最近又迴歸到搞UWB定位的項目，在此也寫下博客記錄下學習過程並供大家參考。這第一篇主要是對UWB進行基本介紹。
一、UWB介紹
UWB（Ultra Wide Band）我們一般叫做超寬帶通信，顧名思義最主要特徵是帶寬很寬，遠大於現存的窄帶通信系統（包括802.11系列和2/3/4和5G中的sub6G）。如果一個無線電擁有超過中心頻率20%的相對帶寬，或者擁有500MHz以上的絕對帶寬，我們稱之爲是UWB無線電系統。如圖1-1所示。傳統UWB通信系統中，我們不需要「正弦載波」作爲載體，而是直接發射電磁脈衝，通過調節脈衝的幅度(PAM，脈衝振幅調製）和脈衝的位置(PPM，脈衝位置調製）等方式來傳遞信息。頻域擴展等於時域收縮，因此現在的傳統UWB系統中，脈衝的寬度一般在數納秒到數十納秒之間，這就意味着信號本身的佔空比很低。在定位系統裏，距離分辨率與脈衝寬度成正相關；脈衝寬度越小，距離越小，可以分辨的兩點就越近，精度就越高。具體公式很簡單：
這就意味着UWB所採用的窄脈衝和高頻帶天然會帶來更高的距離分辨率。
圖1-1
基本對UWB的定義介紹的論文和博客大致都與以上類似，對於初學者把UWB認知爲一種較特殊適合定位的無線通信技術即可。
二、UWB定位方法介紹
UWB定位本質上就是利用電磁波的傳播特性，就是d=c*t，d爲距離，c爲光速，t爲時間差。定位方法基本就是TOA、TDOA、AOA、RSSI、場景分析這幾種了，應用與研究可行性較高的基本就是前兩種TOA、TDOA了。
TOA三邊測量如圖2-1所示，通過信號到達基站時間(time of arrival，ToA）,來求出相應到基站距離，加上基站位置是已知的，最終得到定位信息。一般的單程測距TOA做法就是某一時刻三個基站同時向標籤發出定位信號，根據標籤接收時間與基站發送時間的差值計算出基站與標籤距離Ri，最後通過聯立方程求解標籤座標。以上這種單程測距要求三個基站和標籤的時鐘同步，這在實踐中是比較難做到也是UWB定位難點之一，但也可以通過雙程測距與雙次雙程測距來克服時鐘同步問題，在後續博客會詳細介紹。
圖2-1
TDOA（Time Difference of Arrival）定位方法如圖2-2所示，其主要是通過標籤與基站的傳播時間差來實現定位。即在某一時刻標籤發出信號，根據各基站的不同接收時間計算出距離差，利用幾何中雙曲線定義特性可以進行方程求解。其方法僅要求基站之間的時鐘同步即可並且是單程測距，相比於單程測距TOA來說實踐上要簡單許多，所以也是論文和工程中應用研究最多的方法。
圖2-2
剩餘方法AOA是通過信號角度來測距，RSSI通過信號強度來測距，場景分析相當於是存入信號強度等信息到數據庫，然後把標籤信息與數據庫數據對比分析位置。前兩者對硬件要求比較搞（涉及天線列陣），場景分析數據採集過程較爲複雜，故應用都不是很普及。接下來博客我再詳細介紹下TOA與TDOA的求解算法。