越來越多的日常用品或設備，包括智慧手機、門鎖，甚至最新的汽車，現在都使用一種稱為空間感知的無線功能。具有空間感知功能的數位設備可以感測它相對於其他設備的位置，然後對這些設備的位置變化做出回應。空間感知功能使我們—這些數位設備的使用者們，可以更輕鬆地度過每一天。

以空間感知門鎖為例。這種鎖可以安裝在車門、倉庫入口或前門上，它可以感應到使用者所攜帶的智慧手機靠近它，並且在人離門足夠近、準備進門時自動解鎖。同樣，當人離開時，門鎖可以感應到離開；而當離得足夠遠，顯示人已經離開時，門鎖會自動重新鎖上。

空間感知功能說明的另一種方式，在於找到被放錯地方的東西。使用者可以在錢包、眼鏡或遙控器上安裝一個小型追蹤裝置，當下次找不到這個物品時，智慧手機就可以利用其空間感知功能定位它，並引導找到它。在智慧手機上甚至可以在螢幕呈現帶有增強現實的圖像，引導著找到丟失的物體。

與空間感知設備的互動操作簡單直觀，但設計支援空間感知的人機體驗可能相當具有挑戰性，因為其中涉及許多的步驟。此外，開發人員還發現使用兩種不同的無線技術，即低功耗藍牙和超寬頻，可以創建一種空間感知的增強型解決方案。

設計中的藍牙低能耗（BLE）部分提供一種低功耗感知方法，可通過被動接近檢測來識別是否存在其他設備。而設計中的超寬頻（UWB）部分基於寬頻測距提供精確定位功能，可檢測距離和運動方向的微小變化。檢測到附近的物體後，設計的BLE端觸發UWB端，並使用UWB生成的資料向人機介面傳達運動的位置和方向。

要在BLE、UWB和人機介面之間實現這些交互操作可能會很棘手，它涉及複雜的嵌入式演算法和複雜的射頻設計。此外，終端產品還需要進行徹底測試，才能確保這兩種無線技術能夠無縫地協同工作。以下是開發人員在使用空間感知時需要考慮的問題。

通過BLE實現接近感測技術和通信

因為使用廣泛，藍牙是物聯網設備的合理選擇。根據監督藍牙規範和許可的標準組織藍牙技術聯盟（Bluetooth Special Interest Group；SIG）2021年市場最新資訊，估計有130億台支援藍牙的物聯網設備已經投入使用。

Bluetooth SIG在BLE的成功中發揮了重要作用，因為它們不僅定義了通訊協定，還通過認證計畫強制遵守協定。結果是， BLE無處不在且普遍可交互操作。開發人員可以確信，支援BLE的設備將能與他們遇到的其他支援BLE的設備進行通信，終端使用者無須為設備設置和配置操心。互通性使BLE成為兩點之間短距離資料傳輸的最佳化選擇。在使用空間感知的應用中，這意味著BLE可用於配置、鏈路協商和通信人機介面。

BLE也可用於定位，但在確定物品的準確位置方面不如UWB精確。BLE使用一種叫做接收信號強度指示器（Received Signal Strength Indicator；RSSI）的技術來計算距離。這與其他常用的定位協定（包括Wi-Fi）使用的技術相同。

RSSI測量使用信號強度來表示距離，這是基於信號越近越強的理念，但這種方法更容易受到射頻干擾和人體障礙等問題的影響。如果應用需要超越BLE的空間感知水準，那麼UWB就發揮作用了。

通過UWB實現精確定位

最近由IEEE在802.15.4a/z中定義的UWB，是一種無線標準，它提供比當前使用的任何其他定位技術（包括BLE和Wi-Fi）更精確的讀數。使用飛行時間（ToF）和到達角（AoA）計算，超寬頻可以精確地確定+/-10cm範圍內的位置。

