Origineel: Ulink Media
Auteur: 旸谷
Onlangs heeft het Nederlandse halfgeleiderbedrijf NXP, in samenwerking met het Duitse bedrijf Lateration XYZ, de mogelijkheid gekregen om andere UWB-producten en -apparaten tot op de millimeter nauwkeurig te positioneren met behulp van ultrabreedbandtechnologie. Deze nieuwe oplossing biedt nieuwe mogelijkheden voor diverse toepassingsscenario's die nauwkeurige positionering en tracking vereisen, wat een essentiële stap is in de ontwikkeling van UWB-technologie.
De huidige UWB-nauwkeurigheid op centimeterniveau op het gebied van positionering is in feite snel gerealiseerd, en de hogere hardwarekosten bezorgen gebruikers en aanbieders van oplossingen ook hoofdpijn over hoe ze de kosten- en implementatieproblemen moeten oplossen. Is "rollen" naar millimeterniveau op dit moment nog wel nodig? En welke marktkansen biedt UWB op millimeterniveau?
Waarom is UWB op millimeterschaal moeilijk te bereiken?
UWB-positionering binnenshuis is een uiterst precieze, nauwkeurige en veilige methode voor positionering en afstandsbepaling. In theorie kan de nauwkeurigheid van de millimeter of zelfs de micrometer worden bereikt. In de praktijk is de nauwkeurigheid echter lange tijd beperkt gebleven tot de centimeter. Dit komt voornamelijk door de volgende factoren die de werkelijke nauwkeurigheid van UWB-positionering beïnvloeden:
1. De impact van de sensor-inzetmodus op de positioneringsnauwkeurigheid
In het daadwerkelijke proces van het bepalen van de positioneringsnauwkeurigheid betekent een toename van het aantal sensoren een toename van redundante informatie, en deze rijke redundante informatie kan de positioneringsfout verder verkleinen. De positioneringsnauwkeurigheid neemt echter niet toe met de beste sensoren, en wanneer het aantal sensoren tot een bepaald aantal wordt verhoogd, is de bijdrage aan de positioneringsnauwkeurigheid niet groot met de toename van het aantal sensoren. Bovendien betekent een toename van het aantal sensoren ook een toename van de kosten van de apparatuur. Daarom is het vinden van een balans tussen het aantal sensoren en de positioneringsnauwkeurigheid, en daarmee een verstandige inzet van UWB-sensoren, de focus van onderzoek naar de impact van sensorinzet op de positioneringsnauwkeurigheid.
2. Invloed van het multipath-effect
UWB ultrabreedband positioneringssignalen worden tijdens het propagatieproces gereflecteerd en gebroken door de omgeving, zoals muren, glas en objecten binnenshuis, zoals bureaus, wat resulteert in multipath-effecten. Het signaal verandert in vertraging, amplitude en fase, wat resulteert in energieverzwakking en een afname van de signaal-ruisverhouding. Dit leidt ertoe dat het eerst bereikte signaal niet direct is, wat leidt tot afstandsfouten en een afname van de positioneringsnauwkeurigheid. Effectieve onderdrukking van het multipath-effect kan daarom de positioneringsnauwkeurigheid verbeteren. De huidige methoden voor het onderdrukken van multipath omvatten voornamelijk MUSIC-, ESPRIT- en randdetectietechnieken.
3. NLOS-impact
Line-of-sight propagatie (LOS) is de eerste en noodzakelijke voorwaarde om de nauwkeurigheid van de signaalmeetresultaten te garanderen. Wanneer de omstandigheden tussen het mobiele positioneringsdoel en het basisstation niet kunnen worden vervuld, kan de signaalvoortplanting alleen plaatsvinden onder omstandigheden buiten de line-of-sight, zoals refractie en diffractie. Op dit moment vertegenwoordigt het tijdstip van de eerste binnenkomende puls niet de werkelijke waarde van TOA, en de richting van de eerste binnenkomende puls is niet de werkelijke waarde van AOA, wat een zekere positioneringsfout zal veroorzaken. De belangrijkste methoden om de fout buiten de line-of-sight te elimineren zijn momenteel de Wylie-methode en de correlatie-eliminatiemethode.
4. De invloed van het menselijk lichaam op de positioneringsnauwkeurigheid
Het hoofdbestanddeel van het menselijk lichaam is water. Water op het draadloze UWB-pulssignaal heeft een sterk absorptie-effect, wat resulteert in demping van de signaalsterkte, afwijkingen in de bereikinformatie en invloed op het uiteindelijke positioneringseffect.
