UWB卷向毫米級(jí)，真的有必要嗎？

近日，荷蘭半導(dǎo)體公司恩智浦與德國(guó)LaterationXYZ公司合作，獲得了利用超寬帶技術(shù)實(shí)現(xiàn)毫米級(jí)精準(zhǔn)定位其他UWB物品和設(shè)備的能力。這款新的解決方案為各種需要精準(zhǔn)定位和跟蹤的應(yīng)用場(chǎng)景帶來(lái)了新的可能性，標(biāo)志著UWB技術(shù)發(fā)展史上的一個(gè)重要進(jìn)步。

實(shí)際上，當(dāng)前的UWB的厘米級(jí)精度，在定位領(lǐng)域已經(jīng)做到了快馬當(dāng)先，而較高的硬件成本也讓用戶和方案商頭疼如何解決好成本和部署的難點(diǎn)。此時(shí)“卷”向毫米級(jí)別，真的有這個(gè)必要嗎？而毫米級(jí)的UWB又會(huì)帶來(lái)哪些市場(chǎng)機(jī)會(huì)呢？

作為一種高精度、高準(zhǔn)確性、高安全的定位和測(cè)距方法，UWB室內(nèi)定位在理論上精度可達(dá)到毫米級(jí)甚至微米級(jí)別，但在實(shí)際部署中卻長(zhǎng)久停留在厘米級(jí)，主要有以下幾種因素影響到UWB定位的實(shí)際精度：

1、傳感器布設(shè)方式對(duì)定位精度的影響

在實(shí)際的定位精度解算過(guò)程中，傳感器個(gè)數(shù)增多意味著冗余信息的增多，豐富的冗余信息可以進(jìn)一步地減小定位誤差。但是定位精度并不會(huì)隨著傳感器最佳不斷增大，當(dāng)傳感器增加到一定數(shù)量后，繼續(xù)增加傳感器對(duì)定位精度的貢獻(xiàn)并不大。并且傳感器個(gè)數(shù)的增加意味著設(shè)備代價(jià)的加大。因此怎樣在傳感器個(gè)數(shù)和定位精度之間找到平衡從而合理布設(shè)UWB傳感器是研究傳感器布設(shè)對(duì)定位精度影響的重點(diǎn)。

2、 多路徑效應(yīng)的影響

UWB超寬帶定位信號(hào)在傳播過(guò)程中會(huì)受到周?chē)h(huán)境如墻壁、玻璃和桌面等室內(nèi)物品的反射和折射，產(chǎn)生多路徑效應(yīng)。信號(hào)在延遲、幅值和相位等方面的變化，從而產(chǎn)生能量衰減，信噪比下降，導(dǎo)致首達(dá)信號(hào)并非直達(dá)信號(hào)，引起測(cè)距誤差，定位精度也隨之下降。因此，有效地抑制多路徑效應(yīng)可以提高定位精度，目前抑制多徑的方法主要有MUSIC、ESPRIT和邊緣檢測(cè)等技術(shù)。

3、 NLOS影響

視距傳播(LOS)是保證信號(hào)測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確的首要和前提條件，當(dāng)移動(dòng)定位目標(biāo)和基站之間不能滿足條件時(shí)，信號(hào)的傳播只能在折射和衍射等非視距條件下完成。此時(shí)首達(dá)脈沖的時(shí)間并不代表TOA的真實(shí)值，首達(dá)脈沖的方向也不是AOA的真實(shí)值，這樣就會(huì)造成一定的定位誤差。目前消除非視距誤差的方法主要有Wylie法和相關(guān)消除法。

4、 人體對(duì)定位精度的影響

人體的主要成分是水，水對(duì)UWB無(wú)線脈沖信號(hào)具有較強(qiáng)的吸收作用，導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度衰減，測(cè)距信息存在偏差，影響最終的定位效果。

5、 信號(hào)穿透減弱的影響

任何信號(hào)穿透墻體等實(shí)體時(shí)都會(huì)減弱，UWB也不例外。當(dāng)UWB定位穿透普通的磚墻時(shí)信號(hào)會(huì)減弱將近一半左右。因穿透墻體引起的信號(hào)傳輸時(shí)間的變化也會(huì)影響定位精度。

由于人體、信號(hào)穿透所帶來(lái)的精度影響難以規(guī)避，此次恩智浦與德國(guó)LaterationXYZ公司或?qū)⑼ㄟ^(guò)創(chuàng)新傳感器布局的解決方案來(lái)增強(qiáng)UWB技術(shù)，目前尚未有具體的創(chuàng)新成果展示，筆者只能從恩智浦官網(wǎng)發(fā)布的過(guò)往技術(shù)文章中作出相關(guān)推測(cè)。

