Original: Ulink Media
Autor: 旸谷
Recientemente, la empresa holandesa de semiconductores NXP, en colaboración con la alemana Lateration XYZ, ha logrado posicionar con precisión milimétrica otros dispositivos y componentes UWB mediante tecnología de banda ultraancha. Esta nueva solución abre nuevas posibilidades para diversas aplicaciones que requieren un posicionamiento y seguimiento precisos, lo que supone un avance fundamental en el desarrollo de la tecnología UWB.
De hecho, la precisión actual de la tecnología UWB a nivel centimétrico en el campo del posicionamiento se ha logrado rápidamente, y el elevado coste del hardware plantea a usuarios y proveedores de soluciones dificultades para abordar los costes y la implementación. ¿Es necesario, entonces, dar el salto al nivel milimétrico? ¿Qué oportunidades de mercado ofrecerá la tecnología UWB a nivel milimétrico?
¿Por qué es difícil alcanzar la tecnología UWB a escala milimétrica?
Como método de posicionamiento y medición de distancias de alta precisión, exactitud y seguridad, el posicionamiento en interiores UWB puede alcanzar teóricamente una precisión milimétrica o incluso micrométrica, pero en la práctica se ha mantenido en el nivel centimétrico durante mucho tiempo, principalmente debido a los siguientes factores que afectan la precisión real del posicionamiento UWB:
1. El impacto del modo de despliegue de sensores en la precisión del posicionamiento
En el proceso de cálculo de la precisión del posicionamiento, el aumento en el número de sensores implica un incremento en la información redundante, la cual puede reducir aún más el error de posicionamiento. Sin embargo, la precisión del posicionamiento no aumenta con los mejores sensores, y una vez alcanzado cierto límite en el número de sensores, la contribución a la precisión es mínima. Además, el aumento en el número de sensores implica un mayor costo del equipo. Por lo tanto, encontrar un equilibrio entre el número de sensores y la precisión del posicionamiento, y así lograr una implementación adecuada de los sensores UWB, es el objetivo principal de la investigación sobre el impacto de la implementación de sensores en la precisión del posicionamiento.
2. Influencia del efecto multitrayecto
Las señales de posicionamiento de banda ultraancha (UWB) se reflejan y refractan en el entorno, como paredes, cristales y objetos interiores (por ejemplo, escritorios), durante su propagación, lo que genera efectos multitrayecto. La señal experimenta cambios en retardo, amplitud y fase, lo que provoca atenuación de energía y una disminución de la relación señal/ruido. Esto conlleva que la primera señal que llega no sea directa, causando errores de medición de distancia y una menor precisión en el posicionamiento. Por lo tanto, la supresión efectiva del efecto multitrayecto puede mejorar la precisión del posicionamiento. Los métodos actuales para suprimir el multitrayecto incluyen principalmente técnicas como MUSIC, ESPRIT y la detección de bordes.
3. Impacto del NLOS
La propagación en línea de vista (LOS) es fundamental para garantizar la precisión de los resultados de la medición de la señal. Cuando no se cumplen las condiciones entre el dispositivo móvil y la estación base, la propagación de la señal solo puede realizarse en condiciones de propagación sin línea de vista, como refracción y difracción. En este caso, el tiempo de llegada del primer pulso no representa el valor real del tiempo de llegada (TOA), ni su dirección coincide con el ángulo de llegada (AOA), lo que provoca un error de posicionamiento. Actualmente, los principales métodos para eliminar este error son el método de Wylie y el método de eliminación de correlación.
4. El impacto del cuerpo humano en la precisión del posicionamiento
El agua, principal componente del cuerpo humano, absorbe fuertemente la señal de pulso inalámbrica UWB, lo que provoca atenuación de la intensidad de la señal, desviación de la información de alcance y afecta al resultado final de la localización.
