Original: Ulink Media
Autor: 旸谷
Recentemente, a empresa holandesa de semicondutores NXP, em colaboração com a empresa alemã Lateration XYZ, obteve a capacidade de obter posicionamento com precisão milimétrica de outros itens e dispositivos UWB utilizando tecnologia de banda ultralarga. Esta nova solução traz novas possibilidades para diversos cenários de aplicação que exigem posicionamento e rastreamento precisos, marcando um avanço essencial na história do desenvolvimento da tecnologia UWB.
De fato, a atual precisão centimétrica da UWB na área de posicionamento foi alcançada rapidamente, e o custo mais alto do hardware também causa dores de cabeça aos usuários e provedores de soluções sobre como resolver os problemas de custo e implantação. Neste momento, a "mudança" para o nível milimétrico é necessária? E a UWB milimétrica trará quais oportunidades de mercado?
Por que a UWB em escala milimétrica é difícil de alcançar?
Como um método de posicionamento e alcance de alta precisão, alta exatidão e alta segurança, o posicionamento interno UWB pode teoricamente atingir precisão milimétrica ou até mesmo micrométrica, mas na implantação real, ele permanece no nível centimétrico por 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 do posicionamento, o aumento do número de sensores significa o aumento da informação redundante, e a riqueza de informações redundantes pode reduzir ainda mais o erro de posicionamento. No entanto, a precisão do posicionamento não aumenta com os melhores sensores e, quando o número de sensores é aumentado para um determinado número, a contribuição para a precisão do posicionamento não é grande com o aumento do número de sensores. E o aumento do número de sensores significa que o custo do equipamento aumenta. Portanto, como encontrar um equilíbrio entre o número de sensores e a precisão do posicionamento, e assim a implantação razoável de sensores UWB, é o foco da pesquisa sobre o impacto da implantação de sensores na precisão do posicionamento.
2. Influência do efeito multipercurso
Os sinais de posicionamento de banda ultralarga UWB são refletidos e refratados pelo ambiente circundante, como paredes, vidro e objetos internos, como mesas, durante o processo de propagação, resultando em efeitos multipercurso. O atraso, a amplitude e a fase do sinal mudam, resultando em atenuação de energia e diminuição da relação sinal-ruído, o que faz com que o primeiro sinal alcançado não seja direto, causando erros de alcance e diminuição da precisão do posicionamento. Portanto, a supressão eficaz do efeito multipercurso pode melhorar a precisão do posicionamento, e os métodos atuais para suprimi-lo incluem principalmente técnicas de MUSIC, ESPRIT e detecção de bordas.
3. Impacto do NLOS
A propagação em linha de visada (LOS) é o primeiro pré-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 podem ser atendidas, a propagação do sinal só pode ser concluída em condições fora da linha de visada, como refração e difração. Nesse caso, o tempo do primeiro pulso de chegada não representa o valor real do TOA, e a direção do primeiro pulso de chegada não é o valor real do AOA, o que causará um certo erro de posicionamento. Atualmente, os principais métodos para eliminar o erro fora da 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, a água no sinal de pulso sem fio UWB tem um forte efeito de absorção, resultando na atenuação da intensidade do sinal, desvio de informações de alcance e afetando o efeito de posicionamento final
5. Impacto do enfraquecimento da penetração do sinal
Qualquer penetração de sinal através de paredes e outras estruturas será enfraquecida, e o UWB não é exceção. Quando o posicionamento UWB penetra em uma parede de tijolos comum, o sinal será enfraquecido pela metade. Alterações no tempo de transmissão do sinal devido à penetração na parede também afetarão a precisão do posicionamento.
Devido ao corpo humano, a penetração do sinal provocada pela precisão do impacto é difícil de contornar. A NXP e a empresa alemã LaterationXYZ passarão por soluções inovadoras de layout de sensor para aprimorar a tecnologia UWB. Não houve uma exibição específica de resultados inovadores. Só posso ser liberado do site oficial da NXP artigos técnicos anteriores para fazer as especulações relevantes.
Quanto à motivação para melhorar a precisão do UWB, acredito que, em primeiro lugar, a NXP, como líder mundial em UWB, está empenhada em lidar com os atuais fabricantes nacionais de inovação em larga escala em situações de ruptura e defesa técnica. Afinal, a tecnologia UWB atual ainda está em fase de desenvolvimento acelerado, e o custo, a aplicação e a escala correspondentes ainda não foram estabilizados. Neste momento, os fabricantes nacionais estão mais preocupados com a chegada e a disseminação dos produtos UWB o mais rápido possível, para conquistar o mercado, e não têm tempo para se preocupar com a precisão do UWB e aprimorar a inovação. A NXP, como uma das principais empresas no campo do UWB, possui um ecossistema completo de produtos, bem como muitos anos de aprofundamento da força técnica acumulada, o que a torna mais confortável para implementar a inovação UWB.
Em segundo lugar, a NXP, desta vez em direção ao UWB de nível milimétrico, também vê o potencial infinito do desenvolvimento futuro do UWB e está convencida de que a melhoria da precisão trará novas aplicações ao mercado.
Na minha opinião, o lado positivo do UWB continuará a melhorar com o avanço da "nova infraestrutura" 5G e expandirá ainda mais suas coordenadas de valor no processo de atualização industrial do fortalecimento inteligente do 5G.
