Fonte 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 raggiungere una precisione millimetrica nel posizionamento di altri oggetti e dispositivi UWB utilizzando la tecnologia a banda ultralarga. Questa nuova soluzione apre 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 a livello centimetrico della tecnologia UWB nel campo del posizionamento è stata raggiunta rapidamente, e l'elevato costo dell'hardware crea grattacapi a utenti e fornitori di soluzioni, che si trovano a dover affrontare difficoltà di costo e implementazione. È quindi necessario passare al livello millimetrico? E quali opportunità di mercato offrirebbe la tecnologia UWB a livello millimetrico?
Perché è difficile raggiungere la banda UWB su scala millimetrica?
In quanto metodo di posizionamento e misurazione della distanza ad alta precisione, accuratezza e sicurezza, il posizionamento indoor UWB può teoricamente raggiungere una precisione millimetrica o addirittura micrometrica, ma nella pratica è rimasto a lungo a livello centimetrico, principalmente a causa dei seguenti fattori che influenzano la precisione effettiva del posizionamento UWB:
1. L'impatto della modalità di implementazione del sensore sulla precisione del posizionamento.
Nel processo di calcolo della precisione di posizionamento, l'aumento del numero di sensori implica un aumento delle informazioni ridondanti, e una maggiore quantità di informazioni ridondanti può ulteriormente ridurre l'errore di posizionamento. Tuttavia, la precisione di posizionamento non aumenta con l'utilizzo dei sensori migliori e, una volta raggiunto un certo numero di sensori, il contributo alla precisione di posizionamento non è significativo. Inoltre, l'aumento del numero di sensori comporta un aumento dei costi delle apparecchiature. Pertanto, trovare un equilibrio tra il numero di sensori e la precisione di posizionamento, e quindi un'implementazione razionale dei sensori UWB, è al centro della ricerca sull'impatto dell'implementazione dei sensori sulla precisione di posizionamento.
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 quali scrivanie, durante la propagazione, generando effetti multipath. Il segnale subisce variazioni di ritardo, ampiezza e fase, con conseguente attenuazione dell'energia e riduzione del rapporto segnale/rumore. Ciò comporta che il primo segnale ricevuto non sia diretto, causando errori di misurazione della distanza e una diminuzione della precisione di posizionamento. Pertanto, un'efficace soppressione dell'effetto multipath può migliorare la precisione di posizionamento. I metodi attualmente utilizzati per sopprimere il multipath includono principalmente MUSIC, ESPRIT e tecniche 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 bersaglio 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 rifrazione e diffrazione. In questo caso, il tempo di arrivo del primo impulso non rappresenta il valore reale del TOA (Time of Arrival), e la direzione del primo impulso di arrivo non corrisponde al valore reale dell'AOA (Angle of Arrival), causando un certo errore di posizionamento. Attualmente, i principali metodi per eliminare l'errore di non linea di vista sono il metodo di 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 ha un forte effetto di assorbimento sul segnale a impulsi wireless UWB, con conseguente attenuazione dell'intensità del segnale, deviazione delle informazioni di distanza e impatto sul risultato finale del posizionamento.
5. Impatto dell'indebolimento della penetrazione del segnale
Qualsiasi segnale che attraversi muri o altri ostacoli verrà indebolito, e l'UWB non fa eccezione. Quando il posizionamento UWB attraversa un normale muro di mattoni, il segnale si indebolisce di circa la metà. Anche le variazioni del tempo di trasmissione del segnale dovute all'attraversamento del muro influiranno sulla precisione del posizionamento.
A causa della conformazione del corpo umano, la penetrazione del segnale dovuta alla precisione dell'impatto è difficile da aggirare. NXP e l'azienda tedesca LaterationXYZ cercheranno di migliorare la tecnologia UWB attraverso soluzioni innovative di layout dei sensori. Non sono stati presentati risultati innovativi specifici, e si possono solo fare delle ipotesi basandosi su articoli tecnici pubblicati in passato sul sito ufficiale di NXP.
Per quanto riguarda la motivazione a migliorare la precisione dell'UWB, credo che sia innanzitutto la necessità per NXP, leader mondiale nel settore UWB, di affrontare la sfida dell'innovazione su larga scala e la difesa tecnologica che caratterizzano gli attuali produttori nazionali. Dopotutto, l'attuale tecnologia UWB è ancora in una fase di sviluppo esponenziale e i relativi costi, applicazioni e scalabilità non si sono ancora stabilizzati. In questo momento, i produttori nazionali sono più interessati a immettere sul mercato i propri prodotti UWB il prima possibile, per conquistare quote di mercato, e non hanno tempo da perdere per migliorare la precisione dell'UWB. NXP, in quanto uno dei principali attori nel campo dell'UWB, possiede un ecosistema di prodotti completo e anni di esperienza e competenza tecnica accumulate, il che le consente di affrontare con maggiore facilità l'innovazione in questo settore.
In secondo luogo, NXP, questa volta orientandosi verso la tecnologia UWB a livello millimetrico, intravede anche l'infinito potenziale di sviluppo futuro dell'UWB ed è convinta che il miglioramento della precisione porterà nuove applicazioni sul mercato.
A mio avviso, il potenziale della tecnologia UWB continuerà a migliorare con l'avanzamento della "nuova infrastruttura" 5G, ampliando ulteriormente le sue coordinate di valore nel processo di ammodernamento industriale per l'abilitazione intelligente del 5G.
