原文：Ulink Media
著者: 旸谷
オランダの半導体企業NXPは最近、ドイツのLateration XYZ社と共同で、超広帯域（UWB）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位置決め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、高精度な位置決め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となります。
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既に急速に達成されており、ハードウェアの高コスト化は、ユーザーや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どう解決するかという頭痛の種となっている。この時点でミリメートルレベルまで「進化」する必要があるのだろうか？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だろうか？
ミリメートルスケールのUWBを実現するのが難しいのはなぜですか？
高精度、高確度、高セキュリティな測位・測距方式であるUWB屋内測位は、理論的にはミリメートル、あるいはマイクロメートル単位の精度を達成できますが、実際の運用においては、UWB測位の実際の精度に影響を与える以下の要因により、長らくセンチメートルレベルにとどまっています。
1. センサーの配置モードが測位精度に与える影響
実際の測位精度解決プロセスにおいて、センサー数の増加は冗長情報の増加を意味し、豊富な冗長情報によって測位誤差をさらに低減できます。しかし、最高のセンサーを使用しても測位精度は向上せず、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貢献はそれほど大きくありません。また、センサー数の増加は機器のコスト増加を意味します。したがって、センサー数と測位精度のバランスをどのように取るか、そしてUWBセンサーをどのように合理的に配置するかが、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、伝搬中に壁、ガラス、机などの屋内物体といった周囲の環境によって反射・屈折され、マルチパス効果が生じます。信号の遅延、振幅、位相が変化するため、エネルギーが減衰し、信号対雑音比が低下します。その結果、最初に到達する信号が直接信号ではなくなり、測距誤差や測位精度の低下につながります。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、現在のマルチパス抑制手法としては、主にMUSIC、ESPRIT、エッジ検出技術などが挙げられます。
3. NLOSの影響
見通し線伝搬（LOS）は、信号測定結果の精度を確保するための最初の前提条件です。移動測位対象と基地局間の条件が満たされない場合、信号の伝搬は屈折や回折などの非見通し線条件下でのみ完了します。このとき、最初に到着するパルスの時刻は実際のTOA値ではなく、最初に到着するパルスの方向は実際のAOA値ではないため、一定の測位誤差が生じます。現在、非見通し線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. 人体が測位精度に与える影響
人体の主要構成要素は水であり、水はUWB無線パルス信号に対して強い吸収効果を持ち、信号強度の減衰、測距情報のずれを引き起こし、最終的な測位効果に影響を与える。
5. 信号透過性の低下の影響
壁などの障害物を透過する信号は必ず弱まります。UWBも例外ではありません。UWB測位信号が通常のレンガの壁を透過すると、信号強度は約半分に弱まります。壁を透過すること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。
人体の影響により、衝撃の精度によって生じる信号の透過性を回避することは困難です。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、具体的な革新的な成果はまだ発表されていません。関連する推測は、NXPの公式ウェブサイトの過去の技術記事から行うしかありません。
UWBの精度向上への動機としては、まず第一に、世界をリードするUWB企業であるNXPが、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衛に対応するためだと考えられます。結局のところ、現在のUWB技術はまだ発展途上の段階にあり、コスト、用途、規模はまだ安定していません。そのため、国内メーカーはUWB製品をできるだけ早く市場に投入し、普及させ、市場を掌握することに注力しており、UWBの精度向上といったイノベーションに時間を割く余裕がありません。一方、NXPはUWB分野のトップ企業の一つとして、包括的な製品エコシステムと長年にわたる技術力の蓄積を有しており、UWBのイノベーションをより容易に進めることができるのです。
第二に、NXPは今回、ミリ波レベルのUWBに向けて、UWBの将来的な発展には無限の可能性を見出しており、精度の向上によって新たなアプリケーションが市場にもたらされると確信している。
