如何评价苹果 iPhone 11 系列手机中集成的 UWB 技术？

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甜草莓，当真写想写的/不是专家/有时辰瞎扯话

UWB（Ultra Wide Band）我们一般叫做超宽带通信，顾名思义最本家儿要的特征是带宽很宽，远弘远于现存的窄带通信系统（包罗 802.11 系列和 2/3/4 和 5G 中的 sub 6G)。若是一个无线电系统拥有跨越中间频率 20%的相对带宽，或者拥有 500MHz 以上的绝对带宽，我们称之为是 UWB 无线电系统^[1]。

UWB 无线电是一个很宽泛的界说，只要带宽知足前提即可：UWB 雷达，UWB 通信都各有成长。从界说上说，将来可能存在的，5G 中跨越 500MHz 单载波带宽的毫米波通信，也举动当作是 UWB 无线电^[2]。

UWB 通信是什么？

今朝 UWB 通信本家儿要有两种本家儿流的成长思绪：传统的脉冲调制 UWB 和基于 OFDM 的 UWB（MB-OFDM-UWB)。标题问题中提到的和大师在说的 UWB 系统，都是在特指脉冲调制 UWB 这种成长偏向。这里也着重介绍这种手艺方案。

分歧于今朝本家儿流窄带通系统的载波调制方案，传统 UWB 发射脉冲旌旗灯号来传输信息，我们称之为脉冲调制。

通俗的理解是这样的，我们凡是经由过程调节正弦波的频率、相位、幅度等参数来传输信息，并经由过程傅里叶变换等频域阐发体例来领受、解调这些信息，这里的「正弦波」我们称为「载波」。而传统 UWB 通信系统中，我们不需要「正弦载波」作为载体，而是直接发射电磁脉冲，经由过程调节脉冲的幅度(PAM，脉冲振幅调制）和脉冲的位置(PPM，脉冲位置调制）等体例来传递信息，如下图。

从频域和时域的角度，也可以理解为传统 UWB 是纯真的时域旌旗灯号处置，不需要射频电路中的本振，差分等射频模块。若是财产当作熟度不异，那么 UWB 通信模块当作本该当低于传统的窄带通信模块。（这里请出格注重前置前提）。

传统 UWB 的优势

我们都知道，UWB 所采用的是 500MHz 以上的大带宽。而频域扩展等于时域缩短，是以此刻的传统 UWB 系统中，脉冲的宽度一般在数纳秒到数十纳秒之间，这意味着旌旗灯号自己的占空比很低。

占空比是指在一个脉冲轮回内，通电时候相对于总时候所占的比例。占空比(Duty Ratio)在电信范畴中有如下寄义：例如：脉冲宽度 1μs，旌旗灯号周期 4μs 的脉冲序列占空比为 0.25。

若是大师有领会过雷达根本就会知道，对于脉冲旌旗灯号来说，旌旗灯号的占空比很低意味着脉冲宽度

$T_p$

很小，一个定位系统里，距离分辩率与脉冲宽度当作正相关：脉冲宽度越小，距离分辩率越小，可以分辩的两点就越近，精度就越高。具体公式很简单：

$\Delta R = \frac{c}{2}T_p$

$c$

是光速。

这就意味着传统 UWB 所采用的窄脉冲和高频带自然会带来更高的距离分辩率。好比若是 Wi-Fi 的定位精度是 3.0m-6.0m 这样的米级，那 UWB 可能就是厘米级。（这个例子不切确，现实上 UWB 有可能经由过程近似脉冲压缩等其它旌旗灯号处置算法晋升精度，Wi-Fi 近似）

此外，低占空比会更轻易区分来自其它非方针散射物的反射旌旗灯号，也就是说更抗多径，是以更顺应室内情况。这很轻易理解，因为占空比低，所以分歧路径的回波旌旗灯号很是轻易区分。其实 UWB 系统的设计和 3G 很像，可以经由过程扩频设计实现多址，这也是前些年的研究热点。

综上所述，传统 UWB 的实现长处是：

理论上当作本低
定位距离精度高
通信速度快（超大带宽）
抗多径能力强
功耗低（脉冲调制决议的）
穿透能力强（宽频谱）

错误谬误也很较着：

波束指标的目的性强（需要波束明白指标的目的领受源）
通信距离短（UWB 的授权频谱有半斤八两多的现存通信设备，UWB 设备功率需要低于必然门限才能不影响其他通信系统）
频带操纵率低下（看看那占空比）
财产相对不当作熟（可是足够商用了）

UWB 的应用

是以，它的应用也很明白，本家儿要有三种应用：当作像、通信与测量和车载雷达系统，再宏不雅一点，可以分为定位、通信和当作像三种场景。

定位：这里借用一下我以前的回覆，UWB 定位系统也需要用到 UWB 基站作为坐标。若是我们谈基站定位的话，就是这几种：

a. 三边测量 ：经由过程领受到的旌旗灯号来求解几何问题。因为基站位置都是已知的，那么未知数只有效户与基站之间的距离。为了求解用户与基站之间的距离，需要旌旗灯号在空中传布时候，也就是可能能用到几种信息：达到时候（time of arrival，ToA）；time difference of arrival (TDoA) 或者 received signal strength (RSS)。

b.三角测量：当基站位置已知时，基站与用户之间的距离信息可以用角度信息替代。若是我们知道旌旗灯号的达到角（angle of arrival，AoA），那么同样可以获得与三边测量同样的成果。

c.近似：若是我们只有一个已知基站，那么我们可以按照 ToA 或者 AoA 和旌旗灯号强度大要估量出用户与基站的距离和角度，那么就可以近似出用户位置。现实上这也是 2G 系统中最常见的基站定位体例。这里的问题是，凡是地面会存在良多干扰，单个基站的估量不会很切确。

d.场景阐发：我们可以将一些典型位置点的旌旗灯号特征（好比 RSS、时延扩展或者信道扩展）存入数据库，再与那时的旌旗灯号作比对，可以估量出用户与基站之间的距离和方位。

我们之前已经阐发过，因为 UWB 的距离分辩率很高，ToA 精度很高，所以三边测量很适合。现实上这也是今朝 UWB 无线电中最本家儿流的定位体例。AoA 这种角度估量需要天线阵列，不如 ToA 适合 UWB。

通信：因为大带宽，所以 UWB 一度被认为是 USB 数据传输的无线替代方案，蓝牙的问题是传输速度太慢。UWB 还常用于军用保密通信，这本家儿要也是因为 UWB 脉冲的能量很低，很轻易低于噪声门限，不轻易被其它无线电系统监听到。
当作像：UWB 系统的带宽很宽，今朝 UWB 穿墙雷达是很普遍的应用，具体做法是操纵窄脉冲传过墙壁，获得墙对面的回波，可以获得当作像，当作像误差很低^[3]。所以若是有一天苹果开放底层接口，说不心猿意马 iphone 就可以拿来窥探邻人了。

我已经替媒体想好标题问题了，就叫「震动！Iphone 可以这样做！是道德的沦丧仍是手艺的不健全？」

我们拭目以待。

完。