Oryginał: Ulink Media
Autor: 旸谷
Niedawno holenderska firma produkująca półprzewodniki NXP, we współpracy z niemiecką firmą Lateration XYZ, uzyskała możliwość pozycjonowania innych elementów i urządzeń UWB z dokładnością do milimetra, wykorzystując technologię ultraszerokopasmową. To nowe rozwiązanie otwiera nowe możliwości w różnych scenariuszach zastosowań wymagających precyzyjnego pozycjonowania i śledzenia, co stanowi istotny krok naprzód w historii rozwoju technologii UWB.
W rzeczywistości, obecna dokładność UWB rzędu centymetrów w dziedzinie pozycjonowania została osiągnięta szybko, a wyższy koszt sprzętu dodatkowo przysparza użytkownikom i dostawcom rozwiązań problemów z kosztami i wdrożeniem. Czy w tym momencie konieczne jest „przesunięcie” do poziomu milimetra? Jakie możliwości rynkowe przyniesie UWB na poziomie milimetra?
Dlaczego trudno jest osiągnąć technologię UWB w skali milimetrowej?
Jako metoda pozycjonowania i pomiaru odległości o wysokiej precyzji, wysokiej dokładności i wysokim poziomie bezpieczeństwa, pozycjonowanie UWB wewnątrz pomieszczeń może teoretycznie osiągnąć dokładność rzędu milimetrów, a nawet mikrometrów, ale w praktyce przez długi czas utrzymywało się na poziomie centymetrów, głównie z powodu następujących czynników, które wpływają na rzeczywistą dokładność pozycjonowania UWB:
1. Wpływ sposobu rozmieszczenia czujnika na dokładność pozycjonowania
W rzeczywistym procesie określania dokładności pozycjonowania, wzrost liczby czujników oznacza wzrost nadmiarowych informacji, a bogate nadmiarowe informacje mogą dodatkowo zmniejszyć błąd pozycjonowania. Jednakże, dokładność pozycjonowania nie wzrasta wraz z najlepszymi czujnikami, a po zwiększeniu liczby czujników do określonego poziomu, wkład w dokładność pozycjonowania nie jest znaczący wraz ze wzrostem liczby czujników. Ponadto, wzrost liczby czujników oznacza wzrost kosztów sprzętu. Dlatego też, znalezienie równowagi między liczbą czujników a dokładnością pozycjonowania, a tym samym racjonalne wdrożenie czujników UWB, jest przedmiotem badań nad wpływem rozmieszczenia czujników na dokładność pozycjonowania.
2. Wpływ efektu wielodrożności
Ultraszerokopasmowe sygnały pozycjonujące UWB są odbijane i załamywane przez otaczające środowisko, takie jak ściany, szkło i obiekty wewnątrz budynków, takie jak biurka, podczas propagacji, co powoduje efekt wielodrogowy. Sygnał zmienia opóźnienie, amplitudę i fazę, co powoduje tłumienie energii i spadek stosunku sygnału do szumu. W rezultacie pierwszy odebrany sygnał nie jest bezpośredni, co powoduje błędy pomiaru odległości i spadek dokładności pozycjonowania. Dlatego skuteczne tłumienie efektu wielodrogowego może poprawić dokładność pozycjonowania, a obecne metody tłumienia efektu wielodrogowego obejmują głównie techniki MUSIC, ESPRIT i detekcji krawędzi.
3. Wpływ NLOS
Propagacja w linii widzenia (LOS) jest pierwszym i niezbędnym warunkiem zapewnienia dokładności wyników pomiaru sygnału. Gdy warunki między mobilnym celem pozycjonowania a stacją bazową nie mogą być spełnione, propagacja sygnału może być ukończona tylko w warunkach braku widoczności, takich jak refrakcja i dyfrakcja. W tym przypadku czas nadejścia pierwszego impulsu nie odzwierciedla rzeczywistej wartości TOA, a kierunek nadejścia pierwszego impulsu nie odzwierciedla rzeczywistej wartości AOA, co powoduje pewien błąd pozycjonowania. Obecnie głównymi metodami eliminacji błędu braku widoczności są metoda Wyliego i metoda eliminacji korelacji.
4. Wpływ ciała człowieka na dokładność pozycjonowania
Głównym składnikiem ludzkiego ciała jest woda. Woda w bezprzewodowym sygnale pulsacyjnym UWB ma silny efekt absorpcji, co powoduje osłabienie siły sygnału, odchylenie informacji o zasięgu i wpływa na ostateczny efekt pozycjonowania.
