1960年代，人们首次开拓出UWB，将其用于雷达运用。后来，该技能经由调度，用作正交频分复用（OFDM）技能，并在IEEE.15.3中标准化为速率高达480 Mbps的超高数据速率传输技能。在这个容量方面，该技能与WiFi直接竞争，但WiFi很快使其数据传输功能相形见绌，使得UWB在数据传输用例中退居二线。
基于脉冲无线电技能，UWB的下一个角色则成功得多。如IEEE 802.15.4a中指定的，它利用2ns脉冲来丈量翱翔韶光和到达角的值。 不久后，其安全功能通过IEEE 802.15.4z中指定的扩展得到增强（在PHY/RF级别），这使其成为独特的安全精密测距和感应技能。
利用智好手机作为智能钥匙来进入和启动汽车的想法极具吸引力，因此，汽车和智好手机行业的领先企业纷纭积极参与，在802.15.4z标准中定义安全机制。UWB为何能够以如此高的精度处理这么主要的用例？让我们来探索一下该技能的背景和环境。
什么使UWB成为分歧凡响？
与大多数无线技能不同，超宽带(UWB)通过脉冲无线电事情。它在宽频带上利用一系列脉冲，因此有时也被称为IR-UWB或脉冲无线电UWB。比较之下：卫星、Wi-Fi和蓝牙在窄频带上利用调制正弦波来传输信息。
UWB脉冲具有多个主要特点。首先，它们陡而窄，看起来像尖峰一样，纵然是在喧华的通道环境中，也很随意马虎识别。此外，与WiFi或BLE等其他技能比较，对付ToF测距，UWB脉冲更适宜密集多径环境。由于主旗子暗记路径旁的工具会引起反射或中断，通过多个路径到达吸收器的无线电旗子暗记在IR-UWB系统里很随意马虎与主旗子暗记区分开来。但这件事在窄带系统里却非常耗时和困难。
UWB在无线电频谱的其他部分事情，阔别聚拢在2.4 GHz周围的繁忙ISM频段。用于定位和测距的UWB脉冲在6.5和8 GHz之间的频率范围内事情，不会滋扰频谱其他频段发生的无线传输。这意味着UWB能够与现在最盛行的无线形式共存，包括卫星导航、Wi-Fi和蓝牙。
在范例功率级事情时，间隔最长可达10米旁边。但如果利用较高功率脉冲，UWB的间隔乃至可达200米。UWB通信还可以传输数据，个中UWB数据包的有效载荷部分以大约7 Mbps的速率发送数据，并且可以连续加速，最高可达32 Mbps。
现在，UWB利用调制脉冲序列，持续韶光为2ns，非常短。脉冲间距可以相同，也可以不同。脉冲重复频率(PRF)从每秒数十万脉冲到每秒数十亿脉冲不等。常日支持的PRF是62.4 MHz和/或124.8 MHz，分别称为PRF64和PRF128。UWB的调制技能包括脉冲位置调制和二进制相移键控。
定义脉冲重复频率
脉冲发射器在开与关之间切换，以特定速率（PRT或PRF）供应峰值功率(Ppeak)。
最大间隔与发射器输出功率直接干系。系统发射的能量越多，目标检测间隔将越大。
翱翔韶光（ToF）的打算
在科学和军事运用中，确定两点（或两个设备）间水平间隔的过程被称为测距。翱翔韶光（ToF）是测距的一种形式，利用旗子暗记行程韶光来打算间隔。图2供应了ToF打算在配备UWB的两台设备中如何事情的基本描述。
图2：UWB的翱翔韶光打算，个中设备1是掌握器，设备2是受控器（来源：恩智浦）
为了打算翱翔韶光(ToF)，我们丈量旗子暗记从到达点传输到B点所花费的韶光。我们选取来回韶光的来回读数，这包括设备2中的处理韶光。然后减去处理韶光，再除以2，便可得出ToF。为了确定在传输过程中覆盖了多少地面，将ToF乘以光速即可。
由于UWB的高带宽（500 MHz），脉冲宽度为纳秒级，这提高了精度。与利用窄带收发器的WiFi和BLE不同，ToF和测距的精度限于约+/-1m至+/-5m，而UWB可精确到+/-10cm以内。
由于UWB旗子暗记明显不同且易于读取，即便在多通道环境中也是如此，因此当脉冲离开和到达时，旗子暗记更随意马虎识别，且高度确定。UWB能够以超高的传输速率准确跟踪脉冲——在短突发韶光内发送大量脉冲——因此纵然间隔非常短，也可以进行细粒度ToF打算。
