UWB(超宽带Ultra Wide Band)定位技术优劣势及成本比较

UWB（超宽带Ultra Wide Band）
定位技术优劣势及成本比较
目录
一、UWB定位技术优劣势分析 (2)
1. UWB定位技术原理介绍 (2)
2. UWB定位算法： (2)
3. UWB定位技术的优劣势 (3)
4. UWB定位技术的应用场景 (5)
5. UWB定位系统前景展望 (8)
二、RFID定位和UWB定位的成本比较分析 (8)
三、UWB定位和蓝牙定位的成本对比分析 (10)
四、WIFI定位和UWB定位的成本分析对比 (11)
一、UWB定位技术优劣势分析
1.UWB定位技术原理介绍
超宽带（Ultra Wide Band，UWB）技术是一种无线载波通信技术，它不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲传输数据，因此其所占的频谱范围很宽。

UWB技术具有系统复杂度低，发射信号功率谱密度低，对信道衰落不敏感，截获能力低，定位精度高等优点，尤其适用于室内等密集多径场所的高速无线接入。

2.UWB定位算法：
目前无线定位技术是指，即定位算法目前最常用的用来判定移动用户位置的测量方法和计算方法主要有：时差定位技术、信号到达角度测量（AON）技术、到达时间定位（TOA）和到达时间差定位（TDON）等。

其中，TDO1技术是目前最为流行的一种方案，除了用于CSM系统，在其他诸如AMPS和CDMA系统中也广泛应用，UJWB定位采用的也是这种技术。

目前UWB定位系统也可以提供3D 定位功能，此定位系统采用TDOA 和NOA 两种定位算法，已达到3D）定位的效果
系统构成：
接下来以UJWB 精确定位系统为例介绍：
Ubisense UJWB精确定位系统包含三个组成部分：传感器sensor、有源定位标签tag和定位平台iTocateTRM，在该系统中，定位标签tag利用UWB脉
冲信号发射出位置信息给传感器sensor，传感器接受到信号后采用TDOA和\OA定位算法对标签位置进行分析，最终通过有线以太网传输到iT ocate服务器。

iTocateT-MJWB定位单元可以实现无缝蜂窝连接，将定位空间无限扩展，
定位标签可以在各个单元自由行走，通过定位平台软件分析，将定位目标真实地以虚拟动态三维效果显示出来。

该系统在传统的应用环境中稳定达到15cm 的3D 定位精度。

3.UWB定位技术的优劣势
优势：
（1）传输速率高
理论上，一个宽度趋于0的脉冲具有无限的带宽，因此，UWB即使把发送信号功率谱密度控制得很低，仍可实现高达100Mbit／s-500Mbit／s的传输速率。

在民用方面，UWB脉冲宽度一般为纳秒级。

如果一个脉冲代表一个数位，那么，理论上UWB可达1 Gbit／s的速率，这样在实际中实现100Mbit／s以
上的速率是完全可能的。

（2）范围覆盖广
UWB属于中短距离范围内的通讯技术，非常适合构建室内环境的实时定位系统。

根据最近的发展，目前的单个传感器定位单元的覆盖面积达到400平方米，传感器网络的信号发射节点跟信号接收节点之间的最大距离达到60米。

可以实现多个定位单元（CelD）联合工作，按需扩大覆盖面积。

（3）实时性好
相对于其他定位技术，UWB定位一个很大的优势就是它具有较好的实时性。

下面的表格给出了目前无线定位领域各种定位技术的实时响应频率。

（4）穿透力强
UWB信号具有非常强的穿透力。

UWB信号能穿透树叶、土地、混凝土、水体等介质，因此军事上UWB雷达可用来探测地雷，民用上可以查找地下金属管道探测高速公路地基等。

（5）传输能力强
民用商品中，一般要求UWB3信号的传输范围为10m以内，再根据经过修
改的信道容量公式，其传输速率可达500Mhit/s，是实现个人通信和无线局域网的一种理想调制技术，UWB以非常宽的频率带宽来换取高速的数据传输，并且不单独占用现在已经拥挤不堪的频率资源，而是共享其他无线技术使用的频带，在军事应用中，可以利用巨大的扩频增益来实现远距离低截获率、低检测率、高安全性和高速的数据传
（6）发射功率小
UWB系统使用间歇的脉冲来发送数据，脉冲持续时间很短，一般在0.20ms~l.5ns之间，有很低的占空因数，系统耗电可以做到很低，在高速通信时系统的耗电量仅为几百uW~几十mW.民用的UWB设备功率一般是传统移动电话所需功率的1/100左右，是蓝牙设备所需功率的1/20左右军用的UWB 电台耗电也很低因此，UWB设备在电池寿命和电磁辐射上，相对于传统无线设备有着很大的优越性。

