آیا UWB واقعاً به سمت میلی‌متری شدن پیش می‌رود؟

اصلی: رسانه Ulink

نویسنده: 旸谷

اخیراً، شرکت نیمه‌هادی هلندی NXP، با همکاری شرکت آلمانی Lateration XYZ، با استفاده از فناوری باند فوق وسیع، به توانایی دستیابی به موقعیت‌یابی دقیق در سطح میلی‌متر برای سایر اقلام و دستگاه‌های UWB دست یافته است. این راهکار جدید، امکانات جدیدی را برای سناریوهای کاربردی مختلف که نیاز به موقعیت‌یابی و ردیابی دقیق دارند، فراهم می‌کند و پیشرفتی اساسی در تاریخ توسعه فناوری UWB محسوب می‌شود.

در واقع، دقت فعلی UWB در سطح سانتی‌متر، در زمینه موقعیت‌یابی به سرعت انجام شده است و هزینه بالاتر سخت‌افزار نیز کاربران و ارائه‌دهندگان راه‌حل را در مورد چگونگی حل مشکلات هزینه و استقرار دچار سردرگمی می‌کند. در حال حاضر، آیا "غلتیدن" به سطح میلی‌متر ضروری است؟ و UWB در سطح میلی‌متر چه فرصت‌هایی را در بازار به ارمغان خواهد آورد؟

چرا دسترسی به UWB در مقیاس میلی‌متری دشوار است؟

به عنوان یک روش موقعیت‌یابی و مسافت‌یابی با دقت بالا، دقت بالا و امنیت بالا، موقعیت‌یابی داخلی UWB از لحاظ تئوری می‌تواند به دقت میلی‌متر یا حتی میکرومتر برسد، اما در استقرار واقعی، مدت زیادی است که در سطح سانتی‌متر باقی مانده است، که عمدتاً به دلیل عوامل زیر است که بر دقت واقعی موقعیت‌یابی UWB تأثیر می‌گذارند:

۱. تأثیر حالت استقرار حسگر بر دقت موقعیت‌یابی

در فرآیند حل مسئله دقت موقعیت‌یابی واقعی، افزایش تعداد حسگرها به معنای افزایش اطلاعات اضافی است و اطلاعات اضافی غنی می‌تواند خطای موقعیت‌یابی را بیشتر کاهش دهد. با این حال، دقت موقعیت‌یابی با بهترین حسگرها افزایش نمی‌یابد و هنگامی که تعداد حسگرها به تعداد مشخصی افزایش می‌یابد، سهم آن در دقت موقعیت‌یابی با افزایش حسگرها زیاد نیست. و افزایش تعداد حسگرها به معنای افزایش هزینه تجهیزات است. بنابراین، چگونگی یافتن تعادل بین تعداد حسگرها و دقت موقعیت‌یابی و در نتیجه استقرار معقول حسگرهای UWB، تمرکز تحقیقات در مورد تأثیر استقرار حسگر بر دقت موقعیت‌یابی است.

۲. تأثیر اثر چندمسیری

سیگنال‌های موقعیت‌یابی فوق پهن‌باند UWB در طول فرآیند انتشار توسط محیط اطراف مانند دیوارها، شیشه و اشیاء داخلی مانند دسکتاپ منعکس و منکسر می‌شوند و در نتیجه اثرات چندمسیره ایجاد می‌کنند. سیگنال از نظر تأخیر، دامنه و فاز تغییر می‌کند که منجر به تضعیف انرژی و کاهش نسبت سیگنال به نویز می‌شود و منجر به این واقعیت می‌شود که اولین سیگنال رسیده مستقیم نیست و باعث خطاهای مسافت‌یابی و کاهش دقت موقعیت‌یابی می‌شود. بنابراین، سرکوب مؤثر اثر چندمسیره می‌تواند دقت موقعیت‌یابی را بهبود بخشد و روش‌های فعلی برای سرکوب چندمسیره عمدتاً شامل تکنیک‌های MUSIC، ESPRIT و تشخیص لبه است.

