Originál: Ulink Media
Autor: 旸谷
Nizozemská polovodičová společnost NXP ve spolupráci s německou společností Lateration XYZ nedávno získala schopnost dosahovat milimetrové přesnosti polohování dalších UWB prvků a zařízení pomocí ultraširokopásmové technologie. Toto nové řešení přináší nové možnosti pro různé aplikační scénáře, které vyžadují přesné polohování a sledování, a představuje tak zásadní pokrok v historii vývoje UWB technologie.
Ve skutečnosti se současná přesnost UWB na centimetrovou úroveň v oblasti polohování dosahuje rychle a vyšší náklady na hardware také způsobují uživatelům a poskytovatelům řešení problémy s řešením nákladů a problémů s nasazením. Je v této době „přechod“ na milimetrovou úroveň nezbytný? A jaké tržní příležitosti přinese UWB na milimetrové úrovni?
Proč je milimetrové UWB obtížné dosáhnout?
Jako vysoce přesná, precizní a bezpečná metoda určování vzdálenosti a vzdálenosti může UWB polohování v interiéru teoreticky dosáhnout milimetrové nebo dokonce mikrometrové přesnosti, ale ve skutečném nasazení se po dlouhou dobu drželo na centimetrové úrovni, a to především kvůli následujícím faktorům, které ovlivňují skutečnou přesnost UWB polohování:
1. Vliv režimu rozmístění senzorů na přesnost určování polohy
V samotném procesu řešení přesnosti polohování znamená zvýšení počtu senzorů zvýšení redundantních informací a bohaté redundantní informace mohou dále snížit chybu polohování. Přesnost polohování se však s nejlepšími senzory nezvyšuje a když se počet senzorů zvýší na určitý počet, příspěvek k přesnosti polohování není s nárůstem počtu senzorů velký. A nárůst počtu senzorů znamená zvýšení nákladů na zařízení. Proto je výzkum vlivu nasazení senzorů na přesnost polohování zaměřený na nalezení rovnováhy mezi počtem senzorů a přesností polohování, a tedy i na jejich rozumné nasazení.
2. Vliv vícecestného efektu
Signály UWB ultraširokopásmového určování polohy se během šíření odrážejí a lámou okolním prostředím, jako jsou stěny, sklo a vnitřní objekty, například stolní počítače, což vede k vícecestnému efektu. Signál se mění ve zpoždění, amplitudě a fázi, což má za následek útlum energie a snížení poměru signálu k šumu. To vede k tomu, že první dosažený signál není přímý, což způsobuje chyby v určování vzdálenosti a snížení přesnosti určování polohy. Účinné potlačení vícecestného efektu proto může zlepšit přesnost určování polohy a současné metody potlačení vícecestného efektu zahrnují zejména techniky MUSIC, ESPRIT a detekce hran.
3. Dopad NLOS
Šíření signálu v přímé viditelnosti (LOS) je prvním a nezbytným předpokladem pro zajištění přesnosti výsledků měření signálu. Pokud nelze splnit podmínky mezi mobilním cílem určování polohy a základnovou stanicí, šíření signálu může probíhat pouze za podmínek mimo viditelnost, jako je lom a difrakce. V tomto okamžiku čas prvního příchozího impulsu nepředstavuje skutečnou hodnotu TOA a směr prvního příchozího impulsu neodpovídá skutečné hodnotě AOA, což způsobuje určitou chybu určování polohy. V současné době jsou hlavními metodami pro eliminaci chyb mimo viditelnost Wylieova metoda a metoda eliminace korelace.
4. Vliv lidského těla na přesnost polohování
Hlavní složkou lidského těla je voda, která má silný absorpční účinek na bezdrátový UWB pulzní signál, což vede k útlumu síly signálu, odchylce v informacích o dosahu a ovlivňuje konečný efekt určování polohy.
