Original : Ulink Media
Auteur : 旸谷
Récemment, l'entreprise néerlandaise de semi-conducteurs NXP, en collaboration avec l'entreprise allemande Lateration XYZ, a acquis la capacité de positionner au millimètre près d'autres éléments et dispositifs UWB grâce à la technologie ultra-large bande. Cette nouvelle solution ouvre de nouvelles perspectives pour divers scénarios d'application nécessitant un positionnement et un suivi précis, marquant une avancée essentielle dans l'histoire du développement de la technologie UWB.
En réalité, la précision UWB actuelle, au centimètre près, a été obtenue rapidement dans le domaine du positionnement, et le coût élevé du matériel pose également des problèmes aux utilisateurs et aux fournisseurs de solutions, notamment en termes de coût et de déploiement. Passer au millimètre est-il désormais nécessaire ? Quelles opportunités de marché l'UWB millimétrique offrira-t-il ?
Pourquoi l’UWB à l’échelle millimétrique est-il difficile à atteindre ?
En tant que méthode de positionnement et de télémétrie de haute précision, de haute exactitude et de haute sécurité, le positionnement UWB en intérieur peut théoriquement atteindre une précision millimétrique, voire micrométrique, mais dans le déploiement réel, il est resté au niveau centimétrique pendant longtemps, principalement en raison des facteurs suivants qui affectent la précision réelle du positionnement UWB :
1. L'impact du mode de déploiement du capteur sur la précision du positionnement
Dans le processus de résolution de la précision de positionnement, l'augmentation du nombre de capteurs entraîne une augmentation des informations redondantes, et une redondance plus importante peut réduire encore l'erreur de positionnement. Cependant, la précision de positionnement n'augmente pas avec les meilleurs capteurs, et lorsque le nombre de capteurs atteint un certain seuil, la contribution à la précision de positionnement est faible. De plus, l'augmentation du nombre de capteurs entraîne une augmentation du coût des équipements. Par conséquent, la recherche sur l'impact du déploiement des capteurs sur la précision de positionnement vise à trouver un équilibre entre le nombre de capteurs et la précision de positionnement, et donc un déploiement raisonnable des capteurs UWB.
2. Influence de l'effet multitrajet
Les signaux de positionnement UWB ultra-large bande sont réfléchis et réfractés par l'environnement, comme les murs, le verre et les objets intérieurs tels que les bureaux, pendant la propagation, ce qui entraîne des effets de trajets multiples. Le signal change de retard, d'amplitude et de phase, ce qui entraîne une atténuation de l'énergie et une diminution du rapport signal/bruit. Le premier signal atteint n'est donc pas direct, ce qui entraîne des erreurs de télémétrie et une diminution de la précision de positionnement. Par conséquent, une suppression efficace de l'effet de trajets multiples peut améliorer la précision de positionnement. Les méthodes actuelles de suppression de ces trajets multiples incluent principalement les techniques MUSIC, ESPRIT et la détection des contours.
3. Impact du NLOS
La propagation en visibilité directe (LOS) est la condition préalable à la précision des mesures du signal. Lorsque les conditions entre la cible de positionnement mobile et la station de base ne sont pas réunies, la propagation du signal ne peut se faire que dans des conditions hors visibilité directe, telles que la réfraction et la diffraction. À ce stade, l'heure d'arrivée de la première impulsion ne représente pas la valeur réelle du TOA, et sa direction n'est pas la valeur réelle de l'AOA, ce qui entraîne une erreur de positionnement. Actuellement, les principales méthodes permettant d'éliminer l'erreur hors visibilité directe sont la méthode de Wylie et la méthode d'élimination de corrélation.
4. L'impact du corps humain sur la précision du positionnement
Le composant principal du corps humain est l'eau. L'eau sur le signal d'impulsion sans fil UWB a un fort effet d'absorption, ce qui entraîne une atténuation de la force du signal, une déviation des informations de distance et affecte l'effet de positionnement final.
