LE-UWB 性能数据

数字本身并不能决定地位,它们只能证明一切。

延迟

25微秒

1千比特的通话时间
技术
最佳情况延迟
蓝牙低功耗 5.2
7.5毫秒
蓝牙低功耗 6.0
7.5毫秒
无线上网 6/6E
约 7.6 毫秒 (+18.5 dBm / 51 mA)
标准超宽带
约2-5毫秒
LE-UWB
200 微秒

BLE 5.2 的最佳延迟为 7.5 毫秒,受限于其最小连接间隔。Wi-Fi 6/6E 在低负载条件下延迟约为 7.6 毫秒。

LE-UWB 的速度提升并非体现在程度上,而是相差一个数量级。
原因在于架构。窄带系统必须先建立载波参考才能传输数据,而这个初始化窗口是不可协商的,并且在每个传输脉冲串上都会重复出现。低频超宽带(LE-UWB)的脉冲无线电无需建立载波。它发送一个脉冲,接收器检测到它后,传输便在纳秒内开始。

在 40.96 Mbps 的速率下,每千比特的传输时间降至 50 微秒。对于那些错过时间窗口就意味着机器人关节、手术器械或 XR 帧动作无法完成的系统而言,这并非可有可无,而是必须的。

吞吐量

40.96 Mbps

Mbps - LE-UWB 最大物理层数据速率
技术
最大物理层数据速率
蓝牙低功耗 5.2
2 Mbps
蓝牙低功耗 6.0
2 Mbps
无线上网 6/6E
约 150 Mbps(+18.5 dBm / 51 mA)
标准超宽带
6.8 Mbps
LE-UWB
40.96 Mbps(标准模式下为 20.48 Mbps)(3 dBm/20 MHz)

BLE 5.2 和 BLE 6.0 在物理层最高传输速率为 2 Mbps。Wi-Fi 6/6E 的传输速率可达约 150 Mbps,但其发射功率为 +18.5 dBm,工作电流为 51 mA,这超出了任何电池供电受限的短距离设备的功率预算。

LE-UWB 在标准数据速率配置下可达 20.48 Mbps,在 3 dBm/20 MHz 发射功率下,最大模式下可达 41 Mbps。高吞吐量,且功耗低,避免了 Wi-Fi 因功耗过高而无法应用于此类设备的问题。

吞吐量优势源于信道宽度。LE-UWB 的工作频率为 500 MHz 或更高,是 BLE 2 MHz 信道宽度的 200 多倍。信息容量随带宽增加而扩展。在相同的发射功率下,更宽的信道意味着每秒传输更多的数据。

发射功率

3 dBm/20 MHz

LE-UWB 发射功率 / 20 MHz
技术
最大发射功率
蓝牙低功耗 5.2
+8 dBm
蓝牙低功耗 6.0
+10 dBm
无线上网 6/6E
+18.5 dBm
LE-UWB
3 dBm/20 MHz

发射功率是决定设备共存行为的关键因素。BLE 5.2 的发射功率为 +8 dBm,Wi-Fi 6/6E 为 +18.5 dBm。在射频密集的环境中,这些功率水平会导致拥塞,因为每个设备都在争夺同一频谱,以达到足够的信号强度。

LE-UWB 的发射功率为 3 dBm/20 MHz,低到 BLE 和 Wi-Fi 接收器将其识别为背景噪声,同时又足以维持 40.96 Mbps 的数据速率和 200 µs 的延迟。它不占用频谱,而是与其他频谱设备共存。

功率效率

约2.4毫安 TX

LE-UWB TX 在 3.3V 电压下的电流与标准 UWB 的约 140 mA 电流相比
技术
电流消耗
蓝牙低功耗 5.2 TX
约4.8毫安
BLE 5.2 接收
约4.6毫安
Wi-Fi 发射/接收
~51 mA(有效)
LE-UWB睡眠
约920纳安至1.1微安
LE-UWB RX
约 8.0–9.7 mA (3.3V)
LE-UWB TX
约 2.4–3.3 mA (3.3V)

在功耗方面,架构优势相对于标准 UWB 优势体现得最为明显。

BLE 5.2 在 0 dBm 功率下,发送电流约为 4.8 mA,接收电流约为 4.6 mA。LE-UWB 的发送电流与 BLE 相当,但延迟却低得多,吞吐量却高出数倍。

