UWB 知识库

UWB（Ultra-Wideband，超宽带）是一种针对安全微定位应用进行优化的 IEEE 802.15.4a/z 标准技术。通过测量无线信号在设备之间传输所需的时间，它能够在室内或室外计算距离和位置，达到前所未有的准确度——在几厘米内。

除了厘米级的距离精度外，该标准的重点还在于定义一个使 UWB 具有鲁棒性并对各种形式干扰免疫的标准，确保高可靠性。标准同时考虑了低功耗、低成本，并具备支持大量连接设备的要求。

UWB 已经被应用于解决许多不同行业和应用中的问题，包括：

与其他射频（RF）技术不同，UWB 专门设计用于实现位置、距离和方向的精确、安全和实时测量，同时支持双向通信——它不是为了替代 Wi-Fi 或蓝牙的数据传输而存在，而是为“感知”而生。

飞行时间（ToF）测距，而非信号强度

UWB 的关键优势之一，是利用信号的飞行时间（Time of Flight）来计算设备之间的距离。这种方法比 Wi-Fi 和蓝牙通常使用的接收信号强度指示器（RSSI）方法要准确得多。

高时间分辨率

UWB 信号的带宽比普遍的窄带技术大得多。由于时间和带宽之间的反比关系，UWB 信号非常短，时间分辨率极高，能够准确确定 ToF。此外，高时间分辨率和短波长使 UWB 信号更加抗多径干扰和衰落。

厘米级精度

与 Wi-Fi 或蓝牙低功耗（BLE）等 RF 技术相比，UWB 的精度高出 100 倍，可以在厘米级而不是米级内提供精确度。这在跟踪/定位小物体、或需要知道某物体在墙的一侧还是另一侧时非常重要。

极低延迟，适合实时定位

UWB 具有非常低的延迟——微秒、纳秒级，而 Wi-Fi 和蓝牙的延迟通常为几十甚至几百毫秒。UWB 比 GPS 快 50 倍，每秒更新可高达 1,000 次，比标准 BLE 信标快三千倍。这使它非常适用于自动化系统和涉及快速移动物体的应用（如无人机）。

大带宽，兼顾高速通信

大带宽也使 UWB 系统适用于高速通信。同时，由于 UWB 利用了 IEEE 802.15.4a/z 标准定义的 ToF 信息和距离限制通信技术，它还提供了比其他感知距离与位置的无线技术更高的安全性。

UWB 的最大潜力在于完全新一代的微定位系统。就像 Wi-Fi 和 GPS 为以前难以想象的应用铺平了道路一样，UWB 将使利用高度精确的位置和距离传感来提供新体验、新功能的应用成为可能。

今天，大家希望能够实时定位几乎任何东西，无论其大小如何：

• 在家里找不到车钥匙时，能被直接引导到它所在的位置；
• 在杂货店里找不到最喜欢的咖啡品牌时，能获得货架级导航；
• 在工厂中，能从储物箱里找到特定的工具；
• 作为现场经理处理紧急情况时，能确保每个人都已离开建筑物。

在所有这些场景中，微定位都可以提供帮助——它不仅能告诉你物品“在哪里”，更能引导你找到它们所在的位置。

UWB（Ultra-Wideband）是一种无线通信技术（基于 IEEE 802.15.4a/z），其特点是在大范围频率上发送窄脉冲，通常具有极短的脉冲宽度（纳秒级别）。UWB 利用这些窄脉冲来传输数据，其传输方式和调制技术与传统的载波调制技术（如 Wi-Fi 和蓝牙）有很大不同。

FCC 定义的 UWB 频率范围是 3.1 GHz 到 10.6 GHz。在这一范围内，IEEE 802.15.4 划分了多个信道（Channel 0–15），不同国家/地区开放的信道略有差异。

UWB 信道一览表

芯邦 CBU5000 系列 UWB SoC 工作在 6–9 GHz 第二频段组，支持 Channel 5 / 6 / 8 / 9 / 10。

作为一项非凡的安全测距技术，UWB 在五个维度上表现出色：

下表为 UWB、Wi-Fi、BLE 三种定位技术的参数对比（仅作为参考）：

可以看到：BLE 的定位延迟高达数秒、精度为米级；Wi-Fi 速度虽快但功耗高、定位精度同样为米级。只有 UWB 同时做到了毫秒级延迟 + 厘米级精度 + 低功耗。

窄脉冲调制：BPSK 与 BPM

与其他无线电技术不同，UWB 不使用幅度或频率调制来编码其信号携带的信息。相反，UWB 使用非常窄的脉冲短序列（仅 2 纳秒），采用二进制相移键控（BPSK）和/或脉冲位置调制（BPM）来编码数据。这些窄脉冲还具有清晰的边缘，使得在信号反射引起的多径效应存在时，仍可以精确确定到达时间和距离。