5. Impact de l'affaiblissement de la pénétration du signal
Toute pénétration du signal à travers les murs et autres éléments sera affaiblie, et l'UWB ne fait pas exception. Lorsque le positionnement UWB traverse un mur de briques ordinaire, le signal sera affaibli de moitié environ. Les variations du temps de transmission du signal dues à la pénétration du mur affecteront également la précision du positionnement.
En raison du corps humain, la pénétration du signal provoquée par la précision de l'impact est difficile à contourner. NXP et la société allemande LaterationXYZ proposeront des solutions de conception de capteurs innovantes pour améliorer la technologie UWB. Il n'y a pas eu d'affichage spécifique de résultats innovants. Je ne peux que publier des articles techniques passés sur le site officiel de NXP pour faire des spéculations pertinentes.
Quant à la motivation d'améliorer la précision de l'UWB, je pense que cela repose avant tout sur la volonté de NXP, leader mondial de l'UWB, de soutenir les fabricants nationaux actuels en matière d'innovation à grande échelle dans les domaines de la percée technologique et de la défense technique. Après tout, la technologie UWB actuelle est encore en plein essor, et son coût, ses applications et son échelle d'application ne sont pas encore stabilisés. Actuellement, les fabricants nationaux se concentrent davantage sur la commercialisation et la diffusion rapide de leurs produits UWB afin de conquérir le marché, n'ayant pas le temps de se concentrer sur la précision UWB pour améliorer l'innovation. NXP, acteur majeur de l'UWB, dispose d'un écosystème de produits complet et de nombreuses années d'expertise technique, ce qui facilite la mise en œuvre de l'innovation UWB.
Deuxièmement, NXP se tourne cette fois vers l'UWB au niveau millimétrique, voit également le potentiel infini du développement futur de l'UWB et est convaincu que l'amélioration de la précision apportera de nouvelles applications sur le marché.
À mon avis, les avantages de l'UWB continueront de s'améliorer avec l'avancement de la « nouvelle infrastructure » 5G et d'élargir encore ses coordonnées de valeur dans le processus de mise à niveau industrielle de l'autonomisation intelligente de la 5G.
Auparavant, sur les réseaux 2G/3G/4G, les applications de positionnement mobile étaient principalement axées sur les appels d'urgence, la localisation légale et d'autres applications. Les exigences de précision de positionnement étaient faibles, la précision de l'identification cellulaire étant de quelques dizaines à quelques centaines de mètres. La 5G utilise de nouvelles méthodes de codage, la fusion de faisceaux, des réseaux d'antennes à grande échelle, le spectre des ondes millimétriques et d'autres technologies. Sa large bande passante et sa technologie de réseau d'antennes offrent la base d'une mesure de distance et d'angle de haute précision. Par conséquent, une nouvelle phase de recherche UWB en matière de précision s'appuie sur l'expérience acquise dans le passé, les bases technologiques et les perspectives d'applications. Cette phase de recherche UWB peut être considérée comme un prélude à la modernisation de l'intelligence numérique.
Quels marchés Millimeter UW ouvrira-t-il ?
Actuellement, la répartition du marché de l'UWB se caractérise principalement par une dispersion des extrémités B et une concentration des extrémités C. Dans les applications, l'extrémité B présente davantage de cas d'utilisation, tandis que l'extrémité C offre un potentiel plus important pour l'exploration des performances. À mon avis, cette innovation axée sur les performances de positionnement consolide les avantages de l'UWB en matière de positionnement précis, ce qui non seulement apporte des avancées significatives en termes de performances pour les applications existantes, mais ouvre également de nouvelles perspectives d'applications pour l'UWB.
Sur le marché B-end, pour les parcs, les usines, les entreprises et d'autres scénarios, l'environnement sans fil de sa zone spécifique est relativement certain et la précision du positionnement peut être garantie de manière constante, tandis que de telles scènes maintiennent également une demande stable pour une perception précise du positionnement, ou deviendront un UWB au niveau millimétrique qui sera bientôt destiné à l'avantage du marché.
