一、UWB 技術(shù)概述
UWB，即超寬帶（Ultra - Wideband）技術(shù)，是一種利用納米至微米級(jí)的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)的無(wú)線通信技術(shù)。按照美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）的定義，其帶寬比中心頻率高 25% 或者大于 1.5GHz 。與傳統(tǒng)通信技術(shù)不同，UWB 不依賴正弦載波，而是運(yùn)用時(shí)間間隔極短（小于 1ns）的脈沖進(jìn)行通信，也被稱作脈沖無(wú)線電、時(shí)域或無(wú)載波通信。其信號(hào)通常是持續(xù)時(shí)間極短、帶寬很寬的短時(shí)脈沖，寬度一般在 0.1 - 20ns，脈沖間隔為 2 - 5000ns，頻譜范圍可達(dá) 50 - 10GHz 。
UWB 技術(shù)的發(fā)展歷程頗為漫長(zhǎng)。其基本思想可追溯至 20 世紀(jì) 40 年代，當(dāng)時(shí)有關(guān)隨機(jī)脈沖系統(tǒng)的專利出現(xiàn)，為 UWB 技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。到了 60 年代，美國(guó)軍方率先將其應(yīng)用于雷達(dá)、定位和通信系統(tǒng)。1989 年，“超寬帶” 這一術(shù)語(yǔ)首次被美國(guó)國(guó)防部使用。2002 年，UWB 技術(shù)獲得 FCC 批準(zhǔn)用于民用通信，自此，相關(guān)研發(fā)工作加速推進(jìn)。隨后，UWB 美國(guó)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布，國(guó)際電信聯(lián)盟也核準(zhǔn)了全球性監(jiān)管標(biāo)準(zhǔn)建議，一系列標(biāo)準(zhǔn)的制定和完善，推動(dòng)著 UWB 技術(shù)不斷向前發(fā)展。
UWB 技術(shù)具備諸多顯著優(yōu)勢(shì)。首先，其對(duì)信道衰落不敏感，能夠在復(fù)雜的電磁環(huán)境中保持穩(wěn)定的通信連接。其次，發(fā)射信號(hào)功率譜密度低，這不僅降低了對(duì)其他設(shè)備的干擾，同時(shí)也減少了自身被截獲的風(fēng)險(xiǎn)，提高了通信的安全性。再者，UWB 系統(tǒng)復(fù)雜度低，無(wú)需復(fù)雜的中頻級(jí)電路，降低了設(shè)備成本和功耗。最為突出的是，UWB 技術(shù)能夠提供厘米級(jí)的定位精度，這一特性使其在眾多領(lǐng)域具有獨(dú)特的應(yīng)用價(jià)值。
二、智能照明領(lǐng)域現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)
隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能照明領(lǐng)域近年來(lái)取得了顯著的進(jìn)步。傳統(tǒng)照明系統(tǒng)逐漸向智能化、自動(dòng)化方向轉(zhuǎn)變，通過(guò)傳感器、通信技術(shù)和智能控制算法，實(shí)現(xiàn)了照明設(shè)備的遠(yuǎn)程控制、亮度調(diào)節(jié)、定時(shí)開(kāi)關(guān)等功能。智能照明不僅提升了用戶的使用體驗(yàn)，還在節(jié)能減排方面發(fā)揮了重要作用。
然而，當(dāng)前智能照明領(lǐng)域仍面臨一些挑戰(zhàn)。在人員空間區(qū)域感知方面，現(xiàn)有的技術(shù)手段存在一定的局限性。例如，紅外人體感知技術(shù)距離短，區(qū)域不能任意定義，且容易受到環(huán)境周邊有溫度的移動(dòng)設(shè)備影響，在工業(yè)環(huán)境中適用性較差；雷達(dá)人體感知距離近，無(wú)法區(qū)分不同目標(biāo)，移動(dòng)的物體還可能導(dǎo)致誤判，區(qū)域同樣不支持任意定義；視頻人體感知基于可見(jiàn)光，需要采用低照度星光級(jí)攝像機(jī)，與智能照明智能控制的出發(fā)點(diǎn)不一致，在實(shí)際應(yīng)用中存在不便。這些非協(xié)作式人體區(qū)域感知技術(shù)雖然在公共環(huán)境的智慧照明控制中有一定應(yīng)用，但對(duì)于封閉環(huán)境，往往難以滿足精準(zhǔn)控制的需求。
