ต้นฉบับ: Ulink Media
ผู้เขียน: 旸谷
เมื่อไม่นานมานี้ บริษัทเซมิคอนดักเตอร์ NXP ของเนเธอร์แลนด์ ร่วมกับบริษัท Lateration XYZ ของเยอรมนี ได้ประสบความสำเร็จในการกำหนดตำแหน่งที่แม่นยำระดับมิลลิเมตรสำหรับอุปกรณ์และวัตถุ UWB อื่นๆ โดยใช้เทคโนโลยีอัลตร้าไวด์แบนด์ (UWB) โซลูชันใหม่นี้เปิดโอกาสใหม่ๆ สำหรับสถานการณ์การใช้งานต่างๆ ที่ต้องการการกำหนดตำแหน่งและการติดตามที่แม่นยำ ซึ่งถือเป็นความก้าวหน้าครั้งสำคัญในประวัติศาสตร์การพัฒนาเทคโนโลยี UWB
ในความเป็นจริง ความแม่นยำระดับเซนติเมตรของ UWB ในปัจจุบัน ในด้านการระบุตำแหน่งนั้นทำได้รวดเร็วมาก และต้นทุนฮาร์ดแวร์ที่สูงขึ้นก็ทำให้ผู้ใช้และผู้ให้บริการโซลูชันปวดหัวกับการแก้ปัญหาเรื่องต้นทุนและความยากลำบากในการติดตั้งใช้งาน ในเวลานี้ การ "ก้าวไปสู่" ระดับมิลลิเมตรนั้นจำเป็นหรือไม่? และ UWB ระดับมิลลิเมตรจะนำมาซึ่งโอกาสทางการตลาดอะไรบ้าง?
เหตุใดการสร้างคลื่นความถี่สูงระดับมิลลิเมตรจึงทำได้ยาก?
ในฐานะที่เป็นวิธีการระบุตำแหน่งและวัดระยะที่มีความแม่นยำสูง ความถูกต้องสูง และความปลอดภัยสูง การระบุตำแหน่งภายในอาคารด้วยคลื่นความถี่อัลตร้าไวต์ (UWB) สามารถทำได้แม่นยำถึงระดับมิลลิเมตรหรือแม้แต่ไมโครเมตรในทางทฤษฎี แต่ในการใช้งานจริง ความแม่นยำยังคงอยู่ที่ระดับเซนติเมตรมาเป็นเวลานาน สาเหตุหลักมาจากปัจจัยต่อไปนี้ที่ส่งผลต่อความแม่นยำในการระบุตำแหน่งด้วย UWB:
1. ผลกระทบของโหมดการติดตั้งเซ็นเซอร์ต่อความแม่นยำในการระบุตำแหน่ง
ในกระบวนการแก้ปัญหาความแม่นยำในการระบุตำแหน่งจริง การเพิ่มจำนวนเซ็นเซอร์หมายถึงการเพิ่มข้อมูลที่ซ้ำซ้อน และข้อมูลที่ซ้ำซ้อนจำนวนมากสามารถลดข้อผิดพลาดในการระบุตำแหน่งได้มากขึ้น อย่างไรก็ตาม ความแม่นยำในการระบุตำแหน่งไม่ได้เพิ่มขึ้นตามจำนวนเซ็นเซอร์ที่ดีที่สุด และเมื่อจำนวนเซ็นเซอร์เพิ่มขึ้นถึงจำนวนหนึ่งแล้ว การเพิ่มจำนวนเซ็นเซอร์จะช่วยเพิ่มความแม่นยำในการระบุตำแหน่งได้ไม่มากนัก นอกจากนี้ การเพิ่มจำนวนเซ็นเซอร์ยังหมายถึงต้นทุนของอุปกรณ์ที่เพิ่มขึ้น ดังนั้น การหาจุดสมดุลระหว่างจำนวนเซ็นเซอร์และความแม่นยำในการระบุตำแหน่ง และการจัดวางเซ็นเซอร์ UWB อย่างเหมาะสม จึงเป็นจุดสนใจของการวิจัยเกี่ยวกับผลกระทบของการจัดวางเซ็นเซอร์ต่อความแม่นยำในการระบุตำแหน่ง
2. อิทธิพลของผลกระทบแบบหลายเส้นทาง