5. Wpływ osłabienia penetracji sygnału
Każde przenikanie sygnału przez ściany i inne obiekty będzie osłabione, a UWB nie jest tu wyjątkiem. Gdy pozycjonowanie UWB przenika przez zwykłą ścianę z cegły, sygnał zostanie osłabiony o około połowę. Zmiany czasu transmisji sygnału spowodowane przenikaniem przez ścianę również wpływają na dokładność pozycjonowania.
Ze względu na ludzkie ciało, przenikanie sygnału spowodowane dokładnością uderzenia jest trudne do uniknięcia. NXP i niemiecka firma LaterationXYZ będą stosować innowacyjne rozwiązania układu czujników w celu ulepszenia technologii UWB. Nie było konkretnego pokazu innowacyjnych wyników. Mogę jedynie opublikować stosowne spekulacje na oficjalnej stronie internetowej NXP w poprzednich artykułach technicznych.
Jeśli chodzi o motywację do poprawy dokładności UWB, uważam, że jest to przede wszystkim zasługa NXP, wiodącego światowego gracza na rynku UWB, który współpracuje z krajowymi producentami innowacji na dużą skalę w kontekście przełomu i obrony technicznej. W końcu, obecna technologia UWB wciąż znajduje się w fazie dynamicznego rozwoju, a związane z nią koszty, zastosowania i skala nie zostały jeszcze ustabilizowane. Obecnie krajowi producenci bardziej dbają o to, aby produkty UWB jak najszybciej się pojawiły i rozpowszechniły, aby przejąć rynek, nie mając czasu na dbanie o dokładność UWB i ulepszanie innowacji. NXP, jako jeden z czołowych graczy w dziedzinie UWB, dysponuje kompletnym ekosystemem produktów, a także wieloletnim doświadczeniem w zakresie dogłębnego wykorzystania zgromadzonego potencjału technicznego, co ułatwia wdrażanie innowacji UWB.
Po drugie, firma NXP, tym razem zwracając się ku UWB na poziomie milimetra, dostrzega nieskończony potencjał przyszłego rozwoju UWB i jest przekonana, że zwiększenie precyzji przyniesie nowe zastosowania na rynku.
Moim zdaniem potencjał UWB będzie się zwiększał wraz z rozwojem „nowej infrastruktury” 5G i dalej będzie zwiększał swoją wartość w procesie przemysłowej modernizacji inteligentnego wzmocnienia 5G.
Wcześniej, w sieciach 2G/3G/4G, mobilne scenariusze pozycjonowania koncentrowały się głównie na połączeniach alarmowych, legalnym dostępie do lokalizacji i innych zastosowaniach. Wymagania dotyczące dokładności pozycjonowania nie były wysokie, bazując na zgrubnej dokładności pozycjonowania opartej na identyfikatorach komórek (Cell ID) od dziesiątek do setek metrów. Podczas gdy 5G wykorzystuje nowe metody kodowania, fuzję wiązek, wielkoskalowe układy antenowe, widmo fal milimetrowych i inne technologie, jego szeroka przepustowość i technologia układów antenowych stanowią podstawę dla precyzyjnego pomiaru odległości i kąta. Dlatego też kolejna runda sprintu UWB w dziedzinie dokładności jest wspierana przez odpowiednie zaplecze epoki, fundamenty technologiczne i wystarczające perspektywy zastosowań, a ten sprint dokładności UWB można uznać za wstępny układ, który ma sprostać modernizacji cyfrowej inteligencji.
Jakie rynki otworzy Millimetr UW?
Obecnie dystrybucja rynkowa UWB charakteryzuje się głównie dyspersją B-end i koncentracją C-end. W praktyce, B-end ma więcej zastosowań, a C-end oferuje większą przestrzeń do eksploracji wydajności. Moim zdaniem, ta innowacja, skupiająca się na wydajności pozycjonowania, konsoliduje zalety UWB w precyzyjnym pozycjonowaniu, co nie tylko przynosi przełom w wydajności istniejących aplikacji, ale także stwarza możliwości dla UWB, otwierając nowe możliwości zastosowań.
Na rynku rozwiązań B-end, w parkach, fabrykach, przedsiębiorstwach i innych scenariuszach, bezprzewodowe środowisko danego obszaru jest stosunkowo pewne, a dokładność pozycjonowania może być gwarantowana w sposób ciągły, podczas gdy takie sceny utrzymują również stabilne zapotrzebowanie na dokładną percepcję pozycjonowania lub staną się technologią UWB na poziomie milimetra, która wkrótce będzie ukierunkowana na korzyść rynku.
