Original : Ulink Media
Auteur : 旸谷
Récemment, l'entreprise néerlandaise de semi-conducteurs NXP, en collaboration avec la société allemande Lateration XYZ, a acquis la capacité d'assurer un positionnement millimétrique d'autres dispositifs et composants UWB grâce à la technologie ultra-large bande. Cette nouvelle solution ouvre de nouvelles perspectives pour diverses applications exigeant un positionnement et un suivi précis, et représente une avancée majeure dans le développement de la technologie UWB.
En réalité, la précision centimétrique actuelle de l'UWB dans le domaine du positionnement a rapidement progressé, et le coût élevé du matériel pose des problèmes aux utilisateurs et aux fournisseurs de solutions quant à la résolution des difficultés liées aux coûts et au déploiement. Dès lors, un passage au millimètre est-il nécessaire ? Et quelles opportunités de marché l'UWB à précision millimétrique offrira-t-elle ?
Pourquoi la technologie UWB à l'échelle millimétrique est-elle difficile à atteindre ?
En tant que méthode de positionnement et de télémétrie de haute précision, de haute exactitude et de haute sécurité, le positionnement intérieur UWB peut théoriquement atteindre une précision millimétrique, voire micrométrique, mais en pratique, il est resté longtemps au niveau centimétrique, principalement en raison des facteurs suivants qui affectent la précision réelle du positionnement UWB :
1. L'impact du mode de déploiement des capteurs sur la précision du positionnement
Dans le processus de résolution du problème de positionnement précis, l'augmentation du nombre de capteurs accroît la redondance des informations, ce qui permet de réduire davantage l'erreur de positionnement. Cependant, même avec les meilleurs capteurs, la précision du positionnement n'augmente pas nécessairement, et au-delà d'un certain seuil, l'amélioration de la précision devient négligeable. De plus, l'augmentation du nombre de capteurs engendre une hausse du coût de l'équipement. Par conséquent, trouver un compromis entre le nombre de capteurs et la précision du positionnement, et ainsi optimiser le déploiement des capteurs UWB, est au cœur des recherches sur l'impact du déploiement des capteurs sur la précision du positionnement.
2. Influence de l'effet multipath
Lors de leur propagation, les signaux de positionnement ultra-large bande (UWB) sont réfléchis et réfractés par l'environnement (murs, vitres, objets intérieurs comme les bureaux, etc.), ce qui engendre des effets de trajets multiples. Le signal subit alors des modifications de délai, d'amplitude et de phase, entraînant une atténuation de son énergie et une diminution du rapport signal/bruit. Par conséquent, le premier signal reçu n'est pas direct, ce qui provoque des erreurs de distance et une baisse de la précision du positionnement. Une suppression efficace des effets de trajets multiples permet donc d'améliorer la précision du positionnement. Les méthodes actuelles de suppression de ces effets comprennent principalement MUSIC, ESPRIT et les techniques de détection de contours.
3. Impact NLOS
La propagation en visibilité directe (LOS) est la première condition, et un prérequis, pour garantir la précision des mesures de signal. Lorsque les conditions entre la cible mobile et la station de base ne sont pas réunies, la propagation du signal ne peut se faire qu'en l'absence de visibilité directe, en raison de phénomènes tels que la réfraction et la diffraction. Dans ce cas, l'instant d'arrivée de la première impulsion ne correspond pas à la valeur réelle du TOA (temps d'arrivée), et sa direction ne correspond pas à la valeur réelle de l'AOA (angle d'arrivée), ce qui engendre une erreur de positionnement. Actuellement, les principales méthodes permettant de corriger cette erreur d'absence de visibilité directe sont la méthode de Wylie et la méthode d'élimination par corrélation.
4. L'influence du corps humain sur la précision du positionnement
Le corps humain étant principalement composé d'eau, celle-ci absorbe fortement les signaux impulsionnels sans fil UWB, ce qui entraîne une atténuation du signal, une déviation des informations de distance et, par conséquent, une altération de la précision du positionnement.
5. Impact de l'affaiblissement de la pénétration du signal
Tout signal traversant des murs ou d'autres obstacles est affaibli, et l'UWB ne fait pas exception. Lorsqu'un système de positionnement UWB traverse un mur de briques ordinaire, le signal est affaibli de moitié environ. Les variations du temps de transmission du signal dues à la traversée d'un mur affectent également la précision du positionnement.
En raison de la complexité du corps humain, la pénétration du signal due à la précision de l'impact est difficile à contourner. NXP et la société allemande LaterationXYZ vont améliorer la technologie UWB grâce à des solutions innovantes de disposition des capteurs. Aucun résultat concret n'a encore été présenté ; je ne peux que me baser sur les articles techniques publiés sur le site officiel de NXP pour formuler des hypothèses.
Quant à la motivation d'améliorer la précision de l'UWB, je pense qu'il s'agit avant tout pour NXP, leader mondial de l'UWB, de faire face à l'innovation à grande échelle et à la défense technique des fabricants chinois actuels. En effet, la technologie UWB est encore en plein essor et son coût, ses applications et son échelle ne sont pas encore stabilisés. Actuellement, les fabricants chinois se concentrent sur la commercialisation et la diffusion rapides de leurs produits UWB afin de conquérir le marché, sans se soucier de l'amélioration de la précision. NXP, acteur majeur du secteur de l'UWB, dispose d'un écosystème de produits complet et d'une expertise technique accumulée au fil des années, ce qui lui permet de mener à bien l'innovation dans ce domaine.
Deuxièmement, NXP, qui s'oriente cette fois vers l'UWB au niveau millimétrique, perçoit 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 le développement de la « nouvelle infrastructure » 5G et d'étendre encore ses champs d'application dans le cadre de la modernisation industrielle permise par la 5G.