สัญญาณระบุตำแหน่งอัลตร้าไวด์แบนด์ UWB จะสะท้อนและหักเหโดยสภาพแวดล้อมโดยรอบ เช่น ผนัง กระจก และวัตถุภายในอาคาร เช่น โต๊ะทำงาน ในระหว่างกระบวนการแพร่กระจาย ส่งผลให้เกิดปรากฏการณ์มัลติพาธ สัญญาณจะเปลี่ยนแปลงในด้านความล่าช้า แอมพลิจูด และเฟส ซึ่งส่งผลให้พลังงานลดลงและอัตราส่วนสัญญาณต่อสัญญาณรบกวนลดลง ทำให้สัญญาณแรกที่รับได้ไม่ตรง ส่งผลให้เกิดข้อผิดพลาดในการวัดระยะและลดความแม่นยำในการระบุตำแหน่ง ดังนั้น การลดผลกระทบของมัลติพาธอย่างมีประสิทธิภาพสามารถปรับปรุงความแม่นยำในการระบุตำแหน่งได้ และวิธีการลดมัลติพาธในปัจจุบันส่วนใหญ่ได้แก่ เทคนิค MUSIC, ESPRIT และการตรวจจับขอบ
3. ผลกระทบจาก NLOS
การส่งสัญญาณแบบมองเห็นได้โดยตรง (Line-of-sight propagation: LOS) เป็นสิ่งจำเป็นอันดับแรกและสำคัญที่สุดเพื่อให้มั่นใจได้ถึงความแม่นยำของผลการวัดสัญญาณ เมื่อเงื่อนไขระหว่างเป้าหมายการระบุตำแหน่งเคลื่อนที่และสถานีฐานไม่เป็นไปตามที่กำหนด การส่งสัญญาณจึงต้องอาศัยเงื่อนไขที่ไม่ใช่แบบมองเห็นได้โดยตรง เช่น การหักเหและการเลี้ยวเบน ในกรณีนี้ เวลาของพัลส์แรกที่มาถึงจะไม่แสดงค่าที่แท้จริงของ TOA (Time of Attraction) และทิศทางของพัลส์แรกที่มาถึงก็ไม่ใช่ค่าที่แท้จริงของ AOA (Axion of Attraction) ซึ่งจะทำให้เกิดข้อผิดพลาดในการระบุตำแหน่ง ปัจจุบัน วิธีหลักในการกำจัดข้อผิดพลาดที่ไม่ใช่แบบมองเห็นได้โดยตรง ได้แก่ วิธีของ Wylie และวิธีการกำจัดความสัมพันธ์
4. ผลกระทบของร่างกายมนุษย์ต่อความแม่นยำในการกำหนดตำแหน่ง
ส่วนประกอบหลักของร่างกายมนุษย์คือน้ำ ซึ่งน้ำมีผลในการดูดซับสัญญาณพัลส์ไร้สาย UWB อย่างมาก ส่งผลให้ความแรงของสัญญาณลดลง ข้อมูลระยะทางคลาดเคลื่อน และส่งผลต่อผลลัพธ์การระบุตำแหน่งสุดท้าย
5. ผลกระทบจากการลดทอนการทะลุทะลวงของสัญญาณ
สัญญาณจะอ่อนลงเมื่อทะลุผ่านกำแพงและสิ่งกีดขวางอื่นๆ และ UWB ก็เช่นกัน เมื่อสัญญาณ UWB ทะลุผ่านกำแพงอิฐธรรมดา สัญญาณจะอ่อนลงประมาณครึ่งหนึ่ง การเปลี่ยนแปลงเวลาในการส่งสัญญาณเนื่องจากการทะลุผ่านกำแพงจะส่งผลต่อความแม่นยำในการระบุตำแหน่งด้วย
เนื่องจากข้อจำกัดของร่างกายมนุษย์ การทะลุทะลวงของสัญญาณที่เกิดจากความแม่นยำของการกระทบนั้นยากที่จะหลีกเลี่ยงได้ บริษัท NXP และบริษัท LaterationXYZ จากเยอรมนีจะร่วมกันพัฒนาเทคโนโลยี UWB ผ่านโซลูชันการจัดวางเซ็นเซอร์ที่เป็นนวัตกรรมใหม่ อย่างไรก็ตาม ยังไม่มีการแสดงผลลัพธ์ที่เป็นนวัตกรรมอย่างเฉพาะเจาะจง จึงทำได้เพียงคาดเดาจากบทความทางเทคนิคในอดีตของเว็บไซต์อย่างเป็นทางการของ NXP เท่านั้น