至于提高UWB精度的動(dòng)因，筆者認(rèn)為，這首先是恩智浦作為全球領(lǐng)先的UWB玩家為應(yīng)對(duì)當(dāng)前國(guó)內(nèi)廠商大舉創(chuàng)新的突圍態(tài)勢(shì)而進(jìn)行的一種技術(shù)防御。畢竟當(dāng)前的UWB技術(shù)還在蓬勃發(fā)展階段，相應(yīng)的成本、應(yīng)用、規(guī)模還未穩(wěn)定，此時(shí)國(guó)內(nèi)廠商多關(guān)注于UWB產(chǎn)品的盡快落地鋪開(kāi)，搶占市場(chǎng)，無(wú)暇顧及UWB精度提升的創(chuàng)新。而恩智浦作為UWB領(lǐng)域的頭號(hào)玩家之一，則具備完整的產(chǎn)品生態(tài)以及多年深耕所積累的技術(shù)實(shí)力，更為從容地開(kāi)展著UWB創(chuàng)新。

其次，恩智浦此次朝著毫米級(jí)UWB進(jìn)發(fā)，也是看到了UWB未來(lái)發(fā)展的無(wú)限潛能，并確信精度的提升將帶來(lái)新的應(yīng)用市場(chǎng)。

在筆者看來(lái)，UWB的上升空間將隨著5G“新基建”的推進(jìn)而持續(xù)提升，在5G智賦產(chǎn)業(yè)升級(jí)的進(jìn)程中進(jìn)一步拓展自身價(jià)值坐標(biāo)。

此前，在 2G/3G/4G網(wǎng)絡(luò)下，移動(dòng)定位場(chǎng)景主要集中在緊急呼叫、合法位置訪問(wèn)等應(yīng)用，對(duì)定位精度要求不高，基于Cell ID的粗定位精度在從幾十米到幾百米不等。而5G使用了新的編碼方式、波束賦形、大規(guī)模天線陣列、毫米波頻譜等技術(shù)，其大帶寬和天線陣列技術(shù)，便為高精度距離測(cè)量和高精度角度測(cè)量提供了基礎(chǔ)。因而，UWB在精度領(lǐng)域的又一輪沖刺，既有相應(yīng)的時(shí)代背景、技術(shù)基礎(chǔ)的支撐，又有充足的應(yīng)用前景，此次UWB的精度沖刺可以視作是為迎接數(shù)智化升級(jí)而進(jìn)行的預(yù)先布局。

當(dāng)前，UWB的市場(chǎng)分布以B端分散、C端集中為主要特點(diǎn)。在應(yīng)用中，B端多用例，C端更具有效能挖掘的想象空間。筆者認(rèn)為，此次專(zhuān)攻定位效能的創(chuàng)新，鞏固了UWB在精準(zhǔn)定位的優(yōu)勢(shì)，不僅能為現(xiàn)有應(yīng)用帶來(lái)性能突破，同時(shí)也為UWB打開(kāi)新的應(yīng)用空間創(chuàng)造機(jī)會(huì)。

來(lái)源：物聯(lián)傳媒

在B端市場(chǎng)，針對(duì)園區(qū)、工廠、企業(yè)等場(chǎng)景，其特定區(qū)域的無(wú)線環(huán)境相對(duì)確定，定位精度可以得到一致性保證，同時(shí)這類(lèi)場(chǎng)景也保持著對(duì)精準(zhǔn)定位感知的穩(wěn)定需求，或?qū)⒊蔀楹撩准?jí)UWB即將瞄準(zhǔn)的優(yōu)勢(shì)市場(chǎng)。

在礦山場(chǎng)景，隨著智慧礦井建設(shè)推進(jìn)，“5G+UWB定位”的融合方案可使得智慧化采掘系統(tǒng)能在極短時(shí)間內(nèi)完成定位，實(shí)現(xiàn)精確定位和低功耗完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)高精度、大容量、超長(zhǎng)待機(jī)等特性。同時(shí)，基于對(duì)礦井安全管理的硬性需求，UWB還將運(yùn)用于對(duì)人員、車(chē)軌的日常管理中。目前，全國(guó)有一定規(guī)模的煤礦大概有4000座左右，平均每座煤礦的基站需求約在100個(gè)左右，由此可以預(yù)估煤礦基站總需求是40萬(wàn)左右，煤礦礦工人數(shù)總體約400萬(wàn)人左右，按1人1個(gè)標(biāo)簽，UWB標(biāo)簽的需求量約400萬(wàn)個(gè)左右。按當(dāng)前終端用戶買(mǎi)單的市場(chǎng)均價(jià)，煤礦市場(chǎng)中UWB“基站+標(biāo)簽”的硬件市場(chǎng)大約有40億的產(chǎn)值。