۳. تأثیر NLOS

انتشار در خط دید (LOS) اولین و پیش‌نیاز برای اطمینان از دقت نتایج اندازه‌گیری سیگنال است، زمانی که شرایط بین هدف موقعیت‌یابی سیار و ایستگاه پایه قابل رعایت نباشد، انتشار سیگنال فقط می‌تواند تحت شرایط غیرخط دید مانند شکست و پراش تکمیل شود. در این زمان، زمان اولین پالس دریافتی نشان‌دهنده مقدار واقعی TOA نیست و جهت اولین پالس دریافتی مقدار واقعی AOA نیست که باعث ایجاد خطای موقعیت‌یابی خاصی می‌شود. در حال حاضر، روش‌های اصلی برای حذف خطای غیرخط دید، روش وایلی و روش حذف همبستگی هستند.

۴. تأثیر بدن انسان بر دقت موقعیت‌یابی

جزء اصلی بدن انسان آب است، آب روی سیگنال پالس بی‌سیم UWB اثر جذب قوی دارد که منجر به تضعیف قدرت سیگنال، انحراف اطلاعات مربوط به مسافت و تأثیر بر اثر موقعیت‌یابی نهایی می‌شود.

۵. تأثیر تضعیف نفوذ سیگنال

هرگونه نفوذ سیگنال از طریق دیوارها و سایر اشیاء تضعیف می‌شود، UWB نیز از این قاعده مستثنی نیست. هنگامی که موقعیت‌یابی UWB از یک دیوار آجری معمولی عبور می‌کند، سیگنال تقریباً به نصف تضعیف می‌شود. تغییرات در زمان انتقال سیگنال به دلیل نفوذ به دیوار نیز بر دقت موقعیت‌یابی تأثیر می‌گذارد.

دانشگاه صنعتی امیرکبیر (UWB)

با توجه به بدن انسان، نفوذ سیگنال ناشی از دقت ضربه دشوار است و نمی‌توان آن را دور زد. NXP و شرکت آلمانی LaterationXYZ از طریق راه‌حل‌های نوآورانه چیدمان حسگر، فناوری UWB را ارتقا خواهند داد. تاکنون هیچ نمایش خاصی از نتایج نوآورانه وجود نداشته است. من فقط می‌توانم از وب‌سایت رسمی NXP مقالات فنی گذشته را برای گمانه‌زنی‌های مربوطه منتشر کنم.

در مورد انگیزه برای بهبود دقت UWB، من معتقدم که این اول از همه NXP به عنوان بازیگر پیشرو UWB در جهان است که باید با تولیدکنندگان داخلی فعلی نوآوری در مقیاس بزرگ در وضعیت شکست و دفاع فنی مقابله کند. از این گذشته، فناوری فعلی UWB هنوز در مرحله شکوفایی توسعه است و هزینه، کاربرد و مقیاس مربوطه هنوز تثبیت نشده است، در حال حاضر، تولیدکنندگان داخلی بیشتر نگران محصولات UWB هستند تا در اسرع وقت به بازار عرضه و گسترش یابند، بازار را به دست بگیرند و وقت ندارند که به دقت UWB برای بهبود نوآوری اهمیت دهند. NXP، به عنوان یکی از بازیگران برتر در زمینه UWB، دارای یک اکوسیستم کامل محصول و همچنین سال‌ها کاوش عمیق از قدرت فنی انباشته شده است، که انجام نوآوری UWB را راحت‌تر می‌کند.

ثانیاً، NXP این بار به سمت UWB در سطح میلی‌متری حرکت می‌کند، همچنین پتانسیل بی‌نهایت توسعه آینده UWB را می‌بیند و متقاعد شده است که بهبود دقت، کاربردهای جدیدی را به بازار عرضه خواهد کرد.

به نظر من، مزایای UWB با پیشرفت «زیرساخت جدید» 5G به پیشرفت خود ادامه خواهد داد و مختصات ارزشی آن را در فرآیند ارتقاء صنعتی توانمندسازی هوشمند 5G بیشتر گسترش خواهد داد.

