CALTERAH | IEEE 802.15.4ab标准下多毫秒UWB联合测距

超宽带（Ultra-Wideband，UWB) 技术已成为室内定位、资产追踪和安全进入等精确测距应用场景的领先解决方案。然而，基于IEEE 802.15.4z的传统UWB测距方案仍然存在一些固有局限性：法规对UWB发射功率的严格限制，导致UWB测距链路预算（Link Budget）不足；在非视距（Non Line-of-Sight, NLoS）条件下UWB测距性能不稳定；UWB测距性能容易受到环境中多径效应的干扰（Multipath Interference）。因此，在实际应用中，UWB的有效测距距离往往仅有几米，并且测距稳定性下降显著。

这些问题在汽车UWB数字钥匙（Digital Key）场景中尤为突出。无感进入（Passive Entry）要求在各种复杂环境下，都能可靠、准确地判断用户与车辆的距离。但在实际应用中，常见的问题包括：

当车钥匙放在用户后口袋或背包内时，UWB测距稳定性明显下降；
在地下停车场等复杂环境中，多径反射严重，易导致错误的首径检测；
车内的UWB锚点（Anchors）信号，在穿透金属车身和玻璃时，衰减严重。

为解决这些问题，IEEE 802.15.4ab标准（在研）提出了多毫秒（Multi-Millisecond，MMS) UWB测距机制。该机制通过将MMS UWB测距片段（Fragments）分布在多个毫秒内交互，从而实现信道脉冲响应（Channel Impulse Response, CIR）的多毫秒累积。这样不仅可以显著提升UWB测距的链路预算和接收灵敏度，还同时提升了UWB测距的可靠性，并增强UWB测距对多径干扰的抵抗能力。标准中定义了三种MMS UWB模式：

窄带辅助（Narrowband-Assisted，NBA) MMS UWB：利用窄带O-QPSK*物理层（Physical Layer，PHY）完成MMS的控制阶段和报告阶段的数据包传输，UWB信道仅用于MMS测距阶段。该模式能够获得全部MMS增益，但需要引入额外的窄带硬件和新的频谱，同时还需解决新的窄带系统与其他无线技术（如Wi-Fi）的共存问题。
UWB驱动（UWB-Driven）MMS UWB：MMS的控制、测距和报告阶段均在UWB信道内完成。该模式设计简洁，但受限于MMS控制阶段与报告阶段的数据包传输链路预算，整体性能有所折扣。
带外（Out-of-Band，OOB) MMS UWB：通过外部无线连接（最常见的是蓝牙低功耗Bluetooth Low Energy, BLE）来承载MMS的控制阶段与报告阶段的数据包传输，UWB信道则专注于MMS测距片段的交互。

在这三种MMS UWB模式中，蓝牙低功耗辅助（BLE-Assisted）MMS UWB模式具有突出的应用潜力。它无需增加额外硬件或占用新的频谱，就能获得与NBA MMS UWB模式相同的完整MMS链路预算增益；同时避免了复杂的共存问题，并充分利用了智能手机和汽车中已广泛集成的BLE全球生态。

本白皮书系统介绍IEEE 802.15.4ab标准（在研）中MMS UWB测距机制的原理、模式与性能分析，并重点讨论其在汽车数字钥匙中的应用。通过MMS UWB测距机制的引入，UWB的测距距离与可靠性得以显著提升，使新一代汽车数字钥匙应用能够实现更安全、更稳定、更友好的用户体验，从而加速其在全球范围的普及与落地。

* O-QPSK：Offset Quadrature Phase Shift Keying，偏移正交相移键控。

关键词：

超宽带（UWB）、多毫秒（MMS）、IEEE 802.15.4ab、蓝牙低功耗辅助MMS、窄带辅助MMS、UWB驱动MMS、数字钥匙、信道探测（Channel Sounding）、信道脉冲响应（CIR）、RSF、RIF

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