Originale: Ulink Media
Autore: 旸谷
Di recente, l'azienda olandese di semiconduttori NXP, in collaborazione con l'azienda tedesca Lateration XYZ, ha acquisito la capacità di ottenere un posizionamento con precisione millimetrica di altri dispositivi e oggetti UWB utilizzando la tecnologia a banda ultralarga. Questa nuova soluzione offre nuove possibilità per diversi scenari applicativi che richiedono posizionamento e tracciamento precisi, segnando un progresso fondamentale nella storia dello sviluppo della tecnologia UWB.
In effetti, l'attuale precisione centimetrica della UWB nel campo del posizionamento è stata raggiunta rapidamente, e il costo elevato dell'hardware crea inoltre problemi a utenti e fornitori di soluzioni su come risolvere le difficoltà di costo e implementazione. È necessario, in questo momento, "passare" al millimetro? E quali opportunità di mercato porterà la UWB a livello millimetrico?
Perché è difficile raggiungere la UWB su scala millimetrica?
In quanto metodo di posizionamento e misurazione della distanza ad alta precisione, elevata accuratezza e elevata sicurezza, il posizionamento indoor UWB può teoricamente raggiungere una precisione millimetrica o addirittura micrometrica, ma nell'impiego effettivo si è mantenuto a livello centimetrico per lungo tempo, principalmente a causa dei seguenti fattori che influiscono sulla precisione effettiva del posizionamento UWB:
1. L'impatto della modalità di distribuzione del sensore sulla precisione del posizionamento
Nel processo di risoluzione della precisione di posizionamento, l'aumento del numero di sensori comporta un aumento delle informazioni ridondanti, e una maggiore quantità di informazioni ridondanti può ridurre ulteriormente l'errore di posizionamento. Tuttavia, la precisione di posizionamento non aumenta con i sensori migliori e, quando il numero di sensori raggiunge un certo numero, il contributo alla precisione di posizionamento non è significativo. L'aumento del numero di sensori comporta inoltre un aumento del costo delle apparecchiature. Pertanto, la ricerca sull'impatto dell'implementazione dei sensori sulla precisione di posizionamento si concentra su come trovare un equilibrio tra il numero di sensori e la precisione di posizionamento, e quindi su un'implementazione ragionevole dei sensori UWB.
2. Influenza dell'effetto multipath
I segnali di posizionamento a banda ultralarga UWB vengono riflessi e rifratti dall'ambiente circostante, come pareti, vetri e oggetti interni come i desktop, durante il processo di propagazione, con conseguenti effetti multipath. Il segnale varia in ritardo, ampiezza e fase, con conseguente attenuazione energetica e una diminuzione del rapporto segnale/rumore. Ciò fa sì che il primo segnale raggiunto non sia diretto, causando errori di misurazione della distanza e una riduzione della precisione di posizionamento. Pertanto, un'efficace soppressione dell'effetto multipath può migliorare la precisione di posizionamento e gli attuali metodi per la soppressione del multipath includono principalmente tecniche MUSIC, ESPRIT e di rilevamento dei bordi.
3. Impatto NLOS
La propagazione in linea di vista (LOS) è il primo e prerequisito per garantire l'accuratezza dei risultati di misurazione del segnale. Quando le condizioni tra il target di posizionamento mobile e la stazione base non possono essere soddisfatte, la propagazione del segnale può essere completata solo in condizioni di non linea di vista, come la rifrazione e la diffrazione. In questo caso, l'istante del primo impulso in arrivo non rappresenta il valore reale del TOA e la direzione del primo impulso in arrivo non è il valore reale dell'AOA, il che causerà un certo errore di posizionamento. Attualmente, i principali metodi per eliminare l'errore di non linea di vista sono il metodo Wylie e il metodo di eliminazione della correlazione.
4. L'impatto del corpo umano sulla precisione del posizionamento
Il componente principale del corpo umano è l'acqua, l'acqua sul segnale a impulsi wireless UWB ha un forte effetto di assorbimento, con conseguente attenuazione della potenza del segnale, deviazione delle informazioni di portata e influenzando l'effetto di posizionamento finale
5. Impatto dell'indebolimento della penetrazione del segnale
Qualsiasi penetrazione del segnale attraverso muri e altri elementi sarà indebolita, e la tecnologia UWB non fa eccezione. Quando il posizionamento UWB penetra un normale muro di mattoni, il segnale verrà indebolito di circa la metà. Anche le variazioni nel tempo di trasmissione del segnale dovute alla penetrazione del muro influiranno sulla precisione del posizionamento.
