Original: Ulink Media
Autor: 旸谷
Recentemente, a empresa holandesa de semicondutores NXP, em colaboração com a empresa alemã Lateration XYZ, adquiriu a capacidade de realizar o posicionamento com precisão milimétrica de outros itens e dispositivos UWB utilizando tecnologia de banda ultralarga. Essa nova solução abre novas possibilidades para diversos cenários de aplicação que exigem posicionamento e rastreamento precisos, representando um avanço essencial na história do desenvolvimento da tecnologia UWB.
De fato, a precisão atual da UWB em nível centimétrico, no campo do posicionamento, já foi alcançada rapidamente, e o alto custo do hardware também causa dores de cabeça para usuários e fornecedores de soluções em relação a como lidar com as dificuldades de custo e implantação. Nesse momento, é necessário avançar para o nível milimétrico? E quais oportunidades de mercado a UWB em nível milimétrico trará?
Por que a tecnologia UWB em escala milimétrica é tão difícil de alcançar?
Como um método de posicionamento e alcance de alta precisão, alta exatidão e alta segurança, o posicionamento UWB em ambientes internos pode, teoricamente, atingir precisão milimétrica ou até micrométrica, mas, na prática, permanece na faixa de centímetros há muito tempo, principalmente devido aos seguintes fatores que afetam a precisão real do posicionamento UWB:
1. O impacto do modo de implantação do sensor na precisão do posicionamento
No processo real de resolução da precisão de posicionamento, o aumento no número de sensores significa um aumento na redundância de informações, e essa redundância abundante pode reduzir ainda mais o erro de posicionamento. Contudo, a precisão do posicionamento não aumenta com os melhores sensores, e quando o número de sensores atinge um certo patamar, a contribuição para a precisão do posicionamento não é significativa com o aumento do número de sensores. Além disso, o aumento no número de sensores implica em um aumento no custo do equipamento. Portanto, encontrar um equilíbrio entre o número de sensores e a precisão do posicionamento, e assim realizar uma implantação racional de sensores UWB, é o foco da pesquisa sobre o impacto da implantação de sensores na precisão do posicionamento.
2. Influência do efeito de múltiplos caminhos
Os sinais de posicionamento de banda ultralarga (UWB) são refletidos e refratados pelo ambiente circundante, como paredes, vidros e objetos internos, como mesas, durante o processo de propagação, resultando em efeitos de multicaminho. O sinal sofre alterações em atraso, amplitude e fase, o que causa atenuação de energia e diminuição da relação sinal-ruído. Isso faz com que o primeiro sinal recebido não seja direto, causando erros de alcance e redução da precisão do posicionamento. Portanto, a supressão eficaz do efeito de multicaminho pode melhorar a precisão do posicionamento, e os métodos atuais para suprimir o multicaminho incluem principalmente as técnicas MUSIC, ESPRIT e de detecção de bordas.
3. Impacto NLOS
A propagação em linha de visada (LOS) é o primeiro requisito para garantir a precisão dos resultados da medição do sinal. Quando as condições entre o alvo de posicionamento móvel e a estação base não são atendidas, a propagação do sinal só pode ser concluída em condições de não-linha de visada, como refração e difração. Nesse caso, o tempo de chegada do primeiro pulso não representa o valor real do TOA (Tempo de Chegada), e a direção do primeiro pulso de chegada não representa o valor real do AOA (Ângulo de Chegada), o que causa um certo erro de posicionamento. Atualmente, os principais métodos para eliminar o erro de não-linha de visada são o método de Wylie e o método de eliminação de correlação.
4. O impacto do corpo humano na precisão do posicionamento
O principal componente do corpo humano é a água, e a água exerce forte absorção sobre o sinal de pulso sem fio UWB, resultando em atenuação da intensidade do sinal, desvio das informações de alcance e afetando a precisão do posicionamento final.
