原文: Ulink Media
著者: 旸谷
最近、オランダの半導体企業NXPは、ドイツのLateration XYZと共同で、超広帯域技術を用いて他のUWB機器やデバイスのミリメートルレベルの高精度測位を実現する能力を獲得しました。この新しいソリューションは、高精度な測位と追跡を必要とする様々なアプリケーションシナリオに新たな可能性をもたらし、UWB技術開発の歴史において重要な進歩を象徴しています。
実際、測位分野における現在のUWBのセンチメートルレベルの精度は急速に進歩しており、ハードウェアの高コストも、ユーザーとソリューションプロバイダーにとってコストと導入の難しさをいかに解決するかという悩みの種となっています。今、ミリメートルレベルへの「ロール」は必要なのでしょうか？そして、ミリメートルレベルのUWBはどのような市場機会をもたらすのでしょうか？
ミリメートル規模の UWB を実現するのが難しいのはなぜですか?
UWB屋内測位は、高精度、高精度、高セキュリティの測位および測距方式であり、理論的にはミリメートルまたはマイクロメートルの精度に達することができますが、実際の展開では、主にUWB測位の実際の精度に影響を与える次の要因により、長い間センチメートルレベルにとどまっています。
1. センサー配置モードが測位精度に与える影響
実際の測位精度向上プロセスにおいて、センサー数の増加は冗長情報の増加を意味し、冗長情報が豊富であれば測位誤差をさらに低減することができます。しかし、高性能センサーを搭載しても測位精度が向上するわけではなく、センサー数が一定数を超えると、センサー数の増加による測位精度への寄与は小さくなります。また、センサー数の増加は設備コストの増加につながります。そのため、センサー数と測位精度のバランスをいかにとり、UWBセンサーを適切に配置するかが、センサー配置が測位精度に与える影響に関する研究の焦点となっています。
2. マルチパス効果の影響
UWB超広帯域測位信号は、伝播過程で壁やガラスなどの周囲環境、机などの屋内物体によって反射・屈折され、マルチパス効果が発生します。信号は遅延、振幅、位相が変化し、エネルギー減衰と信号対雑音比の低下を招きます。その結果、最初に到達した信号が直接的なものではなくなり、測距誤差や測位精度の低下を引き起こします。したがって、マルチパス効果を効果的に抑制することで測位精度を向上させることができ、現在、マルチパスを抑制する手法としては、主にMUSIC法、ESPRIT法、エッジ検出法などが挙げられます。
3. NLOSの影響
見通し内伝播（LOS）は、信号測定結果の精度を確保するための第一条件であり、前提条件です。移動測位対象と基地局間の条件が満たされない場合、信号の伝播は屈折や回折などの見通し外条件下でのみ完了します。このとき、最初に到着したパルスの時刻はTOAの実際の値を表さず、最初に到着したパルスの方向はAOAの実際の値と異なるため、一定の測位誤差が発生します。現在、見通し外誤差を除去する主な方法は、ワイリー法と相関除去法です。
4. 人体の位置精度への影響
人体の主成分は水であり、UWB無線パルス信号に対する水は強い吸収効果を持ち、信号強度の減衰、測距情報の偏差を引き起こし、最終的な測位効果に影響を与える。
5. 信号浸透の弱化の影響
壁やその他の物体を透過する信号は弱まりますが、UWBも例外ではありません。UWB測位では、通常のレンガの壁を透過すると信号は約半分に弱まります。壁の透過による信号伝送時間の変化も測位精度に影響を与えます。
人体による信号浸透の精度の影響は回避が難しく、NXPとドイツのLaterationXYZ社は革新的なセンサーレイアウトソリューションを通じてUWB技術を強化する予定ですが、革新的な成果はまだ具体的に示されておらず、NXPの公式サイトから過去の技術記事が公開されて関連する推測を行うことしかできません。
UWBの精度向上の動機について言えば、これはまず世界をリードするUWBプレーヤーであるNXPが、現在の国内メーカーの大規模なイノベーションの突破口となる状況と技術防御に対処するためだと考えています。結局のところ、現在のUWB技術はまだ発展の盛り上がりの段階にあり、対応するコスト、アプリケーション、規模がまだ安定していません。現時点では、国内メーカーはUWB製品をできるだけ早く上陸させて普及させ、市場を獲得することに関心があり、UWBの精度向上のイノベーションに気を配る時間はありません。UWB分野のトッププレーヤーの1つであるNXPは、完全な製品エコシステムと長年蓄積された技術力を深く耕作しており、UWBのイノベーションをより快適に行うことができます。
第二に、NXPは今回、ミリ波レベルのUWBに着目し、UWBの将来の発展に無限の可能性があると考えており、精度の向上により新たなアプリケーションが市場に投入されると確信しています。
私の考えでは、UWBの利点は5Gの「新インフラ」の発展とともに向上し続け、5Gスマートエンパワーメントの産業アップグレードのプロセスでその価値座標がさらに拡大するでしょう。
これまで、2G/3G/4Gネットワークにおけるモバイル測位シナリオは、主に緊急通話、法的位置アクセスなどのアプリケーションに焦点を当てており、測位精度の要件は高くなく、セルIDに基づく粗い測位精度は数十メートルから数百メートルでした。5Gは、新しいコーディング方式、ビームフュージョン、大規模アンテナアレイ、ミリ波スペクトルなどの技術を採用する一方で、その広い帯域幅とアンテナアレイ技術は、高精度な距離測定と高精度な角度測定の基盤を提供します。したがって、精度分野におけるUWBスプリントの次のラウンドは、対応する時代背景、技術基盤、そして十分な応用展望に支えられており、今回のUWB精度スプリントは、デジタルインテリジェンスのアップグレードに対応するための事前レイアウトとみなすことができます。
Millimetre UW はどのような市場を開拓するのでしょうか?
