Origineel: Ulink Media
Auteur: 旸谷
Onlangs heeft het Nederlandse halfgeleiderbedrijf NXP, in samenwerking met het Duitse bedrijf Lateration XYZ, de mogelijkheid ontwikkeld om UWB-componenten en -apparaten met millimeterprecisie te positioneren met behulp van ultrabreedbandtechnologie. Deze nieuwe oplossing biedt nieuwe mogelijkheden voor diverse toepassingsscenario's die nauwkeurige positionering en tracking vereisen, en markeert een essentiële vooruitgang in de ontwikkeling van UWB-technologie.
In feite is de huidige nauwkeurigheid van UWB op centimeterniveau in de positioneringssector snel bereikt, en de hogere hardwarekosten zorgen voor hoofdbreken bij gebruikers en leveranciers van oplossingen, met name wat betreft de kosten en implementatieproblemen. Is het op dit moment wel nodig om over te stappen op millimeterniveau? En welke marktkansen biedt UWB op millimeterniveau?
Waarom is UWB op millimeterschaal zo moeilijk te bereiken?
Als een uiterst precieze, zeer betrouwbare en veilige positionerings- en afstandsmeetmethode kan UWB-binnenpositionering theoretisch een nauwkeurigheid van millimeters of zelfs micrometers bereiken, maar in de praktijk blijft de nauwkeurigheid lange tijd steken op centimeterniveau. Dit komt voornamelijk door de volgende factoren die de werkelijke nauwkeurigheid van UWB-positionering beïnvloeden:
1. De invloed van de wijze waarop sensoren worden ingezet op de positioneringsnauwkeurigheid
In het daadwerkelijke proces van het oplossen van 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 een bepaald niveau bereikt, is de bijdrage aan de positioneringsnauwkeurigheid niet meer zo groot. Bovendien leidt een toename van het aantal sensoren tot hogere apparatuurkosten. Daarom is het vinden van een balans tussen het aantal sensoren en de positioneringsnauwkeurigheid, en daarmee een verstandige inzet van UWB-sensoren, een belangrijk onderzoeksgebied binnen het onderzoek naar de impact van sensorplaatsing op positioneringsnauwkeurigheid.
2. Invloed van het meerpad-effect
UWB-positioneringssignalen worden tijdens de propagatie gereflecteerd en gebroken door de omgeving, zoals muren, glas en objecten binnenshuis zoals bureaus, wat resulteert in meerpadseffecten. Het signaal verandert in vertraging, amplitude en fase, wat leidt tot energieverzwakking en een afname van de signaal-ruisverhouding. Hierdoor is het eerst bereikte signaal niet direct, wat afstandsmeetfouten en een lagere positioneringsnauwkeurigheid veroorzaakt. Effectieve onderdrukking van het meerpadseffect kan de positioneringsnauwkeurigheid verbeteren. De huidige methoden voor het onderdrukken van meerpadseffecten omvatten voornamelijk MUSIC, ESPRIT en randdetectietechnieken.
3. Impact van NLOS
Zichtlijnpropagatie (LOS) is de eerste en belangrijkste voorwaarde voor de nauwkeurigheid van de signaalmeting. Wanneer er geen zichtlijn is tussen het mobiele positioneringsdoel en het basisstation, kan de signaalpropagatie alleen plaatsvinden onder omstandigheden zonder zichtlijn, zoals breking en diffractie. In dat geval vertegenwoordigt het tijdstip van aankomst van de eerste puls niet de werkelijke waarde van de aankomsttijd (TOA), en de richting van de eerste puls komt niet overeen met de werkelijke richting van de aankomst (AOA), wat een positioneringsfout veroorzaakt. De belangrijkste methoden om deze fouten door een gebrek aan zichtlijn te elimineren zijn momenteel de Wylie-methode en de correlatie-eliminatiemethode.
4. De invloed van het menselijk lichaam op de positioneringsnauwkeurigheid
Het menselijk lichaam bestaat voornamelijk uit water. Water heeft een sterk absorberend effect op het UWB draadloze pulssignaal, wat resulteert in een verzwakking van de signaalsterkte, afwijkingen in de afstandsmeting en een negatieve invloed op de uiteindelijke positionering.