在下面的 BPSK 示例中，两个连续的脉冲无线电（IR）信号代表一个符号。IR 信号可以在一个帧（T_f）内占据芯片间隔（T_c）中的一个。时间跳变（TH）码用于确定信号在专用时间帧中的精确位置，以减少 UWB 系统之间的干扰机会。在下面的示例中，符号的 TH 码分别为 {2，1}、{2，3} 和 {1，0}，因此第一个和第二个信号分别被两个和一个芯片间隔移动，依此类推。在这个示例中，信息对应于信号的极性，因此 IR 流表示二进制数据 "101"。

ToF：时间 × 光速 = 距离

这种方法与使用 ToF 信息相结合，使得 UWB 能够即使在室内环境中、多径反射十分普遍的情况下，也能计算出精确的距离估计。使用时间戳信号，UWB 计算信号在设备之间传输所需的时间，然后将时间乘以信号速度（光速）以获得距离。

下图展示了在室内环境中使用 ToF 计算距离的优势。在图中，蓝色设备发射的 UWB 信号通过多条不同的路径到达墙上灰色设备。一条路径通过介入的墙直接到达灰色设备；其他路径较长，因为它们涉及反射。因为直接路径是最短的，所以它首先到达墙上灰色设备，并用于计算 ToF。其他信号可以忽略不计。可以将其类比为比赛：许多跑步者到达终点线，但只有第一个跑步者赢得比赛。

这种方法不受信号强度的影响，因此，如果直接信号通过介入的墙后被衰减，也不会影响计算结果。

要了解使用UWB进行距离和位置测量，重要的是要了解“锚点”( anchor)和“标签”( tag)这两个术语。 锚点通常是一个已知位置的固定UWB设备。标签通常指移动的UWB设备。 锚点和标签交换信息以建立它们之间的距离。通过与多个锚点通信，可以确定标签的精确位置。 一些设备可以同时充当锚点、标签或两者。例如，当两部手机使用UWB计算它们之间的距离时，在此过程中它们可能会交替扮演标签和锚点的角色。

双向测距（ Two-Way Ranging : TWR）,TWR 方法通过确定 UWB 射频信号在标签和锚点之间来回传输所需的时间（ToF），然后将该时间乘以光速来计算距离。无钥匙汽车进入系统就是使用 TWR 进行安全和准确距离确定的典型案例。

Single Sided – Two Way Ranging (SS-TWR)

发射器（A）发送一个轮询（Poll）信号给接收器 B。

δ_reply 是 B 接收到信号到发送响应信号的时间，实际上就是信号在接收器内部处理的时间（延迟）。由于 ToF_A→B = ToF_B→A，发射器知道信号从发送到接收的总时间。

因此：δ_loop = 2 × ToF_A→B + δ_reply

所以，我们就能计算出 ToF_A→B=(δ_loop − δ_reply) / 2，进而得到距离：距离 = ToF × 光速。

DS-TWR：双边双向测距

SS-TWR 虽然简单，但发射端与接收端的时钟参考差异会引入 ToF 误差。芯邦针对SS-TWR的这一缺点做了很多研发改进工作，对时钟误差进行补偿，时钟频率误差一般是ppm级别，可以补偿到ppb。在信号强度不好的时候，如果不补偿的话测距误差会到2m以上，我们可以将误差减小到小于2cm。

如果不使用芯邦的时钟补偿方案，可以使用双边双向测距（DS-TWR）技术来解决这一问题，如下图所示。

每个设备都可以计算自己的 ToF，然后通过补偿两个设备的时钟差异来提高测量精度。

这种方法需要更多的功耗，因为它涉及三个帧的传输。

TDoA：到达时间差

Time Difference of Arrival，即到达时间差（TDoA）。TDoA 方法是确定场所内标签位置的一种极具可扩展性的方法。由于在整个过程中标签只需要发送一次信号，它们消耗的电力非常少，因此具有非常长的电池寿命。

多个锚点被部署在固定且已知的位置，并且严密地进行时间同步。当移动设备发送“信标”或“闪烁”信号时，每个接收到信号的锚点都会基于共同的同步时间基准为其到达时间戳记。然后，来自多个锚点的时间戳会转发到一个中央位置引擎，该引擎运行多基站定位算法，根据信号到达每个锚点的时间差来确定设备的位置。结果是移动设备的 2D 或 3D 位置，如下图所示，该方法常用于 RTLS（实时定位系统）。

反向 TDoA：类 GPS 模式

反向到达时间差（Reverse Time Difference of Arrival，Reverse TDoA）。也可以实现一个类似于 GPS 的反向 TDoA 系统。锚点传输同步的闪烁信号（具有固定/已知的偏移量以避免碰撞），移动设备使用 TDoA 和多基站定位算法来计算它们的位置，如下图所示。

PDoA：到达相位差

到达相位差（Phase Difference of Arrival，PDoA）。这种方法使得两个设备可以在不需要任何其他基础设施的情况下计算它们的相对位置，利用了距离和方向信息的组合。这对点对点应用或减少需要部署的基础设施量非常重要。