پیش از این، در شبکه 2G/3G/4G، سناریوهای موقعیت‌یابی موبایل عمدتاً بر تماس‌های اضطراری، دسترسی قانونی به موقعیت مکانی و سایر کاربردها متمرکز بودند، اما الزامات دقت موقعیت‌یابی بر اساس Cell ID، بالا نبود و دقت موقعیت‌یابی از ده‌ها متر تا صدها متر متغیر بود. در حالی که 5G از روش‌های جدید کدگذاری، همجوشی پرتو، آرایه‌های آنتن در مقیاس بزرگ، طیف موج میلی‌متری و سایر فناوری‌ها استفاده می‌کند، پهنای باند وسیع و فناوری آرایه آنتن آن، زمینه را برای اندازه‌گیری فاصله و اندازه‌گیری زاویه با دقت بالا فراهم می‌کند. بنابراین، دور دیگری از جهش UWB در زمینه دقت، توسط پیشینه دوره مربوطه، پایه فناوری و چشم‌اندازهای کاربردی کافی پشتیبانی می‌شود و این جهش دقت UWB را می‌توان به عنوان یک طرح اولیه برای برآورده کردن ارتقاء هوش دیجیتال در نظر گرفت.

دانشگاه واشنگتن چه بازارهایی را در معرض دید عموم قرار خواهد داد؟

در حال حاضر، توزیع بازار UWB عمدتاً با پراکندگی انتهای B و تمرکز انتهای C مشخص می‌شود. در کاربرد، انتهای B موارد استفاده بیشتری دارد و انتهای C فضای تخیلی بیشتری برای کاوش عملکرد دارد. به نظر من، این نوآوری که بر عملکرد موقعیت‌یابی تمرکز دارد، مزایای UWB را در موقعیت‌یابی دقیق تثبیت می‌کند، که نه تنها پیشرفت‌های عملکردی را برای کاربردهای موجود به ارمغان می‌آورد، بلکه فرصت‌هایی را برای UWB ایجاد می‌کند تا فضای کاربردی جدیدی را باز کند.
در بازار B-end، برای پارک‌ها، کارخانه‌ها، شرکت‌ها و سایر سناریوها، محیط بی‌سیم منطقه خاص آن نسبتاً مشخص است و دقت موقعیت‌یابی می‌تواند به طور مداوم تضمین شود، در حالی که چنین صحنه‌هایی همچنین تقاضای پایداری برای درک موقعیت‌یابی دقیق دارند، یا به زودی به UWB در سطح میلی‌متر تبدیل می‌شوند که به نفع بازار خواهد بود.

در سناریوی معدن، با پیشرفت ساخت و ساز هوشمند معدن، راهکار تلفیقی "موقعیت‌یابی 5G+UWB" می‌تواند سیستم معدن هوشمند را در مدت زمان بسیار کوتاهی موقعیت‌یابی کامل کند، به ترکیب کاملی از موقعیت‌یابی دقیق و مصرف برق کم دست یابد و ویژگی‌های دقت بالا، ظرفیت زیاد و زمان آماده به کار طولانی و غیره را محقق کند. در عین حال، بر اساس مدیریت ایمنی معدن، می‌توان از آن برای تضمین ایمنی معدن و مدیریت ایمنی معدن استفاده کرد. در عین حال، بر اساس تقاضای شدید برای مدیریت ایمنی معدن، UWB در مدیریت روزانه پرسنل و مسیر خودرو نیز استفاده خواهد شد. در حال حاضر، این کشور دارای مقیاس مشخصی از معادن زغال سنگ در حدود 4000 یا بیشتر است و میانگین تقاضا برای ایستگاه پایه هر معدن زغال سنگ حدود 100 یا بیشتر است که از این طریق می‌توان تخمین زد که کل تقاضا برای ایستگاه پایه معدن زغال سنگ حدود 400000 نفر است، تعداد کل معدنچیان زغال سنگ در حدود 4 میلیون نفر یا بیشتر است، طبق 1 نفر 1 برچسب، تقاضا برای برچسب‌های UWB حدود 4 میلیون یا بیشتر است. با توجه به اینکه کاربر نهایی فعلی برای خرید یک قیمت واحد در بازار، بازار زغال سنگ در بازار سخت افزار "ایستگاه پایه + برچسب" UWB حدود 4 میلیارد دلار ارزش خروجی دارد.

