CANoe与物联网协议 | 超带宽(UWB)篇
UWB（Ultra-Wide Band，超宽带）是一种无线通信技术，它通过使用超过500 MHz的超宽频带进行数据传输，能够实现高精度的测距与定位。该技术最初应用于军事雷达系统，随着民用领域对精确定位需求的上升以及频谱资源的开放，UWB在2019年后逐渐扩展至消费电子、汽车行业、工业自动化、智能家居及医疗等多个应用场景。
汽车行业中的主要应用场景
数字钥匙（Digital Key）功能允许用户在靠近车辆时自动解锁车门。UWB技术能够判断钥匙是否在车内还是车外，有效防止中继攻击（Relay Attack）。相较蓝牙低功耗（BLE）和近场通信（NFC），UWB具备更强的抗干扰能力和厘米级的定位精度。当前主流智能手机厂商已支持UWB功能。
智能泊车辅助系统利用UWB实现车辆与停车场设备之间的高精度通信，从而支持自动泊车、车位引导与识别等智能功能。
车内人员定位与交互功能可实时识别各座位上的人员，并通过高灵敏度传感技术检测呼吸或儿童心跳等微小动作，以提升儿童遗留检测（CPD）的准确性。
手势与动作控制支持通过挥手切换歌曲、调节音量等操作，还可识别脚部踢动轨迹以实现尾门开启。
在电动汽车领域，UWB可用于精确定位车辆与充电设备的相对位置，辅助引导手动充电或实现自动解锁与闭锁充电盖。在无线充电场景中，UWB还能协助车辆底部线圈与充电板线圈对齐。
UWB的工作原理
UWB通信基于极短（约2纳秒）的脉冲信号进行数据传输，这一特性使其在实现高精度定位的同时还能保持低功耗运行。在时域中表现为极短的尖峰，在频域中则扩展为覆盖广泛的频谱，具备高时间分辨率与出色的抗干扰能力。尤其在多路径传播环境中，UWB能够有效分离反射信号，提升通信可靠性。
根据中国工业和信息化部2024年发布的《超宽带（UWB）设备无线电管理暂行规定》，UWB在中国可合法使用的频率范围为7.163 GHz至8.812 GHz。
UWB测距依赖于飞行时间（ToF）原理，通过计算无线信号在两个设备间往返的时间，再结合光速换算出距离。不同的测距方法在实现飞行时间测量的精度和同步机制上有所差异，以适应不同的应用需求。
SS-TWR（单次往返测距）是一种适用于移动设备的测距方法，无需设备间严格时间同步，只需一次通信即可完成测量。其流程如下：
- 发起设备发送测距请求，记录发送时间T1。
- 响应设备接收请求后记录接收时间T2，随后发送响应并记录发送时间T3。
- 发起设备接收响应并记录接收时间T4。
- 通过T1至T4的时间戳计算往返时间，进而推算距离。
UWB命令接口（UCI）
UWB命令接口（UCI）是连接主机与UWB控制器的关键通信桥梁。在UCI标准出台前，各厂商UWB芯片接口不统一，严重限制了UWB技术的通用性和生态系统发展。FiRa Consortium于2020年制定了UCI标准，统一了命令集，确保各类设备能够高效交互。
UCI接口通过几个功能组实现与控制器的通信，包括测距控制、数据传输与设备管理等功能，为跨平台互操作性奠定了基础。
UWB测试硬件VH4110
随着物联网协议在汽车领域的广泛应用，Vector的CANoe工具新增了Connectivity选项，支持UWB、NFC、BLE、WLAN/LAN等多种无线协议的仿真与测试，并配套推出硬件设备VH4110（IoT Enabler），用于各类无线通信协议的数据解析与交互。
VH4110可通过IP通信作为本地路由器，将CANoe与被测设备连接，也可通过UWB、BLE、NFC等非IP无线协议进行交互。该设备通过USB Type-C接口与主机连接，无需额外驱动或网络配置，具备四个USB接口以插入适配器。
CANoe中的UWB配置
Vector通信描述语言（vCDL）用于在CANoe中定义和配置分布式对象（DO），以实现对UWB通信的建模。加载UWB相关的vCDL文件后，VH4110与被测设备之间的无线通信数据将以DO形式呈现，支持用户通过CANoe Application Panel或CAPL、C#、Python等语言进行测试。
- UWB适配器需与VH4110配合使用，当前支持的适配器包括Qorvo DWM 30001 CDK和NXP Trimension SR150。
- 用户可向Vector技术支持邮箱（support@cn.vector.com）申请示例工程文件。
- 在Simulation—Communication Setup中，可以查看CAPL脚本与vCDL文件的配置。其中UWB命令接口基于vCDL编写，数据的序列化与反序列化通过CAPL实现。
- 在vCDL文件中分别定义了发起者与响应者的接口。
- 如需自定义数据处理逻辑或修改命令参数，用户可编辑*.can文件。
- 配置完成后，运行示例工程，依次执行“Open UART device”、“Init Session”、“Config Responder”、“Config Ranging”、“Start Ranging”等操作，即可启动测距过程。UWB通信信息将在Trace窗口中显示，便于查看与分析。
- 在Application Panel中，用户可调用UWB接口提供的Method，填写相应参数后点击“Call”即可发送指令。自动化流程也可通过编程方式调用。