劣势：
UWB通信也存在不足，主要问题是UWB系统占用的带宽很高，UWB系统可能会干扰现有其他无线通信系统，因此。

UWB系统的频率许可问题一直在争论之中；另外，还有学者认为，尽管UWB系统发射的平均功率很低，但是，由于其脉冲持续时间很短，瞬时功率峰值可能会很大，这甚至会影响到民航等许多系统的正常工作。

尽管如此，学术界的种种争论并不影响UWB的开发和应用。

4.UWB定位技术的应用场景
1)工业仓库
在工厂中，UWB定位系统可以帮助传统工厂实现数字化管理，可实时查看员工位置、在岗时间、离岗时间、移动轨迹，提高岗位巡查效率。

通过后台对仓储货物位置的监管，可查看物品位置、所属仓库等数据，防止物资设备的丢失。

2)养老院
在养老院，通过给老人佩戴智能手环或胸牌，不仅能够实时查看老人位置，还能够通过设置电子围栏来圈定安全活动范围，一旦老人走出安全区域，系统就会及时预警，通知管理人员前往查看，避免老人走失。

因为护工人员不可能24小时陪在每一个老人身边，难免会有疏漏，所以可以将一键报警功能集成在手环或胸牌之中，一旦老人遇到危急情况，按下按钮就能够通知护工人员及时予以救助，避免危及老人生命健康安全。

3)司法监狱
监狱安全管理一直是备受关注的问题，通过UWB定位技术如何杜绝监狱犯人管理漏洞、降低监管执法风险呢？
在监狱，通过UWB定位系统，将定位标签集成至犯人定位腕带中，能够对服刑犯人进行实时监控。

包括：实时掌握人员的实时位置、人数清点、犯人腕带防拆报警、电子围栏、聚众分析、行动轨迹跟踪、回放、摄像联动警报等，能够很大程度的降低监管执法的风险，防止意外事故的发生。

4)展厅
在会展、展厅内，UWB定位系统可实现智能化导览服务，一方面可以实时导引观众前往想去的展位，另外也可以对观众的位置数据进行精准统计，查看参展客户及工作人员在展厅内的观览轨迹、停留时间等，实现办展效果精准分析。

让展方了解参展人员感兴趣产品，为后期提升展会质量工作提供明确方向。

5)隧道
在隧道施工现场，通过部署UWB定位系统，将定位标签集成至员工胸卡、安全帽等穿戴设备内，可以提供的集风险管控、人员管理、实时显示、应急救援等功能能够准确定位工人位置，保障工人施工安全、施工质量、施工进度。

6)机场
在机场内，UWB定位系统可以通过移动设备给旅客提供导航路径，旅客可
轻松找到候机区域、登机口、行李领取处等等，避免错过航班。

对于机场管理方面：通过UWB定位分析不同区域旅客人员密度信息，能够加快测量排队进度，精简乘客流量、减少整个机场拥堵的发生。

另外，可以针对登机口变更和起飞延迟情况发送实时通知，以及向附近乘客发送促销宣传信息等。

如果机场方在检查行李时，无法确定物品可疑性，可以在物品上贴上定位标签，利用室内定位技术进行跟踪，只要系统发现该物品进入了不该进入的区域，立刻报警。

5.UWB定位系统前景展望
前面分析可知UWB定位系统无论在定位精度、传输能力穿透力实时性等方面与其他的无线定位技术相比都有明显优势，能够满足未来无线定位的要求可以预见UWB技术将来一定会在无线定位领域得到广泛应用。

但目前超宽带技术正处于发展初级阶段，精确定位技术的商业化正在进行之中，定位算法还有待改进，相关芯片还很少，市场推动力不足等因素，阻碍着UWB定位技术的推广和应用。