5. Impact van verzwakking van de signaalpenetratie
Elke signaalpenetratie door muren en andere objecten zal worden verzwakt, en UWB is daarop geen uitzondering. Wanneer UWB-positionering door een gewone bakstenen muur heen dringt, wordt het signaal ongeveer gehalveerd. Veranderingen in de signaaloverdrachtstijd als gevolg van muurpenetratie hebben ook invloed op de positioneringsnauwkeurigheid.
Vanwege het menselijk lichaam is de signaalpenetratie die wordt veroorzaakt door de nauwkeurigheid van de impact moeilijk te omzeilen. NXP en het Duitse bedrijf LaterationXYZ zullen door middel van innovatieve sensorlay-outoplossingen de UWB-technologie verbeteren. Er is geen specifieke weergave van de innovatieve resultaten geweest. Ik kan alleen relevante speculaties maken over eerdere technische artikelen op de officiële website van NXP.
Wat betreft de motivatie om de nauwkeurigheid van UWB te verbeteren, denk ik dat dit allereerst NXP is, als 's werelds toonaangevende UWB-speler die de huidige binnenlandse fabrikanten van grootschalige innovaties in een uitbraaksituatie en technische verdediging tegemoet treedt. De huidige UWB-technologie bevindt zich immers nog in een bloeiende ontwikkelingsfase en de bijbehorende kosten, toepassing en schaal zijn nog niet gestabiliseerd. Binnenlandse fabrikanten zijn momenteel vooral bezig met het zo snel mogelijk lanceren en verspreiden van UWB-producten, om de markt te veroveren, en hebben geen tijd om zich bezig te houden met de nauwkeurigheid van UWB om de innovatie te verbeteren. NXP, als een van de toonaangevende spelers op het gebied van UWB, beschikt over een compleet productecosysteem en jarenlange ervaring met de opgebouwde technische expertise, waardoor UWB-innovaties gemakkelijker kunnen worden uitgevoerd.
Ten tweede ziet NXP, ditmaal gericht op UWB op millimeterniveau, ook het eindeloze potentieel van de toekomstige ontwikkeling van UWB en is ervan overtuigd dat de verbetering van de precisie nieuwe toepassingen op de markt zal brengen.
Naar mijn mening zal de opwaartse trend van UWB alleen maar toenemen met de vooruitgang van de 5G "nieuwe infrastructuur" en zal de waarde ervan verder toenemen in het proces van industriële modernisering van de 5G slimme empowerment.
Voorheen waren mobiele positioneringsscenario's in het 2G/3G/4G-netwerk voornamelijk gericht op noodoproepen, toegang tot legale locaties en andere toepassingen. De eisen aan positioneringsnauwkeurigheid zijn echter niet hoog, gebaseerd op een grove positioneringsnauwkeurigheid van de Cell ID van tientallen tot honderden meters. Hoewel 5G gebruikmaakt van nieuwe coderingsmethoden, bundelfusie, grootschalige antenne-arrays, millimetergolfspectrum en andere technologieën, vormen de grote bandbreedte en antenne-arraytechnologie de basis voor uiterst nauwkeurige afstandsmeting en uiterst nauwkeurige hoekmeting. Daarom wordt een nieuwe ronde UWB-sprint op het gebied van nauwkeurigheid ondersteund door de bijbehorende achtergrond, technologische basis en voldoende toepassingsmogelijkheden. Deze UWB-nauwkeurigheidssprint kan worden beschouwd als een voorontwerp voor de upgrade van digitale intelligentie.
Welke markten zal Millimetre UW ontsluiten?
De marktverdeling van UWB wordt momenteel voornamelijk gekenmerkt door de verspreiding van B-ends en de concentratie van C-ends. In de toepassing kent de B-end meer toepassingsmogelijkheden en biedt de C-end meer creatieve mogelijkheden voor performance mining. Naar mijn mening consolideert deze innovatie, gericht op positioneringsprestaties, de voordelen van UWB op het gebied van nauwkeurige positionering. Dit brengt niet alleen doorbraken in de prestaties van bestaande toepassingen, maar creëert ook kansen voor UWB om nieuwe toepassingsmogelijkheden te openen.
In de B-end markt, voor parken, fabrieken, ondernemingen en andere scenario's, is de draadloze omgeving van het specifieke gebied relatief zeker en kan de positioneringsnauwkeurigheid consistent worden gegarandeerd. Tegelijkertijd is er bij dergelijke scènes ook een stabiele vraag naar nauwkeurige positioneringswaarneming of zal het een millimeterniveau-UWB worden. Dit zal binnenkort worden ingezet als voordeel voor de markt.