5. Impacto del debilitamiento de la penetración de la señal
La penetración de cualquier señal a través de paredes u otros objetos se debilita, y la tecnología UWB no es una excepción. Cuando la señal UWB atraviesa una pared de ladrillo común, se atenúa aproximadamente a la mitad. Las variaciones en el tiempo de transmisión de la señal debidas a la penetración de la pared también afectan la precisión del posicionamiento.
Debido a la naturaleza del cuerpo humano, la penetración de la señal causada por la precisión del impacto es difícil de evitar. NXP y la empresa alemana LaterationXYZ mejorarán la tecnología UWB mediante soluciones innovadoras de diseño de sensores. Si bien aún no se han presentado resultados innovadores específicos, solo puedo hacer conjeturas basadas en artículos técnicos anteriores publicados en el sitio web oficial de NXP.
En cuanto a la motivación para mejorar la precisión de la tecnología UWB, creo que se debe principalmente a la necesidad de NXP, como líder mundial en UWB, de hacer frente a la actual situación de innovación a gran escala y defensa tecnológica de los fabricantes nacionales. Después de todo, la tecnología UWB actual se encuentra aún en una fase de desarrollo en auge, y los costes, las aplicaciones y la escalabilidad aún no se han estabilizado. En este momento, los fabricantes nacionales están más preocupados por lanzar y difundir sus productos UWB lo antes posible para conquistar el mercado, sin dedicar tiempo a mejorar la precisión de la tecnología UWB. NXP, como uno de los principales actores en el campo de la UWB, cuenta con un ecosistema de productos completo y una larga trayectoria de desarrollo y consolidación de su experiencia técnica, lo que le permite impulsar la innovación en UWB con mayor facilidad.
En segundo lugar, NXP, que en esta ocasión se centra en la tecnología UWB a nivel milimétrico, también ve el potencial infinito del desarrollo futuro de UWB y está convencida de que la mejora de la precisión traerá nuevas aplicaciones al mercado.
En mi opinión, las ventajas de la UWB seguirán mejorando con el avance de la "nueva infraestructura" 5G, y ampliarán aún más sus coordenadas de valor en el proceso de modernización industrial del empoderamiento inteligente 5G.
Anteriormente, en las redes 2G/3G/4G, los escenarios de posicionamiento móvil se centraban principalmente en llamadas de emergencia, acceso a ubicaciones legales y otras aplicaciones. Los requisitos de precisión de posicionamiento no eran elevados, basándose en la identificación de celda (Cell ID) y ofreciendo una precisión aproximada de decenas a cientos de metros. Sin embargo, la tecnología 5G, gracias a nuevos métodos de codificación, fusión de haces, grandes conjuntos de antenas, espectro de ondas milimétricas y otras tecnologías, proporciona la base para la medición de distancia y ángulo de alta precisión, con su gran ancho de banda y tecnología de antenas integradas. Por lo tanto, una nueva etapa de desarrollo de la tecnología UWB en el campo de la precisión se ve respaldada por el contexto actual, la base tecnológica y las amplias perspectivas de aplicación. Este desarrollo de la precisión UWB puede considerarse un paso previo para la evolución hacia la inteligencia digital.
¿A qué mercados abrirá Millimetre UW?
Actualmente, la distribución de mercado de UWB se caracteriza principalmente por la dispersión del extremo B y la concentración del extremo C. En la práctica, el extremo B presenta más casos de uso, mientras que el extremo C ofrece un mayor potencial para la optimización del rendimiento. En mi opinión, esta innovación centrada en el rendimiento del posicionamiento consolida las ventajas de UWB en el posicionamiento preciso, lo que no solo supone avances significativos en el rendimiento de las aplicaciones existentes, sino que también abre nuevas oportunidades para que UWB explore nuevos campos de aplicación.
En el mercado de gama media, para parques, fábricas, empresas y otros escenarios, el entorno inalámbrico de su área específica es relativamente determinado y se puede garantizar de forma consistente la precisión del posicionamiento, mientras que dichos escenarios también mantienen una demanda estable de percepción precisa del posicionamiento, o se convertirán pronto en una ventaja del mercado para la tecnología UWB a nivel milimétrico.
