Original: Ulink Media
Autor: 旸谷
Kürzlich ist es dem niederländischen Halbleiterunternehmen NXP in Zusammenarbeit mit dem deutschen Unternehmen Lateration XYZ gelungen, mithilfe der Ultrabreitbandtechnologie eine millimetergenaue Positionierung anderer UWB-Objekte und -Geräte zu erreichen. Diese neue Lösung eröffnet neue Möglichkeiten für verschiedene Anwendungsszenarien, die eine präzise Positionierung und Verfolgung erfordern, und stellt einen wesentlichen Fortschritt in der Geschichte der UWB-Technologieentwicklung dar.
Tatsächlich hat sich die aktuelle zentimetergenaue UWB-Positionierung schnell durchgesetzt, und die höheren Hardwarekosten bereiten Anwendern und Lösungsanbietern Kopfzerbrechen bei der Lösung der Kosten- und Bereitstellungsschwierigkeiten. Ist eine Umstellung auf Millimetergenauigkeit überhaupt notwendig? Und welche Marktchancen bietet millimetergenaue UWB-Technologie?
Warum ist UWB im Millimeterbereich schwer zu erreichen?
Als hochpräzise, hochgenaue und hochsichere Methode zur Ortung und Entfernungsmessung kann die UWB-Positionierung in Innenräumen theoretisch eine Genauigkeit im Millimeter- oder sogar Mikrometerbereich erreichen. In der Praxis blieb sie jedoch lange Zeit im Zentimeterbereich, was hauptsächlich auf die folgenden Faktoren zurückzuführen ist, die die tatsächliche Genauigkeit der UWB-Positionierung beeinflussen:
1. Der Einfluss des Sensoreinsatzmodus auf die Positionierungsgenauigkeit
Bei der Ermittlung der Positionierungsgenauigkeit führt eine erhöhte Sensoranzahl zu einer Zunahme redundanter Informationen, die den Positionierungsfehler weiter reduzieren können. Die Positionierungsgenauigkeit erhöht sich jedoch nicht durch die besten Sensoren, und selbst bei einer bestimmten Sensoranzahl trägt dies nicht wesentlich zur Positionierungsgenauigkeit bei. Zudem steigen mit der erhöhten Sensoranzahl die Gerätekosten. Daher steht die Suche nach einem Gleichgewicht zwischen Sensoranzahl und Positionierungsgenauigkeit und damit der sinnvolle Einsatz von UWB-Sensoren im Fokus der Forschung zu den Auswirkungen des Sensoreinsatzes auf die Positionierungsgenauigkeit.
2. Einfluss des Mehrwegeeffekts
UWB-Ultrabreitband-Positionierungssignale werden während der Ausbreitung von der Umgebung wie Wänden, Glas und Gegenständen im Innenbereich wie Schreibtischen reflektiert und gebrochen, was zu Mehrwegeeffekten führt. Das Signal verändert Verzögerung, Amplitude und Phase, was zu Energiedämpfung und einem verringerten Signal-Rausch-Verhältnis führt. Dadurch ist das erste empfangene Signal nicht direkt, was zu Entfernungsfehlern und einer verringerten Positionsgenauigkeit führt. Daher kann eine effektive Unterdrückung des Mehrwegeeffekts die Positionsgenauigkeit verbessern. Zu den aktuellen Methoden zur Unterdrückung von Mehrwegeeffekten zählen hauptsächlich MUSIC-, ESPRIT- und Kantenerkennungstechniken.
3. NLOS-Auswirkungen
Die Sichtlinienausbreitung (LOS) ist die erste und Voraussetzung für die Genauigkeit der Signalmessergebnisse. Wenn die Bedingungen zwischen dem mobilen Positionierungsziel und der Basisstation nicht erfüllt sind, kann die Signalausbreitung nur unter Bedingungen ohne Sichtlinie wie Brechung und Beugung erfolgen. In diesem Fall entspricht der Zeitpunkt des ersten eintreffenden Impulses nicht dem tatsächlichen TOA-Wert, und die Richtung des ersten eintreffenden Impulses entspricht nicht dem tatsächlichen AOA-Wert, was zu einem gewissen Positionierungsfehler führt. Die wichtigsten Methoden zur Beseitigung des Nicht-Sichtlinienfehlers sind derzeit die Wylie-Methode und die Korrelationseliminierungsmethode.
4. Der Einfluss des menschlichen Körpers auf die Positionierungsgenauigkeit
Der Hauptbestandteil des menschlichen Körpers ist Wasser. Wasser auf dem drahtlosen UWB-Impulssignal hat eine starke Absorptionswirkung, was zu einer Dämpfung der Signalstärke, einer Abweichung der Entfernungsinformationen und einer Beeinträchtigung des endgültigen Positionierungseffekts führt.