对于 PDoA，其中一个设备必须携带至少两个天线。当该设备接收到来自另一设备的信号时，它会测量每个天线上到达信号的相位差，利用测得的相位差换算成距离差：P = λ × Δφ / (2π)。利用飞行时间得到距离，剩下的就是高中数学问题了，列一些方程就能计算出入射信号的方向。

接收设备现在知道了传输设备的方向和距离——这正是“空间感知”类交互（如手机指向哪台设备就连哪台）的物理基础。芯邦 CBU5000 的 1T3R 架构可进一步实现 3D AOA（三维到达角）。

市场正处于拐点：UWB 正从旗舰尝鲜走向规模化落地，主流厂商的手机、可穿戴、汽车数字钥匙与追踪器纷纷标配 UWB。以下为 2025–2026 年各主要厂商的最新动态（信息来自公开报道与厂商发布）。

芯片厂商与标准进展

UWB 已经在更多的市场中普及。ABI Research 预测，未来五年 UWB 设备出货量的全球市场将以每年 14% 的复合年增长率增长，从 2023 年的 4.35 亿台增长到 2028 年的近 13 亿台。芯片供应商，无论大小，都意识到了 UWB 所能带来的机会。

去年，21% 的智能手机出货量包括了 UWB 技术，其中包括来自苹果、三星、谷歌和小米的手机；根据 ABI Research 的预测，到 2028 年，几乎半数的智能手机将包含 UWB 技术。

应用市场分布

UWB 的应用横跨多个市场：物联网、汽车、可穿戴设备、智能家居、消费电子、家庭娱乐与连接家庭设备、便携式消费电子产品、网络、个人电脑及其配件、智能手机和功能手机等。作为一种具有厘米级准确度的安全短距离无线通信工具，更多新产品的发布和新市场参与者的进入，正不断验证这项技术的潜力与前景。

UWB 技术体系依托 IEEE 802.15.4 标准持续演进：4a 引入用于测距定位的 HRP-UWB PHY；4z 在其基础上强化安全测距；而 802.15.4ab 的关键词则更接近“能力扩展”。如果说 4z 的核心是“测得安不安全”，4ab 要回答的是：当 UWB 已进入手机、汽车、IoT、智能家居和工业之后，还需要哪些能力来支撑下一代近距无线应用。

4ab 的增强方向

802.15.4ab 是对 UWB PHY、MAC 以及相关测距技术的增强，同时保持对 ERDEV（Enhanced Ranging Capable Devices，4z 中已提出）的向后兼容。其增强范围非常广：

• 编码、前导码与调制方案的扩展；
• 新工作频率与干扰缓解（coexistence）；
• 高完整性测距与低功耗机制；
• 窄带辅助（Narrowband assist）；
• UWB 感知能力（即雷达式感知，Sensing）；
• 低功耗低延迟流媒体与高数据率流媒体。

HRP-UWB 的四类设备能力

4ab 在 4z 的 HRP-ERDEV 基础上，进一步提出并强化 HRP-EMDEV，并引入 HRP-SDEV、HRP-ARDEV 与 HRP-LLDDEV 等方向，把 UWB 从“测距”推向“多能力平台”：

FiRa 联盟是一个以会员为驱动的组织，致力于通过利用超宽带（UWB）技术的安全精确定位能力，改变我们与环境互动的方式，为人和设备提供精准的位置感知。FiRa 通过推动技术规范和认证的发展、倡导有效的监管、定义 UWB 的广泛用例集，来确保不同芯片、设备和解决方案之间互联互通。

传统 UWB 应用通常是两台设备通信，通过信号飞行时间计算距离，并可结合多天线判断方向。而 UWB 雷达是另一种工作方式：设备主动发射超宽带脉冲，同时接收人体、车辆、家具、墙面等目标的反射信号，通过分析连续反射信号的变化，判断空间中发生了什么。

UWB 雷达的四大特性

行业进展：从定位走向感知与交互融合

FiRa 在 2025 年发布 Core 4.0 规范与认证计划，持续推进 UWB 设备间的互操作与生态落地；行业也在探索将 UWB 用于存在检测、车内儿童遗留检测（CPD）、呼吸等微动感知，以及智能家居与消费电子中的无接触交互。UWB 正在从“找设备”的技术，变成让设备理解用户位置、行为与空间状态的能力。

芯邦的 UWB 雷达方案进展

围绕 UWB 雷达在消费电子与智能空间的落地，芯邦已完成多项方案验证，并持续推进算法、天线、结构及整机体验优化：

• 户外两轮车哨兵雷达：感知车辆周边是否有人靠近、目标是否进入设定区域及移动趋势，为停车、充电、停放看护与防盗提醒提供辅助；可联动报警器、灯光、摄像头，且无需依赖摄像头。
• 电视指向与雷达同时工作：让电视在“遥控器指向交互”的同时保持空间感知，更懂用户的操作意图，使定位、指向与雷达感知协同而非彼此独立。

UWB 领域常见的一些名称解释：