5. Impacto do enfraquecimento da penetração do sinal
Qualquer sinal que penetre paredes e outras estruturas será enfraquecido, e com a UWB não é diferente. Quando o posicionamento por UWB atravessa uma parede de tijolos comum, o sinal é reduzido pela metade. Alterações no tempo de transmissão do sinal devido à penetração na parede também afetam a precisão do posicionamento.
Devido à estrutura do corpo humano, a penetração do sinal, resultante da precisão do impacto, é difícil de contornar. A NXP e a empresa alemã LaterationXYZ irão aprimorar a tecnologia UWB por meio de soluções inovadoras de layout de sensores. Ainda não houve uma demonstração específica dos resultados dessa inovação; posso apenas fazer especulações com base em artigos técnicos anteriores publicados no site oficial da NXP.
Quanto à motivação para aprimorar a precisão do UWB, acredito que seja, em primeiro lugar, a necessidade da NXP, como líder mundial em UWB, de lidar com a atual conjuntura de inovação em larga escala e defesa técnica dos fabricantes nacionais. Afinal, a tecnologia UWB ainda está em fase de desenvolvimento acelerado, e os custos, aplicações e escala correspondentes ainda não se estabilizaram. Nesse momento, os fabricantes nacionais estão mais preocupados em lançar e disseminar seus produtos UWB o mais rápido possível para conquistar o mercado, sem tempo para se preocupar com a inovação e o aprimoramento da precisão do UWB. A NXP, como uma das principais empresas no campo do UWB, possui um ecossistema de produtos completo, bem como anos de experiência e conhecimento técnico acumulado, o que lhe proporciona maior segurança para realizar inovações em UWB.
Em segundo lugar, a NXP, desta vez focando em UWB em nível milimétrico, também enxerga o potencial infinito do desenvolvimento futuro da tecnologia e está convencida de que a melhoria da precisão trará novas aplicações ao mercado.
Na minha opinião, as vantagens da UWB continuarão a melhorar com o avanço da "nova infraestrutura" do 5G e expandirão ainda mais suas coordenadas de valor no processo de modernização industrial da capacitação inteligente do 5G.
Anteriormente, nas redes 2G/3G/4G, os cenários de posicionamento móvel se concentravam principalmente em chamadas de emergência, acesso legal a locais e outras aplicações. Os requisitos de precisão de posicionamento não eram elevados, baseando-se em uma precisão de posicionamento aproximada, de dezenas a centenas de metros, obtida por meio do ID da célula. Já o 5G utiliza novos métodos de codificação, fusão de feixes, grandes conjuntos de antenas, espectro de ondas milimétricas e outras tecnologias. Sua ampla largura de banda e tecnologia de conjuntos de antenas fornecem a base para medições de distância e ângulo de alta precisão. Portanto, uma nova corrida pela precisão em UWB é sustentada pelo contexto da era, pela base tecnológica e pelas perspectivas de aplicação adequadas, e essa corrida pela precisão em UWB pode ser considerada um planejamento prévio para atender à atualização da inteligência digital.
Que mercados a Millimetre UW irá abrir?
Atualmente, a distribuição de mercado do UWB é caracterizada principalmente pela dispersão da extremidade B e pela concentração da extremidade C. Em termos de aplicação, a extremidade B possui mais casos de uso, enquanto a extremidade C apresenta um espaço mais amplo para exploração de desempenho. Na minha opinião, essa inovação focada no desempenho de posicionamento consolida as vantagens do UWB em posicionamento preciso, o que não só traz avanços significativos de desempenho para aplicações existentes, como também cria oportunidades para o UWB explorar novos horizontes de aplicação.
No mercado B-end, para parques, fábricas, empresas e outros cenários, o ambiente sem fio de sua área específica é relativamente certo, e a precisão do posicionamento pode ser garantida de forma consistente. Ao mesmo tempo, esses cenários mantêm uma demanda estável por percepção de posicionamento precisa, ou em breve se tornarão uma vantagem competitiva para a tecnologia UWB em nível milimétrico.
