מקור: Ulink Media
מחבר: 旸谷
לאחרונה, חברת המוליכים למחצה ההולנדית NXP, בשיתוף פעולה עם החברה הגרמנית Lateration XYZ, השיגה את היכולת להשיג מיקום מדויק ברמת מילימטר של פריטים והתקנים אחרים של UWB באמצעות טכנולוגיית אולטרה-רחב-פס. פתרון חדש זה מביא אפשרויות חדשות עבור תרחישי יישומים שונים הדורשים מיקום ומעקב מדויקים, ומסמן התקדמות מהותית בהיסטוריה של פיתוח טכנולוגיית UWB.
למעשה, הדיוק הנוכחי של UWB ברמת סנטימטר, בתחום המיקום, נעשה במהירות, והעלות הגבוהה יותר של חומרה גם גורמת למשתמשים ולספקי פתרונות כאבי ראש כיצד לפתור את קשיי העלות והפריסה. האם בשלב זה "גלגול" לרמת המילימטר, זה הכרחי? ואילו הזדמנויות שוק יביא UWB ברמת המילימטר?
מדוע קשה להגיע ל-UWB בקנה מידה מילימטרי?
כשיטת מיקום וטווחים מדויקת, בעלת אבטחה גבוהה ואיכות גבוהה, מיקום פנימי של UWB יכול תיאורטית להגיע לדיוק של מילימטר או אפילו מיקרומטר, אך בפריסה בפועל, הוא נשאר ברמת סנטימטר במשך זמן רב, בעיקר בשל הגורמים הבאים המשפיעים על הדיוק בפועל של מיקום UWB:
1. השפעת מצב פריסת החיישן על דיוק המיקום
בתהליך פתרון דיוק המיקום בפועל, הגידול במספר החיישנים משמעותו גידול במידע עודף, ומידע עודף עשיר יכול להפחית עוד יותר את שגיאת המיקום. עם זאת, דיוק המיקום אינו עולה עם החיישנים הטובים ביותר, וכאשר מספר החיישנים גדל למספר מסוים, התרומה לדיוק המיקום אינה גדולה עם הגידול בחיישנים. והגידול במספר החיישנים משמעותו עלייה בעלות הציוד. לכן, כיצד למצוא איזון בין מספר החיישנים לדיוק המיקום, וכך פריסה סבירה של חיישני UWB, הוא מוקד המחקר על השפעת פריסת החיישנים על דיוק המיקום.
2. השפעת אפקט רב-נתיב
אותות מיקום אולטרה-רחבי-פס של UWB מוחזרים ונשברים על ידי הסביבה הסובבת, כגון קירות, זכוכית וחפצים פנימיים כגון שולחנות עבודה, במהלך תהליך ההתפשטות, וכתוצאה מכך נוצרים אפקטים מרובי-נתיבים. האות משתנה בעיכוב, באמפליטודה ובפאזה, וכתוצאה מכך ניחות אנרגיה וירידה ביחס אות-לרעש, מה שמוביל לכך שהאות הראשון שמגיע אליו אינו ישיר, מה שגורם לשגיאות מרחק וירידה בדיוק המיקום. לכן, דיכוי יעיל של אפקט מרובי הנתיבים יכול לשפר את דיוק המיקום, והשיטות הנוכחיות לדיכוי ריבוי-נתיבים כוללות בעיקר טכניקות MUSIC, ESPRIT וזיהוי קצה.
3. השפעת NLOS
התפשטות קו ראייה (LOS) היא התנאי הראשון והמוקדם ביותר להבטחת דיוק תוצאות מדידת האות. כאשר התנאים בין יעד המיקום הנייד לתחנת הבסיס אינם מתקיימים, ניתן להשלים את התפשטות האות רק בתנאים שאינם קו ראייה, כגון שבירה ודיפרקציה. נכון לעכשיו, זמן הפעימה הראשונה המגיעה אינה מייצגת את הערך האמיתי של TOA, וכיוון הפעימה הראשונה המגיעה אינה הערך האמיתי של AOA, מה שיגרום לשגיאת מיקום מסוימת. נכון לעכשיו, השיטות העיקריות לביטול שגיאת אי-קו ראייה הן שיטת Wylie ושיטת אלימינציה של המתאם.
4. השפעת גוף האדם על דיוק המיקום
המרכיב העיקרי של גוף האדם הוא מים, למים על אות הדופק האלחוטי של UWB יש אפקט ספיגה חזק, וכתוצאה מכך ניחות עוצמת האות, סטייה במידע הטווח ומשפיע על אפקט המיקום הסופי.