5. Impact van verzwakking van de signaalpenetratie
Elk signaal dat door muren en andere obstakels heen dringt, wordt verzwakt, en UWB is daarop geen uitzondering. Wanneer een UWB-signaal door een gewone bakstenen muur dringt, wordt het signaal met ongeveer de helft verzwakt. Veranderingen in de signaaloverdrachtstijd als gevolg van muurpenetratie beïnvloeden ook de positioneringsnauwkeurigheid.
Door de eigenschappen van het menselijk lichaam is signaalpenetratie, veroorzaakt door de nauwkeurigheid van de impact, moeilijk te omzeilen. NXP en het Duitse bedrijf LaterationXYZ zullen via innovatieve sensorlay-outoplossingen de UWB-technologie verbeteren. Er zijn nog geen concrete resultaten van deze innovaties bekendgemaakt; ik kan alleen speculeren op basis van eerdere technische artikelen op de officiële website van NXP.
Wat betreft de motivatie om de nauwkeurigheid van UWB te verbeteren, denk ik dat dit in de eerste plaats te maken heeft met het feit dat NXP, als wereldwijd toonaangevende speler op het gebied van UWB, de huidige binnenlandse fabrikanten wil tegenwerken in hun grootschalige innovatieproces en zich technisch wil verdedigen. De huidige UWB-technologie bevindt zich immers nog in een ontwikkelingsfase en de bijbehorende kosten, toepassingen en schaalbaarheid zijn nog niet gestabiliseerd. Op dit moment zijn binnenlandse fabrikanten vooral bezig met het zo snel mogelijk op de markt brengen en verspreiden van UWB-producten om de markt te veroveren, en hebben ze geen tijd om te investeren in het verbeteren van de nauwkeurigheid van UWB. NXP, als een van de topspelers op het gebied van UWB, beschikt over een compleet productecosysteem en jarenlange, diepgaande technische expertise, waardoor het bedrijf gemakkelijker UWB-innovaties kan doorvoeren.
Ten tweede ziet NXP, nu gericht op UWB op millimeterniveau, ook het oneindige potentieel van de toekomstige ontwikkeling van UWB en is ervan overtuigd dat de verbetering van de precisie zal leiden tot nieuwe toepassingen op de markt.
Naar mijn mening zal het potentieel van UWB blijven toenemen met de ontwikkeling van de "nieuwe 5G-infrastructuur", en zal de waarde ervan verder groeien in het proces van industriële modernisering en slimme 5G-toepassingen.
In het 2G/3G/4G-netwerk waren mobiele positioneringsscenario's voornamelijk gericht op noodoproepen, toegang tot wettelijke locaties en andere toepassingen. De eisen aan positioneringsnauwkeurigheid waren niet hoog, met grove positioneringsnauwkeurigheid op basis van cel-ID van tientallen tot honderden meters. 5G maakt echter gebruik van nieuwe coderingsmethoden, beamfusion, grootschalige antenne-arrays, millimetergolfspectrum en andere technologieën. De grote bandbreedte en antenne-arraytechnologie bieden de basis voor zeer nauwkeurige afstands- en hoekmetingen. Daarom wordt een nieuwe UWB-nauwkeurigheidssprint ondersteund door de bijbehorende technologische achtergrond, basistechnologie en veelbelovende toepassingsmogelijkheden. Deze UWB-nauwkeurigheidssprint kan worden beschouwd als een voorbereiding op de upgrade naar digitale intelligentie.
Welke markten zal Millimeter UW aanboren?
Momenteel wordt de marktverdeling van UWB voornamelijk gekenmerkt door een spreiding aan de B-kant en een concentratie aan de C-kant. In de praktijk heeft de B-kant meer toepassingsmogelijkheden, terwijl de C-kant meer ruimte biedt voor verdere prestatieverbetering. Naar mijn mening versterkt deze innovatie, gericht op positioneringsprestaties, de voordelen van UWB op het gebied van nauwkeurige positionering. Dit leidt niet alleen tot prestatieverbeteringen voor bestaande toepassingen, maar creëert ook nieuwe mogelijkheden voor UWB om nieuwe toepassingsgebieden te ontsluiten.
In de B-segmentmarkt, voor parken, fabrieken, bedrijven en andere scenario's, is de draadloze omgeving van het specifieke gebied relatief stabiel en kan de positioneringsnauwkeurigheid consistent worden gegarandeerd. In dergelijke omgevingen is er ook een stabiele vraag naar nauwkeurige positionering, of zal UWB met millimeterprecisie binnenkort een concurrentievoordeel opleveren.
