Оригинал: Ulink Media
Автор: 旸谷
Недавно голландская компания NXP, занимающаяся производством полупроводников, в сотрудничестве с немецкой компанией Lateration XYZ получила возможность позиционирования других сверхширокополосных устройств и устройств с точностью до миллиметра, используя сверхширокополосную технологию. Это новое решение открывает новые возможности для различных приложений, требующих точного позиционирования и отслеживания, что является существенным шагом в истории развития сверхширокополосных технологий.
Фактически, существующая точность UWB на уровне сантиметров в области позиционирования была достигнута быстро, а высокая стоимость оборудования также создаёт для пользователей и поставщиков решений проблемы, связанные с затратами и развертыванием. Необходимо ли в настоящее время «переходить» на миллиметровый уровень? И какие рыночные возможности откроет UWB миллиметрового уровня?
Почему трудно достичь сверхширокополосных волн миллиметрового масштаба?
Будучи высокоточным, высокоточным и высоконадежным методом позиционирования и измерения дальности, позиционирование UWB внутри помещений теоретически может достигать миллиметровой или даже микрометровой точности, но в реальных условиях оно долгое время оставалось на сантиметровом уровне, в основном из-за следующих факторов, которые влияют на фактическую точность позиционирования UWB:
1. Влияние режима развертывания датчика на точность позиционирования
В процессе решения задачи точности позиционирования увеличение количества датчиков приводит к увеличению избыточной информации, которая может дополнительно снизить погрешность позиционирования. Однако точность позиционирования не увеличивается даже при использовании самых лучших датчиков, и при увеличении количества датчиков до определённого значения вклад в точность позиционирования невелик. Кроме того, увеличение количества датчиков приводит к увеличению стоимости оборудования. Поэтому поиск баланса между количеством датчиков и точностью позиционирования, а следовательно, и обоснованное размещение сверхширокополосных датчиков (UWB), является основной темой исследований, посвящённых влиянию размещения датчиков на точность позиционирования.
2. Влияние эффекта многолучевого распространения
Сверхширокополосные сигналы позиционирования UWB отражаются и преломляются окружающей средой, такой как стены, стекло и предметы внутри помещений, например, столы, в процессе распространения, что приводит к эффекту многолучевости. Задержка, амплитуда и фаза сигнала изменяются, что приводит к затуханию энергии и снижению отношения сигнал/шум. В результате первый достигнутый сигнал не является прямым, что приводит к ошибкам измерения дальности и снижению точности позиционирования. Таким образом, эффективное подавление эффекта многолучевости может повысить точность позиционирования, и современные методы подавления многолучевости включают в себя, в основном, методы MUSIC, ESPRIT и обнаружения контуров.
3. Воздействие NLOS
Распространение сигнала в пределах прямой видимости (LOS) является первым и необходимым условием для обеспечения точности результатов измерения сигнала. Когда условия между мобильной целью позиционирования и базовой станцией не могут быть соблюдены, распространение сигнала может быть завершено только в условиях отсутствия прямой видимости, таких как рефракция и дифракция. В этом случае время первого пришедшего импульса не отражает истинное значение TOA, а направление первого пришедшего импульса не отражает истинное значение AOA, что приводит к определённой погрешности позиционирования. В настоящее время основными методами устранения погрешности, связанной с отсутствием прямой видимости, являются метод Уайли и метод устранения корреляции.
4. Влияние тела человека на точность позиционирования
Основным компонентом человеческого тела является вода. Вода оказывает сильное поглощающее действие на импульсный сверхширокополосный сигнал, что приводит к ослаблению сигнала, отклонению информации о дальности и влияет на конечный эффект позиционирования.
5. Влияние ослабления проникновения сигнала
Любое проникновение сигнала через стены и другие объекты будет ослаблено, и UWB-сигнал не является исключением. При прохождении UWB-сигнала через обычную кирпичную стену сигнал ослабевает примерно вдвое. Изменения времени передачи сигнала из-за проникновения через стену также влияют на точность позиционирования.
Из-за особенностей человеческого тела проникновение сигнала, вызванное точностью удара, трудно обойти. NXP и немецкая компания LaterationXYZ будут использовать инновационные решения по компоновке датчиков для улучшения технологии UWB, однако конкретных результатов инноваций продемонстрировано не было. Я могу только ознакомиться с последними техническими статьями на официальном сайте NXP, чтобы сделать соответствующие предположения.
Что касается мотивации к повышению точности UWB, я считаю, что это в первую очередь NXP как ведущий мировой игрок UWB, чтобы иметь дело с текущими отечественными производителями крупномасштабных инноваций в ситуации прорыва и технической защиты. В конце концов, текущая технология UWB все еще находится на стадии бурного развития, и соответствующая стоимость, применение и масштаб еще не стабилизировались, в настоящее время отечественные производители больше озабочены тем, чтобы продукты UWB как можно скорее появились и распространились, чтобы захватить рынок, у них нет времени заботиться о точности UWB для повышения инноваций. NXP, как один из ведущих игроков в области UWB, имеет полную экосистему продуктов, а также многолетний глубокий анализ накопленного технического потенциала, что более удобно для внедрения инноваций UWB.
Во-вторых, на этот раз компания NXP, ориентируясь на миллиметровый уровень UWB, также видит бесконечный потенциал будущего развития UWB и убеждена, что повышение точности откроет новые возможности для применения на рынке.