920 nA–1.1 µA 的深度睡眠电流使得占空比控制和能量采集配置成为可能。这种设备以短时高吞吐量脉冲串进行传输,并在脉冲串间进入睡眠状态,因此可以依靠小型电池或采集的能量源维持运行;而标准 UWB 的 140 mA 发射电流使得这种部署方式无法实现。

鲁棒性

−81 dBm

LE-UWB SR1120 接收灵敏度 / 500 MHz
技术
RX灵敏度
LE-UWB SR1020
−75 dBm/500 MHz
LE-UWB SR1120
−81 dBm/500 MHz

鲁棒性意味着两件事:可靠地解码微弱信号的能力,以及在存在多径和干扰的真实射频环境中保持链路完整性的能力。

在原始接收灵敏度方面,BLE 5.2 在 1 Mbps 速率下可达 -95 dBm,而 LE-UWB 的灵敏度分别为 -75 dBm (SR1020) 和 -81 dBm (SR1120)。从绝对数值来看,BLE 更胜一筹;但灵敏度只是链路预算的一个输入参数,并非全部。

完整的性能评估包括发射功率、信道条件和多径效应。LE-UWB 的脉冲架构不依赖相位来解码数据。BLE 和 Wi-Fi 接收器容易受到多径反射引入的相位失真影响,而 LE-UWB 接收器则在一定时间窗口内检测能量。反射会增加能量,而不是破坏信号。在工业车间、手术室、仓库等高密度环境中,这正是衡量其鲁棒性的关键指标。

语境

这些数字的含义

只有结合每项标准的设计目的,才能理解各项性能指标的意义。
蓝牙低功耗
低功耗蓝牙
专为小规模低功耗连接而设计。针对设备配对和遥测进行了优化。
最适合
短程设备和传感器
典型数据速率
2 Mbps
功率曲线
非常低
范围
最远可达约50米
无线上网
IEEE 802.11ax
专为高吞吐量和跨网络的基础设施连接而构建
最适合
高吞吐量网络设备
典型数据速率
最高可达约 1.2 Gbps
功率曲线
更高
范围
最远可达约100米
标准超宽带
802.15.4z / FiRa
专为精确测距和安全近距离控制而设计。针对定位和门禁控制进行了优化。
最适合
测距和定位精度
典型数据速率
最高可达约 26.7 Mbps
功率曲线
低的
范围
约2-5毫秒(范围)
LE-UWB
SPARK 微系统
专为数据链路而设计。可同时实现确定性延迟、超低功耗和高吞吐量。
最适合
确定性数据链路和实时控制
典型数据速率
最高可达 41 Mbps
功率曲线
超低
延迟
25 微秒通话时间 / 1 千比特
共存

LE-UWB 并不与 LE-UWB 竞争,而是与之共存。

BLE 和 Wi-Fi 分别工作在 2.4 GHz 和 5 GHz 频段。LE-UWB 的工作频段为 6.2–9.5 GHz,其功率谱密度极低,其他无线电设备只能将其识别为背景噪声。无需协调,也不会降低现有标准的性能。

标准UWB和低频UWB(LE-UWB)共享UWB频谱,但用途不同。标准UWB用于定位和访问控制,而LE-UWB用于实时数据传输。在一个需要同时具备这两种功能的系统中,例如机器人需要知道自身位置并根据感知到的信息采取行动时,这两种功能可以互补而非冲突。

实际上,LE-UWB 可以添加到已运行 BLE、Wi-Fi 或标准 UWB 的设备中,而不会产生射频冲突。每种标准都能继续履行其设计用途。
产品

两种 LE-UWB 配置

SR1020

针对超低延迟外围设备、短距离高速链路和 2.4 GHz 干扰规避进行了优化。
最大物理层数据速率
最高可达 6 Mbps
链路延迟
每千比特 50 微秒的空中传输时间
发射功率
3 dBm/20 MHz
RX灵敏度
−75 dBm/500 MHz
TX电流(3.3V)
约2.4毫安
接收电流(3.3V)
约 8.0 毫安
深度睡眠
约920纳安
SR1020 产品页面

SR1120

最高性能
针对实时控制链路、机器人、外围设备和每比特能耗优化的有效载荷传输进行了优化。
最大物理层数据速率
40.96 Mbps(最大模式)
通话时间
每千比特 50 微秒
发射功率
3 dBm/20 MHz
RX灵敏度
−81 dBm/500 MHz
TX电流(3.3V)
约 3.3 毫安
接收电流(3.3V)
约 9.7 毫安
深度睡眠
约 1.1 微安
SR1120 产品页面

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