สำหรับแรงจูงใจในการปรับปรุงความแม่นยำของ UWB นั้น ผมเชื่อว่าประการแรกเลยคือ NXP ในฐานะผู้นำระดับโลกด้าน UWB กำลังรับมือกับสถานการณ์การพัฒนาและการป้องกันทางเทคโนโลยีของผู้ผลิตในประเทศในปัจจุบัน ซึ่งกำลังอยู่ในช่วงการเติบโตอย่างรวดเร็ว ต้นทุน การใช้งาน และขนาดการผลิตยังไม่คงที่ ในขณะนี้ ผู้ผลิตในประเทศจึงให้ความสำคัญกับการนำผลิตภัณฑ์ UWB ออกสู่ตลาดและจำหน่ายให้เร็วที่สุด เพื่อแย่งชิงส่วนแบ่งการตลาด จึงไม่มีเวลาใส่ใจกับการพัฒนาความแม่นยำของ UWB NXP ในฐานะหนึ่งในผู้เล่นชั้นนำในด้าน UWB มีระบบนิเวศของผลิตภัณฑ์ที่ครบวงจร รวมถึงความแข็งแกร่งทางเทคนิคที่สั่งสมมานานหลายปี จึงสามารถดำเนินการพัฒนานวัตกรรม UWB ได้อย่างราบรื่นกว่า
ประการที่สอง ในครั้งนี้ NXP มุ่งสู่เทคโนโลยี UWB ระดับมิลลิเมตร โดยมองเห็นศักยภาพอันไร้ขีดจำกัดของการพัฒนา UWB ในอนาคต และเชื่อมั่นว่าการปรับปรุงความแม่นยำจะนำมาซึ่งแอปพลิเคชันใหม่ๆ สู่ตลาด
ในความคิดเห็นของผม ข้อดีของ UWB จะยังคงดีขึ้นเรื่อยๆ ด้วยความก้าวหน้าของ "โครงสร้างพื้นฐานใหม่" ของ 5G และจะขยายขอบเขตคุณค่าของมันให้กว้างขึ้นไปอีกในกระบวนการยกระดับอุตสาหกรรมสู่ศักยภาพอัจฉริยะของ 5G
ก่อนหน้านี้ ในเครือข่าย 2G/3G/4G สถานการณ์การระบุตำแหน่งบนมือถือส่วนใหญ่มุ่งเน้นไปที่การโทรฉุกเฉิน การเข้าถึงตำแหน่งทางกฎหมาย และแอปพลิเคชันอื่นๆ ความต้องการความแม่นยำในการระบุตำแหน่งไม่สูงนัก โดยอาศัยความแม่นยำในการระบุตำแหน่งแบบหยาบจาก Cell ID ซึ่งอยู่ในช่วงหลายสิบเมตรถึงหลายร้อยเมตร ในขณะที่ 5G ใช้เทคโนโลยีการเข้ารหัสแบบใหม่ การรวมลำแสง อาร์เรย์เสาอากาศขนาดใหญ่ สเปกตรัมคลื่นมิลลิเมตร และเทคโนโลยีอื่นๆ แบนด์วิดท์ขนาดใหญ่และเทคโนโลยีอาร์เรย์เสาอากาศของ 5G เป็นพื้นฐานสำหรับการวัดระยะทางและการวัดมุมที่มีความแม่นยำสูง ดังนั้น การพัฒนา UWB รอบใหม่ในด้านความแม่นยำจึงได้รับการสนับสนุนจากบริบทของยุคสมัย พื้นฐานทางเทคโนโลยี และโอกาสในการใช้งานที่เพียงพอ และการพัฒนาความแม่นยำของ UWB ในครั้งนี้สามารถถือได้ว่าเป็นการเตรียมการเพื่อรองรับการยกระดับสู่ยุคดิจิทัลอัจฉริยะ
Millimetre UW จะเปิดตลาดใหม่ให้กับประเทศใดบ้าง?
