选择超宽频实现精准社交距离穿戴设备

社交距离仍是 COVID-19 缓解的基石，任何旨在提醒用户推荐 6 英尺 (2 米) 缓冲区被打破的穿戴设备，都需要精准、低延迟的测距能力。

Altran 与半导体领军厂商 Renesas 合作，打造基于超宽频 (UWB) 技术的智能腕带平台。本文详述该合作第一阶段——评估无线协议以满足严格的精度、功耗、尺寸和用户体验要求。

小设备，长需求清单

目标是设计可围绕 Renesas IC 构建的紧凑社交距离平台。低量腕带原型演示核心功能——监测、报警、易用性（图 1）。

图 1. 当另一设备进入用户指定安全距离内时提醒佩戴者的腕带原型。（来源：Altran）

穿戴外形因素决定无线方案须满足以下标准：

• 精准测距 — 可靠报警与消除误报的关键。
• 环境鲁棒性 — 室内外、视距 (LOS) 与非视距 (NLOS) 条件、动态移动物体场景均须表现良好。
• 低延迟 — 报警须足够快让佩戴者反应。
• 紧凑性 — 无线协议栈须装入轻量腕带。
• 能效 — 连续近距离感知下电池寿命仍可接受。
• 可扩展性 — 系统应处理人群中多同时目标。

所有无线技术组合信号捕获（基于时间、角度或接收信号强度）与定位技术（三角测量或三边测量）估算距离或位置（图 2）。

图 2: 典型距离/位置测量技术。（来源：Altran）

评估无线技术

我们考察了 Wi-Fi、蜂窝、蓝牙低功耗 (BLE) 和超宽频 (UWB)。公开精度数据（图 3）为我方用例淘汰多协议，但各有亮点。

图 3. 典型无线技术测距精度。（来源：Altran，引用公开参考文献 [1]）

Wi-Fi

Wi-Fi 普及度高且近期往返时间 (RTT) 改进使其对室内定位有吸引力。但即使有 RTT，典型基于 RSSI 精度仅 75–85% 时间达 1–3 m，在 NLOS 或强反射环境下退化。Wi-Fi 还需接入点网络，限制无缝室内外切换并增加基建复杂度。

BLE

BLE 低功耗、易通过现有智能设备部署。更高采样率改善距离估计优于 Wi-Fi，但快衰落、干扰、人体遮挡仍将实测精度限制在约 2 m。单靠 BLE 无法满足社交距离报警所需的亚米级精度。

蜂窝

室外蜂窝定位 (A-GPS、E-CID、OTDOA) 当前 3G/4G 网络下达 5–10 m 精度——不足够。5G 毫米波、设备到设备、超密组网承诺亚米精度，但全球覆盖和室内适用性目前仍有限。

UWB

UWB 工作于 3.1–10.6 GHz，凭借高时域分辨率和多径免疫实现厘米级测距精度。其短脉冲冲激信号提供亚毫秒延迟，宽带宽缓解窄带干扰。重要的是，UWB 高穿透力实现可靠 NLOS 性能，更高工作频率支持更小天线——对腕带至关重要。

Renesas 提供低速脉冲 (LRP) UWB 芯片组，发射模式耗电 10–20 mA，而高速率方案需 100–120 mA。利用 IEEE 802.15.4z，LRP 支持安全往返飞行时间测距且保持超低功耗。第一阶段在 LOS/NLOS 环境达 20–30 cm 精度，进一步调优有望达 10 cm 目标。

结合 BLE 与 UWB 让我们在检测到目标时利用 UWB 精度，BLE 负责低功耗近距检测和数据卸载到移动 App。

图 4: 结合 BLE 和 UWB LRP 的最终原型平台，实现最佳功耗与精度。（来源：Altran）

社交距离腕带的明确选择

Altran 和 Renesas 证明基于 UWB 的平台提供可靠社交距离穿戴设备所需的精度、延迟和能效。架构可扩展至任何需精准室内外定位的 IoT 形态，适用于接触者追踪、资产追踪等。

参考文献

[1] 无线协议测距精度数据：

• Wi-Fi
• BLE
• GNSS
• 蜂窝
• UWB

[2] 仿真结果