最新版本的超寬頻基於軍事雷達應用，它與其他無線協定不同之處，在於它使用的脈衝信號短至2ns。此外，與BLE、Wi-Fi和一些專有解決方案運行更擁擠的2.4 GHz頻譜中使用窄帶不同，超寬頻在6-8 GHz頻譜中使用500 MHz的寬頻。

超寬頻的獨特結構意味著它可以精確地執行安全測距，同時使用很小的功率發送信號，即使在具有挑戰性的射頻環境中，也能提供非常穩定的連接，幾乎不受干擾。

成功的組合

BLE和UWB的定位結合惠及智慧家庭、汽車、消費類和工業等廣泛應用場景。回到門鎖的例子，當接近車門時，車門會自動打開，這是BLE和UWB提供的最佳體驗。

BLE可以在鄰近的外部邊界進行初始發現，然後可以與車身周圍的多個錨點協調，以啟動UWB測距。新啟動的超寬頻錨可以檢測智慧手機中相應的超寬頻無線。使用協調的ToF和AoA測量，這些超寬頻無線可以確保高度精確的距離測量。

在物品追蹤器中，BLE和UWB之間也會發生類似的切換。電池供電的小標籤可以貼在包包上、車鑰匙上、寵物的項圈上，或者任何你可能遺失的東西上。BLE將追蹤器與您的手機相配對。配對兩個BLE端點可啟用加密的BLE通信，以確保隱私。

之後，當你找不到自己要找的東西時，可以使用手機上的應用啟動搜索。BLE會尋找相關標籤，一旦接近，BLE就會啟動UWB測距，透過應用會引導找到遺失物品的準確位置。

迎接設計挑戰

BLE和UWB的結合意味著每個協定都可以提供關鍵功能，打造更好的用戶體驗。但是，採用結合的無線技術開發從概念到產品的設計給開發人員帶來了獨特的挑戰。

編碼韌體和設計硬體實現BLE和UWB的全部結合潛力，需要每一項技術的專業知識。此外，瞭解這兩種技術如何在一個系統中協同整合操作意味著要注意許多其他因素，包括非易失性記憶體（nonvolatile memory）和RAM的限制、系統級電流消耗的預算以及板卡的設計侷限。

使用同一家供應商的好處

設計者需要依賴可靠且易於整合的BLE和UWB解決方案，理想情況下，它們還可以在單個系統中相互結合工作。確保BLE和UWB IC能夠成功整合到產品中的一種方法是，與能夠提供這兩種IC的單一供應商合作。

例如，恩智浦為空間受限設計提供BLE和UWB片上系統（SoC）選項，並通過模組合作夥伴提供BLE和UWB解決方案的預認證PCB模組。此外，採用恩智浦的參考設計和設計指南來設計硬體，可使系統開發人員處於領先地位，並確保客戶板的設計符合最佳射頻和其他性能指標。

在單個專案中結合BLE和UWB軟體也面臨一系列挑戰。這是選擇單個供應商能夠解決的另一種情況，因為更有可能找到協同工作的軟體。例如恩智浦的MCUXpresso SDK提供預整合的UWB驅動程式、BLE堆疊、其他關鍵系統元件（如引導載入程式）和應用層功能，在參考設計中演示UWB驅動的應用場景。

恩智浦的Finder V3參考板作為附加的設計工具，提供最佳化的硬體設計指南和緊密整合的嵌入式軟體。此參考設計演示了Finder的使用範例，其中包含一個小型電池供電板，支持BLE接近和發現、UWB測距，甚至還有一個帶有原始程式碼的演示移動應用。

Finder V3的參考設計基於QN9090無線MCU和Trimension SR040，這是恩智浦為UWB追蹤應用量身定制的UWB解決方案。Trimension SR040支援即時定位服務（RTLS）標籤中的到達時差（TDoA），其設計符合FiRa聯盟對UWB即將提出的要求。

利用BLE和UWB的互補特性，開發人員可以解鎖創新的用戶體驗，並幫助世界互聯變得更加無縫和可靠。