超寬頻(UWB)相較於GPS、Wi-Fi等定位技術精度更高，可實現公分級精準度。工作場所數位化蔚為趨勢，面對工廠等障礙物多、面積廣大的場所，UWB能夠以少量錨點提供廣域覆蓋，建立可靠的定位系統，讓作業流程效率更高、管理更方便。
微定位對於透過工業4.0、智慧工廠和LEAN計畫實現工業營運數位化至關重要。流程優化和安全保障是大多數產業的兩個主要考慮因素，即時整合人、事、時、地與人員、工具、用品、貨物、機器和事件，能夠使整個工作環境資訊透明。
目前的定位技術，比如GPS、Wi-Fi和低功耗藍牙(Bluetooth Low Energy)，無法實現精密產業所需的微定位。精度達到10公尺以內的GPS使得零售業的電子商務取得爆炸性成長，並讓我們能夠扔掉那些厚重的地圖書。Wi-Fi進一步提高了定位的精確度，低功耗藍牙在理想條件下則可在幾英尺範圍之內進行定位。然而，工業和商業應用需要更高的精度和更高的可靠性。
工業環境中的微定位
超寬頻(UWB)技術的公分級精度使定位和通訊精度都達到新的水準，令過往技術望塵莫及。超寬頻是微定位服務背後的驅動技術，無線電錨點能夠在幾公分以內定位標籤。微定位可即時提供資訊，並支援分析系統即時測量、分析和示警。以下為UWB技術的應用場景。
．製造流程：在生產流程中，材料之間的距離很小，戰略性放置UWB標籤和錨點可在整個生產過程中追蹤材料、貨物、過程和任務，同時更新生產系統，即時測量和計算效率，識別甚至是預測障礙物。
．資產利用和檢索：可快速定位工廠中貼有標籤的工具或其他資產，並透過手持設備上的高精度工廠地圖引導員工尋獲資產並使用。
．材料控管：貼有標籤的設備、醫療裝置和敏感物品，如醫院內的管制藥品，可以在建築內的任何地方定位，清楚地監控其使用情況。
．保障安全：機械臂和堆高機等機械設備上的標籤，以及員工的胸牌，讓自動化安全系統能夠以次公尺級的精度和即時準確度追蹤周遭情況，以便在發生違反安全區規定的情況時，使機械設備停止運行並提醒相關人員。
．緊急事件：員工胸牌上的UWB標籤可以識別每位員工及其位置，進而確定他們是否脫離危險或指示前往救援的地點。將位置資訊傳遞給趕往現場的救援人員，能讓他們在到達現場時就採取更有效的急救措施，節省寶貴的時間來挽救生命。
UWB還有許多其他潛在用例，可以提高效率和效益、生產、安全和安保水準(圖1)
圖1 工業環境中的UWB可以提高效率和效益、生產力、安全和安保水準
USB技術解密
工業和商業場域到處都是大型物體(通常是金屬，可能還會移動)，比如牆壁、車輛和機械，以及電訊號雜訊。GPS訊號通常無法有效穿透工業結構，而窄頻Wi-Fi和低功耗藍牙的無線電能量一般會隨著與物體距離的增加而衰減、反射為多路徑訊號，或在環境中丟失。
在測距和定位方面，UWB不像窄頻Wi-Fi或低功耗藍牙那樣容易受影響。在錨點和標籤之間進行通訊時，UWB無線電使用極低的訊號發送功率，輻射更大的範圍頻寬，提供比窄頻訊號更快的脈衝上升和下降時間(圖2)。這種方法有助於確保訊號的完整性，減少反射和雜訊突波(Noise Spike)的影響，並減少基礎設施所需的元件數量。
圖2 超寬頻不受雜訊突波影響。雜訊突波會影響窄頻訊號，降低定位能力
UWB使用飛行時間(ToF)來測量與標籤之間的距離(圖3)。多種ToF方法可提高測量的準確性並降低基礎設施成本。雙向測距(TWR)和到達時間差(TDoA)測距方法可以消除牆面和機器反射(多路)對訊號強度的影響。其他UWB測距方法包括到達相位差(PDoA)和反向TDoA(RTDoA)，為不同類型的部署提供優勢。這些不同的測距技術可用於識別與物體的距離和方向(向量)。
圖3 以ToF計算距離
根據微定位服務的需求，可以部署不同的基礎設施，採用不同測距技術，由此確定(計算出)位置，例如：
．用於導航的標籤內部，有一種稱為下行TDoA(DL-TDoA)的方法。
．當一個集中式平台需要追蹤標籤時，用於基礎設施內部。
憑藉訊號完整性和測距能力，UWB能夠較其他定位和測距技術覆蓋更遠的距離(圖4)。戰略性放置錨點可向標籤對象報告不同的範圍和向量，在二維和三維空間中準確定位。
圖4 UWB提供更大的覆蓋範圍和更高精度，使微定位能夠使用更少的元件，減少基礎設施
UWB生態系統
FiRa聯盟(FiRa Consortium)定義UWB設備規範並提供認證，該聯盟支援UWB生態系統，以及UWB與其他技術的互操作性，以便為工業和消費者提供微定位服務。
即將出台的新FiRa標準(FiRa 2.0)為使用UWB實現微定位開啟更廣闊的適用空間，其中包含部分針對工業應用的特定功能。新標準將有助於提升消費者和工業設備之間的互操作性(UWB已經部署於智慧型手機中)。這是將UWB納入大規模即時定位系統(RTLS)的第一步，使室內和次公尺級精度的地圖服務成為可能，比如Google地圖。
FiRa 2.0有助於實現新的用例，而UWB生態系統也預測DL-TDOA解決方案將取得突破。這些解決方案將使室內的微定位導航具有隱私性，只有行動裝置才知道自己的位置。這樣的服務很快就會出現在支援UWB的智慧手機上。相關UWB DL-DoA的部署將由基礎設施裝置的OEM廠商決定，例如部署將UWB錨點與Wi-Fi存取點相結合的存取點。但同時，安裝於公共或私人設施中的照明和其他固定電源裝置(Fixed Power Device)也可以觸發DL-TDOA，並在附近具有UWB裝置時啟動。
UWB微定位實現智慧工廠(1)
UWB微定位實現智慧工廠(2)