超寬帶（Ultra Wideband,；UWB）是一種無(wú)載波通訊技術(shù),，特色是具有強(qiáng)大抗干擾性、高傳輸速度,、高安全性,、以及低耗電之優(yōu)點(diǎn)。其傳輸速率可達(dá)到480Mbps,，是藍(lán)牙標(biāo)準(zhǔn)的159倍,，是Wi-Fi標(biāo)準(zhǔn)的18.5倍，因此非常適合應(yīng)用于大量傳輸,。而因?yàn)閁WB的頻率比較高,、波長(zhǎng)也比較短，所以可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)高精度的定位應(yīng)用,，特別是在室內(nèi)定位的領(lǐng)域,。
透過(guò)UWB來(lái)打造精準(zhǔn)的室內(nèi)定位系統(tǒng)，是為了能精準(zhǔn)定位人員,、物料,、設(shè)備、車輛等裝置的位置,，以方便進(jìn)行各種不同的更高精度應(yīng)用,，例如人員物體的追蹤、智能機(jī)器人的運(yùn)用等,，UWB都可以扮演最佳的定位技術(shù),。有些解決方案透過(guò)UWB搭配其他無(wú)線技術(shù)例如UHF RFID等,，能用于協(xié)助企業(yè)達(dá)到更完整的管理模式，有效地為各行各業(yè)達(dá)到更安全,、更準(zhǔn)確的定位管理,，以創(chuàng)造更多利潤(rùn)、并降低營(yíng)運(yùn)成本,。
UWB室內(nèi)定位功能
圖一 : UWB定位的精度提供了明顯優(yōu)勢(shì),，其應(yīng)用案例之一就是倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化。員工能夠在客戶訂購(gòu)商品時(shí),，快速找到它們,。
UWB是一種可用于室內(nèi)定位的短距離無(wú)線電技術(shù)。自從FCC于2005年首次開(kāi)放UWB無(wú)線電頻譜用于商業(yè)用途以來(lái),，UWB定位系統(tǒng)用于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)引起了產(chǎn)業(yè)的廣泛關(guān)注,。這主要是由于UWB定位系統(tǒng)提供的定位精準(zhǔn)度，一般來(lái)說(shuō),，UWB室內(nèi)地位系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)精準(zhǔn)定位到30公分或者更小的范圍內(nèi),。
與低功耗藍(lán)牙和Wi-Fi相比，UWB定位是透過(guò)傳輸時(shí)間的方法來(lái)進(jìn)行測(cè)距,，也就是Time of Fly（ToF）,，而不是測(cè)量其信號(hào)強(qiáng)度（RSSI）的方式來(lái)完成的。這種方法主要是測(cè)量一個(gè)對(duì)象和幾個(gè)接收器（通常是與錨點(diǎn)）之間的光飛行時(shí)間,。對(duì)于精確定位來(lái)說(shuō),，至少需要3個(gè)接收器來(lái)進(jìn)行三邊測(cè)量。
此外,，接收器和發(fā)射器之間也必須要有直接的訊號(hào)接觸,。透過(guò)追蹤物體上的UWB卷標(biāo)，將具備ID,、ToF與時(shí)間標(biāo)記的數(shù)據(jù)發(fā)送到定位器,，再利用光飛行的時(shí)間來(lái)計(jì)算該物體的距離。透過(guò)3個(gè)到多個(gè)定位器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù),，就可以進(jìn)行精確度達(dá)到10～30公分的精準(zhǔn)定位,。
UWB之所以可以實(shí)現(xiàn)這種精度，主要?dú)w功于它用于傳輸數(shù)據(jù)的超大帶寬（約3～10GHz）,。使用更大帶寬意味著訊號(hào)的波長(zhǎng)可以更短,。因此UWB訊號(hào)可以用更低功率來(lái)傳輸，并降低對(duì)于其他無(wú)線電頻譜系統(tǒng)的干擾,，例如手機(jī)和無(wú)線電等,。
UWB定位的應(yīng)用
通常在工業(yè)環(huán)境中的室內(nèi)定位技術(shù)需要非常精確的數(shù)據(jù)。使用UWB進(jìn)行室內(nèi)定位具有一些明顯的優(yōu)勢(shì)，包括其精確度可以達(dá)到10～30公分,，比使用Wi-Fi的5～15米要精準(zhǔn)得多,，而延遲時(shí)間也非常低。高度差也可以精確測(cè)量,。然而,，由于UWB技術(shù)是一種特殊的解決方案,，需要適當(dāng)?shù)脑O(shè)備,，因此主要多應(yīng)用于特殊產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上。