5. השפעת היחלשות חדירת האות
כל חדירת אות דרך קירות וגופים אחרים תיחלש, UWB אינו יוצא מן הכלל. כאשר מיקום UWB חודר דרך קיר לבנים רגיל, האות ייחלש בכמחצית. שינויים בזמן שידור האות עקב חדירת קיר ישפיעו גם הם על דיוק המיקום.
בשל גוף האדם, חדירת האות הנגרמת על ידי דיוק הפגיעה קשה לעקיפה. NXP וחברת LaterationXYZ הגרמנית ישפרו את טכנולוגיית UWB באמצעות פתרונות פריסת חיישנים חדשניים. לא הייתה תצוגה ספציפית של תוצאות חדשניות, ניתן לפרסם רק מאמרים טכניים קודמים של NXP כדי ליצור ספקולציות רלוונטיות.
באשר למוטיבציה לשיפור הדיוק של UWB, אני מאמין שזה קודם כל NXP, כשחקנית UWB המובילה בעולם, שמתמודדת עם היצרנים המקומיים הנוכחיים של חדשנות בקנה מידה גדול במצבי פריצה והגנה טכנית. אחרי הכל, טכנולוגיית ה-UWB הנוכחית עדיין נמצאת בשלבי פיתוח פורחים, והעלות, היישום והקנה מידה המתאימים טרם התייצבו. נכון לעכשיו, יצרנים מקומיים מודאגים יותר מכך שמוצרי UWB יינחתו ויתפשטו בהקדם האפשרי, יכבשו את השוק, ואין להם זמן לדאוג לדיוק ה-UWB ולשיפור החדשנות. ל-NXP, כאחת השחקניות המובילות בתחום ה-UWB, יש מערכת אקולוגית שלמה של מוצרים, כמו גם שנים רבות של ניסיון עמוק בניסיון הטכני שנצבר, מה שמאפשר נוחות רבה יותר ליישום חדשנות UWB.
שנית, NXP הפעם לכיוון UWB ברמת מילימטר, רואה גם את הפוטנציאל האינסופי של פיתוח עתידי של UWB ומשוכנעת ששיפור הדיוק יביא יישומים חדשים לשוק.
לדעתי, היתרונות של UWB ימשיכו להשתפר עם התקדמות "התשתית החדשה" של 5G, ויגדילו עוד יותר את ערכה בתהליך השדרוג התעשייתי של העצמה חכמה של 5G.
בעבר, ברשת 2G/3G/4G, תרחישי מיקום ניידים התמקדו בעיקר בשיחות חירום, גישה למיקום חוקי ויישומים אחרים, אך דרישות דיוק המיקום אינן גבוהות, ובהתבסס על Cell ID דיוק גס של מיקום מעשרות מטרים עד מאות מטרים. בעוד ש-5G משתמש בשיטות קידוד חדשות, היתוך אלומות, מערכי אנטנות בקנה מידה גדול, ספקטרום גלי מילימטר וטכנולוגיות אחרות, רוחב הפס הגדול וטכנולוגיית מערך האנטנות שלו מספקים את הבסיס למדידת מרחק ומדידת זווית בדיוק גבוה. לכן, סבב נוסף של ספרינט UWB בתחום הדיוק נתמך על ידי הרקע של העידן המתאים, הבסיס הטכנולוגי וסיכויי היישום מספקים, וניתן להתייחס לספרינט דיוק UWB זה כפריסת קדם כדי לעמוד בשדרוג האינטליגנציה הדיגיטלית.
אילו שווקים תפתח Millimetre UW?
נכון לעכשיו, פיזור השוק של UWB מאופיין בעיקר בפיזור בקצה B ובריכוז בקצה C. ביישום, לקצה B יש יותר מקרי שימוש, ולקצה C יש יותר מרחב דמיוני לכריית ביצועים. לדעתי, חדשנות זו המתמקדת בביצועי מיקום מאחדת את היתרונות של UWB במיקום מדויק, מה שלא רק מביא פריצות דרך בביצועים עבור יישומים קיימים אלא גם יוצר הזדמנויות עבור UWB לפתוח מרחבי יישומים חדשים.
בשוק B-end, עבור פארקים, מפעלים, מפעלים ותרחישים אחרים, הסביבה האלחוטית של האזור הספציפי שלה יחסית ודאית, וניתן להבטיח באופן עקבי את דיוק המיקום, בעוד שסצנות כאלה גם שומרות על ביקוש יציב לתפיסת מיקום מדויקת, או שיהפכו בקרוב ל-UWB ברמת מילימטר שיכוון לטובת השוק.