Auparavant, sur les réseaux 2G/3G/4G, la géolocalisation mobile était principalement axée sur les appels d'urgence, l'accès légal à la localisation et d'autres applications. Les exigences en matière de précision de positionnement étaient alors relativement faibles, la précision approximative, basée sur l'identifiant de cellule, se situant entre quelques dizaines et quelques centaines de mètres. La 5G, quant à elle, 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 réseaux d'antennes permettent désormais des mesures de distance et d'angle de haute précision. Par conséquent, le développement rapide de la technologie UWB en matière de précision est soutenu par le contexte actuel, les fondements technologiques et les perspectives d'application prometteuses. Ce développement peut être considéré comme une étape préliminaire à l'avènement de l'intelligence numérique.
Quels marchés Millimetre UW va-t-il ouvrir ?
Actuellement, la distribution du marché de l'UWB est principalement caractérisée par une dispersion côté B et une concentration côté C. Dans les applications, le côté B offre davantage de cas d'utilisation, tandis que le côté C présente un potentiel d'optimisation des performances plus important. Selon moi, cette innovation axée sur la précision du positionnement consolide les avantages de l'UWB dans ce domaine, ce qui permet non seulement d'améliorer considérablement les performances des applications existantes, mais aussi d'ouvrir de nouvelles perspectives pour l'UWB.
Sur le marché B, pour les parcs, les usines, les entreprises et autres scénarios, l'environnement sans fil de sa zone spécifique est relativement sûr et la précision du positionnement peut être garantie de manière constante, tandis que ces scènes maintiennent également une demande stable de perception précise du positionnement, ou deviendront un avantage concurrentiel pour la technologie UWB au niveau millimétrique.
Dans le secteur minier, avec le développement de la construction de mines intelligentes, la solution de positionnement « 5G + UWB » permet aux systèmes miniers intelligents d'effectuer un positionnement très rapide, alliant précision et faible consommation d'énergie, et offrant ainsi une haute précision, une grande capacité et une longue autonomie. Parallèlement, elle contribue à la sécurité et à la gestion de la sécurité des mines. Face aux exigences strictes de la sécurité minière, la technologie UWB sera également utilisée pour la gestion quotidienne du personnel et le suivi des véhicules. Actuellement, le pays compte environ 4 000 mines de charbon, chacune nécessitant en moyenne une centaine de stations de base. On estime ainsi le besoin total à environ 400 000 stations de base pour les mines de charbon, soit environ 4 millions de mineurs. Avec un nombre total de mineurs d'environ 4 millions de personnes, le nombre d'étiquettes UWB nécessaires (une étiquette par mineur) s'élève à environ 4 millions. Selon le prix de marché unique actuel pour l'utilisateur final, le marché du charbon sur le marché du matériel UWB « station de base + étiquette » représente environ 4 milliards de dollars en valeur de production.
Dans les secteurs minier et pétrolier, les centrales électriques, les usines chimiques, etc., où les besoins en matière de précision de positionnement sont plus élevés, l'amélioration de la précision de positionnement UWB au niveau millimétrique contribuera à consolider ses avantages dans ces domaines.
Dans les secteurs de la production industrielle, de l'entreposage et de la logistique, la technologie UWB est devenue un outil de réduction des coûts et d'amélioration de l'efficacité. Grâce à des appareils portables dotés de cette technologie, les opérateurs peuvent localiser et positionner les pièces avec une grande précision. La mise en place d'un système de gestion intégrant l'UWB dans la gestion d'entrepôt permet un suivi précis et en temps réel des matériaux et du personnel, ainsi qu'une gestion optimisée des stocks et du personnel. Ce système assure également une rotation des matériaux automatisée, efficace et sans erreur grâce aux AGV, ce qui contribue à une nette amélioration de la productivité.
De plus, le progrès considérable de l'UWB ouvre la voie à de nouvelles applications dans le domaine du transport ferroviaire. Actuellement, le système de contrôle actif des trains repose principalement sur le positionnement par satellite. Or, dans les tunnels souterrains, les zones urbaines denses (immeubles de grande hauteur, canyons, etc.), ce positionnement est sujet à des défaillances. La technologie UWB, appliquée au positionnement et à la navigation CBTC des trains, à l'évitement et à l'alerte précoce de collision, ainsi qu'à l'arrêt précis des trains, offre un soutien technique plus fiable pour la sécurité et le contrôle du transport ferroviaire. À l'heure actuelle, ce type d'application est déjà présent, bien que de façon sporadique, en Europe et aux États-Unis.
Sur le marché des terminaux C, l'amélioration de la précision de la technologie UWB au niveau millimétrique ouvrira la voie à de nouvelles applications, au-delà des simples clés numériques, dans le secteur automobile. On peut citer, par exemple, le stationnement automatisé et le paiement sans contact. Parallèlement, grâce à l'intelligence artificielle, il sera possible d'« apprendre » les habitudes et les mouvements de l'utilisateur, et ainsi d'optimiser les performances des systèmes de conduite autonome.
Dans le domaine de l'électronique grand public, l'UWB pourrait devenir la technologie standard des smartphones, portée par l'essor de l'interaction voiture-machine via les clés de voiture numériques. Outre l'élargissement du champ d'application de la géolocalisation et de la recherche de produits, l'amélioration de la précision de l'UWB ouvre également de nouvelles perspectives pour l'interaction entre équipements. Par exemple, sa portée précise permet de contrôler avec exactitude la distance entre les appareils, d'ajuster la construction des scènes de réalité augmentée et d'offrir une expérience immersive plus riche pour les jeux, l'audio et la vidéo.
Date de publication : 4 septembre 2023