方法，一旦遇到墙体遮挡需要重新部署，且同等面积上的隔间数量增加一倍，基地台的用量也需随之倍增。另一方面，相较于 Wi-Fi 需要中继站接取，UWB 遥控／遥测相对安全；而 IEEE 802.15.4z 扩展协议，亦为传统 UWB 无线电的所有已知攻击增加物理层 (PHY) 保护。
UWB 的信号接收表现不俗，由于对通道衰减不敏感，UWB 接收器可藉分级获得良好的抗衰减效果。这意味着：在室内或建筑物等密集场合可获得更好的定位，加上超宽带助阵，精度亦较高，距离分辨率可达＂釐米级＂。然须留意的是，这种基于信号时间的定位方法，一旦遇到墙体遮挡需要重新部署，且同等面积上的隔间数量增加一倍，基地台的用量也需随之倍增。另一方面，相较于 Wi-Fi 需要中继站接取，UWB 遥控／遥测相对安全；而 IEEE 802.15.4z 扩展协议，亦为传统 UWB 无线电的所有已知攻击增加物理层 (PHY) 保护。
新创公司 Spark Microsystems 新近推出两款 UWB 射频 (RF) 收发器芯片——SR1010 和 SR1020，拟于今年第三季量产；前者覆盖 3～6GHz 频段、后者为 6～10GHz，传输率达 20Mbps。他们主张，1nJ/bit 的能量效率是百米 UWB 应用的标竿，比蓝牙低功耗 (BLE) 低 30～40 倍，更适合游戏外围设备、增強现实／虚拟现实 (AR/VR) 耳机、智能家居设备及物联网 (IoT) 的无电池无线传感器。该公司表示，BLE 的通话时间通常为几毫秒，会有数十毫秒等待时间；相较之下，SR1000 UWB 收发器在 50 微秒内即可发送 1kb 数据，大幅缩短影音串流的无线延迟。
不只定位精细，量测厂商罗德史瓦兹 (Rohde & Schwarz, R&S) 表示，基于 IEEE 802.15.4a 和 802.15.4z 标准的 UWB，可在 75 米的超长距离进行＂釐米级＂精确位置测量，且传输率仍可维持在 27 Mbps，是实现低延迟、高精度、安全可靠的局域网定位服务 (LBS) 的理想选择。R&S 是现今唯一能为 5G FR2 和 UWB 提供研发和生产 RF 测试平台者，与 Decawave 合作在 CMP200 无线电通信测试仪增加 UWB 测试功能——UWB 联盟创始成员 Decawave 提供 3.5～6.5GHz 频段作为测试 (DW3000 芯片组)，但 5.8GHz 和 10.6GHz 的高频段更受瞩目。
图2：R&S CMP200 无线电通信测试仪
资料来源：R&S；https://www.rohde-schwarz.com/tw/product/cmp200-productstartpage_63493-601281.html
资料来源：R&S；https://www.rohde-schwarz.com/tw/product/cmp200-productstartpage_63493-601281.html
低功率谱密度，与其他无线技术共存不干扰
UWB 时域有三大特征：脉冲无线电 (Impulse Radio, IR)、直接序列超宽带 (DS-UWB) 和多频带正交频分多任务 (MB-OFDM)。后两者历经多年分庭抗礼后，MB-OFDM 因可与各种窄频系统并存运作、便于应对各种法规调整，扩充性及兼容性较佳而出线，蓝牙技术联盟 (Bluetooth SIG) 亦于 2006 年宣布整合 MB-OFDM UWB，市面上已见成品：Insight SiP 公司去年推出内建微控制器 (MCU) 的 UWB＋BLE RF 模块——ISP3010，基于 DecaWave DW1000 UWB RF 收发器和诺迪克 (Nordic) nRF52832 2.4GHz 多功能蓝牙单芯片 (SoC) 建构。