5. Dopad oslabení penetrace signálu
Jakýkoli průnik signálu skrz zdi a jiné entity bude oslaben, UWB není výjimkou. Když UWB polohování pronikne běžnou cihlovou zdí, signál bude oslaben přibližně na polovinu. Změny v době přenosu signálu v důsledku pronikání zdi také ovlivní přesnost polohování.
Vzhledem k lidskému tělu je obtížné obejít pronikání signálu způsobené přesností nárazu. Společnosti NXP a německá společnost LaterationXYZ budou prostřednictvím inovativních řešení uspořádání senzorů vylepšovat technologii UWB. Dosud nebyly prezentovány konkrétní inovativní výsledky. Mohu pouze zveřejnit relevantní spekulace z oficiálních webových stránek NXP v minulých technických článcích.
Pokud jde o motivaci ke zlepšení přesnosti UWB, domnívám se, že je to v první řadě pro NXP jakožto předního světového hráče v oblasti UWB, který se snaží vypořádat se současnými domácími výrobci s velkými inovacemi v oblasti průlomu a technické obrany. Koneckonců, současná technologie UWB je stále v prudkém vývoji a odpovídající náklady, aplikace a rozsah ještě nebyly stabilizovány. V současné době se domácí výrobci více zajímají o to, aby se UWB produkty co nejdříve dostaly na trh a rozšířily se, a nemají čas starat se o přesnost UWB a zlepšovat inovace. NXP, jako jeden z předních hráčů v oblasti UWB, má kompletní produktový ekosystém a mnoho let hlubokého rozvíjení nashromážděných technických sil, což je pro realizaci UWB inovací pohodlnější.
Za druhé, NXP se tentokrát zaměřuje na milimetrovou UWB a vidí také nekonečný potenciál budoucího vývoje UWB a je přesvědčena, že zlepšení přesnosti přinese na trh nové aplikace.
Podle mého názoru se přínosy UWB budou s rozvojem „nové infrastruktury“ 5G dále zlepšovat a dále rozšiřovat své hodnotové souřadnice v procesu průmyslové modernizace inteligentního posílení 5G.
Dříve se v sítích 2G/3G/4G scénáře mobilního určování polohy zaměřovaly hlavně na tísňová volání, legální přístup k poloze a další aplikace, požadavky na přesnost určování polohy však nebyly vysoké a na základě hrubé přesnosti určování polohy pomocí Cell ID dosahovaly desítek až stovek metrů. Zatímco 5G využívá nové metody kódování, fúzi paprsků, rozsáhlé anténní soustavy, milimetrové vlnové spektrum a další technologie, její technologie s velkou šířkou pásma a anténními soustavami poskytuje základ pro vysoce přesné měření vzdálenosti a vysoce přesné měření úhlů. Proto je další kolo UWB sprintu v oblasti přesnosti podpořeno odpovídajícím zázemím, technologickým základem a dostatečnými aplikačními perspektivami a tento UWB sprint v oblasti přesnosti lze považovat za předběžné rozvržení pro splnění požadavků modernizace digitální inteligence.
Jaké trhy otevře Millimetre UW?
V současné době je tržní distribuce UWB charakterizována především disperzí na B-konci a koncentrací na C-konci. V aplikaci má B-konec více případů užití a C-konec má více nápaditého prostoru pro těžbu výkonu. Podle mého názoru tato inovace zaměřená na výkon polohování konsoliduje výhody UWB v přesném polohování, což nejen přináší průlomy ve výkonu pro stávající aplikace, ale také vytváří příležitosti pro UWB k otevření nového aplikačního prostoru.
Na trhu B-end, pro parky, továrny, podniky a další scénáře, je bezdrátové prostředí v dané oblasti relativně jisté a přesnost polohování lze trvale zaručit. Tyto scény si také udržují stabilní poptávku po přesném vnímání polohy, nebo se brzy stanou milimetrovými UWB, které budou zaměřeny na prospěch trhu.