二、RFID定位和UWB定位的成本比较分析
在UWB定位技术出来之前，工业定位基本是被RFID定位所垄断，蓝牙和WIFI都是民用技术，工业上一般不于考虑。

而变电站、监狱、工业自动化等方
面的定位技术主要采用RFID定位。

而当UWB定位技术出现后，因为超高的精度和工业级别的设计要求，所以马上就成为工业定位的首选，而RFID这个曾经的王者却被赶下了神坛。

作为两种不同的技术，直接对比成本分析本质上不是非常的科学。

因为精度也不一样，下面做些定性的对比分析。

在室内定位的情况下，假设一个50米*50米的区域内，进行网络建设，UWB 所需的基站和RFID所需要的读卡器进行计算如下：UWB定位：室内定位的UWB 基站的覆盖距离达到了50米左右。

因此，覆盖一个50*50米的总共2500方的空间，需要4个UWB定位基站，定位精度在10cm，平均20cm左右。

RFID的reader：从设计原理上，RFID没有定位功能，只能感应倒标签是否在读卡器的范围内，如果需要定位精度在5米，则一般是5米部署一个读卡器。

所需要RFID读卡器数量为10*10=100个左右。

UWB定位系统网络建设主要包括UWB定位基站、定位引擎、集成电子地图的管理平台三部分。

RFID系统网络建设主要包括读卡器、定位引擎、导航定位管理平台。

所以从后台软件，两者的差别不大，各个公司有各个公司的自身定价。

但是逻辑上没有差异，主要的差异是在基站上。

4个UWB定位基站的价格大约是4万元以内。

100个读卡器的价格大约是1200*100=120000元左右。

从设备采购上而言，UWB定位基站的数量少，定位的精度高，费用要大大的低于RFID的网络建设费用，这也是RFID逐步被UWB定位技术所替换的原因把。

但是从网络运营的角度，UWB网络是工业级标准的设备，本来就不是面向普通的C端用户，因此，产品的健壮性，可维护性都适合工业企业，设备的稳定性好，网络运维也有很多指标可以查看。

RFID设计的初衷和定位是无关的，因此，在协议层面没有任何定位算法，当然如果在上述的例子中，把精度调整倒20米，那么读卡器的数量会大大的下降，但是这样的比较没有意义。

因为精度不同，客户所提出的技术指标差距就非
常的大。

对企业而言，如果有定位需求，就不用考虑RFID技术了，毕竟强扭的瓜不甜，而且贵。

而如果针对特定企业用户，可以为定位对象发放定位终端，那么就毫不犹豫的采用UWB的解决方案，精度高，网络健壮，可维护性好，性价比是真的高。

三、UWB定位和蓝牙定位的成本对比分析
作为两种不同的技术，直接对比成本分析本质上不是非常的科学。

因为目标客户群不同，精度也不一样，所以只能做些定性的对比分析。

在室内定位的情况下，假设一个50米*50米的区域内，进行网络建设，UWB 所需的基站和蓝牙所需要的beacon进行计算如下：
UWB定位：室内的UWB基站的覆盖距离达到了50米左右。

因此，覆盖一个50*50米的总共2500方的空间，需要4个UWB定位基站，定位精度在10cm，平均20cm左右。

蓝牙的beacon：蓝牙的覆盖距离要小很多，一般是5米部署一个beacon。

这样蓝牙的精度可以倒2-5米左右。

所需要beacon数量为10*10=100个左右。

UWB定位系统网络建设主要包括UWB定位基站、定位引擎、集成电子地图的管理平台三部分。

蓝牙定位系统网络建设主要包括蓝牙beacon基站、定位引擎、导航定位管理平台。

所以从后台软件，两者的差别不大，各个公司有各个公司的自身定价。

但是逻辑上没有差异，主要的差异是在基站上。

4个UWB定位基站的价格大约
是4万元以内。

100个beacon的价格大约是60*100=6000元左右。

从设备采购上而言，UWB定位基站的数量虽然少，但是总价是大大的超过了蓝牙网络建设的价格。

但是蓝牙部署所需要的人员建设所花费的时间较多，后续的网络维护成本也要高很多，beacon数量多，导致了损坏和维护的费用也上涨。

而且还有可能导致同频干扰等问题，对维护是个考验。

因此，从单纯的成本分析而言，账面上的费用是蓝牙便宜，UWB基站的总成本是更高。

但是从网络运营的角度，UWB网络是工业级标准的设备，本来就不是面向普通的C端用户，因此，产品的健壮性，可维护性都适合工业企业，设备的稳定性好，网络运维也有很多指标可以查看。