调制正弦波在利用Wi-Fi或蓝牙确定位置时会涌现，其多通道分量只能以繁芜的办法分离。这也便是Wi-Fi和蓝牙为何努力供应精度低于1米的准确丈量值的部分缘故原由。
图3对UWB ToF打算与Wi-Fi和蓝牙的ToF打算进行了比较。
图3：通过Wi-Fi和BLE与通过UWB进行的ToF测距（来源：恩智浦）
可选的到达角（AoA）打算
请务必把稳，ToF打算确定的是径向间隔，而不是方向。也便是说，ToF打算见告设备1其与设备2之间的间隔，但不见告设备2的方向——前、后、左、右、东、南、西还是北。以是ToF图是一个圆圈：如果ToF打算表明设备2与设备1之间的间隔为15 cm，则以设备1为圆心，用卷尺在每个方向丈量15 cm，以此办法形成一个圆圈，设备2可以在该圆圈中的任意位置。若要通过第二次丈量的办法，利用两个间隔圆圈的交集来确定位置，则须要额外的设备。
因此，要完善UWB技能的谈论，我们该当考虑另一个方面，也便是当前非汽车运用的一个主要成分：到达角(AoA)。到达角可帮助确定设备2在该圆圈中的哪个位置。为了打算AoA，设备1须要配备一组小心放置的专用天线，这组天线仅用于AoA丈量。并非所有UWB办理方案都包含额外天线，但包含额外天线的UWB能够精确到几厘米以内（图4）。
图4：ToF测距与AoA天生高准确度（来源：恩智浦）
AoA打算是单独进行的，与ToF打算不同，但二者具有相似性：它们都以脉冲定时开始。在AoA阵列中的每个天线，吸收到的每个旗子暗记的到达韶光与相位存在眇小但可辨别的差异。记录每个旗子暗记的到达韶光与相位，然后用于类似三角丈量的几何打算中，从而确定旗子暗记来自哪里。
图5中左图以设备1上的两个AoA天线Rx1和Rx2为例。与Rx2比较，从设备2发出的旗子暗记须要更永劫光才能到达Rx1，这表示Rx1、Rx2和旗子暗记原点组成的三角形向右倾斜，指示旗子暗记来自设备1的东北方向。
与Rx2比较，从设备2传输到设备1的旗子暗记须要更永劫光才能到达Rx1。图5中右图显示的AoA打算利用到达韶光和天线间距来确定每个传入旗子暗记的角度，并绘制由Rx1、Rx2和设备2组成的三角形。在本例中，该三角形中Rx1的边较长，并指向右边，这表示设备2在设备1的右边。
图5（左）：设备1上两个AoA天线Rx1和Rx2的示例；
图5（右）：AoA打算利用到达韶光和天线间距来确定每个传入旗子暗记的角度（来源：恩智浦）
UWB如何管理安全性？
UWB中增长的个中一个主要特性是物理层（PHY）中用于收发数据包的额外部分，这作为即将推出的802.15.4z规范的一部分进行定义。该新特性以恩智浦开拓和推举的一项技能为根本，称为扰频韶光戳序列（STS）。新特性增长了加密、随机数天生和其他技能，使得外部攻击者更难访问或操控UWB通信。
保护ToF打算
翱翔韶光打算很随意马虎受到间隔操控的影响。如果您可以滋扰韶光戳或打算的其他方面，就可以使您看起来比实际更近。在特定运用中，如安全访问，这会欺骗系统认为授权用户在阁下（但实际上并没有）并触发开锁（实在不应开锁），这是个严重的问题。
针对测距的原始UWB标准802.15.4a已发布十多年，对安全性的重视已经跟不上现在的发展。在测试4a标准时，研究职员创造，外部攻击者能够以超过99%的概率将丈量的间隔减少多达140米。对这一特定漏洞的担忧匆匆使人们开始修订4z标准。
详细想法是，通过为PHY数据包添加加密密钥和数字随机性，阻挡ToF干系数据可访问或可预测。这有助于抵御利用原始UWB PHY的确定性和可预测性子来操控间隔读数的各种外部攻击，包括Cicada工具、Preamble注入和早检测/晚连接(EDLC)攻击。更新后的方法能够供应尽可能最好的保护，避免遭到以操控间隔丈量值为目标的暴力攻击。
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