In precedenza, nelle reti 2G/3G/4G, gli scenari di posizionamento mobile erano principalmente incentrati su chiamate di emergenza, accesso a luoghi pubblici e altre applicazioni, con requisiti di precisione di posizionamento non elevati, basati su una precisione di posizionamento approssimativa dell'ID cella che variava da decine a centinaia di metri. Il 5G, invece, utilizza nuovi metodi di codifica, fusione di fasci, array di antenne su larga scala, spettro a onde millimetriche e altre tecnologie. La sua ampia larghezza di banda e la tecnologia degli array di antenne forniscono le basi per una misurazione della distanza e dell'angolo ad alta precisione. Pertanto, un'ulteriore fase di sviluppo della precisione UWB è supportata dal contesto temporale, dalle basi tecnologiche e dalle sufficienti prospettive applicative, e questa fase di sviluppo della precisione UWB può essere considerata una fase preliminare per soddisfare l'aggiornamento dell'intelligenza digitale.
Quali mercati aprirà Millimeter UW?
Attualmente, la distribuzione di mercato dell'UWB è caratterizzata principalmente da una dispersione verso la parte B e da una concentrazione verso la parte C. Nell'ambito delle applicazioni, la parte B presenta un maggior numero di casi d'uso, mentre la parte C offre maggiori possibilità di ottimizzazione delle prestazioni. A mio avviso, questa innovazione focalizzata sulle prestazioni di posizionamento consolida i vantaggi dell'UWB nel posizionamento di precisione, apportando non solo miglioramenti prestazionali alle applicazioni esistenti, ma anche aprendo nuove opportunità per l'UWB in termini di applicazioni.
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 scenari mantengono anche una domanda stabile di percezione del posizionamento accurata, o diventeranno presto un vantaggio del mercato UWB a livello millimetrico.
Nel contesto minerario, con l'avanzamento della costruzione di miniere intelligenti, la soluzione di fusione "posizionamento 5G+UWB" può consentire al sistema minerario 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 lungo tempo di standby, ecc. Allo stesso tempo, sulla base della gestione della sicurezza della miniera, può essere utilizzato per garantire la sicurezza e la gestione della sicurezza della miniera. Allo stesso tempo, sulla base delle rigide esigenze di gestione della sicurezza mineraria, l'UWB sarà utilizzato anche nella gestione quotidiana del personale e nel tracciamento dei veicoli. Attualmente, il paese ha una certa dimensione di circa 4000 miniere di carbone e la richiesta media per una stazione base di carbone di circa 100, da cui si può stimare che il fabbisogno totale di stazioni base per miniere di carbone è di circa 400.000, il numero di minatori di carbone in totale è di circa 4 milioni di persone circa, secondo il principio "1 persona, 1 etichetta", la richiesta di tag UWB è di circa 4 milioni circa. Secondo l'attuale utente finale per acquistare un singolo prezzo di mercato, il mercato del carbone nel mercato hardware UWB "stazione base + tag" è di circa 4 miliardi in valore di output.
In settori come l'estrazione mineraria e le attività estrattive ad alto rischio, le centrali elettriche, gli impianti chimici, ecc., le esigenze di gestione della sicurezza in termini di precisione di posizionamento sono più elevate. Il miglioramento della precisione di posizionamento UWB a livello millimetrico contribuirà a consolidarne i vantaggi in tali ambiti.
Nell'ambito della produzione industriale, della gestione dei magazzini e della logistica, la tecnologia UWB è diventata uno strumento per la riduzione dei costi e l'aumento dell'efficienza. Gli operatori che utilizzano dispositivi portatili con tecnologia UWB possono localizzare e posizionare con maggiore precisione i vari componenti; la realizzazione di un sistema di gestione che integra la tecnologia UWB nella gestione del magazzino consente di monitorare con precisione tutti i tipi di materiali e il personale presente nei magazzini in tempo reale, garantendo il controllo delle scorte, la gestione del personale e, al contempo, un'efficiente e impeccabile movimentazione automatizzata dei materiali tramite veicoli a guida automatica (AGV), con un conseguente notevole miglioramento dell'efficienza produttiva.
Inoltre, il salto millimetrico della tecnologia UWB può aprire nuove applicazioni anche nel settore del trasporto ferroviario. Attualmente, il sistema di controllo attivo dei treni si basa principalmente sul posizionamento satellitare, ma in ambienti come gallerie sotterranee, 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, ai sistemi anticollisione e di allerta precoce, all'arresto di precisione, ecc., può fornire un supporto tecnico più affidabile per la sicurezza e il controllo del trasporto ferroviario. Al momento, questo tipo di applicazione è presente solo in alcuni casi isolati in Europa e negli Stati Uniti.
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, i pagamenti automatici e così via. Allo stesso tempo, grazie alla tecnologia dell'intelligenza artificiale, sarà possibile "apprendere" i modelli di movimento e le abitudini dell'utente, migliorando le prestazioni della tecnologia di guida autonoma.
Nel campo dell'elettronica di consumo, la tecnologia UWB potrebbe diventare lo standard per gli smartphone, sull'onda dell'interazione auto-macchina delle chiavi digitali per auto. Oltre ad ampliare il campo di applicazione per il posizionamento e la ricerca di prodotti, il miglioramento della precisione dell'UWB può anche aprire nuove prospettive per gli scenari di interazione tra dispositivi. Ad esempio, la portata precisa dell'UWB può controllare con accuratezza la distanza tra i dispositivi, per regolare la costruzione di scenari di realtà aumentata e offrire un'esperienza sensoriale migliore per giochi, audio e video.
Data di pubblicazione: 4 settembre 2023