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的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù)的無線通信技術(shù)。按照美國聯(lián)邦通信委員會（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，而是運用時間間隔極短（小于 1ns）的脈沖進行通信，也被稱作脈沖無線電、時域或無載波通信。其信號通常是持續(xù)時間極短、帶寬很寬的短時脈沖，寬度一般在 0.1 - 20ns，脈沖間隔為 2 - 5000ns，頻譜范圍可達 50 - 10GHz 。
UWB 技術(shù)的發(fā)展歷程頗為漫長。其基本思想可追溯至 20 世紀 40 年代，當(dāng)時有關(guān)隨機脈沖系統(tǒng)的專利出現(xiàn)，為 UWB 技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。到了 60 年代，美國軍方率先將其應(yīng)用于雷達、定位和通信系統(tǒng)。1989 年，“超寬帶” 這一術(shù)語首次被美國國防部使用。2002 年，UWB 技術(shù)獲得 FCC 批準用于民用通信，自此，相關(guān)研發(fā)工作加速推進。隨后，UWB 美國和歐洲標準發(fā)布，國際電信聯(lián)盟也核準了全球性監(jiān)管標準建議，一系列標準的制定和完善，推動著 UWB 技術(shù)不斷向前發(fā)展。
UWB 技術(shù)具備諸多顯著優(yōu)勢。首先，其對信道衰落不敏感，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)射信號功率譜密度低，這不僅降低了對其他設(shè)備的干擾，同時也減少了自身被截獲的風(fēng)險，提高了通信的安全性。再者，UWB 系統(tǒng)復(fù)雜度低，無需復(fù)雜的中頻級電路，降低了設(shè)備成本和功耗。最為突出的是，UWB 技術(shù)能夠提供厘米級的定位精度，這一特性使其在眾多領(lǐng)域具有獨特的應(yīng)用價值。
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)域近年來取得了顯著的進步。傳統(tǒng)照明系統(tǒng)逐漸向智能化、自動化方向轉(zhuǎn)變，通過傳感器、通信技術(shù)和智能控制算法，實現(xiàn)了照明設(shè)備的遠程控制、亮度調(diào)節(jié)、定時開關(guān)等功能。智能照明不僅提升了用戶的使用體驗，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設(shè)備影響，在工業(yè)環(huán)境中適用性較差；雷達人體感知距離近，無法區(qū)分不同目標，移動的物體還可能導(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光，需要采用低照度星光級攝像機，與智能照明智能控制的出發(fā)點不一致，在實際應(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，但對于封閉環(huán)境，往往難以滿足精準控制的需求。
在一些對人員位置和行為有嚴格管控要求的場所，如工業(yè)廠房、倉庫等，傳統(tǒng)的智能照明系統(tǒng)難以實現(xiàn)根據(jù)人員的精確位置和活動狀態(tài)進行照明的智能調(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
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)人員位置的精準感知。在室內(nèi)環(huán)境中，通過部署多個 UWB 錨點基站，可以構(gòu)建起一個高精度的定位網(wǎng)絡(luò)。人員佩戴 UWB 電子標簽，標簽會持續(xù)向周圍的錨點基站發(fā)送信號?；窘邮盏叫盘柡?，根據(jù)信號的到達時間差（TDOA）或信號到達角度（AOA）等算法，能夠精確計算出人員的位置信息，精度可達厘米級別。
當(dāng)人員在空間中移動時，智能照明系統(tǒng)可以實時獲取人員的位置數(shù)據(jù)。例如，在一個大型辦公區(qū)域，當(dāng)員工走進某一特定區(qū)域時，該區(qū)域的照明設(shè)備可以自動亮起，并根據(jù)人員的位置和活動狀態(tài)自動調(diào)節(jié)亮度和色溫。如果員工長時間停留在某個位置，照明系統(tǒng)可以適當(dāng)降低亮度，以節(jié)省能源；當(dāng)員工離開該區(qū)域后，照明設(shè)備可以自動關(guān)閉。這種基于人員精準定位的照明聯(lián)動控制，不僅能夠為用戶提供更加個性化、舒適的照明體驗，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)用價值。通過在不同區(qū)域設(shè)置虛擬的 UWB 電子圍欄，可以將空間劃分為多個獨立的照明控制區(qū)域。例如，在一個工業(yè)廠房中，可以根據(jù)不同的工作區(qū)域、通道、倉庫等功能區(qū)域設(shè)置電子圍欄。
當(dāng)人員進入某個電子圍欄區(qū)域時，該區(qū)域的照明系統(tǒng)可以根據(jù)預(yù)設(shè)的規(guī)則進行控制。比如，在危險區(qū)域或重點監(jiān)控區(qū)域，當(dāng)有人員進入時，照明系統(tǒng)可以自動提高亮度，以確保人員的安全和操作的可視性；在一些非工作時間或無人區(qū)域，照明設(shè)備可以保持關(guān)閉狀態(tài)，只有當(dāng)人員進入電子圍欄區(qū)域時才自動開啟。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)對不同區(qū)域照明的精細化管理，避免不必要的能源浪費。
（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行融合，進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)域活動時，照明系統(tǒng)自動調(diào)節(jié)亮度，以滿足人員的視覺需求；而當(dāng)環(huán)境照度充足時，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，在一些對環(huán)境條件要求較高的場所，如博物館、實驗室等，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，照明系統(tǒng)可以通過與環(huán)境傳感器的聯(lián)動，發(fā)出警報并適當(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
（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 的融合將成為未來智能照明領(lǐng)域的發(fā)展趨勢之一。5G 具有高速率、低延遲、大連接的特點，而 UWB 技術(shù)具有高精度定位和穩(wěn)定通信的優(yōu)勢。兩者融合后，能夠為智能照明系統(tǒng)帶來更強大的功能。例如，通過 5G 網(wǎng)絡(luò)可以實現(xiàn)對 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響應(yīng)大規(guī)模場景下的人員位置變化和照明控制需求。同時，5G 與 UWB 的融合還可以支持更多的智能照明設(shè)備接入，實現(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)展和市場規(guī)模的擴大，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)備價格。當(dāng) UWB 芯片及設(shè)備成本降低到一定程度后，將進一步推動 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)帶來的智能照明體驗。
（三）功能集成化與系統(tǒng)智能化程度的提升
未來，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、人體健康監(jiān)測等。通過將多種功能集成在一個設(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，通過智能算法進行深度分析和預(yù)測，實現(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)測不同時間段、不同區(qū)域的人員活動情況，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)。