5. Auswirkungen der Schwächung der Signaldurchdringung
Jedes Signal, das Wände und andere Objekte durchdringt, wird geschwächt. UWB bildet hier keine Ausnahme. Wenn UWB eine gewöhnliche Ziegelwand durchdringt, wird das Signal um etwa die Hälfte geschwächt. Änderungen der Signalübertragungszeit durch das Durchdringen der Wand beeinträchtigen ebenfalls die Positionsgenauigkeit.
Da der Einfluss des menschlichen Körpers auf die Genauigkeit der Signaldurchdringung schwer zu umgehen ist, werden NXP und das deutsche Unternehmen LaterationXYZ die UWB-Technologie durch innovative Sensorlayoutlösungen verbessern. Konkrete innovative Ergebnisse wurden bisher nicht gezeigt, entsprechende Spekulationen können nur aus früheren technischen Artikeln der offiziellen NXP-Website stammen.
Was die Verbesserung der UWB-Genauigkeit betrifft, so glaube ich, dass NXP als weltweit führender UWB-Anbieter in erster Linie mit den aktuellen inländischen Herstellern von Großinnovationen in der aktuellen Breakout-Situation und der technischen Verteidigung kooperieren muss. Schließlich befindet sich die UWB-Technologie noch in der Entwicklungsphase, und Kosten, Anwendungsmöglichkeiten und Umfang sind noch nicht stabilisiert. Inländische Hersteller sind derzeit vor allem daran interessiert, UWB-Produkte schnellstmöglich auf den Markt zu bringen und zu verbreiten, um den Markt zu erobern, und haben keine Zeit, sich um die Verbesserung der UWB-Genauigkeit und -Innovation zu kümmern. NXP, einer der führenden Anbieter im UWB-Bereich, verfügt über ein umfassendes Produkt-Ökosystem und langjährige Erfahrung in der technischen Entwicklung und ist daher für UWB-Innovationen bestens gerüstet.
Zweitens konzentriert sich NXP diesmal auf UWB im Millimeterbereich, sieht aber auch das unendliche Potenzial der zukünftigen Entwicklung von UWB und ist überzeugt, dass die Verbesserung der Präzision neue Anwendungen auf den Markt bringen wird.
Meiner Meinung nach wird sich das Potenzial von UWB mit der Weiterentwicklung der „neuen Infrastruktur“ von 5G weiter steigern und seine Wertkoordinaten im Prozess der industriellen Aufrüstung der intelligenten 5G-Technologie weiter ausbauen.
Bisher konzentrierten sich mobile Ortungsszenarien in 2G-, 3G- und 4G-Netzen hauptsächlich auf Notrufe, den legalen Standortzugriff und andere Anwendungen. Die Anforderungen an die Ortungsgenauigkeit waren gering und basierten auf einer groben Ortungsgenauigkeit der Zellen-ID von einigen zehn bis hundert Metern. 5G nutzt neue Kodierungsverfahren, Strahlfusion, großflächige Antennenarrays, Millimeterwellenspektrum und weitere Technologien. Die große Bandbreite und die Antennenarray-Technologie bilden die Grundlage für hochpräzise Entfernungs- und Winkelmessungen. Daher wird ein weiterer UWB-Sprint im Bereich der Genauigkeit durch den entsprechenden historischen Hintergrund, die technologische Grundlage und ausreichende Anwendungsaussichten unterstützt. Dieser UWB-Genauigkeitssprint kann als Vorentwurf für die Weiterentwicklung der digitalen Intelligenz angesehen werden.
Welche Märkte wird Millimeter UW erschließen?
Die Marktverteilung von UWB ist derzeit hauptsächlich durch die Streuung des B-Endes und die Konzentration des C-Endes gekennzeichnet. In der Anwendung bietet das B-Ende mehr Einsatzmöglichkeiten, während das C-Ende mehr Spielraum für Performance-Mining bietet. Meiner Meinung nach verstärkt diese Innovation mit Fokus auf die Positionierungsleistung die Vorteile von UWB bei der präzisen Positionierung. Dies bringt nicht nur Leistungsdurchbrüche für bestehende Anwendungen, sondern eröffnet UWB auch die Möglichkeit, neue Anwendungsbereiche zu erschließen.
Im B-End-Markt ist die drahtlose Umgebung in bestimmten Bereichen wie Parks, Fabriken, Unternehmen usw. relativ sicher und die Positionsgenauigkeit kann durchgängig gewährleistet werden. In solchen Bereichen besteht außerdem weiterhin ein stabiler Bedarf an genauer Positionserkennung, oder UWB auf Millimeterebene wird sich bald als Marktvorteil erweisen.