私の見解では、UWBのメリットは5Gの「新インフラ」の進歩とともに向上し続け、5Gのスマート化による産業高度化の過程でその価値範囲はさらに拡大していくでしょう。
従来、2G/3G/4Gネットワークでは、モバイル測位のシナリオは主に緊急通報、法的な位置情報アクセスなどのアプリケーションに焦点を当てており、測位精度の要求は高くなく、セルIDに基づく粗測位精度は数十メートルから数百メートルでした。一方、5Gは新しい符号化方式、ビーム融合、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しており、その広帯域幅とアンテナアレイ技術は、高精度距離測定と高精度角度測定の基盤を提供します。したがって、UWB精度分野における新たなスプリントは、時代背景、技術基盤、そして十分な応用見通しに支えられており、この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準備と見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エンドの分散とCエンドの集中という特徴があります。アプリケーションにおいては、Bエンドの方がユースケースが多く、Cエンドは性能向上のための想像力を掻き立てる余地がより多く残されています。私の考えでは、測位性能に焦点を当てたこのイノベーションは、高精度測位におけるUWBの優位性を強化するものであり、既存のアプリケーションに性能面での飛躍的な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領域を開拓する機会も生み出すでしょう。
Bエンド市場では、公園、工場、企業などの特定のエリアの無線環境が比較的安定しており、測位精度を一貫して保証できる一方で、正確な測位認識に対する安定した需要も維持しているため、ミリ波レベルのUWBが間もなく市場の優位性を獲得するでしょう。
鉱業のシナリオでは、インテリジェント鉱山建設の進歩に伴い、「5G+UWB測位」の融合ソリューションにより、インテリジェント鉱山システムは非常に短時間で測位を完了し、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、長時間待機などの特性を実現できます。同時に、鉱山の安全管理に基づいて、鉱山の安全と安全管理を確保するために使用できます。同時に、鉱山の安全管理の厳しい要求に基づいて、UWBは人員の日常管理や車両追跡にも使用されます。現在、国内には約4000の一定規模の炭鉱があり、各炭鉱の基地局の平均需要は約100程度であるため、炭鉱基地局の総需要は約40万と推定できます。炭鉱労働者の総数は約400万人程度で、1人1ラベルで、UWBタグの需要は約400万程度です。現在のエンドユーザーが購入する単一市場価格に基づくと、UWB「基地局＋タグ」ハードウェア市場における石炭市場の生産額は約40億ドルである。
鉱業やそれに類する高リスクなシナリオ、石油採掘、発電所、化学プラントなどでは、安全管理上の測位精度に対する要求水準が高く、UWB測位精度をミリメートルレベルまで向上させることで、こうした分野における優位性をさらに強化できるだろう。
工業製造、倉庫管理、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技術を搭載した携帯端末を使用する作業員は、さまざまな部品の位置特定と配置をより正確に行うことができます。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、倉庫内のあらゆる種類の資材と人員をリアルタイムで正確に監視し、在庫管理、人員管理を実現すると同時に、AGV（無人搬送車）による効率的かつエラーのない無人資材搬送を実現し、生産効率を大幅に向上させることができます。
さらに、UWBのミリメートル単位の飛躍は、鉄道輸送分野における新たな応用分野も開拓する可能性を秘めている。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るが、地下トンネル環境や都市部の高層ビル、峡谷などの場面では、衛星測位は失敗しやすい。UWB技術を列車のCBTC測位・航法、車線衝突回避・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的支援を提供できる。現在、欧米ではこの種の応用事例が散見される。
C端末市場において、UWBによるミリメートルレベルの精度向上は、車両シーンにおけるデジタルキー以外の新たな応用分野を切り開くでしょう。例えば、自動バレーパーキングや自動決済などが挙げられます。同時に、人工知能技術に基づき、ユーザーの行動パターンや習慣を「学習」し、自動運転技術の性能向上にも貢献します。
家電分野では、デジタルカーキーによる自動車と機械の相互作用の波に乗って、UWBはスマートフォンの標準技術となる可能性がある。UWBは、位置情報や検索製品の応用範囲を広げるだけでなく、精度向上によって機器間の相互作用シナリオにおける新たな応用分野も開拓できる。例えば、UWBの高精度な通信範囲は、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、ビデオにおいてより優れた感覚体験をもたらすことができる。
投稿日時：2023年9月4日