Original: Ulink Media
Autor: 旸谷
Recientemente, la empresa holandesa de semiconductores NXP, en colaboración con la empresa 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 diversos escenarios de aplicación que requieren posicionamiento y seguimiento precisos, marcando un avance fundamental en la historia del desarrollo de la tecnología UWB.
De hecho, la precisión centimétrica actual de la tecnología UWB en el campo del posicionamiento se ha alcanzado rápidamente, y el elevado coste del hardware también genera dificultades a usuarios y proveedores de soluciones para resolver los problemas de coste e implementación. En este momento, ¿es necesario alcanzar la precisión milimétrica? ¿Y 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 mediante UWB puede, en teoría, alcanzar 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 del sensor en la precisión del posicionamiento
En el proceso real de resolución de problemas de precisión de posicionamiento, el aumento en el número de sensores implica un incremento en la información redundante, y esta información redundante enriquecida puede reducir aún más el error de posicionamiento. Sin embargo, la precisión de posicionamiento no aumenta con los mejores sensores, y cuando el número de sensores alcanza un cierto valor, su contribución a la precisión de posicionamiento no es significativa. Además, el aumento en el número de sensores implica un incremento en el costo del equipo. Por lo tanto, cómo encontrar un equilibrio entre el número de sensores y la precisión de posicionamiento, y así lograr una implementación racional de los sensores UWB, es el foco de la investigación sobre el impacto de la implementación de sensores en la precisión de posicionamiento.
2. Influencia del efecto de trayectorias múltiples
Las señales de posicionamiento de banda ultraancha UWB se reflejan y refractan en el entorno circundante, como paredes, cristales y objetos interiores como escritorios, durante su propagación, lo que genera efectos de multitrayectoria. La señal cambia de retardo, amplitud y fase, lo que produce atenuación de energía y una disminución de la relación señal-ruido. Esto provoca que la primera señal recibida no sea directa, causando errores de medición de distancia y una disminución de la precisión del posicionamiento. Por lo tanto, la supresión efectiva del efecto de multitrayectoria puede mejorar la precisión del posicionamiento. Los métodos actuales para suprimir la multitrayectoria incluyen principalmente técnicas como MUSIC, ESPRIT y detección de bordes.
3. Impacto de NLOS
La propagación por línea de visión (LOS) es fundamental para garantizar la precisión de los resultados de la medición de la señal. Cuando no se cumplen las condiciones entre el objetivo de posicionamiento móvil y la estación base, la propagación de la señal solo puede completarse en condiciones sin línea de visión, como la refracción y la difracción. En estos casos, el tiempo de llegada del primer pulso no representa el valor real del TOA, y la dirección del primer pulso de llegada no es el valor real del AOA, lo que provoca un cierto error de posicionamiento. Actualmente, los principales métodos para eliminar el error por falta de línea de visión son el método de Wylie y el método de eliminación de correlación.
4. El impacto del cuerpo humano en la precisión del posicionamiento
El componente principal del cuerpo humano es el agua; el agua tiene un fuerte efecto de absorción sobre la señal de pulso inalámbrico UWB, lo que provoca una atenuación de la intensidad de la señal, una desviación de la información de alcance y afecta al efecto de posicionamiento final.
5. Impacto del debilitamiento de la penetración de la señal
Cualquier señal que atraviese paredes u otros obstáculos se debilitará, y la tecnología UWB no es una excepción. Cuando el posicionamiento UWB atraviesa una pared de ladrillo común, la señal se debilita aproximadamente a la mitad. Los cambios en el tiempo de transmisión de la señal debido a la penetración de la pared también afectarán 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 eludir. NXP y la empresa alemana LaterationXYZ utilizarán soluciones innovadoras de diseño de sensores para mejorar la tecnología UWB. No se han mostrado resultados innovadores específicos, por lo que solo puedo basarme en los artículos técnicos anteriores publicados en el sitio web oficial de NXP para hacer las especulaciones pertinentes.
En cuanto a la motivación para mejorar la precisión de la tecnología UWB, creo que se debe principalmente a que NXP, como líder mundial en UWB, busca contrarrestar la actual situación de innovación a gran escala de los fabricantes nacionales y defender su posición tecnológica. Al fin y al cabo, la tecnología UWB aún se encuentra en una fase de auge, y sus costes, aplicaciones y escala 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 años de experiencia que le permiten llevar a cabo 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 vislumbra el potencial infinito del futuro desarrollo de la UWB y está convencida de que la mejora de la precisión traerá nuevas aplicaciones al mercado.