Im Bergbau ermöglicht die Kombinationslösung „5G+UWB-Positionierung“ mit dem Fortschritt des intelligenten Minenbaus intelligente Bergbausysteme, die Positionierung in kürzester Zeit abzuschließen. Sie kombiniert präzise Positionierung mit geringem Stromverbrauch und bietet hohe Präzision, hohe Kapazität und lange Standby-Zeiten. Gleichzeitig kann dies im Rahmen des Minensicherheitsmanagements zur Gewährleistung der Sicherheit eingesetzt werden. Aufgrund der hohen Anforderungen an das Minensicherheitsmanagement wird UWB auch im täglichen Personalmanagement und bei der Fahrzeugverfolgung eingesetzt. Derzeit gibt es in China etwa 4.000 Kohlebergwerke, und der durchschnittliche Bedarf an Basisstationen pro Bergwerk liegt bei etwa 100. Daraus lässt sich schätzungsweise ein Gesamtbedarf an Basisstationen für Kohlebergwerke von etwa 400.000 und einer Gesamtanzahl von etwa 4 Millionen Bergleuten errechnen. Laut einer Person pro Etikett beträgt der Bedarf an UWB-Tags etwa 4 Millionen. Laut dem aktuellen Endbenutzer-Einzelmarktpreis beträgt der Produktionswert des Kohlemarktes im UWB-Hardwaremarkt „Basisstation + Tag“ etwa 4 Milliarden.
In Bergbau und ähnlichen Hochrisikoszenarien sowie bei der Ölförderung, in Kraftwerken, Chemiewerken usw. sind die Anforderungen an das Sicherheitsmanagement hinsichtlich der Positionsgenauigkeit höher. Eine Verbesserung der Positionsgenauigkeit auf Millimeterebene durch UWB wird dazu beitragen, seine Vorteile in solchen Bereichen zu festigen.
In der industriellen Fertigung, Lagerhaltung und Logistik hat sich UWB zu einem Werkzeug für Kostensenkung und Effizienzsteigerung entwickelt. Mitarbeiter, die Handheld-Geräte mit UWB-Technologie verwenden, können Teile präziser lokalisieren und platzieren. Der Aufbau eines Managementsystems, das UWB-Technologie in die Lagerverwaltung integriert, ermöglicht die präzise Echtzeitüberwachung aller Materialien und Mitarbeiter im Lager. Dies ermöglicht Bestandskontrolle und Personalmanagement und ermöglicht gleichzeitig einen effizienten und fehlerfreien unbemannten Materialumschlag durch FTS-Ausrüstung, was die Produktionseffizienz deutlich steigert.
Darüber hinaus eröffnet der Millimetersprung von UWB neue Anwendungsmöglichkeiten im Schienenverkehr. Derzeit basiert die aktive Zugsteuerung hauptsächlich auf Satellitenortung. In unterirdischen Tunneln, in Hochhäusern, Schluchten und anderen Bereichen ist die Satellitenortung jedoch fehleranfällig. UWB-Technologie in der CBTC-Ortung und -Navigation von Zügen, der Kollisionsvermeidung und -frühwarnung sowie dem präzisen Anhalten von Zügen kann die Sicherheit und Kontrolle des Schienenverkehrs zuverlässiger unterstützen. Derzeit gibt es in Europa und den USA nur vereinzelte Anwendungsfälle für diese Art von Anwendung.
Im C-Terminal-Markt wird die millimetergenaue Verbesserung der UWB-Präzision neue Anwendungsszenarien neben digitalen Schlüsseln im Fahrzeugbereich eröffnen, beispielsweise für den automatischen Parkservice oder die automatische Bezahlung. Gleichzeitig können dank künstlicher Intelligenz die Bewegungsmuster und Gewohnheiten des Benutzers „erlernt“ und so die Leistung der autonomen Fahrtechnologie verbessert werden.
Im Bereich der Unterhaltungselektronik könnte sich UWB im Zuge der zunehmenden Auto-Maschine-Interaktion über digitale Autoschlüssel zur Standardtechnologie für Smartphones entwickeln. Neben der Erweiterung des Anwendungsspektrums für die Produktortung und -suche eröffnet die verbesserte Genauigkeit von UWB auch neue Anwendungsbereiche für die Geräteinteraktion. So kann beispielsweise die präzise Reichweite von UWB den Abstand zwischen Geräten präzise steuern, um die Augmented-Reality-Szenengestaltung anzupassen und so bei Spielen, Audio und Video ein besseres sensorisches Erlebnis zu bieten.
Beitragszeit: 04.09.2023