V těžebním průmyslu, s pokrokem v inteligentní konstrukci dolů, může fúzní řešení „5G+UWB positioning“ umožnit inteligentnímu těžebnímu systému kompletní polohování ve velmi krátkém čase, dosáhnout perfektní kombinace přesného polohování a nízké spotřeby energie a realizovat vlastnosti vysoké přesnosti, velké kapacity a dlouhé pohotovostní doby atd. Zároveň lze na základě řízení bezpečnosti dolu použít k zajištění bezpečnosti dolu a řízení bezpečnosti dolu. Zároveň se na základě vysoké poptávky po řízení bezpečnosti dolů UWB použije také v každodenním řízení personálu a automobilových tratí. V současné době má země určitý počet uhelných dolů přibližně 4000 a průměrná poptávka po základnových stanicích každého uhelného dolu je přibližně 100, z čehož lze odhadnout, že celková poptávka po základnových stanicích uhelných dolů je přibližně 400 000, celkový počet horníků je přibližně 4 miliony lidí, podle označení 1 osoba 1 je poptávka po UWB značkách přibližně 4 miliony. Podle současného koncového uživatele, který kupuje jednotnou tržní cenu, je trh s uhlím na trhu s hardwarem UWB „základní stanice + tag“ v hodnotě přibližně 4 miliard.
V těžbě a podobných vysoce rizikových scénářích a těžbě ropy, elektrárnách, chemických závodech atd. jsou požadavky na řízení bezpečnosti z hlediska požadavků na přesnost polohování vyšší, takže vylepšení přesnosti polohování UWB na milimetrovou úroveň pomůže upevnit její výhody v těchto oblastech.
V průmyslové výrobě, skladování a logistice se UWB stalo nástrojem pro snižování nákladů a efektivitu. Pracovníci používající ruční zařízení s technologií UWB mohou přesněji lokalizovat a umístit různé díly; konstrukce systému řízení integrujícího technologii UWB do správy skladu umožňuje přesně sledovat všechny druhy materiálů a personálu ve skladech v reálném čase a dosahovat kontroly zásob, řízení personálu a zároveň efektivního a bezchybného obratu materiálu bez obsluhy prostřednictvím zařízení AGV, což může výrazně zvýšit efektivitu výroby.
Milimetrový skok UWB může navíc otevřít nové možnosti využití v oblasti železniční dopravy. V současné době se aktivní řídicí systém vlaků spoléhá hlavně na satelitní určování polohy. V prostředí podzemních tunelů, ale i ve výškových budovách měst, kaňonech a dalších scénách je satelitní určování polohy náchylné k selhání. Technologie UWB v oblasti určování polohy a navigace vlaků CBTC, předcházení kolizím a včasného varování před kolizemi, přesného zastavení vlaku atd. může poskytnout spolehlivější technickou podporu pro bezpečnost a řízení železniční dopravy. V současné době má tento druh aplikace v Evropě a Spojených státech jen málo případů uplatnění.
Na trhu C-terminálů otevře UWB vylepšení přesnosti na milimetrovou úroveň nové aplikační scénáře pro scénu vozidel, které nejsou jen digitálními klíči. Například automatické parkování s obsluhou, automatické platby atd. Zároveň se na základě technologie umělé inteligence může „učit“ pohybové vzorce a návyky uživatele a zlepšit výkon technologie automatického řízení.
V oblasti spotřební elektroniky se UWB může stát standardní technologií pro chytré telefony díky interakci digitálních klíčů od auta a stroje. Kromě otevření širšího aplikačního prostoru pro určování polohy a vyhledávání produktů může zlepšení přesnosti UWB otevřít také nový aplikační prostor pro scénáře interakce zařízení. Například přesný dosah UWB dokáže přesně řídit vzdálenost mezi zařízeními, upravovat konstrukci scény rozšířené reality pro hru, zvuk a video a přinést tak lepší smyslový zážitek.
Čas zveřejnění: 4. září 2023