En el sector minero, con el avance de la construcción inteligente de minas, la solución de integración de posicionamiento 5G+UWB permite que el sistema minero inteligente complete el posicionamiento en un tiempo muy breve, logrando una combinación óptima de posicionamiento preciso y bajo consumo de energía, y ofreciendo características como alta precisión, gran capacidad y larga duración de la batería. Asimismo, en el marco de la gestión de seguridad minera, se puede utilizar para garantizar la seguridad y la gestión de la mina. Además, dada la alta demanda en materia de seguridad minera, la tecnología UWB también se utilizará en la gestión diaria del personal y el seguimiento de vehículos. Actualmente, el país cuenta con aproximadamente 4000 minas de carbón de cierta envergadura, y cada mina requiere un promedio de 100 estaciones base. De esto se deduce que la demanda total de estaciones base para minas de carbón es de aproximadamente 400 000. Dado que el número total de mineros de carbón ronda los 4 millones, y considerando el modelo de 1 etiqueta por persona, la demanda de etiquetas UWB es de aproximadamente 4 millones. Según el precio de mercado actual para la compra por parte del usuario final, el mercado del carbón en el mercado de hardware UWB "estación base + etiqueta" tiene un valor de producción de aproximadamente 4 mil millones.
En la minería y otros escenarios de alto riesgo similares, como la extracción de petróleo, las centrales eléctricas, las plantas químicas, etc., las necesidades de gestión de seguridad en cuanto a los requisitos de precisión de posicionamiento son mayores; la mejora de la precisión de posicionamiento UWB a nivel milimétrico ayudará a consolidar sus ventajas en dichas áreas.
En entornos de fabricación industrial, almacenamiento y logística, la tecnología UWB se ha convertido en una herramienta para la reducción de costes y el aumento de la eficiencia. Los operarios que utilizan dispositivos portátiles con tecnología UWB pueden localizar y colocar piezas con mayor precisión. La integración de la tecnología UWB en la gestión de almacenes permite monitorizar con precisión todo tipo de materiales y personal en tiempo real, logrando así el control de inventario y la gestión de personal. Además, se consigue una rotación de materiales automatizada, eficiente y sin errores mediante vehículos guiados automatizados (AGV), lo que mejora notablemente la eficiencia de la producción.
Además, el salto milimétrico de la tecnología UWB puede abrir nuevas aplicaciones en el sector del transporte ferroviario. Actualmente, el sistema de control activo de los trenes depende principalmente del posicionamiento por satélite, pero en entornos como túneles subterráneos, rascacielos urbanos y cañones, este sistema es propenso a fallar. La tecnología UWB, aplicada al posicionamiento y navegación CBTC de los trenes, a la prevención y alerta temprana de colisiones, y al frenado preciso, puede proporcionar un soporte técnico más fiable para la seguridad y el control del transporte ferroviario. En la actualidad, este tipo de aplicación se encuentra presente en algunos casos en Europa y Estados Unidos.
En el mercado de terminales C, la mejora de la precisión UWB a nivel milimétrico abrirá nuevos escenarios de aplicación más allá de las llaves digitales para vehículos. Por ejemplo, el estacionamiento automático, el pago automático, etc. Asimismo, gracias a la inteligencia artificial, también podrá aprender los patrones de movimiento y hábitos del usuario, mejorando así el rendimiento de la tecnología de conducción autónoma.
En el ámbito de la electrónica de consumo, la tecnología UWB podría convertirse en el estándar para smartphones, impulsada por la creciente interacción entre vehículos y sistemas electrónicos mediante llaves digitales. Además de ampliar el campo de aplicación para el posicionamiento y la búsqueda de productos, la mayor precisión de la UWB también abre nuevas posibilidades para la interacción entre dispositivos. Por ejemplo, su alcance preciso permite controlar con exactitud la distancia entre dispositivos, ajustar la construcción de escenas de realidad aumentada y ofrecer una experiencia sensorial superior en juegos, audio y vídeo.
Fecha de publicación: 4 de septiembre de 2023