超宽带之路

分享到:

尽管已经有一段时间了,但超宽带(UWB)被认为是新兴的“定位技术”,并且正在以健康的速度增长。其精确度高的功能使其与其他定位解决方案区分开来,并且是令人兴奋且至关重要的新用例的关键推动力。

定位技术已经走过了漫长的道路才能到我们与UWB哪里,但怎么没有我们来到这里的?要完全理解,查看它的起源,它所扮演的角色,它如何工作以及它使用的用例会很有帮助。在这篇文章中,我们回顾了定位技术的历史,并探讨了导致UWB精确,实时准确性的解决方案。

q9.1

回顾定位技术

星,地图和指南针

定位技术可以追溯到早期。天体导航长期以来一直用于通过位置固定进行方向查找,寻路,操纵和引航。然后是11世纪初期的电磁罗盘。而且,当然,纸质地图,询问方向以及反复试验可以帮助人们在世界各地找到自己的出路。

卫星引领潮流

1990年代末和2000年初,全球定位系统(GPS)进入了主流。GPS在定位技术方面取得了巨大的进步,并被提升到了一个新的便利级别,在很多方面改变了我们的生活。它允许用户以电子方式找到最近的加油站,跟踪健身情况,制定旅行计划并找到回家的路。对于企业而言,收益远远超过了便利,这是效率问题,甚至是建立可持续商业模式的问题。没有GPS,像Amazon,FedEx和UPS这样的公司如何有效地将送货导航到您家门口?

q9.2

导航进入内部

十年后,我们看到了另一项突破,那就是将导航带入内部,也就是室内导航或定位-想想用于购物中心,机场和其他大型建筑物的Google地图。在很多方面,室内定位是我们用于室外导航所依赖的卫星导航应用程序的内部版本,但有一个附加的缺点–它也可以用于帮助定位人和物。与GPS一样,室内导航使用由传感器和通信技术(包括Wi-Fi,蓝牙®低能耗(LE),Zigbee和启用Thread的设备)组成的定位系统来定位室内环境中的物体。

q9.3

小径

快进到今天,我们现在看到基于微型位置的系统的兴起。人们和企业都希望能够实时定位和发现几乎任何东西,无论其大小如何。假设您在家里放错了车钥匙,或者您在杂货店中找不到最喜欢的咖啡品牌。或者,也许您在工厂工作,需要使用储物箱中的特定工具,或者您是负责紧急情况的现场经理,需要确保所有人都退出了建筑物。在微观层面上的室内定位可在所有这些情况下提供帮助,因为它可以定位物品并引导您到达目的地。

为了提供足够的准确性,可靠性和实时能力,需要针对底层技术进行精确定位。UWB技术通过在许多不同的应用程序中提供非常有价值的位置信息来改变游戏规则。

q9.4

绘制微观需求

开发一种有效的微观室内定位技术需要做几件事。首先,位置读数必须非常精确,并且精度应尽可能小。该技术必须是安全的,因为该位置通常需要保密。即使在恶劣的环境中,它也需要可靠,并且还必须易于扩展,以便可以解决大型场所中成千上万的人员和资产。其他要求包括低功耗和经济适用性,因此它可以嵌入从智能手机等高端,复杂设备到资产标签等低端,简单设备的所有内容。而且,当然,该技术必须具有足够低的延迟,以便可以实时跟踪运动。

q9.5

在设计第一个室内定位系统时,工程师使用了可用的技术-通常是Wi-Fi和低功耗蓝牙(BLE)。尽管这些技术非常适合数据通信(发明目的),但它们都不是为实时定位服务(RTLS)设计的,因此不能满足所有基于微型的室内定位要求。

Wi-Fi,蓝牙和其他窄带无线电系统只能达到几米的精度。它们的可靠性不能满足构建安全可靠的系统所需的99.9%。由于冲突和干扰,成千上万的设备无法全部同时报告其位置,并且在实时定位服务的环境中使用时,它们会很费力。以BLE为例-虽然在低功耗数据通信方面处于最佳水平,但获得一个“好的”位置点所需的措施数量和后处理数量可能会导致屋顶功耗降低,并且延迟时间延长至数秒。

这就是为什么在2000年代中期,IEEE的工程师开始指定另一种专门为精确定位而设计的无线技术,该技术可以检查所有设备。这项技术被称为超宽带(UWB),并且有可能改变我们执行各种日常任务的方式。

q9.6

UWB:今天的我们

UWB基于IEEE标准802.15.4a / z,该标准已针对微定位和安全通信进行了优化。UWB可以将人和事物精确定位在几厘米之内,使其准确度比当前的蓝牙低功耗(BLE)和Wi-Fi实现高100倍。

