雖然UWB在微定位方面表現(xiàn)出色，但低功耗藍牙憑借其低功耗、經濟性和廣泛的采納度，在物聯(lián)網生態(tài)系統(tǒng)中仍然不可或缺。作為短距個人局域網的事實標準，低功耗藍牙運用多種技術進行定位計算，包括接收信號強度指示（RSSI）、到達角（AoA）和出發(fā)角（AoD）技術等，以提供距離及方位信息。此外，低功耗藍牙即將引入一種稱為“信道探測（CS）”的高精度測距技術，利用測量無線電信號間的相位差和/或無線電信號的飛行時間來估算距離，從而顯著提高了定位精度。

本文將深入剖析UWB與低功耗藍牙定位技術，探討它們的特性、應用領域及最新進展。借助對比分析，文章聚焦于這些技術的精度、可靠性和安全性，旨在幫助企業(yè)、工業(yè)及消費領域應用（如室內定位、資產追蹤或樓宇安全門禁等）選擇最合適的技術。

首先，讓我們從宏觀視角來審視UWB技術與傳統(tǒng)低功耗藍牙RSSI、AoA、AoD以及低功耗藍牙CS技術間的差異。表1對此進行了一些歸納，幫助您根據應用需求和產品設計要求，判斷哪種技術最為匹配。

表1，UWB與低功耗藍牙定位技術的比較

UWB的起源可追溯到20世紀初，而“超寬帶（Ultra-Wideband）”這一術語則在1989年由美國政府提出，并在隨后的幾年里投入資金進行技術開發(fā)。最初，UWB僅限于軍事用途，直到21世紀初才開始商業(yè)化。近二十年后，隨著內置UWB U1芯片的蘋果iPhone 11手機發(fā)布，UWB技術迎來大規(guī)模市場應用，如今它已嵌入智能手機、汽車和眾多物聯(lián)網設備中。

不同于其它技術，UWB專門設計用于實現(xiàn)精準、安全、實時的位置、距離和方向測量。正如其名，UWB采用極短的約2納秒脈沖，在寬達500MHz的信道帶寬上傳輸數據。工作在3.1-10.6GHz的頻率范圍內，它能夠在遠距離內以厘米級精度追蹤目標。UWB通過飛行時間（ToF）計算距離，來獲得如此級別的精度；其中ToF是指UWB脈沖在兩個設備（如錨點和標簽）間往返所需的時間。

圖1，UWB采用飛行時間技術測量兩個設備間的距離

相較于幅度或頻率調制載波信號，脈沖信號的采用讓UWB系統(tǒng)能夠更快地初始化鏈路并以較少的重復次數發(fā)送數據。如圖2所示，左側的UWB信號比右側窄帶信號具有顯著更快的上升和下降時間，從而能夠精確測量信號的到達時間，增強了對多徑效應和其它無線電干擾的抗干擾能力。通過在寬頻帶上分散能量，并以-41.3dBm的極低功率水平進行傳輸，UWB對于像低功耗藍牙這樣的窄帶無線電信號而言，就如同寬帶噪聲。

圖2，出現(xiàn)反射情況的UWB脈沖無線電，與低功耗藍牙窄帶信號的對比

UWB可以采用多種不同的拓撲結構來實現(xiàn)，包括雙向測距（TWR）、到達時間差（TDoA）和到達相位差（PDoA），從而在功耗、部署規(guī)模和成本方面帶來靈活性與權衡。因此，測距可以在兩臺設備之間、多臺（數千臺）設備之間，或者在沒有任何固定錨點基礎設施的情況下進行。

此外，UWB信號傳輸極為安全，任何試圖攔截和放大信號（如中繼攻擊）的行為都難以成功；使得UWB在信號空間中具有低檢測概率、難以截獲以及抗干擾的信號特性，讓它成為下圖中眾多位置服務應用的理想選擇。

圖3，UWB應用場景

人們越來越認識到，UWB技術作為一種多功能解決方案，價值不僅僅局限于測距，還具備固有的雷達功能——其可用作短距雷達系統(tǒng)，用于存在檢測、手勢識別甚至生命體征監(jiān)測。這是通過在一個或多個接收天線上同時發(fā)射UWB雷達幀并接收信道脈沖響應（CIR）來實現(xiàn)的；隨后，雷達算法通過分析CIR來感知數米外的運動、存在或手勢。

自2004年問世以來，低功耗藍牙已成為物聯(lián)網領域的基石，其以低成本、長電池壽命和易于集成到消費品及服務中而備受贊譽。低功耗藍牙在諸多應用中表現(xiàn)出色，從傳統(tǒng)的音頻流和數據傳輸，到汽車鑰匙扣、智能家居小工具以及移動設備。其效率源于低功耗的特性、在2.4GHz頻段40個信道上進行數據傳輸的能力，以及為大型設備網絡構建網狀網絡的功能。

低功耗藍牙定位系統(tǒng)的核心在于信標（Beacon）的應用。如圖4所示，有兩種技術用于位置估算——三邊測量法和三角測量法。其中，三邊測量作為最常用的方法，要求至少有兩個已知距離的參考低功耗藍牙信標，并使用RSSI來估算距離。另一方面，三角測量法則依賴于兩個或三個參考點之間的已知距離，并通過測量角度——即AoA或AoD，來估算距離及方向。

圖4，基于低功耗藍牙的三邊測量法和三角測量法定位估算

低功耗藍牙5.1引入了基于三角測量法的定向技術，提供了兩種定位估算方法：