自2000年代初以來，超寬路技術逐漸進入需要安全且精細測距能力的各種商業應用。

著名的例子包括汽車和建筑的免提進入解決方案、倉庫、醫院和工廠中的資產定位，以及機場和購物中心等大型空間的導航支持。

UWB無線信號傳輸的一個特征是在時域內發射非常短的脈沖。

在脈沖-無線電（IR）超寬波技術中，這種速度被推向極致，發射納秒甚至皮秒級的脈沖。因此，在頻域中，它占用的帶寬遠大于無線“窄帶”通信技術，如Wi-Fi和藍牙。

UWB技術覆蓋廣泛的頻率范圍（通常范圍為6GHz到10GHz），信道帶寬約為500MHz及以上。因此，它的測距精度遠高于窄帶技術。如今，UWB可以提供厘米甚至毫米級的位置信息，連接通常相距10-15米的發射端（TX）和接收端（RX）。

此外，作為IEEE 802.15.4z低速率無線網絡標準修訂的一部分，UWB物理層的增強也對實現安全測距能力起到了關鍵作用。

多年來，imec為推動UWB技術的發展做出了重要貢獻，并克服了阻礙其廣泛采用的挑戰：降低功耗、提升比特率、提高測距精度、使接收芯片更能抵抗同一頻段內其他無線技術的干擾[1]，并實現具有成本效益的CMOS硅芯片實現。

Imec研究人員開發了多代超寬頻無線電芯片，符合IEEE 802.15.4z測距和通信標準。Imec的發射機電路通過創新的脈沖形狀和調制技術工作，這得益于先進的極坐標發射機、數字鎖相環（PLL）和環形振蕩器架構——在低功耗下實現毫米級測距精度。

在接收端，電路設計創新促成了卓越的干擾韌性，同時最大限度地降低了功耗。各代UWB原型發射機和收發芯片均采用了具成本效益的CMOS兼容處理技術制造，并以小硅面積為標志。

受到UWB技術卓越表現的鼓舞，專家們早已聲稱UWB的潛力遠大于“準確且安全的測距”。他們看到了類似雷達的應用機會，這些應用不是測距，而是使用單一設備發射超寬波脈沖并分析反射信號以檢測“被動”物體。

結合UWB的精確測距能力，這有望擴大汽車應用場景，如車內存在檢測和監測乘員的手勢和呼吸，旨在提升安全性。或者想想智能家居，利用超寬波雷達傳感器根據人員存在調整照明環境。在養老院，該技術可基于跌倒檢測啟動警報，無需侵入式攝像頭監控。

實現此類UWB應用場景將由IEEE 802.15.4ab——下一代無線技術標準——推動，預計于2026年初正式發布。802.15.4ab將帶來多項增強，包括紅外-超寬波（IR-UWB）設備的雷達功能，使其成為具備傳感能力的設備。

在2025年VLSI技術與電路研討會（VLSI 2025）上，imec展示了其第四代UWB收發器，符合802.15.4ab初步版本定義的雷達傳感基線[2]。

基線特征包括包括增強的調制能力和高數據率的支持。此外，imec的超寬波雷達傳感技術實現了獨特功能，提供增強的雷達傳感能力（如延伸射程）和創紀錄的124.8Mb/s數據速率——集成在系統單片中。新無線電還符合當前的802.15.4z標準，將雷達探測能力與通信和安全測距相結合。

imec紅外寬域雷達傳感系統的一個獨特特點是2×2 MIMO架構，配備兩個發射器和兩個接收器，配置為全雙工模式。在這種配置中，雙工器控制收發器是以發射模式還是接收模式工作。此外，TX和RX配對在一起（TX1-RX1、TX1-RX2和TX2-RX2），通過雙工器連接。這使得雷達能夠同時在發射和接收模式下工作，無需使用射頻開關切換兩種模式。

這種工作方式可以縮短雷達工作距離——這一指標傳統上受限于兩種模式切換所需的時間。IMEC的全雙工雷達可運行在30厘米至3米的射程——這是一項突破性成就。在這種全雙工MIMO配置中，最近的距離僅受雷達500MHz帶寬限制。

紅外寬寬2TRX雷達物理上實現了兩個天線元件，每個天線由一個發射器和一個接收接收器共享。然而，2×2 MIMO全雙工配置幾乎實現了三天線陣列，顯著提升了雷達的角分辨率和面積消耗。與最先進的單輸入單輸出（SISO）雷達相比，該雷達占用面積小1.7倍，天線數量減少2.5個，使其成為高性能、緊湊且經濟高效的解決方案。采用先進技術將TX與接收信號隔離，實現500MHz帶寬內>30dB的隔離。