这是使UWB非常适合RTLS的概要:

  • UWB是可靠的,因为它对各种类型的干扰(包括多路径)具有高度的抵抗力(当从发送器以两条或更多路径传播到接收器的波引起干扰时)。
  • 提供极低的延迟。每秒高达1000次的更新速率和比卫星导航快50倍的读数使任何物体/人的实时定位/跟踪成为可能。
  • 采用主流CMOS技术实现,因此价格低廉且针对低功耗进行了优化。
  • 除了其定位功能外,UWB还提供高数据速率和高能效的数据通信-如今高达27 mbps,在该标准的未来修订版中可能更高。
  • 利用IEEE定义的限界技术来提供一定程度的安全性,使其成为极其安全的格式。

这怎么可能?简而言之:物理学。UWB更适合微定位应用,因为它可以传输宽带信号(500 MHz)并使用飞行时间来确定位置。

精确定位最重要时,为什么UWB最好

下面的图1比较了窄带和超宽带。UWB脉冲(中央和右侧图像)的宽度仅为2纳秒(ns)。这使其不受反射信号(多径)干扰的影响。如中间和右图所示,反射信号(红色)不影响直接信号(蓝色)。这些UWB信号的上升和下降沿也比窄带信号(左)快得多。即使存在噪声和多径效应,UWB信号仍保持其完整性和结构。而且,UWB干净的信号沿允许精确确定到达时间和距离。

q9.7

超越地平线

UWB已经在覆盖消费者,汽车,工业和商业市场的40多个垂直领域为产品和服务创造了价值-从提高工厂和仓库的运营效率,提高工人的安全性,为机器人和无人机自我导航提供动力,到根据位置为消费者启用新形式的用户界面。凭借其安全的距离限制功能,它还可以安全,免提访问汽车,前门,房屋和办公室。

事实证明,UWB是唯一能够真正在与COVID-19对抗的过程中真正帮助联系追踪和社交距离的技术,因为准确性和可靠性是设计需要信任数据的有效解决方案的关键属性。

q9.8

随着最近在智能手机中的普及,UWB正在迈向我们日常生活中的下一个无处不在的无线连接-从我们的家到办公室到公共场所。在智能手机中拥有UWB是迈向大规模采用的重要的第一步。但是另一个关键因素是保证所有这些设备之间的互操作性。快速成长的财团FiRa该公司已经重组了来自半导体,移动设备,基础设施和消费领域的50多家公司,目前正在积极致力于定义协议的定义,以确保这种互操作性。这将使开发人员能够以各种新方式使用UWB,例如室内地图和导航,智能家居应用,车辆访问和控制,增强现实以及移动支付。最终,室内位置的未来实际上仅受开发人员的想象力限制。

继续阅读
UWB发展进入新阶段

2019年和2020年对于超宽带(UWB)技术可以说非常重要。一方面,UWB技术终于正式进入了主流消费电子产品(iPhone 11),另一方面,在今年下半年,IEEE更新了UWB的相关标准(802.15.4z),从而为UWB进一步进入主流应用铺平了道路。

定位技术的演变:通往UWB之路

为充分了解超宽带 (UWB) 技术带来的价值和影响,我们需着眼于全局。在本文中,我们将介绍定位技术的演变,以及 UWB 如何塑造其发展前景以及为未来发展铺平道路。了解这项新技术的潜力。

超宽带之路

尽管已经有一段时间了,但超宽带(UWB)被认为是新兴的“定位技术”,并且正在以健康的速度增长。其精确度高的功能使其与其他定位解决方案区分开来,并且是令人兴奋且至关重要的新用例的关键推动力。

CTRL + ALT + DEL 2020

根据SIA和WSTS的最新预测,半导体行业将在今年增长约5.1%,在2021年增长约8.1%。尽管这似乎微不足道,但与国际货币基金组织(IMF)2020年预测的全球经济下滑4.1%相比,情况并非如此。

UWB正处于爆发前夜

2019年和2020年对于超宽带(UWB)技术可以说非常重要。一方面,UWB技术终于正式进入了主流消费电子产品(iPhone 11)。一方面,在今年下半年,IEEE更新了UWB的相关标准(802.15.4z),从而为UWB进一步进入主流应用铺平了道路。