在一些對(duì)人員位置和行為有嚴(yán)格管控要求的場(chǎng)所，如工業(yè)廠房、倉(cāng)庫(kù)等，傳統(tǒng)的智能照明系統(tǒng)難以實(shí)現(xiàn)根據(jù)人員的精確位置和活動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行照明的智能調(diào)節(jié)。此外，在多區(qū)域、復(fù)雜空間的照明控制中，如何實(shí)現(xiàn)不同區(qū)域照明設(shè)備的高效協(xié)同工作，也是當(dāng)前智能照明領(lǐng)域亟待解決的問(wèn)題。
三、UWB 技術(shù)在智能照明領(lǐng)域的應(yīng)用方式
（一）基于 UWB 的人員定位與照明聯(lián)動(dòng)
UWB 技術(shù)的高精度定位能力使其在智能照明領(lǐng)域中能夠?qū)崿F(xiàn)人員位置的精準(zhǔn)感知。在室內(nèi)環(huán)境中，通過(guò)部署多個(gè) UWB 錨點(diǎn)基站，可以構(gòu)建起一個(gè)高精度的定位網(wǎng)絡(luò)。人員佩戴 UWB 電子標(biāo)簽，標(biāo)簽會(huì)持續(xù)向周圍的錨點(diǎn)基站發(fā)送信號(hào)?；窘邮盏叫盘?hào)后，根據(jù)信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差（TDOA）或信號(hào)到達(dá)角度（AOA）等算法，能夠精確計(jì)算出人員的位置信息，精度可達(dá)厘米級(jí)別。
當(dāng)人員在空間中移動(dòng)時(shí)，智能照明系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)獲取人員的位置數(shù)據(jù)。例如，在一個(gè)大型辦公區(qū)域，當(dāng)員工走進(jìn)某一特定區(qū)域時(shí)，該區(qū)域的照明設(shè)備可以自動(dòng)亮起，并根據(jù)人員的位置和活動(dòng)狀態(tài)自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度和色溫。如果員工長(zhǎng)時(shí)間停留在某個(gè)位置，照明系統(tǒng)可以適當(dāng)降低亮度，以節(jié)省能源；當(dāng)員工離開(kāi)該區(qū)域后，照明設(shè)備可以自動(dòng)關(guān)閉。這種基于人員精準(zhǔn)定位的照明聯(lián)動(dòng)控制，不僅能夠?yàn)橛脩籼峁└觽€(gè)性化、舒適的照明體驗(yàn)，還能極大地提高能源利用效率。
（二）UWB 電子圍欄與區(qū)域照明控制
UWB 技術(shù)支持任意定義電子圍欄區(qū)域，這一特性在智能照明領(lǐng)域具有重要應(yīng)用價(jià)值。通過(guò)在不同區(qū)域設(shè)置虛擬的 UWB 電子圍欄，可以將空間劃分為多個(gè)獨(dú)立的照明控制區(qū)域。例如，在一個(gè)工業(yè)廠房中，可以根據(jù)不同的工作區(qū)域、通道、倉(cāng)庫(kù)等功能區(qū)域設(shè)置電子圍欄。
當(dāng)人員進(jìn)入某個(gè)電子圍欄區(qū)域時(shí)，該區(qū)域的照明系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則進(jìn)行控制。比如，在危險(xiǎn)區(qū)域或重點(diǎn)監(jiān)控區(qū)域，當(dāng)有人員進(jìn)入時(shí)，照明系統(tǒng)可以自動(dòng)提高亮度，以確保人員的安全和操作的可視性；在一些非工作時(shí)間或無(wú)人區(qū)域，照明設(shè)備可以保持關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)人員進(jìn)入電子圍欄區(qū)域時(shí)才自動(dòng)開(kāi)啟。這種基于 UWB 電子圍欄的區(qū)域照明控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)不同區(qū)域照明的精細(xì)化管理，避免不必要的能源浪費(fèi)。
（三）UWB 與其他傳感器融合的智能照明控制
UWB 技術(shù)還可以與其他傳感器進(jìn)行融合，進(jìn)一步提升智能照明系統(tǒng)的智能化水平。例如，將 UWB 人員定位傳感器與照度傳感器相結(jié)合，智能照明系統(tǒng)可以充分利用白天的自然光。當(dāng)環(huán)境照度較低且有人員在該區(qū)域活動(dòng)時(shí)，照明系統(tǒng)自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度，以滿足人員的視覺(jué)需求；而當(dāng)環(huán)境照度充足時(shí)，即使有人員存在，照明系統(tǒng)也可以適當(dāng)降低亮度或者關(guān)閉部分照明設(shè)備。
