UWB是什麼? 解析超寬頻定位技術未來新趨勢
一、UWB是什麼?
超寬頻（Ultra-wideband，簡稱 UWB）約在15年前引進，作為802.15.4a標準的一部份，是類似大家常見的藍牙技術，它使用短距離無線電波讓裝置之間連通，與透過相對窄頻運作的多數無線電標準不同，UWB在每個頻道上使用約500MHz的頻寬，可以提供比藍牙更精準的位置追蹤。
二、UWB的頻段與運作方式
UWB的運作頻段基本上介於3.1和10.6GHz之間，通常會在6-8.5GHz之間運作，它僅用極低的功率訊號，因此若從Wi-Fi、藍牙及其他技術標準來看，他的傳輸處於雜訊底層(noise floor)之下，如圖所示。
因此UWB可以在未授權且不中斷其他通訊的情況下運作，提供從110kbps到高達31.2Mbps的低延遲資料傳輸。
為了精確測距，這項技術會使用2ns持續時間的短脈衝，如圖所示。
飛行時間測量(ToF)將提供發起器與回應器裝置之間的距離預估。如果使用多支天線，發起器也可以使用到達角度(Angle of Arrival)處理來估計回應器的角度或方向。
三、UWB技術優勢
經過 Rohde & Schwarz CMP200 無線通用測試儀驗證，UWB技術基於 IEEE 802.15.4a 和 802.15.4z 標準開發，支援釐米級精度的定位測量，有效範圍可達70米。
- 高速傳輸與低功耗：UWB 技術具備高達 27Mbps 的安全資料傳輸速度，同時保持極低的功耗。
- 低成本：實現高效性能的同時，UWB 技術的實施成本相對較低。
- 高安全性：由於其運作機制，UWB 提供了更高的安全性。
- 低干擾性：UWB 訊號的超過 500MHz 頻寬，結合極低的功率譜密度（Power Spectrum Density），使其能夠與其他通訊技術共享頻譜而不造成干擾。
- 精準定位：支援釐米級的精準定位，範圍可達 70 米。
這些特點使得 UWB 成為一項在定位測量和無線資料傳輸領域具備顯著優勢的技術。
四、UWB及藍牙(BLE)技術的互通性
UWB和藍牙都是免授權運作的短距離無線標準，因此兩者的目標市場是有明顯重疊的，雖然目標市場是一樣的，但它們各自的強項仍有截長補短之效，UWB擁有較佳的實際範圍精準度，而藍牙低功耗(BLE)則耗用較少功率。
一項常見作法是同時使用這兩種方法：BLE提供長時間低功率，雖然測距較不準確，但使用者來到特定的距離範圍內時，BLE將無縫移交給UWB，以便進行安全且「精密」的測距存取驗證，這個組合方法已獲FiRa聯盟和國際汽車連線聯盟(CCC)採用，例如像是互通支援門禁控制。
與此同時，BLE正致力於縮減技術落差，例如改善高精確度的距離測量(high-accuracy distance measurement；HADM)之成效等等，這兩項標準彼此競爭，而且背後都有來自智慧型手機大廠的支援。
五、UWB實際應用現況
無需從口袋或提包中取出遙控鑰匙，只要靠近車輛即可打開車門，原本藍牙常用於免鑰匙進入系統，缺點是容易受到「中間人攻擊」(man-in-the-middle；MITM)。藍牙的用途是讓車輛只在遙控鑰匙在附近時才能解鎖車門。如同之前發生過的真實案例，攻擊者可以趁你睡覺的時候利用繼電器盒來增強遙控鑰匙從屋內傳來的低藍牙訊號，藉此欺騙車輛遙控鑰匙就在附近，與藍牙、Wi-Fi及其他技術的幾公尺距離相比，UWB可以更精確地測量遙控鑰匙的距離，這是一道稱為「測距」(ranging)的程序，其精準程度可至數公分距離，可以讓安全性提高許多。
UWB的公分級準確度可與其他許多RTLS機制相輔相成，它的準確度是可以讓使用者非常安心使用的。
例如Apple的AirTag或是Samsung的SmartTag等應用，UWB精確測距所啟用的空間感知只要將手機指向裝置，即可取得其控制權。
當你在屋內走動時，可以很順暢的在各個裝置之間轉移音樂，無論是耳機或各房間內的揚聲器的隨時轉換都沒有問題，讓居家空間更加便利及享受。
六、UWB未來趨勢
除了以上實際使用的分享之外，其實也還有數家筆記型電腦大廠正在探索相關應用，而且像是行動付款，恩智浦半導體(NX)已經透過NTT Docomo和Sony證明以UWB為基礎的行動付款可行，目前的感應付款方式(例如Apple Pay)雖然普遍使用NFC，但其中還是有些漏洞和限制。
另外UWB還有另一特色為低延遲，這表示它與遊戲和虛擬實境(VR)等音訊應用相當切合，可能在未來也會有這方面的廣泛運用，也適用於極高品質的音訊串流，例如：智慧型揚聲器。
七、結語
UWB 技術進入市場已有十餘年，現今終於找到了自身的立足點，並憑藉其在安全遠端存取和其他應用領域的優勢，迅速發展。這項技術能精確測量至幾公分內的距離，這種高精度的定位能力已經吸引了智慧型手機大廠的廣泛採用，並且今年開始電動汽車製造商也紛紛導入 UWB 功能，這很可能推動 UWB 成為不久將來的主流技術。
目前，OEM 和產品設計廠商可以藉由支援 UWB 和 BLE 等多種技術，靈活應對市場變化和全新的殺手級應用程式，從而將風險降至最低。像 CEVA 這類供應商提供的用途廣泛的平台，具備多功能性，使得這種多技術支援在實務操作中變得更具可行性。
UWB 技術仍然有很大的發展空間和市場潛力，未來有望為使用者帶來更卓越的體驗。
測試解決方案
Rohde & Schwarz CMP200 無線通用測試儀
UWB技術基於IEEE 802.15.4a 和 802.15.4z標準開發，支援釐米級精度的定位量測，有效範圍可達70米。該技術包含速率高達27Mbps的安全資料傳輸，極低功耗；其超過500MHz的頻寬，結合很低的功率譜密度 (power spectrum density)，使得UWB訊號能夠在不造成干擾的情況下，與其他通訊技術共享頻譜。
在實驗室和產線上進行UWB裝置的效能測試以確保符合強制性法規、功能正常和精準定位等，是十分重要的。作為無線通訊測試領域的領導者，Rohde & Schwarz為研發、認證、晶片開發和量產提供全面的UWB測試解決方案，可精確測量飛行時間(ToF)和到達角(AoA)等重要參數。此外，藉由加入FiRa和車聯網聯盟等國際組織，Rohde & Schwarz 支援UWB在全球跨產業標準下的互通性測試要求。