In de mijnbouwsector kan de fusieoplossing "5G+UWB-positionering" met de vooruitgang in intelligente mijnbouw, de positionering in zeer korte tijd voltooien en de perfecte combinatie van nauwkeurige positionering en een laag stroomverbruik bereiken, met hoge precisie, grote capaciteit en lange standby-tijd, enz. Tegelijkertijd kan het, gebaseerd op het veiligheidsbeheer van de mijn, worden gebruikt om de veiligheid en het veiligheidsbeheer van de mijn te waarborgen. Tegelijkertijd zal UWB, gezien de sterke vraag naar mijnveiligheidsbeheer, ook worden gebruikt voor het dagelijks beheer van personeel en voertuigen. Momenteel heeft het land een aantal kolenmijnen, ongeveer 4000, en de gemiddelde vraag naar een basisstation per kolenmijn is ongeveer 100. Hieruit kan worden afgeleid dat de totale vraag naar basisstations in kolenmijnen ongeveer 400.000 bedraagt, het aantal mijnwerkers in totaal ongeveer 4 miljoen mensen, volgens 1 persoon per label, en de vraag naar UWB-tags ongeveer 4 miljoen. Volgens de huidige eindgebruiker, gebaseerd op één marktprijs, bedraagt de outputwaarde van de UWB-hardwaremarkt voor "basisstation + tag" ongeveer 4 miljard dollar.
In mijnbouw en vergelijkbare scenario's met een hoog risico, en bij oliewinning, energiecentrales, chemische fabrieken, enz. zijn de eisen op het gebied van veiligheidsbeheer voor positioneringsnauwkeurigheid hoger. Door de nauwkeurigheid van UWB-positionering tot op de millimeter te verbeteren, kunnen de voordelen op dit gebied worden geconsolideerd.
In industriële productie, magazijnbeheer en logistieke omgevingen is UWB een hulpmiddel geworden voor kostenbesparing en efficiëntie. Medewerkers die handheld-apparaten met UWB-technologie gebruiken, kunnen verschillende onderdelen nauwkeuriger lokaliseren en plaatsen. De ontwikkeling van een managementsysteem dat UWB-technologie integreert in magazijnbeheer kan alle soorten materialen en personeel in magazijnen nauwkeurig en in realtime monitoren, voorraadbeheer en personeelsbeheer realiseren en tegelijkertijd een efficiënte en foutloze onbemande materiaalomslag via AGV-apparatuur realiseren, wat de productie-efficiëntie aanzienlijk kan verbeteren.
Bovendien kan de millimetersprong van UWB ook nieuwe toepassingen openen in het spoorvervoer. Momenteel is het actieve besturingssysteem van treinen voornamelijk afhankelijk van satellietpositionering om volledig te functioneren. Voor ondergrondse tunnelomgevingen, maar ook voor stedelijke hoogbouw, canyons en andere locaties is satellietpositionering gevoelig voor fouten. UWB-technologie in treinpositionering en -navigatie, kolom-in-botsingsvermijding en vroegtijdige botsingswaarschuwing, nauwkeurig stoppen van treinen, enz., kan betrouwbaardere technische ondersteuning bieden voor de veiligheid en besturing van het spoorvervoer. Momenteel kent dit soort toepassingen in Europa en de Verenigde Staten verspreide toepassingsgevallen.
In de C-terminalmarkt zal UWB-precisie tot op de millimeter nauwkeurig nieuwe toepassingsscenario's openen naast digitale sleutels voor de voertuigomgeving. Denk bijvoorbeeld aan automatische parkeerservice, automatische betaling, enzovoort. Tegelijkertijd kan kunstmatige intelligentie (AI) ook de bewegingspatronen en gewoonten van de gebruiker 'leren' en de prestaties van automatische rijtechnologie verbeteren.
Op het gebied van consumentenelektronica zou UWB de standaardtechnologie voor smartphones kunnen worden, nu digitale autosleutels steeds vaker worden gebruikt voor de interactie tussen auto's en machines. Naast het openen van een breder toepassingsgebied voor het positioneren en zoeken van producten, kan de verbeterde nauwkeurigheid van UWB ook nieuwe toepassingsmogelijkheden bieden voor scenario's met interactie tussen apparaten. Zo kan het nauwkeurige bereik van UWB de afstand tussen apparaten nauwkeurig regelen, de constructie van augmented reality-scènes aanpassen en de game, audio en video optimaliseren voor een betere zintuiglijke ervaring.
Plaatsingstijd: 4 sep 2023