此外，UWB 技術(shù)還可以與溫度傳感器、濕度傳感器等結(jié)合。比如，在一些對(duì)環(huán)境條件要求較高的場(chǎng)所，如博物館、實(shí)驗(yàn)室等，當(dāng)環(huán)境溫度或濕度超出正常范圍且有人員在該區(qū)域時(shí)，照明系統(tǒng)可以通過(guò)與環(huán)境傳感器的聯(lián)動(dòng)，發(fā)出警報(bào)并適當(dāng)調(diào)節(jié)照明亮度，以提醒工作人員注意環(huán)境變化。通過(guò)多種傳感器的融合，智能照明系統(tǒng)能夠更加全面地感知環(huán)境信息和人員狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)更加智能、高效的照明控制。
四、UWB 技術(shù)在智能照明領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)
（一）與 5G 等新興技術(shù)的融合發(fā)展
隨著 5G 技術(shù)的普及和應(yīng)用，UWB 技術(shù)與 5G 的融合將成為未來(lái)智能照明領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)之一。5G 具有高速率、低延遲、大連接的特點(diǎn)，而 UWB 技術(shù)具有高精度定位和穩(wěn)定通信的優(yōu)勢(shì)。兩者融合后，能夠?yàn)橹悄苷彰飨到y(tǒng)帶來(lái)更強(qiáng)大的功能。例如，通過(guò) 5G 網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)對(duì) UWB 定位數(shù)據(jù)的快速傳輸和處理，使得智能照明系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)響應(yīng)大規(guī)模場(chǎng)景下的人員位置變化和照明控制需求。同時(shí)，5G 與 UWB 的融合還可以支持更多的智能照明設(shè)備接入，實(shí)現(xiàn)更加復(fù)雜的照明系統(tǒng)組網(wǎng)和管理。
（二）UWB 芯片及設(shè)備成本的降低與普及
目前，UWB 技術(shù)在智能照明領(lǐng)域的應(yīng)用還受到芯片及設(shè)備成本較高的限制。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和市場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，UWB 芯片及設(shè)備的成本有望逐漸降低。一方面，芯片制造商不斷加大研發(fā)投入，提高芯片的集成度和性能，降低芯片的生產(chǎn)成本；另一方面，隨著 UWB 技術(shù)在智能照明、物聯(lián)網(wǎng)等多個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用逐漸廣泛，規(guī)模效應(yīng)將促使設(shè)備制造商降低設(shè)備價(jià)格。當(dāng) UWB 芯片及設(shè)備成本降低到一定程度后，將進(jìn)一步推動(dòng) UWB 技術(shù)在智能照明領(lǐng)域的普及應(yīng)用，使得更多的普通用戶和中小企業(yè)能夠享受到 UWB 技術(shù)帶來(lái)的智能照明體驗(yàn)。
（三）功能集成化與系統(tǒng)智能化程度的提升
未來(lái)，UWB 技術(shù)在智能照明領(lǐng)域?qū)⒊δ芗苫拖到y(tǒng)智能化程度不斷提升的方向發(fā)展。UWB 設(shè)備將不僅僅具備定位和通信功能，還可能集成更多的傳感器功能，如環(huán)境監(jiān)測(cè)、人體健康監(jiān)測(cè)等。通過(guò)將多種功能集成在一個(gè)設(shè)備中，可以減少設(shè)備數(shù)量，降低系統(tǒng)復(fù)雜度，同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。
在系統(tǒng)智能化方面，隨著人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷發(fā)展，智能照明系統(tǒng)將能夠根據(jù) UWB 技術(shù)獲取的人員位置、行為數(shù)據(jù)以及環(huán)境數(shù)據(jù)等，通過(guò)智能算法進(jìn)行深度分析和預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)更加智能化的照明控制。例如，系統(tǒng)可以根據(jù)歷史數(shù)據(jù)預(yù)測(cè)不同時(shí)間段、不同區(qū)域的人員活動(dòng)情況，提前調(diào)整照明亮度和色溫，為用戶提供更加貼心、便捷的照明服務(wù)。