По моему мнению, потенциал UWB будет продолжать расти по мере развития «новой инфраструктуры» 5G и дальнейшего расширения ее ценностных координат в процессе промышленной модернизации интеллектуальных возможностей 5G.
Ранее в сетях 2G/3G/4G сценарии мобильного позиционирования были в основном сосредоточены на экстренных вызовах, легальном доступе к местоположению и других приложениях, требования к точности позиционирования не были высокими, основываясь на грубой точности позиционирования Cell ID от десятков до сотен метров. В то время как 5G использует новые методы кодирования, слияние лучей, крупномасштабные антенные решетки, миллиметровый спектр и другие технологии, его широкая полоса пропускания и технология антенных решеток обеспечивают основу для высокоточного измерения расстояния и угла. Таким образом, очередной раунд UWB-спринта в области точности подкреплен соответствующим фоном эпохи, технологической базой и достаточными перспективами применения, и этот UWB-спринт точности можно рассматривать как предварительную схему для удовлетворения модернизации цифрового интеллекта.
Какие рынки откроет Millimetre UW?
В настоящее время распределение UWB на рынке в основном характеризуется дисперсией на конце B и концентрацией на конце C. В прикладном плане B-конец имеет больше вариантов применения, а C-конец предоставляет больше возможностей для анализа производительности. На мой взгляд, эта инновация, ориентированная на повышение производительности позиционирования, консолидирует преимущества UWB в области точного позиционирования, что не только обеспечивает прорыв в производительности существующих приложений, но и открывает новые возможности для UWB.
На рынке B-end, для парков, фабрик, предприятий и других сценариев, беспроводная среда ее конкретной области относительно надежна, и точность позиционирования может быть последовательно гарантирована, в то время как такие сцены также поддерживают стабильный спрос на точное восприятие позиционирования или станут миллиметровым уровнем UWB, который вскоре будет нацелен на преимущество рынка.
В горнодобывающей промышленности, с развитием интеллектуального строительства шахт, комплексное решение «позиционирование 5G+UWB» позволяет интеллектуальной системе горнодобывающей промышленности осуществлять позиционирование в кратчайшие сроки, достигая идеального сочетания точного позиционирования и низкого энергопотребления, а также реализуя такие характеристики, как высокая точность, большая производительность и длительное время ожидания и т.д. В то же время, основываясь на управлении безопасностью шахты, оно может быть использовано для обеспечения безопасности шахты и управления безопасностью шахты. В то же время, исходя из высокой потребности в управлении безопасностью шахты, UWB также будет использоваться для повседневного управления персоналом и вагонными путями. В настоящее время в стране насчитывается около 4000 угольных шахт, а средняя потребность в базовых станциях для каждой шахты составляет около 100. Исходя из этого, можно оценить общую потребность в базовых станциях для угольных шахт примерно в 400 000 единиц, а общее число шахтеров – около 4 миллионов человек. Согласно данным о единой рыночной цене для конечного потребителя, объём рынка оборудования UWB «базовая станция + метка» составляет около 4 миллиардов долларов.
В горнодобывающей промышленности и горнодобывающей промышленности существуют аналогичные высокорисковые сценарии, а также в нефтедобыче, на электростанциях, химических заводах и т. д. требования к обеспечению безопасности при повышенных требованиях к точности позиционирования выше, и повышение точности позиционирования UWB до уровня миллиметра поможет закрепить преимущества в таких областях.
В промышленном производстве, складировании и логистике технология UWB стала инструментом снижения затрат и повышения эффективности. Работники, использующие портативные устройства с технологией UWB, могут более точно находить и размещать различные детали; создание системы управления, интегрирующей технологию UWB в систему управления складом, позволяет точно отслеживать все виды материалов и персонал на складах в режиме реального времени, осуществлять контроль запасов и управление персоналом, а также эффективно и безошибочно осуществлять беспилотный оборот материалов с помощью оборудования AGV, что может значительно повысить эффективность производства.
Кроме того, миллиметровый скачок UWB может открыть новые возможности применения в сфере железнодорожного транспорта. В настоящее время система активного управления поездами в основном опирается на спутниковое позиционирование, что касается подземных туннелей, а также городских высотных зданий, каньонов и других сцен, спутниковое позиционирование подвержено сбоям. Технология UWB, применяемая в системах позиционирования и навигации поездов CBTC, предотвращения столкновений в колоннах и раннего предупреждения о столкновениях, точной остановки поездов и т. д., может обеспечить более надежную техническую поддержку безопасности и управления железнодорожным транспортом. В настоящее время подобные приложения встречаются в Европе и США лишь в отдельных случаях.
На рынке C-терминалов повышение точности сверхширокополосной связи до уровня миллиметра откроет новые возможности применения, помимо цифровых ключей для транспортных средств. Например, для автоматической парковки автомобилей, автоматической оплаты и т. д. В то же время, благодаря технологиям искусственного интеллекта, технология может «изучать» двигательные привычки и привычки пользователя, а также повышать производительность систем автоматического вождения.
В сфере потребительской электроники технология UWB может стать стандартной технологией для смартфонов на волне взаимодействия автомобилей с другими устройствами посредством цифровых автомобильных ключей. Помимо расширения сферы применения для позиционирования и поиска товаров, повышение точности UWB может также открыть новые возможности для сценариев взаимодействия с оборудованием. Например, точный диапазон UWB позволяет точно контролировать расстояние между устройствами, корректировать построение сцен дополненной реальности, а также улучшать тактильные ощущения в играх, аудио и видео.
Время публикации: 04 сентября 2023 г.