בתרחיש הכרייה, עם התקדמות בניית מכרות חכמה, פתרון ההיתוך של "מיקום 5G+UWB" יכול לגרום למערכת הכרייה החכמה להשלים מיקום בזמן קצר מאוד, להשיג את השילוב המושלם של מיקום מדויק וצריכת חשמל נמוכה, ולממש את המאפיינים של דיוק גבוה, קיבולת גדולה וזמן המתנה ארוך וכו'. במקביל, בהתבסס על ניהול הבטיחות של המכרה, ניתן להשתמש בו כדי להבטיח את בטיחות המכרה ואת ניהול הבטיחות של המכרה. יחד עם זאת, בהתבסס על הביקוש הגבוה לניהול בטיחות במכרות, UWB ישמש גם בניהול היומיומי של כוח אדם ומסילת רכב. נכון לעכשיו, במדינה יש כ-4000 מכרות פחם בקנה מידה מסוים, והביקוש הממוצע לכל תחנת בסיס במכרה פחם הוא כ-100, שממנו ניתן להעריך שהביקוש הכולל לתחנות בסיס במכרות פחם הוא כ-400,000, מספר כורי הפחם הכולל כ-4 מיליון איש, לפי תווית של אדם אחד, הביקוש לתגי UWB הוא כ-4 מיליון. לפי נתוני המשתמש הסופי הנוכחי לרכישת מחיר שוק יחיד, שוק החומרה של UWB "תחנת בסיס + תג" בשוק הפחם עומד על כ-4 מיליארד דולר בערך התפוקה.
כרייה וכרייה בתרחישים דומים בסיכון גבוה והפקת נפט, תחנות כוח, מפעלים כימיים וכו', צורכי ניהול הבטיחות לדיוק המיקום גבוהים יותר, ושיפור דיוק המיקום של UWB עד לרמת מילימטר יסייע לבסס את יתרונותיו בתחומים כאלה.
בתרחישי ייצור תעשייתי, אחסנה ולוגיסטיקה, UWB הפך לכלי להפחתת עלויות ויעילות. עובדים המשתמשים במכשירים ניידים עם טכנולוגיית UWB יכולים לאתר ולמקם בצורה מדויקת יותר חלקים שונים; בניית מערכת ניהול המשלבת טכנולוגיית UWB בניהול מחסן יכולה לנטר במדויק את כל סוגי החומרים והכוח אדם במחסנים בזמן אמת, ולהשיג בקרת מלאי, ניהול כוח אדם, ובמקביל להשיג תחלופת חומרים בלתי מאוישת יעילה וללא שגיאות באמצעות ציוד AGV, מה שיכול לשפר מאוד את יעילות הייצור.
בנוסף, קפיצת המילימטר של UWB יכולה גם לפתוח יישומים חדשים בתחום התחבורה הרכבתית. נכון לעכשיו, מערכת הבקרה האקטיבית של הרכבת מסתמכת בעיקר על מיקום לווייני לצורך השלמתה, ובסביבת מנהרות תת-קרקעיות כמו גם בבנייני קומות עירוניים, קניונים וסצנות אחרות, מיקום לווייני נוטה לכשל. טכנולוגיית UWB במיקום ובניווט CBTC של הרכבת, מניעת התנגשויות והתרעה מוקדמת מפני התנגשויות, עצירת רכבות מדויקת וכו', יכולה לספק תמיכה טכנית אמינה יותר לבטיחות ובקרה של תחבורה רכבתית. נכון לעכשיו, יישום מסוג זה באירופה ובארצות הברית מפוזר במקרים של יישומים.
בשוק ה-C-terminal, שיפור דיוק UWB עד לרמת מילימטר יפתח תרחישי יישום חדשים מלבד מפתחות דיגיטליים עבור זירת הרכב. לדוגמה, שירות חניה אוטומטי, תשלום אוטומטי וכן הלאה. במקביל, בהתבסס על טכנולוגיית בינה מלאכותית, ניתן גם "ללמוד" את דפוסי התנועה וההרגלים של המשתמש, ולשפר את ביצועי טכנולוגיית הנהיגה האוטומטית.
בתחום האלקטרוניקה הצרכנית, UWB עשוי להפוך לטכנולוגיה סטנדרטית עבור טלפונים חכמים תחת גל האינטראקציה בין מכונית למכונות באמצעות מפתחות רכב דיגיטליים. בנוסף לפתיחת מרחב יישומים רחב יותר למיקום וחיפוש מוצרים, שיפור הדיוק של UWB יכול גם לפתוח מרחב יישומים חדש עבור תרחישי אינטראקציה עם ציוד. לדוגמה, טווח הזיהוי המדויק של UWB יכול לשלוט במדויק במרחק בין מכשירים, להתאים את בניית סצנת המציאות הרבודה, וליצור חוויה חושית טובה יותר במשחק, באודיו ובווידאו.
זמן פרסום: 4 בספטמבר 2023