UWB(超宽带)模块是一种基于脉冲无线电技术的无线通信模块，通过纳秒级非正弦波窄脉冲传输数据，工作频段通常覆盖500MHz至10.6GHz的极宽频谱。其核心特性包括厘米级高精度定位(利用飞行时间测距)、低功耗(脉冲信号间歇工作)、强抗干扰性(宽带信号分散能量)及高安全性(信号难以侦测)。该模块支持双向测距(TWR)和多址接入技术，广泛应用于智能钥匙、室内定位、工业自动化和车载系统等领域，是实现短距离高速、高可靠性通信与定位的关键硬件。以下是关于UWB(超宽带)模块功能的解析：
一、UWB模块的核心功能
UWB模块是一种基于超宽带技术的无线通信模块，通过发射纳秒级非正弦波窄脉冲实现数据传输与定位，具备以下核心功能：
1. 高精度定位
利用短脉冲(脉宽0.1-1.5ns)的高时间分辨率，实现厘米级定位精度(典型值10-30cm)。
支持多维定位：0维(存在性检测)、1维(线性定位)、2维/3维(平面/空间定位)。
2. 高速数据传输
带宽超500MHz(频段覆盖3.1-10.6GHz)，数据传输速率可达6.8Mbps至数Gbps，远超蓝牙/Wi-Fi。
3. 强抗干扰能力
低占空比和宽频谱散射特性，有效避免与其他无线系统(如ISM频段设备)的干扰。
可穿透墙壁/地板等障碍物，适用于复杂室内环境。
4. 低功耗与高安全性
仅在需要时发射脉冲，显著降低功耗，延长电池寿命。
支持PHY层加密，增强数据传输安全性。
二、技术原理与工作机制
1. 信号调制方式
采用 脉冲位置调制（PPM） ：通过调整脉冲位置和重复周期(25-1000ns)编码数据。
2. 定位实现机制
飞行时间（ToF）测量：通过计算信号发射与接收的时间差确定距离。
二维定位需3个参考点，三维需4个参考点。
相关接收技术：接收端将信号与预设模板波形相乘积分，实现高精度解码。
3. 增强技术
MIMO多天线技术：提升数据传输速率与定位稳定性。
TWR（双向测距）/TDOA（到达时间差） ：支持不同定位架构。
三、核心性能参数
| 参数类别 | 典型值 |
|---|---|
| 频率范围 | 3.1-10.6GHz（CH5:6.24-8.24GHz等） |
| 定位精度 | 10cm（无遮挡）→30cm（一般遮挡） |
| 数据传输速率 | 110kbps/850kbps/6.8Mbps（多模式） |
| 通信距离 | 35-450m（视信道与遮挡情况） |
| 功耗 | 输出功率谱密度≤-41.3dBm/MHz |
四、典型应用场景
1. 室内定位与导航
商场/医院/机场：提供厘米级路径引导，解决GPS信号盲区问题。
养老院/监狱：实时追踪人员位置，保障安全。
2. 工业自动化
资产追踪：实时监控物料位置，优化仓储效率。
设备维护：精准定位故障设备，缩短停机时间。
3. 智能家居与消费电子
设备自动跟随：智能音箱/机器人随用户移动。
数字钥匙：宝马/大众等车企采用UWB实现无钥匙进入。
4. 车联网与自动驾驶
车辆定位：厘米级精度支持自动泊车与编队行驶。
防碰撞系统：实时测距提升行车安全。
5. 新兴领域
AR/VR：空间感知与动作捕捉。
医疗健康：患者监护与医疗设备跟踪。
五、对比其他无线技术
| 特性 | UWB | 蓝牙 | Wi-Fi |
|---|---|---|---|
| 定位精度 | 厘米级 | 米级 | 米级 |
| 数据速率 | 高达6.8Mbps | 1-3Mbps | 数十Mbps |
| 功耗 | 极低 | 低 | 中等 |
| 抗干扰性 | 强（多径抑制） | 中等 | 弱 |
| 穿透能力 | 强（穿墙） | 弱 | 中等 |
| 优势总结：UWB在精度、功耗、抗干扰性上显著领先，但通信距离短于Wi-Fi。 |
六、主流厂商及产品特性
| 厂商/产品 | 核心特性 | 应用场景 |
|---|---|---|
| Decawave DW1000 | 支持TWR/TDOA，精度10cm，通信距离450m，兼容IEEE 802.15.4-2011 | 资产跟踪/室内定位 |
| Murata Type 2AB | 超小型设计，集成蓝牙5.2+三轴传感器，适用物联网设备 | 可穿戴设备/小型电池设备 |
| STMicroelectronics MOD1 | 双向测距精度10cm，支持API固件更新，需外接天线 | 仓储物流/VR游戏 |
| Qorvo DW3000 | 支持FiRa标准，全相干接收器，可编程发射功率 | 高精度实时定位系统（RTLS） |
七、未来发展趋势
1. 消费电子普及
2025年预计超50%智能手机集成UWB，年出货量达15亿台。
2. 汽车领域深化
数字钥匙标准(CCC 3.0)推动UWB成为车载标配。
3. 工业4.0应用
工厂自动化定位需求驱动市场年复合增长率37%(2030年达100亿美元)。
4. 技术融合创新
与AI/5G结合提升实时定位能力，拓展至医疗/AR等新场景。
结论
UWB模块凭借厘米级定位、低功耗、强抗干扰性三大核心优势，正在重塑室内定位、工业自动化和智能汽车领域的技术格局。随着主流芯片厂商持续优化性能(如Qorvo DW3000支持FiRa标准)，以及消费电子与车规级应用的爆发式增长，UWB将成为万物互联时代的关键基础设施。未来需突破成本与多系统兼容性挑战，以释放其在元宇宙、智慧医疗等新兴场景的潜力。
