汽车数字钥匙设计中的UWB技术详解

汽车数字钥匙设计中的UWB技术详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/zzx3111/article/details/130184788

随着汽车智能化的不断发展，数字钥匙已成为提升用户体验的重要技术之一。其中，UWB（超宽带）技术因其精准定位和安全通信的特点，在数字钥匙系统中扮演着越来越重要的角色。本文将从UWB的基本概念、工作原理、频段划分、波形特点以及编码方式等多个维度，深入解析这一关键技术。

1、什么是UWB？

UWB，即超宽带（Ultra Wideband），是一种无线载波通信技术。根据FCC规定，UWB通信系统可使用频段为3.1GHz～10.6GHz。IEEE Standard for Low-Rate Wireless Networks, 802.15.4-2020中规定的UWB技术支持三个独立的工作频段，频率范围从数百MHz到几GHz：

• 亚千兆赫频段（sub-gigahertz band）：由单个信道组成，占用249.6 MHz至749.6 MHz的频谱。
• 低频段（low band）：由4个信道组成，占用3.1 GHz至4.8 GHz的频谱。
• 高频段（high band）：由11个信道组成，占用6.0 GHz到10.6 GHz的频谱。

CCC规范要求使用高频段的信道5和信道9。信道5使用6489.6 MHz的中心频率，信道9使用7987.2 MHz的中心频率，每个信道的带宽为499.2MHz，具体如下图。

2、无线载波通信技术基础知识

传统无线通信方式使用的连续波信号，即本地振荡器发生连续的高频载波，需要传送的信息通过调幅、调频、调相等方式加载于载波之上，通过天线进行发送。目前的无线广播，如蓝牙通信，5G通信，WIFI等都是采用该方式进行无线通信，如下图。

而IR-UWB信号，不需要产生连续的高频载波，仅仅需要产生一个时间短至ns级以下的脉冲，便可通过天线进行发送。需要传送信息可以通过改变脉冲的幅度、时间、相位进行加载，进而实现信息传输。下图是使用相位调制方式传输二进制归零码的IR-UWB信号产生示意图。

3、怎么理解UWB的“超宽带”？

UWB技术不采用正弦载波，而是利用纳秒级的非正弦波窄脉冲来传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号。

其他无线通信技术，如蓝牙的无线通信的中心频率是2.4G，其工作频率范围为2402～2480MHz，其带宽范围为80MHz。但UWB的工作频率范围为3.1GHz～10.6GHz，带宽极宽，高达几个GHz。

从频域上看，连续波信号将能量集中于一个窄频率内，而UWB信号带宽很大，同时在每个频点上功率很低，如下图所示。

4、数字钥匙常用频段

下表为几种智能钥匙/数字钥匙常用射频技术：

5、UWB波形

如前面所说，UWB利用纳秒级的非正弦波窄脉冲来传输数据，其脉冲宽度大约2ns，具体可详见IEEE Std 802.15.4，里面有个看起来很复杂的公式模型如下：

标准中有个表格列出了各个信道的脉冲时间宽度，如下表：

那么UWB这种非正弦窄脉冲的波形到底是什么样的？下图给出UWB的脉冲波形示例，大家能有个直观感受。具体如下图（上面两个是时域图，下面是频域图）：

6、UWB 3态编码

使用UWB脉冲，可以编码为3种状态(ternary code)：

• +1：正脉冲
• -1：负脉冲
• 0：无脉冲

具体如下图：