UWB 时域有三大特征：脉冲无线电 (Impulse Radio, IR)、直接序列超宽带 (DS-UWB) 和多频带正交频分多任务 (MB-OFDM)。后两者历经多年分庭抗礼后，MB-OFDM 因可与各种窄频系统并存运作、便于应对各种法规调整，扩充性及兼容性较佳而出线，蓝牙技术联盟 (Bluetooth SIG) 亦于 2006 年宣布整合 MB-OFDM UWB，市面上已见成品：Insight SiP 公司去年推出内建微控制器 (MCU) 的 UWB＋BLE RF 模块——ISP3010，基于 DecaWave DW1000 UWB RF 收发器和诺迪克 (Nordic) nRF52832 2.4GHz 多功能蓝牙单芯片 (SoC) 建构。
ISP3010 于今年第一季开始量产，内嵌的每个 MCU 都有自己的天线，在长达 50 米的范围内，精度可达到 10 釐米；对于 50 米以上的应用，ISP3010 可结合具有相同精度的外部优化 UWB 天线使用。ISP3010 可与功能强大的板载 32 位 ARM Cortex M4 CPU 浮点处理器共同协作，作为独立标签之用；另备有数字接口，可被集成到更大、更复杂的定位方案。就在 2018 年底，UWB 再度卷土重来，由现代 (Hyundai)、起亚 (KIA)、斑马 (Zebra)、Decawave、Alteros、Novelda 和 Ubisense 共同创始的新一代 UWB 联盟正式启动。
图3：ISP3010-UX-TB测试板
资料来源：Insight SiP；https://www.insightsip.com/fichiers_insightsip/pdf/ble/ISP3010/isp_uwb_AN190702.pdf
资料来源：Insight SiP；https://www.insightsip.com/fichiers_insightsip/pdf/ble/ISP3010/isp_uwb_AN190702.pdf
之后不到一年时间，由 HID Global、恩智浦 (NXP)、三星 (Samsung)、博世 (Bosch)、索尼 (Sony)、LitePoint 和电信技术协会 (TTA) 等另组 FiRa (fine ranging) 联盟。顾名思义，FiRa 更为聚焦＂精确测距＂，旨在制订 UWB 标准和认证，建立跨芯片组、设备和基础设施服务的互操作性，推动 UWB 生态系统和用户无缝体验。FiRa 联盟副主席、亦是恩智浦嵌入式安全副总裁 Charles Dachs 指出，UWB 具低功率谱密度 (PSD) 特性，几乎不会干扰其他无线标准，非常适合与其他无线技术一起使用，包括蓝牙、Wi-Fi 和用于行动支付的近场通信 (NFC)。
安全、实时、远程，UWB 从工商走入消费
瑞萨电子 (Renesas) 亦面向安防、库存、包裹和应急人员追踪，以及病患监控和视频会议推出 UWB 运动检测器——CXWL0009 UWB，可另行选搭 MCU 使用；同时获得无厂半导体公司 3db Access AG 的 UWB 技术授权，将提供突破性的多接收器 UWB 远程安全测距解决方案，强化 MCU 和 RF 的连结能力。过去，UWB 多被用于工、商环境的立即寻址，但近来问鼎消费市场意图明显。早就涉足 UWB 的资产追踪技术公司 Wiser Systems，就从工厂叉车／货盘的定位器拓展至消费领域。
瑞萨电子 (Renesas) 亦面向安防、库存、包裹和应急人员追踪，以及病患监控和视频会议推出 UWB 运动检测器——CXWL0009 UWB，可另行选搭 MCU 使用；同时获得无厂半导体公司 3db Access AG 的 UWB 技术授权，将提供突破性的多接收器 UWB 远程安全测距解决方案，强化 MCU 和 RF 的连结能力。过去，UWB 多被用于工、商环境的立即寻址，但近来问鼎消费市场意图明显。早就涉足 UWB 的资产追踪技术公司 Wiser Systems，就从工厂叉车／货盘的定位器拓展至消费领域。
图4：WISER 天线节点＋Locator 卷标定位器套组、评估板、开发工具包
资料来源：Wiser Systems；https://www.wisersystems.com/products-1
资料来源：Wiser Systems；https://www.wisersystems.com/products-1