ปัจจุบัน การกระจายตัวของตลาด UWB ส่วนใหญ่มีลักษณะเป็นการกระจายตัวที่ฝั่ง B และการกระจุกตัวที่ฝั่ง C ในการใช้งาน ฝั่ง B มีกรณีการใช้งานมากกว่า ในขณะที่ฝั่ง C มีพื้นที่สำหรับการพัฒนาประสิทธิภาพอย่างสร้างสรรค์มากกว่า ในความคิดของผม นวัตกรรมที่เน้นประสิทธิภาพด้านการระบุตำแหน่งนี้เป็นการเสริมสร้างจุดแข็งของ UWB ในด้านการระบุตำแหน่งที่แม่นยำ ซึ่งไม่เพียงแต่จะนำมาซึ่งความก้าวหน้าด้านประสิทธิภาพสำหรับการใช้งานที่มีอยู่แล้วเท่านั้น แต่ยังสร้างโอกาสให้ UWB เปิดพื้นที่การใช้งานใหม่ๆ อีกด้วย
ในตลาดระดับ B สำหรับสวนสาธารณะ โรงงาน สถานประกอบการ และสถานที่อื่นๆ สภาพแวดล้อมไร้สายในพื้นที่เฉพาะนั้นค่อนข้างแน่นอน และความแม่นยำในการระบุตำแหน่งสามารถรับประกันได้อย่างสม่ำเสมอ ในขณะที่ฉากดังกล่าวก็ยังคงมีความต้องการการรับรู้ตำแหน่งที่แม่นยำอย่างต่อเนื่อง มิเช่นนั้นเทคโนโลยี UWB ระดับมิลลิเมตรจะกลายเป็นข้อได้เปรียบของตลาดในไม่ช้า
ในสถานการณ์การทำเหมือง ด้วยความก้าวหน้าของการก่อสร้างเหมืองอัจฉริยะ โซลูชันการผสมผสาน "การระบุตำแหน่ง 5G + UWB" สามารถทำให้ระบบการทำเหมืองอัจฉริยะระบุตำแหน่งได้ในเวลาอันสั้นมาก บรรลุการผสมผสานที่ลงตัวระหว่างการระบุตำแหน่งที่แม่นยำและการใช้พลังงานต่ำ และตระหนักถึงคุณลักษณะของความแม่นยำสูง ความจุขนาดใหญ่ และเวลาสแตนด์บายที่ยาวนาน เป็นต้น ในขณะเดียวกัน บนพื้นฐานของการจัดการความปลอดภัยของเหมือง ก็สามารถนำไปใช้ในการรับรองความปลอดภัยของเหมืองและการจัดการความปลอดภัยของเหมืองได้ นอกจากนี้ บนพื้นฐานของความต้องการที่เข้มงวดสำหรับการจัดการความปลอดภัยของเหมือง UWB จะถูกนำมาใช้ในการจัดการบุคลากรและระบบติดตามรถในแต่ละวันด้วย ปัจจุบัน ประเทศนี้มีเหมืองถ่านหินขนาดปานกลางประมาณ 4,000 แห่ง และความต้องการสถานีฐานเฉลี่ยต่อเหมืองถ่านหินอยู่ที่ประมาณ 100 แห่ง จากนั้นจึงสามารถประมาณได้ว่าความต้องการสถานีฐานรวมของเหมืองถ่านหินอยู่ที่ประมาณ 400,000 แห่ง จำนวนคนงานเหมืองถ่านหินทั้งหมดประมาณ 4 ล้านคน ตามหลักการ 1 คน 1 แท็ก ความต้องการแท็ก UWB ประมาณ 4 ล้านชิ้น ตามราคาตลาดปัจจุบันที่ผู้ใช้ปลายทางซื้อต่อชิ้น ตลาดฮาร์ดแวร์ UWB "สถานีฐาน + แท็ก" ในเหมืองถ่านหินมีมูลค่าประมาณ 4 พันล้านหยวน
ในอุตสาหกรรมเหมืองแร่และสถานการณ์ที่มีความเสี่ยงสูงอื่นๆ เช่น การขุดเจาะน้ำมัน โรงไฟฟ้า โรงงานเคมี ฯลฯ การจัดการด้านความปลอดภัยมีความต้องการความแม่นยำสูง การเพิ่มความแม่นยำในการระบุตำแหน่งด้วยเทคโนโลยี UWB ให้ถึงระดับมิลลิเมตรจะช่วยเสริมสร้างข้อได้เปรียบในด้านต่างๆ เหล่านี้