與礦山采掘類(lèi)似的高危場(chǎng)景還有石油采掘、電廠、化工廠等，安全管理需求下對(duì)于定位精度的要求較高，UWB定位精度向毫米級(jí)提升有助于其在此類(lèi)領(lǐng)域的優(yōu)勢(shì)鞏固。

在工業(yè)制造、倉(cāng)儲(chǔ)物流場(chǎng)景，UWB成為降本增效的利器。工人使用UWB技術(shù)的手持設(shè)備，可以更精準(zhǔn)地定位和放置各個(gè)零部件；倉(cāng)儲(chǔ)管理中建設(shè)融合UWB技術(shù)的管理系統(tǒng)，可實(shí)時(shí)地對(duì)倉(cāng)庫(kù)里各類(lèi)物料及人員進(jìn)行精確監(jiān)控，在實(shí)現(xiàn)庫(kù)存控制、人員管理的同時(shí)還可通過(guò)AGV 設(shè)備實(shí)現(xiàn)高效無(wú)誤的無(wú)人化物料周轉(zhuǎn)，大力提升生產(chǎn)效益。

此外，UWB的毫米級(jí)躍升還可為其開(kāi)拓出軌道交通領(lǐng)域新應(yīng)用。當(dāng)前，列車(chē)的主動(dòng)控制系統(tǒng)主要依靠衛(wèi)星定位來(lái)完成，對(duì)于地下隧道環(huán)境以及城市高樓、峽谷等場(chǎng)景，衛(wèi)星定位容易失效。UWB技術(shù)在列車(chē)CBTC定位導(dǎo)航、列成防撞與碰撞預(yù)警、列車(chē)精準(zhǔn)?？康确矫?，可為軌道交通安全與控制提供更可靠技術(shù)支撐。目前這類(lèi)應(yīng)用在歐美國(guó)家已有散點(diǎn)應(yīng)用案例。

在C端市場(chǎng)，UWB精度向毫米級(jí)的提升將為車(chē)載場(chǎng)景開(kāi)拓出數(shù)字鑰匙以外的新應(yīng)用場(chǎng)景。比如自動(dòng)代客泊車(chē)、自動(dòng)支付等等。同時(shí)，基于人工智能技術(shù)，還可以來(lái)“學(xué)習(xí)”用戶的運(yùn)動(dòng)模式和習(xí)慣，完善自動(dòng)駕駛技術(shù)效能。

消費(fèi)電子領(lǐng)域，在數(shù)字車(chē)鑰匙的車(chē)機(jī)互動(dòng)潮下，UWB或?qū)⒊蔀橹悄苁謾C(jī)的標(biāo)配技術(shù)。而UWB的精度提升除了能為定位尋物類(lèi)產(chǎn)品打開(kāi)更廣闊應(yīng)用空間，還能開(kāi)拓出設(shè)備交互場(chǎng)景下新的應(yīng)用空間。例如，通過(guò)UWB的精準(zhǔn)測(cè)距可以精準(zhǔn)把控設(shè)備間的距離，從而調(diào)整增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景建構(gòu)，為游戲、影音帶來(lái)更好的感官體驗(yàn)。

當(dāng)前，UWB雖在各方面持續(xù)壯大發(fā)展著，但仍缺少具備一定量的落地應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)支撐，并且由于硬件成本、企業(yè)運(yùn)營(yíng)、市場(chǎng)碎片化等多種因素制約從而面臨著一定的部署實(shí)施困境。

總體來(lái)看，UWB的出路一定是從應(yīng)用場(chǎng)景先突破，至于如何找到這個(gè)核心場(chǎng)景，歡迎聰明的讀者參與交流。

AIoT分析師團(tuán)隊(duì)會(huì)在今年下半年啟動(dòng)新一輪的《中國(guó)UWB與藍(lán)牙AoA高精度定位市場(chǎng)調(diào)研報(bào)告（2023版）》，歡迎相關(guān)的企業(yè)添加分析師微信，一起說(shuō)說(shuō)UWB的故事。

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