UWB 實現(xiàn)安全和高精度的精細測距定位

UWB 實現(xiàn)安全和高精度的精細測距定位

UWB（超寬帶）在 IEEE 標準 802.15.4 中定義，UWB（當時以 WiMedia 名義銷售）于 2000 年代初首次部署，旨在替代高速傳輸 USB，但從未實現(xiàn)廣泛的商業(yè)應用。

UWB 最近對 802.15.4z 修正案的發(fā)展產(chǎn)生了新的興趣，此次修訂更新了技術的 PHY 和 MAC 層，旨在實現(xiàn)高精度、安全測距應用的低數(shù)據(jù)速率連接。

憑借高精度和安全的精細測距能力，UWB 可用于以厘米級精度確定對等設備之間最遠 200 m 的距離。

UWB 特別適合各種需要定位的應用，例如安全免提訪問控制（車鑰匙、手機或徽章）、實時室內(nèi)定位 (RTLS) 或用于智能家居、智能工廠、交通或醫(yī)療保健。

什么是 ToF？

UWB 使用飛行時間 (ToF) 來確定對等點之間的距離，ToF 測量射頻信號在發(fā)射器和接收器之間傳播的傳播時間，這個時間測量乘以光速可以高精度地確定距離，與其他依靠測量信號強度來評估距離的技術相比，UWB 提供了更高的準確性和安全性。

UWB 對等點之間的 ToF 測量過程稱為雙向測距 (TWR)，因為對等點交換一系列帶有嵌入時間戳的請求和響應消息，往返時間 (RTT) 用于確定 ToF，如下圖所述。

什么是TWR？

UWB 標簽（手機、鑰匙扣、徽章）和錨點之間的雙向測距 (TWR) 測量它們的相對距離，這種方法用于例如安全訪問應用程序，其中將根據(jù)標簽設備的接近程度授予訪問權限。

有了 UWB 分布式錨網(wǎng)絡，TWR 機制可用于標簽位置的三邊測量，以實現(xiàn) 2D 或 3D 絕對定位，此方法用于 RTLS 應用。

什么是AOA？

到達角 (AoA) 是一種擴展選項，可使用多個天線測量輸入信號的角度，可以通過具有多個角度、多個距離或其組合來確定位置，從而提供距離和相對位置，如下圖所述。

為什么選擇UWB？

安全

藍牙或 RFID 等接入技術依賴于信號強度測量來評估距離，并且可能受到中繼/中間人攻擊，在中繼攻擊期間，來自有效密鑰的通信通過放大其信號強度并誘使接收者相信密鑰就在附近來進行欺騙。相反，UWB 不能被簡單的中繼攻擊欺騙，因為它的距離測量不是基于信號強度，而是基于時間，中繼/重放攻擊將增加消息傳輸?shù)难舆t，因此通過指示密鑰離接收者更遠來達到相反的效果。

在 PHY 層，802.15.4z 修正案通過添加一組使用 AES-128 加密生成的偽隨機脈沖，為 UWB 提供了額外的安全性，只有發(fā)送方和接收方可以使用共享密鑰對數(shù)據(jù)包進行解碼，從而防止中繼攻擊。

準確性

UWB可以達到10厘米以上的定位精度，與也提供定位的其他傳輸技術不同，UWB 使用從 500 MHz 到超過 1 GHz 的非常寬的通道寬度，以及非常短的脈沖 (<2ns)。

相比之下，藍牙使用 1 MHz 信道寬度和高達 160 MHz 的 Wi-Fi，大通道寬度和短脈沖使該技術不受窄帶信號易受信號傳播的多徑影響的影響。

因此，即使在具有反射或折射干擾源的環(huán)境中，它也能夠提供高精度，并使其成為在住宅或工業(yè)環(huán)境中部署的一項偉大技術。