A causa del corpo umano, la penetrazione del segnale determinata dalla precisione dell'impatto è difficile da aggirare. NXP e la società tedesca LaterationXYZ miglioreranno la tecnologia UWB attraverso soluzioni innovative di disposizione dei sensori. Non c'è stata una dimostrazione specifica di risultati innovativi, posso solo basarmi sui precedenti articoli tecnici del sito Web ufficiale di NXP per fare le relative speculazioni.
Per quanto riguarda la motivazione a migliorare la precisione dell'UWB, credo che NXP, in qualità di leader mondiale nel settore UWB, sia innanzitutto in grado di interagire con gli attuali produttori nazionali di innovazioni su larga scala nel campo della difesa tecnica e delle situazioni di breakout. Dopotutto, l'attuale tecnologia UWB è ancora in una fase di sviluppo in forte espansione e i relativi costi, applicazioni e dimensioni non sono ancora stati stabilizzati. Al momento, i produttori nazionali sono più interessati a far sì che i prodotti UWB arrivino sul mercato il prima possibile, diffondendosi rapidamente e conquistando il mercato, e non hanno tempo di concentrarsi sulla precisione UWB per migliorare l'innovazione. NXP, in qualità di uno dei principali attori nel campo dell'UWB, vanta un ecosistema di prodotti completo e una solida esperienza pluriennale nel campo dell'aratura, che gli consente di realizzare con maggiore sicurezza l'innovazione UWB.
In secondo luogo, NXP, puntando questa volta sull'UWB a livello millimetrico, vede anche l'infinito potenziale dello sviluppo futuro dell'UWB ed è convinta che il miglioramento della precisione porterà nuove applicazioni sul mercato.
A mio parere, il vantaggio dell'UWB continuerà a migliorare con l'avanzamento della "nuova infrastruttura" 5G, e ad ampliare ulteriormente le sue coordinate di valore nel processo di ammodernamento industriale dell'empowerment intelligente 5G.
In precedenza, nelle reti 2G/3G/4G, gli scenari di posizionamento mobile si concentravano principalmente su chiamate di emergenza, accesso alla posizione legale e altre applicazioni. I requisiti di precisione del posizionamento non erano elevati, in base alla precisione di posizionamento grossolana del Cell ID, che variava da decine a centinaia di metri. Sebbene il 5G utilizzi nuovi metodi di codifica, fusione di fasci, array di antenne su larga scala, spettro di onde millimetriche e altre tecnologie, la sua ampia larghezza di banda e la tecnologia degli array di antenne forniscono la base per misurazioni di distanza e angoli ad alta precisione. Pertanto, un ulteriore ciclo di sprint UWB nel campo della precisione è supportato dal background dell'epoca corrispondente, dalle basi tecnologiche e da sufficienti prospettive applicative, e questo sprint sulla precisione UWB può essere considerato un pre-layout per soddisfare l'aggiornamento dell'intelligenza digitale.
Quali mercati aprirà Millimetre UW?
Attualmente, la distribuzione sul mercato della UWB è caratterizzata principalmente dalla dispersione dell'estremità B e dalla concentrazione dell'estremità C. Nell'applicazione, l'estremità B offre più casi d'uso e l'estremità C offre maggiore spazio per il performance mining. A mio parere, questa innovazione incentrata sulle prestazioni di posizionamento consolida i vantaggi della UWB nel posizionamento di precisione, il che non solo apporta innovazioni prestazionali per le applicazioni esistenti, ma crea anche opportunità per la UWB di aprire nuovi spazi applicativi.
Nel mercato B-end, per parchi, fabbriche, aziende e altri scenari, l'ambiente wireless della sua area specifica è relativamente certo e la precisione del posizionamento può essere costantemente garantita, mentre tali scene mantengono anche una domanda stabile di percezione del posizionamento accurata o diventeranno una UWB a livello millimetrico che sarà presto mirata a vantaggio del mercato.