در معادن و استخراج معادن مشابه با سناریوهای پرخطر و استخراج نفت، نیروگاه‌ها، کارخانه‌های شیمیایی و غیره، نیازهای مدیریت ایمنی برای دقت موقعیت‌یابی بالاتر است، افزایش دقت موقعیت‌یابی UWB تا سطح میلی‌متر به تثبیت مزایای آن در چنین مناطقی کمک خواهد کرد.

در سناریوهای تولید صنعتی، انبارداری و لجستیک، UWB به ابزاری برای کاهش هزینه و بهره‌وری تبدیل شده است. کارگرانی که از دستگاه‌های دستی با فناوری UWB استفاده می‌کنند، می‌توانند قطعات مختلف را با دقت بیشتری مکان‌یابی و قرار دهند؛ ساخت یک سیستم مدیریتی که فناوری UWB را در مدیریت انبار ادغام می‌کند، می‌تواند انواع مواد و پرسنل را در انبارها به طور دقیق و در لحظه رصد کند و به کنترل موجودی، مدیریت پرسنل و در عین حال گردش مواد بدون سرنشین کارآمد و بدون خطا از طریق تجهیزات AGV دست یابد که می‌تواند بهره‌وری تولید را تا حد زیادی افزایش دهد.

علاوه بر این، جهش میلی‌متری UWB می‌تواند کاربردهای جدیدی را در زمینه حمل و نقل ریلی نیز ایجاد کند. در حال حاضر، سیستم کنترل فعال قطار عمدتاً برای تکمیل به موقعیت‌یابی ماهواره‌ای متکی است، برای محیط تونل زیرزمینی و همچنین ساختمان‌های بلند شهری، دره‌ها و سایر صحنه‌ها، موقعیت‌یابی ماهواره‌ای مستعد شکست است. فناوری UWB در موقعیت‌یابی و ناوبری CBTC قطار، ستون‌بندی در جلوگیری از برخورد و هشدار اولیه برخورد، توقف دقیق قطار و غیره، می‌تواند پشتیبانی فنی قابل اعتمادتری را برای ایمنی و کنترل حمل و نقل ریلی فراهم کند. در حال حاضر، این نوع کاربرد در اروپا و ایالات متحده موارد کاربردی پراکنده‌ای دارد.

در بازار ترمینال C، افزایش دقت UWB تا سطح میلی‌متر، سناریوهای کاربردی جدیدی غیر از کلیدهای دیجیتال را برای صحنه خودرو باز خواهد کرد. به عنوان مثال، پارکینگ خودکار، پرداخت خودکار و غیره. در عین حال، بر اساس فناوری هوش مصنوعی، می‌تواند الگوها و عادات حرکتی کاربر را نیز "یاد بگیرد" و عملکرد فناوری رانندگی خودکار را بهبود بخشد.

در حوزه لوازم الکترونیکی مصرفی، UWB ممکن است تحت موج تعامل ماشین-ماشین کلیدهای دیجیتال خودرو، به فناوری استاندارد برای تلفن‌های هوشمند تبدیل شود. بهبود دقت UWB علاوه بر ایجاد فضای کاربردی وسیع‌تر برای موقعیت‌یابی و جستجوی محصولات، می‌تواند فضای کاربردی جدیدی را نیز برای سناریوهای تعامل تجهیزات ایجاد کند. به عنوان مثال، برد دقیق UWB می‌تواند فاصله بین دستگاه‌ها را به طور دقیق کنترل کند، ساختار صحنه واقعیت افزوده را تنظیم کند، و تجربه حسی بهتری را برای بازی، صدا و تصویر به ارمغان بیاورد.


زمان ارسال: سپتامبر-04-2023
‎‏‎ ...
چت آنلاین واتس‌اپ!