En mi opinión, las ventajas de la tecnología 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, la precisión de posicionamiento era aproximada, de decenas a cientos de metros. En cambio, la tecnología 5G utiliza nuevos métodos de codificación, fusión de haces, grandes conjuntos de antenas, espectro de ondas milimétricas y otras tecnologías. Su gran ancho de banda y la tecnología de conjuntos de antenas proporcionan la base para la medición de distancias y ángulos de alta precisión. Por lo tanto, una nueva etapa de mejora en la precisión de la tecnología UWB se ve respaldada por el contexto de la era, la base tecnológica y las amplias perspectivas de aplicación. Esta mejora en la precisión de la tecnología UWB puede considerarse un paso previo para la actualización de la inteligencia digital.
¿Qué mercados abrirá Millimetre UW?
Actualmente, la distribución de mercado de UWB se caracteriza principalmente por la dispersión en el extremo B y la concentración en el 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 aporta avances significativos al rendimiento de las aplicaciones existentes, sino que también abre nuevas posibilidades para que UWB explore nuevos campos de aplicación.
En el mercado B-end, para parques, fábricas, empresas y otros escenarios, el entorno inalámbrico de su área específica es relativamente seguro y se puede garantizar de manera consistente la precisión del posicionamiento, mientras que tales escenarios también mantienen una demanda estable de percepción de posicionamiento precisa, o se convertirá en un objetivo para el UWB a nivel milimétrico que pronto se utilizará para obtener ventajas en el mercado.
En el sector minero, con el avance de la construcción inteligente de minas, la solución de fusión de "posicionamiento 5G+UWB" permite que el sistema minero inteligente complete el posicionamiento en muy poco tiempo, logrando la combinación perfecta de posicionamiento preciso y bajo consumo de energía, y ofreciendo características como alta precisión, gran capacidad y larga duración de la batería. Al mismo tiempo, en función de la gestión de seguridad de la mina, se puede utilizar para garantizar la seguridad de la misma. Además, dada la exigencia de la gestión 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, y la demanda promedio de estaciones base por mina es de aproximadamente 100. A partir de esto, se estima que la demanda total de estaciones base para minas de carbón es de aproximadamente 400 000, considerando que el número total de mineros es de aproximadamente 4 millones. Según el modelo de 1 persona, 1 etiqueta, la demanda de etiquetas UWB es de aproximadamente 4 millones. Según el precio de mercado actual para el usuario final, el mercado del carbón en el mercado de hardware "estación base + etiqueta" UWB tiene un valor de producción de aproximadamente 4 mil millones.
En la minería y en 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 la precisión del posicionamiento son mayores. La mejora de la precisión del posicionamiento UWB a nivel milimétrico ayudará a consolidar sus ventajas en dichas áreas.
En los 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 implementación de un sistema de gestión que integre la tecnología UWB en la administración de almacenes permite supervisar con precisión y en tiempo real todo tipo de materiales y personal, y lograr el control de inventarios, la gestión de personal y, al mismo tiempo, una rotación de materiales eficiente y sin errores mediante vehículos guiados automáticamente (AGV), lo que mejora considerablemente la eficiencia de la producción.
Además, el salto milimétrico de la tecnología UWB también puede abrir nuevas aplicaciones en el campo del transporte ferroviario. Actualmente, el sistema de control activo de trenes se basa principalmente en el posicionamiento satelital, pero en entornos como túneles subterráneos, edificios altos urbanos, cañones y otros escenarios, el posicionamiento satelital es propenso a fallar. La tecnología UWB en el posicionamiento y la navegación del CBTC de trenes, la prevención de colisiones y la alerta temprana de colisiones, la parada de precisión de trenes, etc., puede proporcionar un soporte técnico más fiable para la seguridad y el control del transporte ferroviario. Actualmente, este tipo de aplicación tiene algunos casos de uso en Europa y Estados Unidos.
En el mercado de terminales C, la mejora de la precisión de la tecnología UWB a nivel milimétrico abrirá nuevos escenarios de aplicación, más allá de las llaves digitales, para el sector automotriz. Por ejemplo, el estacionamiento automático, el pago automático, etc. Al mismo tiempo, gracias a la inteligencia artificial, también se podrán aprender los patrones y hábitos de movimiento 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 los smartphones, impulsada por la creciente interacción entre vehículos y sistemas de acceso mediante llaves digitales. Además de ampliar el campo de aplicación para la localización y búsqueda de productos, la mejora en la precisión de UWB también abre nuevas posibilidades para la interacción con equipos. Por ejemplo, su alcance preciso permite controlar con exactitud la distancia entre dispositivos, ajustar la construcción de escenas de realidad aumentada y ofrecer una mejor experiencia sensorial en juegos, audio y vídeo.
Fecha de publicación: 4 de septiembre de 2023