Nel settore minerario, con l'avanzare della costruzione di miniere intelligenti, la soluzione di fusione "posizionamento 5G+UWB" può consentire al sistema di estrazione mineraria intelligente di completare il posizionamento in tempi brevissimi, ottenendo la perfetta combinazione di posizionamento preciso e basso consumo energetico, e realizzando caratteristiche di alta precisione, grande capacità e lunga autonomia, ecc. Allo stesso tempo, grazie alla gestione della sicurezza in miniera, può essere utilizzato per garantire la sicurezza e la gestione della sicurezza della miniera. Allo stesso tempo, data la forte domanda di gestione della sicurezza in miniera, l'UWB verrà utilizzato anche nella gestione quotidiana del personale e dei binari. Attualmente, il Paese conta circa 4.000 miniere di carbone e la domanda media per ciascuna stazione base di una miniera è di circa 100 unità. Da ciò si può stimare che la domanda totale di stazioni base per miniere di carbone sia di circa 400.000 unità, che il numero complessivo di minatori di carbone sia di circa 4 milioni, secondo il modello "1 persona, 1 etichetta", e che la domanda di tag UWB sia di circa 4 milioni. Secondo l'attuale prezzo di mercato per l'utente finale, il mercato del carbone nel mercato hardware UWB "stazione base + tag" ha un valore di circa 4 miliardi di dollari.
Nell'attività mineraria e in scenari simili ad alto rischio, nonché nell'estrazione di petrolio, nelle centrali elettriche, negli impianti chimici, ecc., le esigenze di gestione della sicurezza per i requisiti di precisione del posizionamento sono più elevate; il miglioramento della precisione del posizionamento UWB a livello millimetrico contribuirà a consolidare i suoi vantaggi in tali aree.
Negli scenari di produzione industriale, stoccaggio e logistica, la tecnologia UWB è diventata uno strumento per la riduzione dei costi e l'efficienza. Gli operatori che utilizzano dispositivi portatili con tecnologia UWB possono localizzare e posizionare i vari componenti con maggiore precisione; la realizzazione di un sistema di gestione che integri la tecnologia UWB nella gestione del magazzino consente di monitorare accuratamente tutti i tipi di materiali e personale nei magazzini in tempo reale, ottenendo il controllo dell'inventario, la gestione del personale e, allo stesso tempo, una movimentazione dei materiali senza operatore efficiente e senza errori grazie ai veicoli AGV, con un conseguente notevole miglioramento dell'efficienza produttiva.
Inoltre, il salto di qualità millimetrico della UWB può aprire nuove applicazioni anche nel campo del trasporto ferroviario. Attualmente, il sistema di controllo attivo dei treni si basa principalmente sul posizionamento satellitare; per l'ambiente delle gallerie sotterranee, così come per grattacieli urbani, canyon e altri scenari, il posizionamento satellitare è soggetto a guasti. La tecnologia UWB, applicata al posizionamento e alla navigazione CBTC dei treni, alla prevenzione delle collisioni e all'avviso precoce di collisione, all'arresto di precisione dei treni, ecc., può fornire un supporto tecnico più affidabile per la sicurezza e il controllo del trasporto ferroviario. Attualmente, questo tipo di applicazione in Europa e negli Stati Uniti presenta casi applicativi sporadici.
Nel mercato dei terminali C, il miglioramento della precisione UWB a livello millimetrico aprirà nuovi scenari applicativi, oltre alle chiavi digitali, per il settore automobilistico. Ad esempio, il parcheggio automatico con servizio di ritiro e riconsegna auto, il pagamento automatico e così via. Allo stesso tempo, grazie all'intelligenza artificiale, sarà anche possibile "apprendere" i modelli di movimento e le abitudini dell'utente, migliorando le prestazioni della tecnologia di guida automatica.
Nel campo dell'elettronica di consumo, la tecnologia UWB potrebbe diventare lo standard per gli smartphone, grazie all'interazione tra auto e computer grazie alle chiavi digitali. Oltre ad aprire un più ampio spazio applicativo per il posizionamento e la ricerca di prodotti, il miglioramento della precisione della UWB può anche aprire nuove possibilità applicative per scenari di interazione con i dispositivi. Ad esempio, la portata precisa della UWB può controllare con precisione la distanza tra i dispositivi, regolare la costruzione di scene di realtà aumentata, offrire un'esperienza sensoriale migliore per giochi, audio e video.
Data di pubblicazione: 04/09/2023