蓝牙ibeacon原本设计是面向普通的民用市场，名义上设备可以用3年，实际上设备的设计和维护都无法达到目的。

可能运行一个月左右，就会有一半的beacon需要重启。

这样的网络对于工业企业和企业级的应用而言，是噩梦一般。

对比WIFI设备，工业级的AP就比家用的AP要贵十倍左右。

所以，直接通过蓝牙和UWB的成本对比是没有任何意义的，两个不同的产品，定位不同的客户，定位的精度差了二十倍。

从室内定位的角度，采用什么样的终端是网络建设的一个标准。

如果需要定位普通的用户，而且用的是用户自己的手机，那么只能用WIFI或者蓝牙之类的网络。

比如医院、shopping mall等，虽然蓝牙有很多问题，维护性也很差，也只能用。

因为没法给每个用户发一个终端。

而如果针对特定企业用户，可以为定位对象发放定位终端，那么就毫不犹豫的采用UWB的解决方案，精度高，网络健壮，可维护性好，性价比是真的高。

四、WIFI定位和UWB定位的成本分析对比
WIIF定位和UWB定位都是室内、室外定位的重要手段，作为两种不同的技术，直接对比成本分析本质上不是非常的科学。

因为目标客户群不同，精度也
不一样，因此，可以根据网络情况做些定性的对比分析。

在室内定位的情况下，假设一个50米*50米的区域内，进行网络建设，UWB定位所需的基站和WIFI 定位所需要的AP进行计算如下：UWB定位：室内的UWB基站的覆盖距离达到了50米左右。

因此，覆盖一个50*50米的总共2500方的空间，需要4个UWB定位基站，定位精度在10cm，平均20cm左右。

WIFI的ap数量：
WIFI的覆盖距离不小，但是如果是用在定位上，需要提高定位精度，所以需要增加AP的数量，一般是15-20米部署一个AP。

这样WIFI的精度大约在5-8米左右。

所需要AP数量为4*3=12个左右。

UWB室内定位系统网络建设主要包括UWB定位基站、定位引擎、集成电子地图的管理平台三部分。

WIFI定位系统网络建设主要包括WIFI基站、定位引擎、导航定位管理平台。

所以从后台软件，两者的差别不大，各个公司有各个公司的自身定价。

但是逻辑上没有差异，主要的差异是在基站上。

4个UWB定位基站的价格大约是4万元以内。

12个工业AP的价格大约是2000*12=24000元左右。

12个民用级AP的价格大约是600*12=7200元左右。

这是胖AP的解决方案，如果是廋AP的方案，还需要增加一个AC，AC的价格在2-10万元左右。

从设备采购上而言，UWB定位基站的数量虽然少，但是总价是超过了WIFI 网络建设的价格。

及时是工业级的瘦AP的解决方案，总成本和UWB的也是差不多的。

如果采用民用的AP那么价格还能大幅度的降低，当然会带来维护上的一系列问题。

因此，从单纯的成本分析而言，账面上的费用是WIFI便宜，UWB 基站的总成本是更高。

但是从网络运营的角度，UWB网络是工业级标准的设备，本来就不是面向普通的C端用户，因此，产品的健壮性，可维护性都适合工业企业，设备的稳定性好，网络运维也有很多指标可以查看。

所以，直接采用WIFI 和UWB的成本对比是没有任何意义的，两个不同的产品，定位不同的客户，定位的精度差了五十倍。

从室内定位的角度，采用什么样的终端是网络建设的一个
标准。

如果需要定位普通的用户，而且用的是用户自己的手机，那么只能用WIFI 或者蓝牙之类的网络。

比如医院、shopping mall等，虽然WIFI有很多问题，维护性也很差，也只能用。

因为没法给每个用户发一个终端。

而如果针对特定企业用户，可以为定位对象发放定位终端，那么就毫不犹豫的采用UWB的解决方案，精度高，网络健壮，可维护性好，性价比非常的高。