UWB学习——day3

Time Hopping Sequence（THS）

Time Hopping Sequence 基本上是一个时间序列，其中不同的时间槽或时间片用来表示数字数据中的不同比特或符号。通常，这些时间槽的持续时间非常短暂，通常只有纳秒级别，因此可以容纳大量的时间槽在一个数据帧中。
UWB采用THS技术除了出于安全性的考虑UWB学习——day2还有利于减少数据丢失或者损坏。

将数据包冲突转换为符号冲突

在UWB通信中，数据包被拆分成一系列非常短的时间窗口或符号，这些符号通常只有几纳秒。多个用户同时发送数据时，可能会导致符号碰撞，即不同符号的部分重叠。这种符号碰撞通常更容易处理，因为符号之间的时间间隔非常短，可以采用高分辨率的符号解调来区分它们。

1. 符号长度短：UWB通信中的符号通常非常短暂，只有几纳秒。由于符号的持续时间很短，符号级别的碰撞通常只会导致其中一部分符号的错误，而不是整个数据包。这使得在检测和纠正错误时更容易区分和处理。
2. 高分辨率符号解调：UWB系统通常使用高分辨率的符号解调技术。这意味着接收器能够非常精确地识别和解码每个符号，即使它们在时间上部分重叠，也可以被有效地分离和处理。
3. 错误检测和纠正机制：UWB通信系统通常配备强大的错误检测和纠正机制。这些机制可以检测符号中的比特错误，并根据错误的位置进行纠正。因为符号长度较短，所以错误的位置通常更容易确定，进一步提高了检测和纠正的成功率。
4. 多径效应利用：UWB通信还可以利用多径传播效应，即通过不同路径传播的信号能够在时间和空间上分离。这意味着即使出现符号碰撞，也可以通过选择最强的路径来最大程度地减小碰撞的影响。
   简单理解就是，大包（数据包）变小（符号），这样一方面能减少对全局的影响，另一方面，由于符号较短，错误位置更易确定，也可以用多种纠错策略。

体域网（Body Area Network）

分析BAN场景的特征在于

• 功耗低，强调微小且易携带
• 传输信道差，主要是穿过人体有衰减而且分配的频谱不友好
  基于上述情况，UWB技术应用于BAN的优势在于
• 功耗低
• 传输速率快
• 收发装置结构简单

地理定位

基于其高精度，抗干扰能力强的特点，适用于小场景，特别是室内定位的场景下，此外在室外场景中的野外救援（基于其雷达的应用，详见UWB学习——day2。

原理

基于UWB信道中脉冲响应（channel impulse response）在空间上的相关性。
UWB信道中的脉冲响应是指UWB信号从发射器传输到接收器的路径上所经历的一系列时延、幅度和相位变化。在多径传播环境中，UWB信号可能会经历多个路径，包括直射路径和反射路径。这些不同路径上的信号成分会导致不同的脉冲响应。
"channel impulse response is correlated in space"意味着不同位置的接收器在收到UWB信号时会产生类似的脉冲响应。换句话说，如果两个接收器在空间中距离较近，它们的脉冲响应会有一定的相关性，因为它们可能接收到来自相似的信号路径。

如上图所示，步骤如下：

1. 标签向区域（Region）A、B、C向发送信号
2. 分析从A、B、C返回的信号，以及它们直接的相关性（协方差）
3. 根据三个点画圆，求出坐标
   求相交坐标方法如下：
   理想情况下，三个圆应该于一点（甚至只需要两个圆即可）
   
   但往往有误差的存在，使得，相交的为一个区域，甚至不相交，如图
   
   
   先以交于一个区域为例，先求两个圆相交的坐标中间点C的坐标。
   
   问题可抽象为P，Q为两个基站的坐标分别为$(x_1,y_1),(x_2,y_2)$，测得的半径分别为$r_1,r_2$，求C点$(x_0,y_0)$的坐标。
   设AC的长度为$h$，可列得方程如下：
   $$\{\begin{array}{c}PQ=PC+CQ\\ {r_1}^2=P{C}^2+h^2\\ {r_2}^2=C{Q}^2+h^2\end{array}$$
   其中PQ的长度为 $\sqrt{(x_1-x_2{)}^2+(y_1-y_2{)}^2}$

由此求得PC长度为$PC=\frac{{r_1}^2-{r_2}^2}{2PQ}+\frac{PQ}{2}$
再根据坐标关系，求得$$\{\begin{array}{c}{x}_0=x_1+\frac{(x_2-x_1)PC}{PQ}\\ y_0=y_1+\frac{(y_2-y_1)PC}{PQ}\end{array}$$

将这三个圆求得两两相交的交点，三个值取平均值，即为最后的坐标。