解锁室内停车场新“位”来：UWB解决方案全解析
Skylab
UWB是什么？
UWB，即超宽带(UltraWideband)技术，是一种无载波通信技术，利用纳秒至微秒级的非正弦波窄脉冲传输数据。通过在较宽的频谱上传送极低功率的信号，UWB具有诸多显著特点。
一、UWB技术概述
首先，UWB具有传输速率高的特点。理论上，一个宽度趋于0的脉冲具有无限的带宽，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，理论上可达1Gbit/s的速率，实际中实现100Mbit/s以上的速率是完全可能的。
其次，UWB发射功率低。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0.20ns-1.5ns之间，有很低的占空因数，系统耗电可以做到很低。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。
再者，UWB穿透能力强。UWB室内定位信号具有非常强的穿透力，它的信号能穿透树叶、土地、混凝土、水体等介质。在军事上，UWB雷达可用来探测地雷;在民用上，可以查找地下金属管道、探测高速公路地基等。用在劳教所等场所，更是可以探测躲藏的目标。
此外，UWB定位精度高。UWB采用TDOA(到达时间)算法，测量电磁波从发射端到达接收端所用的时间，分布在房间内的几个接收端同时接收到发射端发射的电磁波信号，根据电磁波的传播速度即精准计算出发射端在房间内的位置，定位精度最高可达10cm，基本上满足了绝大部分室内定位场景对高精度定位的需求。
UWB还具有多径分辨能力强的特点。由于常规无线通信的射频信号大多为连续信号或其持续时间远大于多径传播时间，多径传播效应限制了通信质量和数据传输速率。而超宽带无线电发射的是持续时间极短的单周期脉冲且占空比极低，多径信号在时间上是可分离的，很容易分离出多径分量以充分利用发射信号的能量。对常规无线电信号多径衰落深达10-30dB的多径环境，对超宽带无线电信号的衰落最多不到5dB。
同时，UWB系统结构的实现比较简单。当前的无线通信技术所使用的通信载波是连续的电波，载波的频率和功率在一定范围内变化，从而利用载波的状态变化来传输信息。而UWB则不使用载波，它通过发送纳秒级脉冲来传输数据信号。UWB发射器直接用脉冲小型激励天线，不需要传统收发器所需要的上变频，从而不需要功用放大器与混频器。在接收端，UWB接收机也有别于传统的接收机，不需要中频处理。
UWB具有良好的共存性和保密性。由于UWB系统辐射谱密度极低，对传统的窄带系统来讲，UWB信号谱密度甚至低至背景噪声电平以下，UWB信号对窄带系统的干扰可以视作宽带白噪声。因此，UWB系统与传统的窄带系统有着良好的共存性，这对提高日益紧张的无线频谱资源的利用率是非常有利的。同时，极低的辐射谱密度使UWB信号具有很强的隐蔽性，很难被截获，这对提高通信保密性非常有利。
二、UWB在室内停车场的应用案例
案例一：基于UWB超带宽的室内停车定位导航
在室内停车定位导航中，主要涉及服务器组件、数通网络设备、uwb基站和移动设备等。服务器组件包括定位服务器、数据服务器、呈现服务器和gis，其中定位服务器具有对车辆的定位功能，可实时更新车辆的位置信息。数通网络设备由路由器和交换机组成，用于数据信号的基带传输、频带传输、数据交换、数据通信网及差错控制。uwb基站通过数据线与数通网络设备连接，移动设备则通过无线电与uwb基站连接。移动设备可以是手机或其他具有无线网络数据连接功能和搭载a-gps模块的电子设备，通过向移动设备向服务器发送定位信息和接受定位信息，方便定位车辆以及接收附近停车场的相关信息。
