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Part 01

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UWB技术概览

UWB（Ultra-Wideband，行业超宽带）是端生名副其实的“宽带”技术，因为UWB信号占用很宽的产测频谱资源，提供较大的试方通信带宽。 它的案简发展历程很长，上个世纪90年代，行业美国有些机构就提出UWB的端生技术构想。在它的产测商业化道路上，曾有多种不同技术路线独立发展，试方近年来使用脉冲无线电（Impulse Radio）形式的案简IR-UWB得到了越来越多的应用。 本文讨论的行业是IR-UWB技术及其测试方案，为表述方便，端生以下用UWB指代IR-UWB。产测

一般情况下，试方UWB脉冲信号的案简频谱宽度大于500 MHz，脉冲时间约2 ns。常见的UWB脉冲信号工作频率为7987.2 MHz（信道9）和6489.6 MHz（信道5），其中信道9要求强制支持。

UWB单一脉冲被定义为“Chip”，连续若干个“Chip”构成了符号“Symbol”。UWB使用BPM-BPSK调制方式，不同的“Chip”使用不同的电压极性，在不同的时域位置出现，脉冲电压极性和位置携带信息。UWB脉冲的重复频率（Pulse Repetition Frequency，PRF）有62.4、124.8和249.6 MHz等多种。

UWB脉冲可以有多种形态，脉冲边界、主旁瓣时间与相对功率的关系，有明确而严格的模板约束。脉冲信号的数学表达式可以通过相关规范查询到。

UWB芯片商宣称UWB技术能提供几厘米距离和几度角度之内的定位精度。UWB测距和测向的原理并不复杂。通过测量无线电信号往返测距双方所用飞行时间（Time of Flight, ToF）得到距离；通过测量信号到达角（Angle of Arrival, AoA）确定方向。测向对终端硬件的要求更高，需发起方至少有两根接收天线，天线间接收信号的距离差结合天线间距可算出角度。测距则没有天线数量的要求。

Part 02

UWB技术的应用场景

已商用场景之一：车辆无钥匙接入，目前在海外汽车品牌的高端款型上应用较多

前几代无钥匙接入使用LF、NFC和BLE等技术，但它们对抗干扰和防范信息盗窃的能力比UWB差，所以UWB也被加入车联网联盟（Car Connectivity Consortium）新规范当中。工作时，车辆使用者的手机和汽车的 UWB模块互联，并不断计算两者间距离，当距离小于一定阈值并确认身份后，相应位置车门打开，使用者在车内还可通过UWB更进一步操作车辆，比如无钥匙启动引擎，整个过程用户体验的科技感十足。

已商用场景之二：遥控鼠标

人机互动时，使用有UWB功能的遥控器可以精确定位屏幕上光标位置，相当于把遥控器变成了手感灵敏的“鼠标”。

其它一些潜在的应用场景 还包括集成于VR/AR终端，如头显、智能眼镜、游戏设备或手机；短距数据传输、支付等。

Part 03

UWB产品的规范要求

IEEE 802.15.4标准簇： 描述了UWB物理层（PHY）和介质访问控制子层（MAC）的功能和技术要求

这个标准簇目前包括15.4、15.4z和15.4ab等三个标准，前两者已经有很多成熟的商业化产品，15.4ab则还在规范化当中，预计2025年可以冻结。15.4z相比15.4，显著的变化是在物理层协议数据单元（PPDU）上增加加扰时间戳序列（STS），用于安全测距和加密；而15.4ab相对15.4z，提供更高的脉冲重复速率，并增加感知和雷达等新技术。

802.15.4标准簇的物理层相关章节定义了UWB的工作频率；功率谱密度（PSD，-41.3 dBm/MHz, 0 dBm/50 MHz）；发射功率谱密度模板；时域脉冲形态；灵敏度及最大输入电平等多个重要指标，这些也是UWB射频测试的根本依据。

Fine Ranging Consortium： 精确测距联盟，简写为FiRa

作为致力于UWB定位应用推广的产业组织，FiRa对UWB的物理层、MAC层一致性测试作出了要求，并认证测试平台，认可测试机构资质。FiRa的射频一致性测试规范，既覆盖了IEEE 802.15.4标准簇的要求，又有专门针对测距需求的测试项目。

Car Connectivity Consortium： 车联网联盟，缩写为CCC

作为致力于完成车辆和使用者之间通过智能方式连接的行业组织，CCC规范对UWB的在车相关领域应用有重要影响。

Part 04

UWB测距带来的挑战

UWB测距的最大挑战是如何“精确”的测量时间。 真空中电磁波以光速传播，即29.98 cm/ns；导线介质（比如聚四氟乙烯材料）中电磁波速率为光速的0.701倍，即21.02 cm/ns。考虑到芯片商将UWB芯片测距指标定在10 cm以内，测距时间需要以零点几个纳秒来度量。

为保证时间的精确，生产时需要校准每个UWB终端的“天线时延”值（即终端接收天线到基带部分之间的路径时延）并补偿到UWB芯片当中，如果跳过这一步，根据工程经验，测距结果会偏差几十厘米甚至更多。校准“天线时延”时，仪表和待测件之间信号路径用时需提前精确计量。像线缆、合路器、衰减器等传导方式下使用的微波器件，可以用矢量网络分析仪现场测出其耗时。而对于测试天线，则需天线厂家告知天线的“相位中心”和时延数值。

