超宽带UWB高精度定位技术

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      初次接触超宽带（UWB）无线通信技术，先了解和认识一下。准备做机器人室内定位，没拿到模块之前，先啃英文数据手册，好像还没有中文版本的，做个笔记。定位考虑过ZigBee和BLE，最后还是选择了UWB技术，抗干扰性能更强，定位精度高（±10cm），低成本、低功耗，数据传输速度快，UWB能在10米左右的范围内实现数百Mbit/s至数Gbit/s的数据传输速率,可达到6.8Mb/s。
1.背景及相关技术

# }1 b6 F5 K0 _UWB（Ultra Wide Band，超宽带）是一种以极低功率在短距离内高速传输数据的无线通信技术，UWB具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势，主要应用于室内通信、家庭网络、位置测定、雷达检测等领域。系统容量大发送功率非常小，其电磁波辐射对人体的影响也会很小，应用面就广。
4 }8 s% v9 Q' ]; g. t
; {; T  u7 e7 c/ W+ N: m/ J5 e6 P: _2.芯片选择

选择DecaWave公司的DW1000芯片。符合IEEE802.15.4-2011超宽带标准。按照数据手册上应该最小误差在10厘米以内。DW1000的最远传输距离为450米（直视距离，非直视距离为45米）。芯片功耗低，可双向测距和定位，可作为目前室内定位（还有说法是地下定位也可以）技术RFID及WiFi的补充。参数如下：

( w1 P; ?) b: h& A; ~) m* J单电源电压:2.8 V至3.6 V

数据传输速率：110 kbit/s，850 kbit/s和6.8 Mbit/s；
' r9 k1 [# ]6 p, R: ~0 J! m
6频段：从3.5 GHz至6.5 GHz
$ B/ W& r& \; t+ i
; E4 y5 I) A0 T7 e2 B: \8 F! t. s发射功率：-14 dBm/-10 dBm

发射功率密度:<-41.3dBm / MHz  
: h! i7 }) q' K1 z) J2 K+ q8 ]
支持数据包大小:1023字节

2 \( l% F4 r+ g6 L5 U* ?调制方式：BPM（二相调制）与BPSK（二进制相位调制）
2 y- _) v0 e0 h- Q! p
9 G1 X3 B; a0 j9 f& pFDMA：6通道

CDMA：12种不同的信道编码
" }, v8 K! d" Q& F1 O4 e& o. ^# q$ I
工业级温度范围：-40°C至+ 85°C
7 l3 J) U: w0 |# t8 n. n2 [6 V. @
读数据手册的摘录及心得：

DW1000需接外部38.4MHz的晶振，支持SPI通信。

引脚说明：
8 ^0 k, l; e2 n* [
, W2 f& R8 P6 ADW1000有8个通道需要配置，最大接收带宽为900MHz，编程会用到。
/ t* \9 [! h1 ?* C% {, G$ }
比如：模式1
4 b! f6 i/ D. q$ m
Channel_Config[8]={

/*模式1*/
& f/ K) X( [! m0 a. ]
                       2,             //选择通道

                       DW1000_PRF_16M,   //脉冲频率
, A& {: v; A" ~9 D) w
                       DW1000_BR_110K,   //波特率

                       3,            //前导码

                       DW1000_PLEN_1024, //前导码数据长度
& L# R, @0 z7 G1 A- c  h: l, X
                       DW1000_PAC32,     //指定PAC前导长度
! \3 I4 I! g8 R3 C. E/ @- p
: v4 P! ~! }+ m. q8 e  z                       1,      //非标SFD
: R  M! O% a8 B& w/ J4 _
% c% z9 O2 L4 M                       (1025 + 64 - 32) //SFD超时
3 R* b, m$ Z, R$ U2 b1 Q  i
                   }
支持的波特率为：
4 f! R3 |% F+ k0 A- Z
DW1000有两个频率合成器，本地时钟即外部和系统时钟。带宽设置有两种模式：500MHz和900MHz。由相关寄存器设置特定的带宽模式。带宽设置的增加范围大了，相应功耗也就增加。因此该TX脉冲宽度允许传输的带宽应该合理控制。DW1000寄存器是不可编程的，需要写相关值来控制。

看完数据手册，接下来就好好啃两百多页的英文用户手册，看看SPI读写操作和各个寄存器值的读写操作。大概有四十多个寄存器。DW1000对于寄存器的操作十分严格，尤其是时间同步控制。两种定位方法：到达时间差（TDOA）和双向测距（TOF）定位。时间控制不合适会导致定位误差。

3 U4 S! I) ?3 h' I4 S8 r

    湿度大也会衰减发射信号的强度，影响距离，比如阴雨天时，收音机的信号就明显差很多。因为无线电波的传播介质发生了变化，介质的性质（介电常数）发生变化，电磁波波速就会产生变化。
6 T5 R) N& e3 c6 e8 ~) H
3.软件流程

（1）使能DW1000软件操作流程：
6 f# O0 q  [: Y, T# `! ^" B5 u9 h
0 S6 T. i% g. M$ w. A6 s7 ka.设备初始化（时钟初始化、GPIO初始化、中断优先级配置、串口及SPI初始化等）；

b.关中断(若开启了外部中断)；

  P0 u) L" B/ g" N9 ic.复位；

- [6 F; L2 R1 j) s+ h4 \3 Ud.读取芯片32位ID号（如果读取设备寄存器成功，返回设备号0xDECA0130，说明硬件初始化正常）；

2 _2 E! h& j" u0 b( C& t" qe.指定角色（Tag/Anchor）

/ W8 j0 g' O' B) c0 ^' w5 Lf.配置信道参数（通道数、频率、数据速率、引导码、PAC、SFD等）

! K% B  K0 E% }; W- Sg.使能芯片寄存器操作；
3 i* n- ?4 x8 x
; Z5 e/ ]; S3 th.使能中断；
. x' R6 j; B3 r7 N
i. Tag/Anchor发送（Poll message）接收（Response message）消息帧，记录时间戳（timestamp）。
( m8 T/ Q. j% e. ^" T: c
8 }& [9 F0 U& J# b" |（2）双向测距TWR流程（如图）:
& G4 M8 w- b( U9 y2 X5 A( }

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$ [; j0 t# w0 P! r- d6 I谢谢分享，楼主辛苦~！+
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