Original: Ulink Media
Författare: 旸谷
Nyligen har det holländska halvledarföretaget NXP, i samarbete med det tyska företaget Lateration XYZ, fått möjligheten att uppnå millimeterprecisionspositionering av andra UWB-objekt och -enheter med hjälp av ultrabredbandsteknik. Denna nya lösning ger nya möjligheter för olika applikationsscenarier som kräver exakt positionering och spårning, vilket markerar ett viktigt framsteg i UWB-teknikutvecklingens historia.
Faktum är att den nuvarande UWB-noggrannheten på centimeternivå inom positioneringsområdet har uppnåtts snabbt, och den högre kostnaden för hårdvara ger också användare och lösningsleverantörer huvudbry om hur man ska lösa kostnads- och implementeringssvårigheter. Är det nödvändigt att "rulla" till millimeternivå i nuläget? Och vilka marknadsmöjligheter kommer UWB på millimeternivå att medföra?
Varför är UWB i millimeterskala svår att nå?
Som en högprecisions-, högnoggrannhets- och högsäkerhetsmetod för positionering och avståndsmätning kan UWB-inomhuspositionering teoretiskt uppnå millimeter- eller till och med mikrometernoggrannhet, men i faktisk användning har den hållits på centimeternivå under lång tid, främst på grund av följande faktorer som påverkar den faktiska noggrannheten hos UWB-positionering:
1. Sensorns implementeringsläges inverkan på positioneringsnoggrannheten
I själva positioneringsnoggrannhetsprocessen innebär ökningen av antalet sensorer en ökning av redundant information, och den rika redundanta informationen kan ytterligare minska positioneringsfelet. Positioneringsnoggrannheten ökar dock inte med de bästa sensorerna, och när antalet sensorer ökas till ett visst antal blir bidraget till positioneringsnoggrannheten inte stort med ökningen av sensorer. Och ökningen av antalet sensorer innebär att kostnaden för utrustningen ökar. Därför är fokus för forskning om hur man hittar en balans mellan antalet sensorer och positioneringsnoggrannhet, och därmed en rimlig utplacering av UWB-sensorer.
2. Inverkan av flervägseffekt
UWB ultrabredbandiga positioneringssignaler reflekteras och bryts av omgivningen, såsom väggar, glas och inomhusföremål som skrivbord, under utbredningsprocessen, vilket resulterar i flervägseffekter. Signalens fördröjning, amplitud och fas ändras, vilket resulterar i energiförsvagning och en minskning av signal-brusförhållandet, vilket leder till att den först nådda signalen inte är direkt, vilket orsakar avståndsfel och en minskning av positioneringsnoggrannheten. Därför kan effektiv undertryckning av flervägseffekten förbättra positioneringsnoggrannheten, och de nuvarande metoderna för att undertrycka flervägseffekter inkluderar huvudsakligen MUSIC, ESPRIT och kantdetekteringstekniker.
3. NLOS-påverkan
Siktlinjeutbredning (LOS) är den första och nödvändiga förutsättningen för att säkerställa noggrannheten i signalmätningsresultaten. När villkoren mellan det mobila positioneringsmålet och basstationen inte kan uppfyllas, kan signalens utbredning endast ske under förhållanden som inte är synlinjeformade, såsom refraktion och diffraktion. För närvarande representerar inte tidpunkten för den första ankommande pulsen det verkliga värdet av TOA, och riktningen för den första ankommande pulsen är inte det verkliga värdet av AOA, vilket kommer att orsaka ett visst positioneringsfel. För närvarande är de viktigaste metoderna för att eliminera fel som inte är synlinjeformade Wylie-metoden och korrelationselimineringsmetoden.
4. Människokroppens inverkan på positioneringsnoggrannhet
Huvudkomponenten i människokroppen är vatten. Vatten absorberar starkt UWB-pulssignaler, vilket resulterar i dämpning av signalstyrkan, avvikelse i avståndsinformationen och påverkar den slutliga positioneringseffekten.