Dans le secteur minier, avec les progrès de la construction de mines intelligentes, la solution de fusion « positionnement 5G + UWB » permet au système minier intelligent de se positionner rapidement, d'obtenir une combinaison parfaite de positionnement précis et de faible consommation d'énergie, et de bénéficier de caractéristiques de haute précision, de grande capacité et de longue durée de veille. Parallèlement, grâce à la gestion de la sécurité minière, elle peut garantir la sécurité et la gestion de la sécurité. Par ailleurs, compte tenu de la forte demande en matière de gestion de la sécurité minière, l'UWB sera également utilisée dans la gestion quotidienne du personnel et des voies ferrées. Actuellement, le pays compte environ 4 000 mines de charbon, et la demande moyenne pour chaque station de base est d'environ 100. On peut donc estimer la demande totale en stations de base à environ 400 000, le nombre total de mineurs à environ 4 millions, et la demande en étiquettes UWB à environ 4 millions. Selon le prix actuel du marché unique d'achat par l'utilisateur final, le marché du charbon sur le marché du matériel UWB « station de base + étiquette » représente une valeur de production d'environ 4 milliards.
L'exploitation minière et les scénarios similaires à haut risque et l'extraction de pétrole, les centrales électriques, les usines chimiques, etc., les besoins de gestion de la sécurité pour les exigences de précision de positionnement sont plus élevés, la précision de positionnement UWB jusqu'à l'amélioration au niveau millimétrique aidera à consolider ses avantages dans ces domaines.
Dans les secteurs de la fabrication industrielle, de l'entreposage et de la logistique, l'UWB est devenue un outil de réduction des coûts et d'efficacité. Les opérateurs utilisant des appareils portables dotés de la technologie UWB peuvent localiser et placer les différentes pièces avec plus de précision. La mise en place d'un système de gestion intégrant la technologie UWB dans la gestion d'entrepôt permet de surveiller avec précision et en temps réel tous les types de matériaux et de personnel dans les entrepôts, de contrôler les stocks et de gérer le personnel, tout en assurant une rotation efficace et sans erreur des matériaux sans pilote grâce aux AGV, ce qui améliore considérablement l'efficacité de la production.
De plus, les avancées millimétriques de l'UWB pourraient ouvrir de nouvelles perspectives d'application dans le transport ferroviaire. Actuellement, le système de contrôle actif des trains repose principalement sur le positionnement par satellite. Dans les tunnels souterrains, les immeubles urbains de grande hauteur, les canyons et autres environnements, le positionnement par satellite est sujet à des pannes. La technologie UWB, utilisée pour le positionnement et la navigation CBTC des trains, l'évitement des collisions entre colonnes et l'alerte précoce, ainsi que l'arrêt précis des trains, peut apporter un soutien technique plus fiable à la sécurité et au contrôle du transport ferroviaire. Actuellement, ce type d'application est dispersé en Europe et aux États-Unis.
Sur le marché des terminaux C, l'amélioration de la précision UWB au millimètre près ouvrira de nouvelles perspectives d'application, autres que les clés numériques, pour le secteur automobile. Par exemple, le service de voiturier automatique, le paiement automatique, etc. Parallèlement, l'intelligence artificielle permettra d'apprendre les habitudes de mouvement de l'utilisateur et d'améliorer les performances de la conduite automatique.
Dans le domaine de l'électronique grand public, l'UWB pourrait devenir la technologie standard pour les smartphones grâce à l'interaction voiture-machine des clés numériques. Outre l'élargissement des applications pour le positionnement et la recherche de produits, l'amélioration de la précision de l'UWB ouvre de nouvelles perspectives pour les scénarios d'interaction entre équipements. Par exemple, la portée précise de l'UWB permet de contrôler précisément la distance entre les appareils, d'ajuster la construction de scènes en réalité augmentée et d'offrir une meilleure expérience sensorielle aux jeux, à l'audio et à la vidéo.
Date de publication : 4 septembre 2023