决定TOF测距系统性能的另一个核心因素是接收机准确确定传入(无线电)包的到达时间(TOA)的能力，特别是与直接或视线(LOS)路径相关的TOA。确定LOS TOA可能具有挑战性，特别是当LOS路径被遮挡(例如，由人体衰减，见下图)，同时存在强反射路径时。在这种情况下，接收机需要提供高动态范围才能成功检测到LOS TOA。用于表示接收机动态范围的关键指标是反射路径强度与直接路径强度之间的最大比值，其中直接路径仍然被可靠地检测到

对于IEEE 802.15.4 HRP UWB PHY，通过关联可以获得较高的动态范围。通道的脉冲响应(CIR)由相关器确定/估计，作为与传入无线电分组相关的已知脉冲模式(前导)上的去卷积算子。

对于基本的IEEE 802.15.4 HRP UWB PHY，前导符号具有完美的周期自相关特性，允许(原则上，对于比前置符号短的无线电信道长度)通过直接相关确定CIR，同时前导符号足够长，从而不会引起频谱峰值，从而降低允许的传输集成带功率。在即将来的802.15.4z修订中，打乱时间戳序列(STS)字段是额外可用的。STS不局限于前导符号长度，并且在RNG种子未被揭露或以其他方式被对手知道的情况下是不可预测的，但可能需要一些数字在接收机中应用旁瓣抑制(DSLS)来校正测距模糊函数中添加的峰值(即STS自相关中的伪影)。由于STS不是周期性的，它不会在发射频谱中引起周期性相关的峰值。

可以通过增加阈值的大小判断来改善接收器的动态范围。这可以通过增加传输的脉冲数量来实现，即提高平均脉冲重复频率(PRF)，这是在802.15.4z HRP中实现的UWB HPRF模式。

PHY层加密

虽然IR-UWB提供了适用于低延迟定位应用的范围估计，但人们对基本IEEE 802.15.4 HRP提供的安全级别提出了担忧。

UWB PHY，与可用于典型接收机实现的周期性前导相关模式有关。此外，在非安全测距和定位应用中，在特定的多径信道条件下，使用周期性序文进行距离估计可能会引入测量伪象。

基本IEEE 802.15.4 HRP UWB PHY前导序文的周期性特性允许攻击，其中一个或多个序文符号的延迟被(部分)注入。这可以“环绕”并被解释为与下一个序文符号相关联的第一个路径，同时包含的能量不足以显著影响有效负载数据的接收(身份验证)

这种场景被称为“前置注入攻击”，如下图所示。请注意，当原始数据包包含大量的序文符号时，即使对手的延迟假信号每个序文符号只包含一个脉冲，这种类型的攻击也可能成功。

UWB数据通信

IEEE 802.15.4标准前导码和数据调制

基本的IEEE 802.15.4 HRP超宽带PHY本质上是一个扩频PHY。前导符号由发射机重复发送，这样能量就可以在接收机中积累，而数据符号则分布在多个脉冲中。

在PHY头(PHR)和PHY服务数据单元(PSDU)中使用的数据位，使用SECDED (PHR)或Reed-Solomon (PSDU)代码进行编码，然后使用卷积编码，之后通过突发位置调制(BPM)和BPSK将编码的位映射到称为“突发”的多个脉冲集上。连续的脉冲传输，这意味着499.2 MHz 扩频序列上没有间隙。脉冲的(BPSK)极性以及(BPM)突发时序使用线性反馈移位寄存器(LFSR)进行置乱，以使频谱变白，从而不会引起频谱峰值，从而降低允许的传输集成带功率。置乱还增加了不同传输信号之间的正交性，这可能在(同信道)干扰场景中提供好处。

802.15.4z增强的前导和数据调制

根据目前FCC [Fccx02] [Fccx05]和ETSI [Etsi16]的规定，超宽带传输被限制在-41.3 dBm/MHz的带内功率谱密度(PSD)，即“砖墙频谱”500 MHz宽的超宽带信号的-14 dBm波段功率。由于与其他无线电标准相比，这个功率水平非常低，并且某些应用依赖于能够克服人体衰减的超宽带信号，重要的是PHY不包含进一步减少可用链路预算的特性。

对于第一代基于802.15.4z的应用程序，PHY由基本的64 MHz脉冲组成重复频率(PRF) HRP超宽带PHY，通过增加STS字段增强，其中PRF约为64 MHz。802.15.4z HRP UWB HPRF模式通过提高PRF进一步，并在几个优化标准之间取得平衡。这些优化标准不同于定义基本IEEE 802.15.4 HRP UWB PHY时使用的优化标准。

第一，对于802.15.4z HRP UWB修订，假设有一个一致的接收机架构。

第二，对于HPRF数据调制方案，在每个数据位的脉冲数、每个数据位的通话时间、瞬时功率放大器(PA)峰值功率、符合监管峰值EIRP限制(即发射功率掩码)以及由于与多径无线电信道条件相关的符号间干扰而导致的预期损失之间达成平衡。因此，定义了两种新的数据调制方案，有效负载数据速率为6.8 Mbit/s(针对每个数据位的大量脉冲)和27 Mbit/s(针对每个数据位的短通话时间)。新的数据调制方案分别如下图所示。在这两种情况下，卷积编码器输出位(g0和g1)分别确定数据符号内第一个和第二个突发的BPSK调制。

第三，添加了一个选项，以使用更高级的K=7卷积编码，基于前向错误校正(FEC)方案。

第四，定义了不同的PHR格式。对于K=3 + RS FEC, PHR中每组两个卷积编码器输出位被映射到两个连续的数据符号(基本上是符号重复，之后应用非重复置乱)，使其数据符号速率为有效负载的一半。这种方案使PHR中的比特错误比有效载荷中的比特错误更少，而不会消耗过多的通话时间。

第五，STS领域的PRF提高到124.8 MHz(简称PRF128)。这提供了更大的熵/时间比，提高了信道估计中可达到的动态范围。

第六，定义了8个新的“密集三元”序文序列。这些序列包含比例较小的零值元素集，与基本IEEE 802.15.4相比提高了PRF

HRP超宽带PHY，使整个包的PRF更加均匀。

第七，使用二进制帧开始定界符(SFD)序列来利用相干接收机体系结构的能力，从而提高了与基本接收机相比的检测性能

Ieee 802.15.4 HRP超宽带phy。