5. Inverkan av försvagning av signalpenetration
All signalpenetration genom väggar och andra enheter kommer att försvagas, UWB är inget undantag. När UWB-positionering penetrerar en vanlig tegelvägg kommer signalen att försvagas med ungefär hälften. Förändringar i signalöverföringstiden på grund av väggpenetration kommer också att påverka positioneringsnoggrannheten.
På grund av människokroppen är signalpenetrationen som orsakas av noggrannheten i stöten svår att kringgå. NXP och det tyska företaget LaterationXYZ kommer att använda innovativa sensorlayoutlösningar för att förbättra UWB-tekniken. Det har inte funnits några specifikt presenterade innovativa resultat. Jag kan bara släppa tidigare tekniska artiklar från NXP:s officiella webbplats för att göra relevanta spekulationer.
När det gäller motivationen att förbättra noggrannheten hos UWB, tror jag att detta först och främst handlar om att NXP, som världens ledande UWB-aktör, ska hantera de nuvarande inhemska tillverkarna av storskalig innovation inom utbrottssituationer och tekniskt försvar. Den nuvarande UWB-tekniken är trots allt fortfarande i en blomstrande fas av utvecklingen, och motsvarande kostnader, tillämpningar och skalor har ännu inte stabiliserats. För närvarande är inhemska tillverkare mer angelägna om att UWB-produkter ska landa och sprida sig så snart som möjligt, ta över marknaden. De har ingen tid att bry sig om UWB-noggrannheten för att förbättra innovationen. NXP, som en av de ledande aktörerna inom UWB-området, har ett komplett produktekosystem samt många års djupgående forskning och ackumulerad teknisk styrka, vilket gör det bekvämare att genomföra UWB-innovationen.
För det andra ser NXP, denna gång mot UWB på millimeternivå, också den oändliga potentialen i den framtida utvecklingen av UWB och är övertygade om att förbättringen av precisionen kommer att föra nya tillämpningar till marknaden.
Enligt min mening kommer UWB:s fördelar att fortsätta förbättras med utvecklingen av 5G:s "nya infrastruktur", och ytterligare utöka dess värdekoordinater i processen för industriell uppgradering av 5G:s smarta kapacitet.
Tidigare, i 2G/3G/4G-nätet, fokuserade mobila positioneringsscenarier främst på nödsamtal, åtkomst till laglig positionering och andra tillämpningar. Kraven på positioneringsnoggrannhet är inte höga, baserat på grov positioneringsnoggrannhet för Cell ID från tiotals meter till hundratals meter. Medan 5G använder nya kodningsmetoder, strålfusion, storskaliga antennmatriser, millimetervågsspektrum och andra tekniker, ger dess stora bandbredd och antennmatristeknik grunden för högprecisionsavståndsmätning och högprecisionsvinkelmätning. Därför stöds ytterligare en omgång UWB-sprint inom noggrannhetsområdet av motsvarande erabakgrund, teknikgrund och tillräckliga tillämpningsmöjligheter, och denna UWB-noggrannhetssprint kan betraktas som en förberedelse för att möta uppgraderingen av digital intelligens.
Vilka marknader kommer Millimetre UW att öppna upp?
För närvarande kännetecknas marknadsdistributionen för UWB huvudsakligen av B-ändspridning och C-ändkoncentration. I applikationen har B-änden fler användningsfall, och C-änden har mer fantasifullt utrymme för prestandautvinning. Enligt min mening konsoliderar denna innovation som fokuserar på positioneringsprestanda fördelarna med UWB inom exakt positionering, vilket inte bara ger prestandagenombrott för befintliga applikationer utan också skapar möjligheter för UWB att öppna upp nya applikationsutrymmen.
På B-slutmarknaden, för parker, fabriker, företag och andra scenarier, är den trådlösa miljön i dess specifika område relativt säker, och positioneringsnoggrannheten kan garanteras konsekvent, samtidigt som sådana scener också upprätthåller en stabil efterfrågan på korrekt positioneringsuppfattning, eller kommer att bli en millimeternivå-UWB som snart kommer att riktas till marknadens fördel.