ในภาคการผลิต การจัดเก็บ และโลจิสติกส์ เทคโนโลยี UWB ได้กลายเป็นเครื่องมือลดต้นทุนและเพิ่มประสิทธิภาพ พนักงานที่ใช้อุปกรณ์พกพาที่มีเทคโนโลยี UWB สามารถระบุตำแหน่งและวางชิ้นส่วนต่างๆ ได้แม่นยำยิ่งขึ้น การสร้างระบบการจัดการที่ผสานรวมเทคโนโลยี UWB ในการจัดการคลังสินค้าสามารถตรวจสอบวัสดุและบุคลากรทุกประเภทในคลังสินค้าแบบเรียลไทม์ได้อย่างแม่นยำ และบรรลุเป้าหมายการควบคุมสินค้าคงคลัง การจัดการบุคลากร และในขณะเดียวกันก็บรรลุการหมุนเวียนวัสดุแบบไร้คนควบคุมที่มีประสิทธิภาพและปราศจากข้อผิดพลาดผ่านอุปกรณ์ AGV ซึ่งสามารถเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตได้อย่างมาก
นอกจากนี้ ความก้าวหน้าในระดับมิลลิเมตรของ UWB ยังสามารถเปิดโอกาสการใช้งานใหม่ๆ ในด้านการขนส่งทางรางได้อีกด้วย ปัจจุบัน ระบบควบคุมการทำงานของรถไฟส่วนใหญ่ยังคงอาศัยการระบุตำแหน่งด้วยดาวเทียม ซึ่งในสภาพแวดล้อมอุโมงค์ใต้ดิน รวมถึงอาคารสูงในเมือง ช่องเขา และสภาพแวดล้อมอื่นๆ การระบุตำแหน่งด้วยดาวเทียมมีแนวโน้มที่จะล้มเหลว เทคโนโลยี UWB สามารถให้การสนับสนุนทางเทคนิคที่เชื่อถือได้มากขึ้นสำหรับความปลอดภัยและการควบคุมการขนส่งทางราง ในด้านการระบุตำแหน่งและการนำทาง CBTC ของรถไฟ การหลีกเลี่ยงการชนและการเตือนล่วงหน้าเกี่ยวกับการชน การหยุดรถไฟอย่างแม่นยำ ฯลฯ ปัจจุบัน การใช้งานประเภทนี้ในยุโรปและสหรัฐอเมริกายังมีอยู่ประปราย
ในตลาดเทอร์มินัล C การเพิ่มประสิทธิภาพความแม่นยำของ UWB ให้ถึงระดับมิลลิเมตรจะเปิดโอกาสการใช้งานใหม่ๆ นอกเหนือจากกุญแจดิจิทัลสำหรับยานยนต์ เช่น ระบบจอดรถอัตโนมัติ ระบบชำระเงินอัตโนมัติ เป็นต้น ในขณะเดียวกัน ด้วยเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์ (AI) ยังสามารถ "เรียนรู้" รูปแบบการเคลื่อนไหวและพฤติกรรมของผู้ใช้ และปรับปรุงประสิทธิภาพของเทคโนโลยีการขับขี่อัตโนมัติได้อีกด้วย
ในด้านอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภค เทคโนโลยี UWB อาจกลายเป็นเทคโนโลยีมาตรฐานสำหรับสมาร์ทโฟนภายใต้กระแสการปฏิสัมพันธ์ระหว่างรถยนต์กับเครื่องจักร เช่น กุญแจรถดิจิทัล นอกจากจะเปิดพื้นที่การใช้งานที่กว้างขึ้นสำหรับการระบุตำแหน่งและการค้นหาผลิตภัณฑ์แล้ว การปรับปรุงความแม่นยำของ UWB ยังสามารถเปิดพื้นที่การใช้งานใหม่ ๆ สำหรับสถานการณ์การปฏิสัมพันธ์ระหว่างอุปกรณ์ได้อีกด้วย ตัวอย่างเช่น ระยะการส่งสัญญาณที่แม่นยำของ UWB สามารถควบคุมระยะห่างระหว่างอุปกรณ์ได้อย่างแม่นยำ เพื่อปรับแต่งการสร้างฉากเสมือนจริง (AR) สำหรับเกม เสียง และวิดีโอ เพื่อมอบประสบการณ์ทางประสาทสัมผัสที่ดีขึ้น
วันที่โพสต์: 4 กันยายน 2023