通过借助大数据信息分析和车场数据的监测，可有针对性地给出实时目标车场停车具体信息以及预测目标车场未来数个小时之间的车位变化情况，相应给出是否需要预约车位的建议，以此来帮助解决停车过程中常见的在哪停、怎么停以及其他“信息孤岛”等众多情形，方便为用户快速寻找停点，提供前往停车点的道路和实施路况。
案例二：基于UWB的室内停车场寻车的系统及方法
该系统主要由车辆控制器、UWB无线通信基站模块、车载UWB无线通信标签模块、室内停车场监控主机、云服务器、车主用户手机和寻车APP组成。车辆控制器连接到车载UWB无线通信标签模块上，车载UWB无线通信标签模块与UWB无线通信基站模块进行通信连接。UWB无线通信基站包含WiFi通信模块，通过WiFi无线连接到室内停车场监控主机。室内停车场监控主机通过以太网或4G网络连接到云服务器上。车主用户手机带有UWB无线通信标签模块，与UWB无线通信基站模块进行通信连接，车主用户使用寻车APP，通过4G网络连接到云服务器上，寻车APP用于指示车主行走方向至车辆停放的位置。
具体的寻车方法如下：首先在室内停车场布置若干个UWB无线通信基站模块，为了保证通信质量和定位精度，UWB基站需要均匀安装在室内停车场各个分区。根据室内停车场的尺寸图，将UWB无线通信基站安装在已知的坐标点上。车载UWB无线通信标签模块、手机带有的UWB无线通信标签模块与多个UWB无线通信基站之间通过UWB双向飞行时间法算法，测量出车载UWB标签和手机UWB标签与多个UWB基站之间的距离，实现室内定位汽车的位置和手机的位置。UWB基站定位到汽车和手机的位置后，将定位数据通过WiFi无线网络传输给室内停车场监控主机，主机再将数据发送给云端服务器。云端服务器根据已知的汽车位置和手机位置，规划车主行走路线。手机寻车APP通过4G网络访问云端服务器，接收云端服务器的规划路径，再实现实时导航，引导车主走到汽车的位置。
三、室内停车场UWB解决方案
UWB定位原理
UWB(UltraWideband)超宽带技术在室内停车场实现定位主要通过UWB双向飞行时间法算法测量距离。具体来说，在室内停车场布置若干个UWB无线通信基站模块，车载UWB无线通信标签模块、手机带有的UWB无线通信标签模块与多个UWB无线通信基站之间通过该算法，测量出车载UWB标签和手机UWB标签与多个UWB基站之间的距离，从而实现室内定位汽车的位置和手机的位置。例如，成都精位科技有限公司推出的自主可控UWB定位芯片及模组，就利用了这种技术在室内停车场等场景实现高精度定位。
解决方案的优势
1、精准定位
UWB技术在室内停车场能够实现厘米级的高精度定位。例如，小米发布的“一指连”UWB技术，可实现室内厘米级定位，手机指向智能设备就能对应呼出控制卡片，甚至对准电视还能直接投屏。在室内停车场中，这种高精度定位能帮助车主快速找到车辆和停车位。精位科技的UWB定位芯片身材袖珍，规格为5mm×5mm，精度可以达到10厘米以内，甚至5厘米，且几乎达到无延时定位，让消费者在如迷宫的地下停车场精准定位导航。
2、便捷寻车
通过手机寻车APP实现实时导航，引导车主走到车辆位置，解决找车难的问题。车主用户手机带有UWB无线通信标签模块，与UWB无线通信基站模块进行通信连接，车主用户使用寻车APP，通过4G网络连接到云服务器上，接收云端服务器的规划路径，再实现实时导航，引导车主走到汽车的位置。就像室外GPS导航一样正确引导车主到达车辆位置，大型、小型停车场均可以精准定位，无声寻车，体验更好。
3、无需额外硬件投入