No cenário da mineração, com o avanço da construção inteligente de minas, a solução de fusão de posicionamento "5G + UWB" permite que o sistema de mineração inteligente complete o posicionamento em um tempo muito curto, alcançando a combinação perfeita de posicionamento preciso e baixo consumo de energia, além de características como alta precisão, grande capacidade e longo tempo de espera. Ao mesmo tempo, com base na gestão de segurança da mina, pode ser utilizada para garantir a segurança e o gerenciamento da segurança na mina. Além disso, devido à alta demanda por gestão de segurança em minas, a tecnologia UWB também será utilizada no gerenciamento diário de pessoal e no rastreamento de veículos. Atualmente, o país possui cerca de 4.000 minas de carvão em escala considerável, e a demanda média por estação base em cada mina é de aproximadamente 100 unidades. Com base nisso, estima-se que a demanda total por estações base em minas de carvão seja de cerca de 400.000, considerando que o número total de mineiros de carvão é de aproximadamente 4 milhões de pessoas. Considerando a proporção de 1 etiqueta por pessoa, a demanda por etiquetas UWB também deve ser de cerca de 4 milhões de unidades. De acordo com o preço de mercado atual para o consumidor final, o mercado de hardware "estação base + etiqueta" para minas de carvão movimenta cerca de 4 bilhões de xelins quenianos.
Em setores como mineração e extração de petróleo, usinas de energia e fábricas de produtos químicos, que apresentam cenários de alto risco semelhantes, a gestão da segurança exige maior precisão no posicionamento. O aprimoramento da precisão do posicionamento UWB para o nível milimétrico ajudará a consolidar suas vantagens nessas áreas.
Em cenários de manufatura industrial, armazenagem e logística, a UWB (Underwide Broadband) tornou-se uma ferramenta para redução de custos e aumento da eficiência. Operadores que utilizam dispositivos portáteis com tecnologia UWB podem localizar e posicionar peças diversas com maior precisão; a construção de um sistema de gestão que integre a tecnologia UWB ao gerenciamento de armazéns permite o monitoramento preciso e em tempo real de todos os tipos de materiais e pessoas nos armazéns, possibilitando o controle de estoque, a gestão de pessoal e, simultaneamente, a movimentação de materiais automatizada, eficiente e sem erros, por meio de equipamentos AGV (Veículos Guiados Automaticamente), o que pode aumentar significativamente a eficiência da produção.
Além disso, o salto milimétrico da UWB também pode abrir novas aplicações no campo do transporte ferroviário. Atualmente, o sistema de controle ativo do trem depende principalmente do posicionamento por satélite, e em ambientes como túneis subterrâneos, edifícios altos urbanos, cânions e outros cenários, o posicionamento por satélite é propenso a falhas. A tecnologia UWB, aplicada ao posicionamento e navegação CBTC do trem, à prevenção e alerta antecipado de colisões, à frenagem precisa do trem, etc., pode fornecer um suporte técnico mais confiável para a segurança e o controle do transporte ferroviário. Atualmente, esse tipo de aplicação possui casos isolados na Europa e nos Estados Unidos.
No mercado de terminais C, o aprimoramento da precisão UWB para o nível milimétrico abrirá novos cenários de aplicação além das chaves digitais para veículos. Por exemplo, estacionamento automático com manobrista, pagamento automático e assim por diante. Ao mesmo tempo, com base na tecnologia de inteligência artificial, também será possível "aprender" os padrões de movimento e hábitos do usuário e melhorar o desempenho da tecnologia de direção autônoma.
No campo da eletrônica de consumo, a UWB (Ultra Wideband) pode se tornar a tecnologia padrão para smartphones, impulsionada pela crescente interação entre carros e máquinas, como as chaves digitais. Além de ampliar o leque de aplicações para localização e busca de produtos, a precisão aprimorada da UWB também pode abrir novas possibilidades para cenários de interação entre equipamentos. Por exemplo, o alcance preciso da UWB permite controlar com exatidão a distância entre dispositivos, ajustar a construção de cenas de realidade aumentada e proporcionar uma experiência sensorial mais imersiva em jogos, áudio e vídeo.
Data da publicação: 04/09/2023