W sektorze górniczym, wraz z rozwojem inteligentnego budownictwa kopalni, połączenie technologii pozycjonowania 5G i UWB pozwala inteligentnemu systemowi wydobywczemu na precyzyjne pozycjonowanie w bardzo krótkim czasie, zapewniając idealne połączenie precyzyjnego pozycjonowania i niskiego zużycia energii, a także wysoką precyzję, dużą wydajność i długi czas czuwania. Jednocześnie, w oparciu o zarządzanie bezpieczeństwem kopalni, technologia UWB może być wykorzystywana do zapewnienia bezpieczeństwa kopalni i zarządzania nią. Jednocześnie, w oparciu o wysokie zapotrzebowanie na zarządzanie bezpieczeństwem kopalni, technologia UWB będzie również wykorzystywana do codziennego zarządzania personelem i torami kolejowymi. Obecnie w kraju działa około 4000 kopalni węgla, a średnie zapotrzebowanie na stacje bazowe dla każdej kopalni wynosi około 100. Na tej podstawie można oszacować, że całkowite zapotrzebowanie na stacje bazowe dla kopalni węgla wynosi około 400 000, a całkowita liczba górników wynosi około 4 milionów. Według modelu 1 osoba 1, zapotrzebowanie na tagi UWB wynosi około 4 milionów. Według obecnej ceny rynkowej dla użytkowników końcowych, wartość produkcji węgla na rynku sprzętu UWB „stacja bazowa + tag” wynosi około 4 miliardów dolarów.
W górnictwie, gdzie występują podobne scenariusze wysokiego ryzyka, a także w wydobyciu ropy naftowej, elektrowniach, zakładach chemicznych itp., wymagania dotyczące dokładności pozycjonowania w zarządzaniu bezpieczeństwem są wyższe. Zwiększenie dokładności pozycjonowania UWB o milimetr pomoże umocnić jego przewagę w takich obszarach.
W przemyśle produkcyjnym, magazynowaniu i logistyce technologia UWB stała się narzędziem redukcji kosztów i zwiększenia wydajności. Pracownicy korzystający z urządzeń przenośnych z technologią UWB mogą precyzyjniej lokalizować i rozmieszczać różne części. System zarządzania integrujący technologię UWB w zarządzaniu magazynem pozwala na precyzyjne monitorowanie wszelkiego rodzaju materiałów i personelu w czasie rzeczywistym, a także umożliwia kontrolę zapasów i zarządzanie personelem, a jednocześnie pozwala na sprawne i bezbłędne bezobsługowe zarządzanie materiałami za pomocą pojazdów AGV, co może znacznie zwiększyć wydajność produkcji.
Ponadto, milimetrowy skok technologii UWB może otworzyć nowe zastosowania w transporcie kolejowym. Obecnie aktywny system sterowania pociągiem opiera się głównie na pozycjonowaniu satelitarnym, co jest szczególnie istotne w przypadku tuneli podziemnych, miejskich wieżowców, kanionów i innych miejsc, gdzie pozycjonowanie satelitarne jest podatne na awarie. Technologia UWB w pozycjonowaniu i nawigacji pociągu CBTC, unikaniu kolizji i wczesnym ostrzeganiu przed kolizją, precyzyjnym zatrzymywaniu pociągu itp. może zapewnić bardziej niezawodne wsparcie techniczne dla bezpieczeństwa i kontroli transportu kolejowego. Obecnie tego typu zastosowania w Europie i Stanach Zjednoczonych są rozproszone.
Na rynku terminali C, precyzja UWB rzędu milimetrów otworzy nowe scenariusze zastosowań poza cyfrowymi kluczykami w pojazdach. Na przykład automatyczne parkowanie z obsługą, automatyczne płatności itd. Jednocześnie, w oparciu o technologię sztucznej inteligencji, możliwe będzie „uczenie się” wzorców ruchu i nawyków użytkownika, co przełoży się na poprawę wydajności technologii automatycznej jazdy.
W dziedzinie elektroniki użytkowej technologia UWB może stać się standardem dla smartfonów w dobie interakcji między samochodem a maszyną, na przykład dzięki cyfrowym kluczykom samochodowym. Oprócz otwarcia szerszego obszaru zastosowań w pozycjonowaniu i wyszukiwaniu produktów, poprawa dokładności UWB może również otworzyć nowe możliwości w zakresie scenariuszy interakcji urządzeń. Na przykład, precyzyjny zasięg UWB pozwala precyzyjnie kontrolować odległość między urządzeniami, aby dostosować konstrukcję sceny rozszerzonej rzeczywistości, a także zapewnić lepsze wrażenia sensoryczne podczas grania, słuchania muzyki i oglądania filmów.
Czas publikacji: 04.09.2023