与其他寻车系统相比，UWB解决方案不需要额外的硬件投入或人工维护，成本和用户体验都较好。目前室内定位最强势的技术是UWB定位技术，该技术具有体积小、功耗低、穿透力强、不易察觉和定位精度高等特点。采用室内定位导航技术可以方便地实现反向寻车，应用室内定位导航技术技术的app如位迩停车等，可自动记录用户停车位，无需用户任何操作，并在用户需要寻车时，自动在地图上标记最佳路线，使用直观、方便。除室内定位导航技术方案外，不需要额外的硬件投入或人工维护，成本和用户体验都较其他方案为好。
四、未来展望
UWB在室内停车场的发展前景
随着技术的不断进步，UWB技术在室内停车场的未来发展前景十分广阔。
1、技术发展趋势
高速数据传输：目前，UWB的传输速率已经较高，未来有望进一步提升，达到千兆比特每秒甚至更高。这将使室内停车场的数据传输更加高效，为停车场管理系统提供更快速的数据支持。
精确定位：随着算法的优化和硬件的改进，UWB模块的定位精度和速度都将得到进一步提升。在室内停车场中，这意味着更准确的车辆定位和导航，为车主提供更好的停车体验。
低功耗：未来的UWB模块将更加注重功耗优化，以适应长时间运行的物联网设备。在室内停车场中，低功耗的UWB设备可以减少能源消耗，降低运营成本。
2、应用场景扩展
智能家居与停车场的融合：智能家居市场的迅速增长为UWB技术在室内停车场的应用提供了新的机遇。UWB模块可以为智能家居系统和停车场管理系统提供高速、低延迟的数据传输和精确的设备定位。例如，车主可以通过智能家居设备远程查询停车场的空位信息，并提前预约车位。
工业自动化在停车场的应用：在工业自动化领域，UWB模块可以用于机器人导航、资产跟踪和自动化生产线的监控。在室内停车场中，UWB技术可以用于停车场的自动化管理，如自动引导车辆停放、自动收费等。
汽车电子领域的发展：随着自动驾驶技术的发展，UWB模块在汽车电子领域的应用前景广阔。UWB可以用于车辆之间的通信、车辆与基础设施之间的通信，以及车内设备的精确定位。在室内停车场中，UWB技术可以实现车辆的自动泊车、寻车等功能。
3、面临的挑战与解决方案
标准化和兼容性：UWB技术的发展需要统一的国际标准来确保不同设备和系统之间的兼容性。目前，UWB技术的标准正在制定中，但尚未完全统一。为了解决这个问题，行业内的企业和机构应加强合作，共同推动UWB技术标准的制定和完善。
成本问题：尽管UWB模块的成本已经有所降低，但与传统的无线通信模块相比，其成本仍然较高。为了降低成本，可以通过技术创新和规模化生产来降低UWB设备的制造成本。同时，政府和企业可以加大对UWB技术的研发投入，推动技术的进步和成本的降低。
法规和频谱管理：UWB模块的运行需要合适的频谱资源。不同国家和地区对于UWB的频谱管理有不同的规定，这可能会影响UWB模块的全球部署。为了解决这个问题，各国政府应加强沟通和协调，制定统一的频谱管理政策，为UWB技术的发展提供良好的政策环境。
4、对停车场管理和车主体验的积极影响
提高停车场管理效率：UWB技术可以实现对停车场内车辆的实时定位和监控，帮助停车场管理人员更好地掌握停车场的使用情况，提高停车场的管理效率。例如，管理人员可以通过UWB技术实时了解停车场内的空位数量和位置，及时引导车辆停放，减少车辆拥堵。
提升车主停车体验：对于车主来说，UWB技术可以提供更加便捷的停车和寻车服务。车主可以通过手机APP实时查询停车场的空位信息，并导航到空位位置。在寻车时，车主可以通过手机APP快速找到车辆的位置，节省时间和精力。
促进停车场智能化发展：UWB技术的应用将推动停车场向智能化方向发展。未来的室内停车场将集成更多的智能设备和系统，如自动泊车系统、智能收费系统等，为车主提供更加便捷、高效的停车服务。
总之，UWB技术在室内停车场的未来发展前景广阔。随着技术的不断进步和应用场景的不断扩展，UWB技术将为停车场管理