現在、UWBの市場分布は主にB端の分散とC端の集中によって特徴付けられています。アプリケーションにおいては、B端にユースケースが多く、C端にはパフォーマンスマイニングのための想像力豊かな余地がより多くあります。測位性能に焦点を当てたこのイノベーションは、UWBの高精度測位における優位性を強化し、既存のアプリケーションに性能面での飛躍的進歩をもたらすだけでなく、UWBが新たなアプリケーション空間を開拓する機会を創出すると考えています。
Bエンド市場においては、公園、工場、企業などのシーンにおいて、その特定エリアの無線環境は比較的安定しており、測位精度が一貫して保証される一方、こうしたシーンでは正確な測位認識に対する需要が安定的に維持されており、ミリレベルのUWBがまもなく市場の優位性を狙うようになるでしょう。
鉱業分野では、鉱山建設のインテリジェント化が進む中で、「5G+UWB測位」の融合ソリューションは、インテリジェント採掘システムによる測位を極めて短時間で完了させ、高精度測位と低消費電力の完璧な組み合わせを実現し、高精度、大容量、長時間待機時間などの特性を実現します。同時に、鉱山の安全管理に基づき、鉱山の安全確保と鉱山安全管理にも活用できます。同時に、鉱山安全管理への厳しい要求に基づき、UWBは人員管理や車両追跡などの日常管理にも活用されます。現在、全国には一定規模の炭鉱が約4,000カ所あり、炭鉱1カ所あたりの基地局の平均需要は約100カ所程度です。これを踏まえると、炭鉱基地局の総需要は約40万カ所、炭鉱労働者全体の数は約400万人と推定されます。1人1タグあたり、UWBタグの需要は約400万カ所です。現在のエンドユーザーが購入する市場価格によると、炭鉱市場におけるUWB「基地局＋タグ」ハードウェア市場の生産額は約40億米ドルです。
鉱業や採掘のような高リスクのシナリオや石油採掘、発電所、化学工場などでは、安全管理上のニーズが高く、測位精度の要件も高く、UWB 測位精度をミリメートルレベルに向上させることで、このような分野での優位性を強化することができます。
工業製造、倉庫保管、物流の分野において、UWBはコスト削減と効率化のためのツールとなっています。UWB技術を搭載したハンドヘルドデバイスを使用することで、作業員は様々な部品の位置をより正確に特定し、配置することができます。倉庫管理にUWB技術を統合した管理システムを構築することで、倉庫内のあらゆる資材と人員をリアルタイムで正確に監視し、在庫管理や人員管理を実現できるだけでなく、AGV設備による効率的でエラーのない無人資材回転を実現し、生産効率を大幅に向上させることができます。
さらに、UWBのミリ単位の飛躍は、鉄道輸送分野にも新たな応用を開拓する可能性があります。現在、列車の能動制御システムは主に衛星測位に依存していますが、地下トンネル環境や都市の高層ビル、渓谷などの環境では、衛星測位は故障しやすい傾向があります。UWB技術を列車CBTC測位・ナビゲーション、車列衝突回避・衝突早期警報、列車の精密停止などに活用することで、鉄道輸送の安全と制御に、より信頼性の高い技術サポートを提供できます。現在、欧米ではこの種の応用事例が散在しています。
C端末市場において、UWBの精度がミリレベルまで向上することで、車載用デジタルキー以外にも新たな応用シナリオが開拓されます。例えば、自動バレーパーキングや自動決済などです。同時に、人工知能技術を基盤として、ユーザーの動きや習慣を「学習」し、自動運転技術の性能を向上させることも可能になります。
コンシューマーエレクトロニクス分野では、自動車のデジタルキーにおける車と機械のインタラクションの波を受け、UWBはスマートフォンの標準技術となる可能性があります。UWBは、製品の測位や検索といった幅広い応用領域を開拓するだけでなく、機器間のインタラクションシナリオにおいても新たな応用領域を開拓する可能性があります。例えば、UWBの正確な通信範囲は、デバイス間の距離を正確に制御し、拡張現実（AR）シーンの構築を調整することで、ゲーム、オーディオ、ビデオなどのより優れた感覚体験をもたらします。
投稿日時: 2023年9月4日