Part 05

R&S UWB射频综测仪及附件

R&S射频综测仪CMP200支持UWB的实验室及生产线测试。它可根据规范要求进行UWB发射机、接收机的射频指标的检验，还可以完成ToF飞行时间，“天线时延”校准、AoA到达角等多重测试任务，具有功能多样，结构灵活，界面友好，结果准确，速度快等特点。

CMP200内置一套信号源、信号分析仪。应用于UWB测量时，工作频率范围4~20 GHz，分析带宽1000 MHz。CMP200有3组射频接口，并可通过外置扩展单元CM-Z310A将射频口扩展到12个。CMP200内置Linux操作系统，通过外置显示器和键盘鼠标，或LAN远程操作。

进行UWB射频测试时，CMP200提供多个独立测量工具，同时呈现于人机界面上，直观展示信号的多个射频指标，包括PPDU功率及功率谱密度，频谱模板，时域脉冲模板，Chip和Symbol级别时基抖动等。CMP200还可播放预制波形文件，对UWB终端接收机的灵敏度指标进行验证。

测距时，CMP200提供多个PPDU单元连续捕获分析工具，配合CM-Z300A合路器和WMT测试软件，精确测量CMP200和待测件测距交互过程中的飞行时间，从而获得距离，校准待测件的“天线时延”。

CMP200具备多终端并行测试的能力，使用R&S专有的“Smart Channel”功能， CMP200可对来自不同终端的仪表资源请求进行自主分配，无需开发人员重构代码，大幅提高程序开发和生产效率。

除仪表外，我们还为UWB整机辐射测试提供屏蔽箱和天线。屏蔽箱有ATS800、CMQ200和TS7124等多种。前两款产品频率范围最高到毫米波频段；后者工作频段较低，也适合传统移动通信设备的测试。天线也有多种型号，针对UWB，推荐TS-F24-V2型宽带Vivaldi天线，它具有增益高，带宽宽的优点。TS-F24-V2出厂都经过R&S工厂严格检测，可提供准确的相位中心和时延数据。

Part 06

R&S UWB技术推广成功案例

作为深耕无线电测试与测量领域九十多年的领先企业，R&S公司携手业内同仁持续推动UWB技术的发展创新，获得了广泛认可。

在产业链上游，我们和精确测距联盟、车联网联盟等标准组织以及多家著名检测机构长期合作，CMP200以及配套测试软件WMT已被认可为精确测距联盟FiRa射频一致性测试平台，并被普遍采用。我们和UWB芯片提供商（如Decawave，现为美国Qorvo公司一部分）紧密协同，合作开发UWB测试方法和工具。我们和来自不同应用领域的终端企业，如三星、博世等公司深度合作，共同赋能UWB终端从产品研发到生产的全链条质量保证和效率提升。近年来，我们还积极在各大公共展览平台，如CES，MWC，Expo Europe等会展活动中向公众展示我们在UWB测量领域的尖端技术和能力。

Part 07

R&S UWB 终端生产射频测试方案

针对UWB终端生产射频测试，除了仪表和附件外，还需要自动化测试软件。我们的WMT软件可以完成对仪表和终端的操控。WMT是一款基于Python语言开发的半定制化工具，支持多款R&S仪表（CMP200，CMW100，NGx系列电源等），支持多家公司的UWB芯片（如NXP公司的29Dx、SRxx系列；Qorvo公司的DW、QM系列等）。测试任务通过运行测试脚本完成。WMT提供用户操作界面，测试结果除打印到界面之外，还可以多种常见或自定义格式保存到生产线数据库。测试脚本可以在软件界面中编辑，通过调整测试脚本中各节点顺序，修改各节点属性（如Tx/Rx项目，待测件信号特征，接收机测试功率等）灵活实现各项任务。WMT程序结构上支持多任务并行，可以同时测量多个终端。

典型的UWB终端生产流程里包括电路板和整机两阶段射频测试，一般先对各类指标进行校准，校准后再对发射机和接收机指标，测距，到达角等进行一遍验证。上述测试任务都可以在电路板和整机状态下完成。

下面这张图片展示的就是WMT控制CMP200同时测试3支UWB终端，完成收发信机射频指标测试的结果。

结 语

尽管UWB不是一种新的技术，但近几年伴随它和消费电子产品及车辆等不同形态终端的结合，UWB应用场景出现蓬勃发展的势头。UWB信号短脉冲、大带宽的特征、以及应用于定位时对测试精度的高要求使UWB终端的生产测试变得极具挑战性，传统测试工具无法胜任。

R&S公司为UWB终端射频测试提供了从仪表、屏蔽箱、测试天线等硬件到WMT自动化测试软件的全套解决方案。生产型客户用WMT并依托CMP200等硬件的优良性能可以快速开展生产，既确保测试结果准确可靠，又提升效率，从而获得自身产品的竞争力优势。

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