I gruvdriftsscenariot, med utvecklingen av intelligent gruvkonstruktion, kan fusionslösningen "5G+UWB-positionering" göra att det intelligenta gruvsystemet slutför positioneringen på mycket kort tid, uppnå den perfekta kombinationen av exakt positionering och låg strömförbrukning, och realisera egenskaperna hög precision, stor kapacitet och lång standby-tid, etc. Samtidigt, baserat på gruvans säkerhetshantering, kan det användas för att säkerställa gruvans säkerhet och säkerhetshantering. Samtidigt, baserat på den hårda efterfrågan på gruvsäkerhetshantering, kommer UWB också att användas i den dagliga personalhanteringen och bilspårshanteringen. För närvarande har landet en viss skala av kolgruvor på cirka 4000, och den genomsnittliga efterfrågan på varje kolgruvas basstation är cirka 100, varav den totala efterfrågan på kolgruvsbasstationer kan uppskattas till cirka 400 000, antalet kolgruvearbetare totalt cirka 4 miljoner människor, enligt 1 person 1-etikett, efterfrågan på UWB-taggar cirka 4 miljoner. Enligt den nuvarande slutanvändarens köppris är kolmarknaden på UWB "basstation + tag" hårdvarumarknaden cirka 4 miljarder i produktionsvärde.
Gruvdrift och liknande högriskscenarier inom gruvdrift samt oljeutvinning, kraftverk, kemiska fabriker etc. kräver högre säkerhetsledning för positioneringsnoggrannhet. Förbättrad UWB-positioneringsnoggrannhet ner till millimeternivå kommer att bidra till att befästa dess fördelar inom sådana områden.
Inom industriell tillverkning, lagerhållning och logistik har UWB blivit ett verktyg för kostnadsminskning och effektivitet. Arbetare som använder handhållna enheter med UWB-teknik kan mer exakt lokalisera och placera olika delar. Genom att bygga ett ledningssystem som integrerar UWB-teknik i lagerhantering kan man noggrant övervaka alla typer av material och personal i lager i realtid, och uppnå lagerkontroll, personalhantering och samtidigt uppnå effektiv och felfri obemannad materialomsättning genom AGV-utrustning, vilket avsevärt kan förbättra produktionseffektiviteten.
Dessutom kan UWB:s millimetersprång också öppna upp för nya tillämpningar inom järnvägstransporter. För närvarande förlitar sig tågets aktiva styrsystem huvudsakligen på satellitpositionering för att slutföra detta. För underjordiska tunnelmiljöer såväl som i stadsmiljöer med höga byggnader, kanjoner och andra scener är satellitpositionering benägen att misslyckas. UWB-teknik i tågets CBTC-positionering och navigering, kollisionsundvikande och tidig kollisionsvarning, precisionsstopp för tåg etc. kan ge mer tillförlitligt tekniskt stöd för säkerhet och kontroll av järnvägstransporter. För närvarande har denna typ av tillämpning spridda tillämpningsfall i Europa och USA.
På C-terminalmarknaden kommer förbättring av UWB-precision ner till millimeternivå att öppna upp för nya tillämpningsscenarier utöver digitala nycklar för fordonsmiljön. Till exempel automatisk betjänad parkering, automatisk betalning och så vidare. Samtidigt kan man, baserat på artificiell intelligens, också "lära sig" användarens rörelsemönster och vanor och förbättra prestandan hos automatisk körteknik.
Inom konsumentelektronikområdet kan UWB bli standardtekniken för smartphones i takt med att digitala bilnycklar interagerar mellan bilar och maskiner. Förutom att öppna upp ett bredare användningsområde för positionering och produktsökning kan UWB:s noggrannhetsförbättring också öppna upp nya användningsområden för interaktionsscenarier med utrustning. Till exempel kan UWB:s exakta räckvidd noggrant styra avståndet mellan enheter, justera konstruktionen av augmented reality-scener, för spel, ljud och video för att ge en bättre sensorisk upplevelse.
Publiceringstid: 4 september 2023