Anteriormente, nas redes 2G/3G/4G, os cenários de posicionamento móvel se concentravam principalmente em chamadas de emergência, acesso legal à localização e outras aplicações. Os requisitos de precisão de posicionamento não eram altos, com base na precisão de posicionamento grosseira do Cell ID, variando de dezenas a centenas de metros. Embora o 5G utilize novos métodos de codificação, fusão de feixes, conjuntos de antenas em larga escala, 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 ângulos de alta precisão. Portanto, mais uma rodada de sprint UWB no campo da precisão conta com o histórico da era correspondente, base tecnológica e perspectivas de aplicação suficientes, e este sprint de precisão UWB pode ser considerado um pré-layout para atender à atualização da inteligência digital.
Quais mercados a Millimetre UW abrirá?
Atualmente, a distribuição de mercado de UWB é caracterizada principalmente pela dispersão da extremidade B e pela concentração da extremidade C. Na aplicação, a extremidade B tem mais casos de uso, e a extremidade C tem mais espaço para a mineração de desempenho. Na minha opinião, essa inovação com foco no desempenho de posicionamento consolida as vantagens da UWB em posicionamento preciso, o que não apenas traz avanços de desempenho para aplicações existentes, mas também cria oportunidades para a UWB abrir novos espaços 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, enquanto tais cenas também mantêm uma demanda estável por percepção de posicionamento preciso, ou se tornará um UWB de nível milimétrico que em breve terá como objetivo a vantagem do mercado.
No cenário da mineração, com o avanço da construção inteligente de minas, a solução de fusão "posicionamento 5G+UWB" pode completar o posicionamento do sistema de mineração inteligente em um tempo extremamente curto, alcançando a combinação perfeita de posicionamento preciso e baixo consumo de energia, além de apresentar características como alta precisão, grande capacidade e longo tempo de espera, entre outras. Ao mesmo tempo, com base na gestão de segurança da mina, pode ser usada para garantir a segurança da mina e o gerenciamento da segurança da mesma. Além disso, com base na forte demanda por gestão de segurança de minas, a UWB também será utilizada na gestão diária de pessoal e no gerenciamento de veículos. Atualmente, o país possui cerca de 4.000 minas de carvão em certa escala, e a demanda média por estação base de cada mina é de cerca de 100. A partir daí, pode-se estimar que a demanda total por estação base de mina de carvão seja de cerca de 400.000, com um total de cerca de 4 milhões de mineradores de carvão. De acordo com a classificação "1 pessoa por 1", a demanda por etiquetas UWB é de cerca de 4 milhões. De acordo com o preço de mercado atual para compra de um único usuário final, o valor de produção do mercado de carvão no mercado de hardware UWB "estação base + etiqueta" é de cerca de 4 bilhões.
Mineração e cenários de alto risco semelhantes à mineração e extração de petróleo, usinas de energia, plantas químicas, etc., as necessidades de gerenciamento de segurança para requisitos de precisão de posicionamento são maiores, a precisão de posicionamento UWB para aprimoramento de nível milimétrico ajudará a consolidar suas vantagens em tais áreas.
Em cenários de manufatura industrial, armazenagem e logística, a UWB tornou-se uma ferramenta para redução de custos e eficiência. Trabalhadores que utilizam dispositivos portáteis com tecnologia UWB podem localizar e posicionar diversas peças com maior precisão; a construção de um sistema de gestão que integra a tecnologia UWB à gestão de armazéns permite monitorar com precisão todos os tipos de materiais e pessoal nos armazéns em tempo real, além de obter controle de estoque, gestão de pessoal e, ao mesmo tempo, alcançar uma rotatividade de materiais não tripulada eficiente e sem erros por meio de equipamentos AGV, 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 de trens depende principalmente do posicionamento por satélite para sua conclusão, sendo que em ambientes como túneis subterrâneos, arranha-céus urbanos, cânions e outros cenários, o posicionamento por satélite está sujeito a falhas. A tecnologia UWB em sistemas de posicionamento e navegação CBTC (Centro de Controle de Tráfego Aéreo), coluna para prevenção de colisões e alerta antecipado de colisões, parada precisa de trens, etc., pode fornecer suporte técnico mais confiável para a segurança e o controle do transporte ferroviário. Atualmente, esse tipo de aplicação na Europa e nos Estados Unidos possui casos de aplicação dispersos.
No mercado de terminais C, o aprimoramento da precisão UWB em milímetros abrirá novos cenários de aplicação além das chaves digitais para o cenário do veículo. Por exemplo, manobrista automático, pagamento automático, etc. Ao mesmo tempo, com base na tecnologia de inteligência artificial, também é possível "aprender" os padrões de movimento e hábitos do usuário, melhorando o desempenho da tecnologia de direção automática.
No campo da eletrônica de consumo, a UWB pode se tornar a tecnologia padrão para smartphones, impulsionada pela interação carro-máquina por meio de chaves digitais. Além de abrir um campo de aplicação mais amplo para posicionamento e busca de produtos, a melhoria da precisão da UWB também pode abrir novos campos de aplicação para cenários de interação com equipamentos. Por exemplo, o alcance preciso da UWB permite controlar com precisão a distância entre dispositivos, ajustar a construção de cenas de realidade aumentada e proporcionar uma melhor experiência sensorial para jogos, áudio e vídeo.
Horário da publicação: 04/09/2023