信號傳輸依賴于模擬/數字極性發射機混合，在模擬領域引入濾波效應以實現信號調制。這帶來了干凈的發射信號譜，支持UWB雷達傳感器的良好性能和低功耗工作。

最后，除了基于MIMO的模擬/射頻部分外，UWB雷達傳感設備還配備了先進的數字基帶（或調制解調器），負責信號處理。該組件提取雷達與物體之間的距離以及到達角度估計等相關信息。

基于IR-UWB的MIMO雷達技術在汽車應用中尤為具有吸引力，UWB雷達不僅可以檢測車內是否有人（例如兒童存在檢測），還能繪制車輛占有率和監測呼吸等生命體征。該能力目前已被多家汽車原廠和一級供應商納入路線圖。但如今，沒有任何雷達技術能以所需的精度實現這一功能。尤其具有挑戰性的是實現探測兩個距離相同（短）目標所需的角分辨率。此外，呼吸監測需在幾秒鐘內識別目標的微小動作。

在2025年IEEE個人、室內及移動無線通信國際研討會（IEEE PIMRC 2025）上，imec研究人員展示了首個概念驗證，展示了imec最新的紅外寬波（IR-UWB）多頻頻輸入雷達系統能夠執行兩項艙內傳感任務：占用檢測和呼吸速率估計[3]。車內測量是在一輛小車內進行的。UWB平臺位于車頂中央靠近后視鏡的兩組自制天線元件前方。天線與駕駛員及前排乘客座椅中心的距離為55厘米。實驗結果證實了在估計到達角和呼吸率方面實現了高精度。例如，在乘客和駕駛員座位均有人的情況下，imec的超寬軸雷達系統在到達角度和呼吸頻率估計中分別實現了低于1.90度和2.95次/分鐘的標準差。

在他們的貢獻中，imec 作者強調了使用超寬平衡技術進行車內監控的另一個好處：已應用于部分汽車用于無鑰匙進入的 TRX 架構，可以被重新應用于雷達應用——從而降低整體成本。

除了出色的雷達感應能力外，imec最新的紅外寬區收發器還具備另一項區別于現有UWB解決方案的特點：它提供創紀錄的124.8Mb/s數據速率——這是仍兼容即將推出的802.15.4ab標準的最高數據速率[2]。這比目前測距和通信應用中使用的6.8Mb/s數據速率高出約20倍，得益于對模擬前端和數字基帶的優化。高數據速率也帶來了較低的比特能量——遠低于例如Wi-Fi的能量消耗——尤其是在發射端。

這些功能將解鎖音頻和視頻數據流的新應用。可能的應用場景包括下一代智能眼鏡或VR/AR設備，其中UWB TRX的小型機身是額外的優勢。

IEEE 802.15.4ab標準支持另一個功能：高級測距。這將增強信號傳輸鏈路預算，使測距距離增加四倍——在自由視線下可達100米。這一功能預計將顯著提升汽車和智能建筑無鑰匙進入解決方案的用戶體驗。它不僅能縮短工作距離，還能更好地應對具有挑戰性的環境，例如信號被其他物體阻擋時（例如身體阻擋）。

新型窄帶（NB）收發機的引入，解鎖了這一先進測距能力，作為imec第五代超寬波技術的新功能。該收發器架構支持NB輔助UWB作，使UWB的實際工作范圍比前幾代增加了最多四倍。

在過去二十年里，符合IEEE 802.15.4z標準的UWB技術已證明其支持大眾市場安全測距和本地化部署的能力，使得汽車、智能產業、智能家居和智能建筑市場的應用場景得以實現。在即將出臺的IEEE 802.15.4ab標準支持下，新興的超寬頻設備現在也可以配備雷達功能。

Imec第四代紅外寬寬帶技術是首款（公開報道的）802.15.4ab標準雷達傳感設備，展現出卓越的雷達傳感能力——適用于汽車和智能家居場景。創紀錄的高數據傳輸率也顯示了UWB開拓新市場的潛力：智能眼鏡或增強現實/虛擬現實設備的低功耗數據流。

第五代引入的NB收發器架構不僅解鎖了高級測距能力，而且設計時也考慮了擴展性。雖然其主要作用是根據IEEE 802.15.4ab支持NB輔助UWB，但它為支持新興標準（如藍牙高頻帶[4]）奠定了基礎，為統一的多頻段、多標準低功耗無線解決方案鋪平了道路。

超寬平衡技術的未來一片光明。不僅技術進步以快速步伐相繼，持續的標準化努力也有助于塑造當前和未來的UWB應用。