雖然精準(zhǔn)的室內(nèi)定位對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)可能非常重要,，但這并不是立即尋址系統(tǒng)（RTLS）唯一被重視的指標(biāo),。包括成本和易用性，都是選擇室內(nèi)定位技術(shù)時(shí),，必須考慮的其他關(guān)鍵因素,。
目前應(yīng)用在工業(yè)4.0的UWB室內(nèi)定位系統(tǒng)，是為了能精準(zhǔn)定位人員,、物料,、設(shè)備、與車輛等的位置,，以方便工廠進(jìn)行各方面的應(yīng)用,，如人員物體的追蹤、智能機(jī)器人的運(yùn)用等,。以下是幾種工業(yè)中UWB定位技術(shù)的應(yīng)用案例：
●公司或工廠人員的定位,，可隨時(shí)清楚顯示位置供調(diào)度的使用。
●公司或工廠人員在工安上的應(yīng)用,，譬如危險(xiǎn)區(qū)域的進(jìn)入與監(jiān)控,。
●博物館或是展館物體位移應(yīng)用，譬如對(duì)展示物品的移動(dòng)及管理,。
●工廠倉(cāng)儲(chǔ)管理物體定位的應(yīng)用,，如物料的標(biāo)明及管理與領(lǐng)用。
●工廠儀器設(shè)備或移動(dòng)負(fù)載車體的定位控制,。
●各種需要精確度判別的應(yīng)用,，如無(wú)人飛機(jī)、機(jī)器人及自動(dòng)倉(cāng)儲(chǔ)等,。
UWB定位的優(yōu)點(diǎn)
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圖二 : 使用UWB定位,，就可以輕松獲取大型倉(cāng)庫(kù)中的所有物品位置信息。
UWB定位技術(shù)的定位精度,，提供了明顯的優(yōu)勢(shì),，其應(yīng)用案例之一就是倉(cāng)庫(kù)的自動(dòng)化。像亞馬遜這樣的公司擁有巨大的倉(cāng)庫(kù),，里面裝滿了數(shù)十萬(wàn)甚至數(shù)百萬(wàn)種不同的物品,；獲利能力取決于管理勞動(dòng)力成本,，意思就是讓員工能夠在客戶訂購(gòu)商品時(shí)，快速找到它們,。
使用UWB立即尋址技術(shù),，就可以輕松獲取大型倉(cāng)庫(kù)中的所有物品位置信息。配備位置卷標(biāo)的掃描儀,，會(huì)在工作人員將每件物品掃描入庫(kù)時(shí),，傳輸有關(guān)其位置的信息。記錄有關(guān)位置的三維數(shù)據(jù),，以便可以輕松獲取它們來(lái)完成客戶訂單,。
安全是UWB定位除了準(zhǔn)確性之外的另一個(gè)特色。例如,，在工作人員需要與機(jī)器保持最小距離的工廠產(chǎn)在線,，如果人員誤入危險(xiǎn)區(qū)域，UWB定位系統(tǒng)就可以向機(jī)器人發(fā)出關(guān)閉訊號(hào),。
UWB定位的缺點(diǎn)
雖然沒(méi)有其他室內(nèi)定位系統(tǒng)可以與UWB的精準(zhǔn)度相抗衡,，但要達(dá)到這種精準(zhǔn)度卻是有相當(dāng)代價(jià)的。UWB定位系統(tǒng)的基礎(chǔ)設(shè)施和位置卷標(biāo)價(jià)格昂貴,，通常比起藍(lán)牙或其他系統(tǒng)的卷標(biāo)和閱讀器成本高出10倍,，而藍(lán)牙定位的精確度約在一到兩米的范圍內(nèi)。由于許多企業(yè)發(fā)現(xiàn)并不需要達(dá)到如此精確的定位,，因此會(huì)退而求其次,，采用藍(lán)牙定位來(lái)節(jié)省成本。
此外,，UWB定位需要至少三個(gè)接收器來(lái)接收卷標(biāo)訊號(hào),，這些卷標(biāo)成本非常昂貴，它們必須同步精準(zhǔn)到奈秒等級(jí),，系統(tǒng)才能準(zhǔn)確計(jì)算位置,。在許多設(shè)備中，標(biāo)簽透過(guò)纜線連接以保持同步,，這增加了設(shè)置的成本和難度,。
結(jié)語(yǔ)
對(duì)于需要精確定位以提高生產(chǎn)力或安全性的應(yīng)用，UWB的確是最佳選擇,。但是由于設(shè)置的成本和復(fù)雜性,，企業(yè)應(yīng)該考慮是否真的需要能夠精確定位資產(chǎn)、材料和人員的位置,，或者他們是否可以透過(guò)一般的位置信息就可以滿足需求,。因此除非需要精確定位，否則藍(lán)牙或Wi-Fi定位其實(shí)就可以以更低的成本來(lái)實(shí)現(xiàn)室內(nèi)定位工作。