用户可通过应用程序编程接口 (API) 客制化软件触发异常警报，例如：边界破坏、对时间敏感的警告或违反其他参数的警报，还可将数据直接导入库存管理、制程控制仪表板、企业资源规划 (ERP) 或其他内部系统。虽然重工业是最初营收贡献者，但随着 UWB 卷标价格下降，他们亦面向消费大众推出名为＂Find-ly＂的行动应用程序，可生成高度准确的实时位置数据，并发出目标物进出、静止不动或与敏感／危险物品接近的报告，也可根据异常的运动／静止状态创建警报，其核心功能是：实时显示关键项目的位置，进而安全、实时、远程监视这些项目。
例如，宠物追踪和老人／小孩的穿戴设备——包括：建立区域出界警报、注册健康检查和跌倒检测 (定位信号迅速垂直下降)。通过无线校准工具可在数分钟内完成部署，并允许用户自行调整网状网络 (Mesh) 以优化性能、或控制传输速率以延长电池寿命，网格中所有标签都经由定期 ping 注册实时状态。目前已有医疗机构和老人护理机构正对＂Find-ly＂进行测试，Wiser 并公开演示用以追踪家中竉物移动或识别遥控器位置。显而易见，上述市场正在成为兵家必争之地；其中，老人防跌更是通信技术竞相投入的热门业务。
UWB 联盟＆ FiRa 联盟竞合，左右产业生态
不同于高频毫米波 (mmWave) 强调可嵌入天花板或墙体做大范围侦测，UWB 因功率小、电磁波辐射低，对生物较无危害，更适合做成贴片、钮扣、手环或项链 (圈) 等贴身穿戴以侦测猝不及防的踉跄前兆。另一个指标是：苹果 (Apple) iPhone 11 系列嵌入 UWB——恩智浦认为这等于明确认可 UWB 技术的价值，对于未来创建生态系帮助良多。日前苹果 RF 主要供货商 Qorvo 收购 UWB 联盟创始公司 Decawave，尤其受到关注。此举意在提升 IR-UWB 在通信、汽车、物联网的市场渗透率，并希冀顺势扩张 UWB 在 Android 的市占。
不同于高频毫米波 (mmWave) 强调可嵌入天花板或墙体做大范围侦测，UWB 因功率小、电磁波辐射低，对生物较无危害，更适合做成贴片、钮扣、手环或项链 (圈) 等贴身穿戴以侦测猝不及防的踉跄前兆。另一个指标是：苹果 (Apple) iPhone 11 系列嵌入 UWB——恩智浦认为这等于明确认可 UWB 技术的价值，对于未来创建生态系帮助良多。日前苹果 RF 主要供货商 Qorvo 收购 UWB 联盟创始公司 Decawave，尤其受到关注。此举意在提升 IR-UWB 在通信、汽车、物联网的市场渗透率，并希冀顺势扩张 UWB 在 Android 的市占。
图5：UWB 应用情境
资料来源：NXP提供
资料来源：NXP提供
Qorvo 的如意算盘是：借 Decawave 之力渗透 IEEE、CCC (国际汽车联机联盟)、UWB 联盟和 FiRa 联盟，参与定义物理层 (PHY) 工作、确保跨应用的操作，期让 UWB 成为标配并通吃 iOS 与 Android 终端市场 (Android 阵营的三星，亦计划于今年领航搭载 UWB)。除了借助行动设备载具，UWB 还能联袂人工智能 (AI) 学习个性化手势凌空操作目标设备。与此同时，Decawave 看好苹果能引领穿戴设备连网与 VR/AR 精准定位和动作撷取的需求，又相偕安全产品供货商 Allegion 一起加入 FiRa 联盟，似乎为两个联盟的合作搭起友谊的桥梁。
这一连串动作被视作苹果准备大力推动 UWB 前奏，关于 UWB 追踪设备及手机遥控解锁汽车的传言更不绝于市：盛传可能以＂AirTags＂命名类似 Tile 智能蓝牙磁贴追踪器，搭配 iPhone 11 UWB U1 定位器芯片并链接 iCloud。这是苹果继 2014 年 iOS 7 发布 iBeacon 蓝牙信标后，又一 LBS 里程碑。呼之欲出的 UWB 标签可贴附于任何物品或塞进钱包中，连结脱机寻找 (Offline Finding) 等应用程序及增強现实，追踪可聚焦至 5～10 釐米。此外，传闻苹果和德国车厂 BMW (宝马) 正在合作导入 iPhone CarKey 解锁功能，惟截稿前官方尚未证实。