In de mijnbouwsector, met de vooruitgang in intelligente mijnbouwconstructie, kan de gecombineerde oplossing van "5G + UWB-positionering" ervoor zorgen dat het intelligente mijnsysteem de positionering in zeer korte tijd kan voltooien. Dit resulteert in de perfecte combinatie van nauwkeurige positionering en een laag energieverbruik, met als resultaat hoge precisie, grote capaciteit en een lange standby-tijd. Tegelijkertijd kan het, gebaseerd op het veiligheidsbeheer van de mijn, worden gebruikt om de veiligheid en het beheer van de mijn te waarborgen. Gezien de hoge eisen aan het veiligheidsbeheer in de mijn, zal UWB ook worden ingezet voor het dagelijkse beheer van personeel en voertuigvolgsystemen. Momenteel telt China ongeveer 4000 kolenmijnen, met een gemiddelde vraag naar ongeveer 100 basisstations per mijn. Hieruit kan worden geschat dat de totale vraag naar basisstations voor kolenmijnen ongeveer 400.000 bedraagt. Aangezien er in totaal ongeveer 4 miljoen mijnwerkers zijn, komt de vraag naar UWB-tags per persoon neer op ongeveer 4 miljoen. Volgens de huidige marktprijs voor eindgebruikers bedraagt de omzet van de UWB-hardware "basisstation + tag" ongeveer 4 miljard.
In de mijnbouw en aanverwante risicovolle scenario's, evenals bij olie- en gaswinning, energiecentrales en chemische fabrieken, zijn de eisen aan de nauwkeurigheid van de positionering en het veiligheidsbeheer hoger. De verbetering van de UWB-positioneringsnauwkeurigheid tot op millimeterniveau zal de voordelen in dergelijke sectoren verder versterken.
In de industriële productie, opslag en logistiek is UWB een belangrijk hulpmiddel geworden voor kostenbesparing en efficiëntieverbetering. Medewerkers die handheld apparaten met UWB-technologie gebruiken, kunnen onderdelen nauwkeuriger lokaliseren en plaatsen. De implementatie van een beheersysteem dat UWB-technologie integreert in het magazijnbeheer, maakt het mogelijk om alle soorten materialen en personeel in het magazijn in realtime te monitoren. Dit leidt tot voorraadbeheer, personeelsmanagement en tegelijkertijd een efficiënte en foutloze onbemande materiaaltransport via AGV's, wat de productie-efficiëntie aanzienlijk kan verhogen.
Daarnaast kan de millimetersprong van UWB ook nieuwe toepassingen mogelijk maken in de spoorwegsector. Momenteel is het actieve besturingssysteem van treinen voornamelijk afhankelijk van satellietpositionering. In ondergrondse tunnels, stedelijke hoogbouw, canyons en andere omgevingen is satellietpositionering echter gevoelig voor storingen. UWB-technologie kan, toegepast in CBTC-positionering en -navigatie van treinen, botsingspreventie en -waarschuwing, en nauwkeurig stoppen van treinen, een betrouwbaardere technische ondersteuning bieden voor de veiligheid en controle van het spoorvervoer. Momenteel zijn er in Europa en de Verenigde Staten al enkele voorbeelden van dergelijke toepassingen.
In de C-terminalmarkt zal de verbetering van de UWB-precisie tot op millimeterniveau nieuwe toepassingsmogelijkheden creëren, naast digitale sleutels voor voertuigen. Denk bijvoorbeeld aan automatisch parkeren, automatisch betalen, enzovoort. Tegelijkertijd kan de technologie, gebaseerd op kunstmatige intelligentie, ook de bewegingspatronen en gewoonten van de gebruiker 'leren' en de prestaties van autonoom rijden verbeteren.
In de consumentenelektronica kan UWB, mede dankzij de opkomst van digitale autosleutels voor interactie tussen auto en apparaat, de standaardtechnologie voor smartphones worden. Naast het verbreden van de toepassingsmogelijkheden voor het positioneren en zoeken van producten, kan de verbeterde nauwkeurigheid van UWB ook nieuwe toepassingsmogelijkheden creëren voor interactiescenario's tussen apparaten. Zo kan de nauwkeurige afstandsmeting van UWB bijvoorbeeld de afstand tussen apparaten precies regelen, de opbouw van augmented reality-scènes optimaliseren en een betere zintuiglijke ervaring bieden voor games, audio en video.
Geplaatst op: 4 september 2023